高固含量木质纤维同步糖化与发酵反应器内流体力学特性研究(4)
氧传递系数
单位体积发酵的氧传递系数KLa可称为“通气效率”，可以用来表征发酵罐的通气情况。由于各发酵罐设备情况不同以及整个发酵过程中培养液物性的变化，KLa不是常数，通过KLa的测定，就可以了解发酵过程中氧的传递效果的好坏，对提高氧的利用率和增产节能都有着重要意义。
1.2.3 混合时间
混合过程是化工生产过程中一个非常重要的单元操作过程，它直接或间接影响到最终产品的性能。混合过程是主体对流扩散、涡流扩散和分子扩散 3 种扩散机理的综合作用。主体对流扩散把不同物料以较大团块的形式混合起来，然后通过这些大的团块界面之间的涡流扩散，把不均匀的尺度迅速降低到漩涡本身的大小。但主体对流扩散和涡流扩散不能使物料达到完全均匀的分布（真溶液）状态，分子尺度上的均匀混合只有通过分子扩散才能达到。为了研究问题的方便，人们根据尺度的不同，把混合过程分为宏观混合和微观混合过程。宏观混合对应于反应器尺度上的均匀化过程，微观混合过程指的是分子尺度上的均匀化过程。宏观混合增大了分子扩散通道的面积，减少了扩散的距离，因此提高了微观混合的速度。宏观混合通常用混合时间来表示，它是表征搅拌设备内流体混合状况的一个重要参数，是评定搅拌设备效率的重要指标，也是搅拌设备设计和放大的依据之一[10]。
混合时间用tm表示，tm是评价搅拌器优劣的指标之一，与所耗能量密切相关，在混合均匀度达到要求时其测量值才有意义。通常采用中和去色法来确定tm。先将溶液着色，然后通过加入一种不与溶液起化学反应的溶液来中和去色，当容器中溶液变清后，就可以据此认为各组分分子已经完全混合。使整个容器内溶液变清的时间就是tm。为了评价混合时间，经常使用无量纲参数混合特征数ntm，它是一个表示搅拌叶轮转数的参数。对同种搅拌叶轮而言，混合特征数受许多参数的影响。
1.3 搅拌原理及其流体流型
搅拌原理
搅拌可以使两种或多种不同的物质在彼此之中互相分散，从而达到均匀传热和传质。对于均相系统，主要是使液体均匀混合和强化传质，混合的快慢及均匀程度都会影响传热和反应结果：对于非均相系统，还影响到相界面的大小和相同的传质速度，情况更复杂。低粘度液体混合常用桨式和圆盘式搅拌叶轮；高粘度液体混合时常用锚式和螺旋搅拌叶轮。在搅拌叶轮中心对称安装的容器内，容器内液体在较高的旋转速度下容易产生漩涡，当漩涡逐渐增大至搅拌叶轮时，大量气体被吸进，搅拌器功率下降，混合效果降低，并且由于缺少“液体轴承”的作用，还可能会造成轴断裂。这种现象可以通过安装阻流板来解决。
搅拌容器内的流体流型
混合过程中的液体同时进行着径向和轴向运动，如下图3。实际上槽内流体的流动是极为复杂的三文流动，就某点而言，既有轴向分速，也有径向分速，还有切向分速，只是不同的搅拌器各速度分量的大小不同而已。流体的各速度分量与液体粘度密切相关。当安装在搅拌设备中心搅拌粘度不高的流体时，只要搅拌器的转速足够高都会产生切向流，严重时在搅拌器轴周围形成“圆柱状回转区”，在这个区域内混合效果很差。消除此现象的有效方法是在器壁内安装纵向挡板。对高粘度流体而言，当摩擦力大于惯性力时可能产生“死区”，同样，在这些区域内混合效果很差。对于粘弹性液体来说，在中间不产生漩涡，而是形成一个突起。