好氧发酵过程微界面传质耦合模拟分析

微生物好氧发酵过程是一个多相生化反应体系，空气中的氧在气液两相间的传质速率对生化发酵过程有重要影响。而气泡中氧的传递特性是气泡的形态、运动及体系温度、压力和物性综合影响的结果。通过建立两组分空气气泡上升及其氧传质耦合模型，进而采用数值模拟描述好氧发酵体系中微界面体系的强化效果。利用能量耗散理论评价制造微气泡体系的能耗，以获得高性价比的气泡形态和较高的氧利用率。计算结果表明，在预设的工况下，液面高度一定的反应器内，初始半径大于500 μm的气泡会在短时间内逸出体系，造成物料浪费；而气泡初始半径小于100 μm时，其停留时间、传质效率和氧利用率会显著提升。小气泡的生成需要较大的能耗，需要综合生产成本考虑。在不考虑其他因素影响的情况下，体系中的DO值如果维持在20%~30%，可以获得最大的氧气传质速率。