搅拌桨组合对粘度较高的发酵液的发酵性能影响

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假塑性流体是指流动规律符合假塑性流动规律的流体。在非牛顿流体流动状态方程式中，当0<n<1时，即表观黏度随着剪切应力或剪切速率的增大而减小的流动，称为假塑性流动，也称准塑性流动或拟塑性流动。假塑性流体无屈服应力,并具有黏度，随剪切速率增加而减小。

• Rushton turbine (RT)：

  平叶桨，一种径向桨，当有挡板时可自桨叶为界形成上下两个循环流。

• hollow bladeturbine (HBT):

  抛物线桨，抛物线及半管圆盘涡轮桨都是一种径流式的搅拌桨叶，它们的叶片分别为凹圆弧型及抛物面，具有极强的径向排量及分散能力。

  在相同功率下，其传质系数比平直叶圆盘涡轮高30%以上，持气能力提高40%以上，且功耗比甚低，因此特别适用类似发酵工艺的溶氧操作，也适用与其他要求下的气体分散、吸收、混合、传质等操作。

• wide-blade hydrofoil impeller pumping down(WHd) and pumping up (WHu)：

  下压桨和上压桨，轴流桨，和斜叶桨类似。

• Ellipse impeller：

  椭圆桨；

•  Gate impeller：

  门框桨；

• Intermig impeller (MIG) ：

  米格桨；低速时为水平环流和轴向流，高速时为径向流和轴向流。桨叶前端有较强的涡流。可在层流区及湍流区操作。适用粘度范围：＜1x104mPa.s

• double helical ribbon (DHR)：

  双螺旋桨，大直径

  螺带式搅拌桨属于轴流型搅拌桨，螺带转动时，液体沿槽壁螺旋上升，再沿桨轴而下。层流状态操作。螺带式搅拌桨属于大直径式搅拌桨，螺杆螺带组合使用的情况也经常存在，近年搅拌桨的不断改进，螺杆螺带搅拌桨，特别是螺带搅拌桨已经有了多种演变形式。

   由上图可看出，凝胶多糖发酵过程中，随着多糖的积累发酵液的表观黏度不断升高，而黏度是影响kLa 的最主要的因素之一。

• 在低黏度凝胶多糖溶液中，3RT（3个平叶桨）组合的kLa显著大于RT+E （平叶桨加椭圆桨）组合的 kLa。

• 随着凝胶多糖溶液黏度的增加，2 种桨型组合下的 kLa 迅速减小

• 当凝胶多糖溶液黏度增加到 18476 mPa·s 时，2 种桨型组合下的 kLa 值差异很小。

   

由另外一组数据可以得出同样的结果:轴流桨的加入对溶氧传质系数的影响并不大，效果最好的仍然是三平叶桨。

表明同时控制发酵液中葡萄糖质量浓度为20g/L 的条件下，2 种搅拌桨组合条件下菌体 的OUR 值变化差异不大。但是 2 种桨型条件下溶氧变化却存在明显不同，RT+E 条件下溶氧下降得更快，发酵到 72 h 左右溶氧电极的读数已接近为零 ，而此时 3RT 组合的 DO 还在 50% 左右，这一方面是桨型差异造成的，另一方面是因为RT+E 组合条件下多糖合成速率更快，发酵液黏度更大。

[1]孙京云,张琴,张雷达,赵伟,杨辉,杭海峰...  & 庄英萍.(2019).搅拌桨组合与葡萄糖流加工艺相结合的凝胶多糖发酵工艺优化. 华东理工大学学报(自然科学版)(04),585-592. doi:10.14135/j.cnki.1006-3080.20180508001.

[2]周珍,谢明辉,夏建业,郭美锦,储炬,庄英萍 & 张嗣良.(2014).多种搅拌型式下高黏黄原胶混合过程研究.化学工程(05),51-55. doi:CNKI:SUN:IMIY.0.2014-05-014.

[3] Xie M H ,  Xia J Y ,  Zhou Z , et al. Power consumption, local and average volumetric mass transfer coefficient in multiple-impeller stirred bioreactors for xanthan gum solutions[J]. Chemical Engineering Science, 2014, 106:144-156.