Основы биохимической инженерии Часть 1 - Бейли Дж., Оллис Д. 1989

Процессы переноса в биотехнологических системах
Другие факторы, влияющие на kia'
Определение коэффициентов диффузии

Из определений k_l и а' и анализа факторов, влияющих на толщину зоны сопротивления массообмену вблизи поверхностей пузырьков и капель, следует, что величины k_lи а' будут зависеть от изменения коэффициента диффузии растворенного в жидкой фазе газа D_O2, вязкости непрерывной фазы μ_с и сопротивления массообмену на границе раздела фаз газ — жидкость. «Вязкость» жидкости может изменяться в зависимости от скорости сдвига; такое неньютоновское поведение имеет довольно большое значение и поэтому будет рассмотрено отдельно в разд. 8.8. Здесь же мы уделим внимание другим факторам.

Коэффициент диффузии небольших молекул в растворителях невысокой молекулярной массы удобно оценивать (обычно с точностью не менее 10—15%) с помощью уравнения Уилки — Чанга:

Здесь М — молекулярная масса растворителя; V_m—молекулярный объем растворителя при нормальной температуре его кипения, см³/г-моль; μ_l — вязкость жидкости, сП.

Параметр х_а представляет собой коэффициент ассоциации растворителя; величина х_а равна 2,6 для воды, 1,9 для метанола, 1,5 для этанола и 1,0 для бензола, эфира и гептана.

Коэффициент диффузии зависит от ионной силы (как и растворимость; см. табл. 8.1) и концентраций растворенных веществ, влияющих на вязкость раствора. Если при изменении вязкости раствора характер взаимодействия растворителя с растворенным веществом не изменяется, то для внесения поправок на изменение вязкости раствора (при постоянной температуре) по сравнению, например, с чистой водой может оказаться полезным уравнение

Таблица 8.4. Коэффициенты диффузии O₂ в пленках микроорганизмов

Как показано в табл. 8.4, коэффициенты диффузии кислорода в скоплениях микроорганизмов обычно меньше, чем в чистой воде (2,25∙10^-5 см²/с). В ходе изучения влияния других переменных недавно было показано, что при увеличении времени пребывания микроорганизмов в реакторе и отношения С/N утилизируемых субстратов коэффициент диффузии O₂ в скоплениях микроорганизмов, образующихся при переработке отходов, уменьшается по сравнению с соответствующей величиной для чистой воды в 5—20 раз.