动态法测定体积溶氧传递系数kLa

一、实验目的

学习运用溶氧电极动态法测定获得kLa值。 二、实验原理

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。 三、实验方法

（1）根据电极显示值求C值：

如果温度为T时，水被空气所饱和，可得到氧分压式：

Po2 = （P – PH2O ）Yo2 空气

P――总压 PH2O――水蒸气压=f（T）

Yo2 空气――空气中氧的摩尔分数=0.21

当总压为1bar，温度为20℃时

Po2 = （1 – 2.34×10-2）×0.21= 0.205（bar）

将水蒸汽分压忽略，则

pO20.21bar相应的浓度可根据Henry定律计算： H = Po2/Xo2 *

c Xo2 *――液相中氧的摩尔分数 =ci

 ci

1000 ≈水的摩尔浓度 =18= 55.55

温度T = 30OC时水中的亨利常数：H （T = 30OC）= 4.81×104 bar

C*α = 0.21×55.55/4.81×104

空气氧饱和浓度值C* = 2.42×10mol/L

α

-4

将电极显示值E（%饱和）换算成氧浓度为：

C = （E/100）×C*α = （E/100）×2.42×10-4mol/L

（2）KLa的获得：

可以运用动态测定法获得KLa值，此法就是在非稳定时用下列衡算式：

dc dt=kLa (C*α－C)－ro2„„„„„„„„„（1）

首先观察暂停通气后C值随时间的下降速率,即AB线的斜率求得摄氧率ro2

值，其次再观察重新通气时的C值(图1)。

A停止通气 B开始通

图1 动态电极法测定kLa的曲线

（a） 停止通气——再通气实施的溶解氧浓度变化 （b） 利用动态过程的数据求

将（1）式加以整理：

1dcC =-KLa(dt+ ro2) + C*α„„„„„（2）

dcdt

即一定的溶氧浓度对应的曲线在该点处的斜率

dc 将重新通气后的过渡阶段C值对应于（dt+ ro2）值作图，应当得到一直线，1这条直线的斜率就表示（－KLa）值。

四、实验器材

溶氧电极、发酵罐、培养液、控制台等。

五、实验步骤

1．溶解氧（DO）浓度的测定

（1）将组装好的氧电极与测定装置连接好，插入水中，接通电源约5min （长时间未使用的氧电极预热约30 min）。

（2）将氧电极浸入饱和亚硫酸钠溶液（无氧水）中，DO值减小到一定后，调节溶氧仪的调节旋钮，使仪表指针至零点。

（3）从无氧水中取出氧电极后，用水冲洗，并用滤纸吸去覆膜上的水滴后将氧电极插入已充分通入空气的纯水中，至指针稳定后，调节校正旋钮使指针与饱和DO值吻合。

（4）重复（2）、（3）两步骤，使显示数值稳定在一定范围内。 2．kLa的测定

（1）将培养基加入至发酵罐，插入调整好的氧电极，设定好相应的温度、通风量及搅拌转速。

（2）连接氧电极输出端。

（3）接入适量的种子液，开始培养。

（4）培养一定时间，此时DO值为一定，停止通气。

（5）当DO值下降至1-2mg/Kg时，通气，DO值迅速回升，渐渐恢复至原值。 （6）进行不少于3个搅拌转速条件下的测定，每一搅拌转速条件至少进行两次测定。 六、实验结果

T（℃）

七、思考题

1、与亚硫酸钠氧化法测定kla相比，动态电极法测定kla具有哪些优势? 2、怎样求一定的溶氧浓度对应的曲线在该点处的斜率？

C*α E C kla