发酵罐溶氧速率测定实验

发酵罐溶氧速率测定实验

一、实验目的

了解机械搅拌通风式发酵罐的搅拌功率、搅拌转速及通风量三者之间的关系及其对溶氧速率的影响。学习测量液体中溶解氧的方法。

二、实验任务

1、测定不同风量、不同转速下的溶氧速率及功率消耗

2、研究风量、转速及功率消耗对溶氧速率的影响

三、实验装置

本实验装置的主要组成部分是一台小型机械搅拌通风式反应器（发酵罐），总容积5 L，装有两档六弯叶涡轮搅拌器。搅拌器可无级变速，这是通过调压变压器改变输入搅拌电机的电压实现的，其实际转速由转速数字显示仪配合光电转速传感器测量和显示，所消耗功率由电流表和电压表显示。

四、实验原理及方法

好气性微生物在深层液体中培养是利用溶解状态的氧，所以反应器的溶氧速率是标志该反应器性能的一个重要参数。通常，在恒定搅拌转速时，风量增大，溶氧速率应增大，风量一定时，搅拌转速的改变能改变气泡的分散度，亦即改变气-液两相接触界面和接触时间，液体中含气量的变化会引起液体密度的变化，从而使搅拌功率发生变化。

本实验是测取常压状态下，不同风量、不同转速时的溶氧速率及其功率消耗，具体步骤如下：

1、向反应器内注入3.5L自来水，在慢速搅拌下加入1.07g硫酸铜作催化剂，加入0.4g无水亚硫酸钠以除去水中的氧。

2、当溶氧值降至0％时，通入空气，保持低通风量一段时间，以确保无水亚硫酸钠反应完全。在溶氧值升至12%左右，调准所要求的风量及搅拌转速、记录此时的搅拌功率。

3、液体中溶氧值开始升高后，用秒表记录溶氧值升至20％、30％、40％、50％、60％所需要的时间。

4、当溶氧值大于60％后，停止通风，搅拌器维持低速搅拌，重新加入0.4g 无

水亚硫酸钠去氧，然后重复2、3步骤，测取另一组数据。

五、实验结果(由溶氧浓度12％开始计时)

1、搅拌转速为100r/min时，其电流恒为0.13A，电压为15V，其他各项数据为：表一：

2、搅拌转速为150r/min时，其电流恒为0.13A，电压为20V，其他各项数据为：表二：

3、搅拌转速为200r/min时，其电流恒为0.13A，电压为25V，其他各项数据为：表三：

六、数据整理及分析

由于机器原因，在溶氧率的测定时，数字会产生跳动，以致在第2，第3组数据的20%和60%的测定时刻产生误差，甚至漏测，所以选择了30%——50%的数据，较为准确。

氧饱和时间 = 时刻(50%) —时刻(30%)

已知发酵罐的电流不变，以调节电压改变转速，所以由以上数据得出下表四：表四

本实验的测取是在常压状态下，而在标准大气压下20℃时氧在纯水中的饱和溶解度是9.02 mg/L，因此根据氧溶解度从30％上升到50％时候的氧的溶解量可计算出功率转速风量各因素与溶氧的关系(表五)。

表五：功率转速风量与溶氧的关系

100 150 200

60 功率/W 1.82 2.47 3.12 溶氧速率/mg*L -1*h -1 23.53 22.164 36.69 150

功率/W 1.82 2.47 3.12 溶氧速率/mg*L -1*h -1 36.486 34.18 49.956 210

功率/W 1.82 2.47 3.12 溶氧速率/mg*L -1*h -1 43.586 41.104 55.986 300

功率/W 1.82 2.47 3.12 溶氧速率/mg*L -1*h -1

53.672

53.672

73.8

七 结果讨论

1 作出功率、转速、风量与溶氧速度的关系曲线图，并分析讨论各参数对溶氧速率的影响，在本实验条件下，哪个因素对溶氧速率的影响较为显著。 答：

以下三图为功率、转速、风量与溶氧速度的关系曲线图：

从上图可以得出：总体上，溶氧速率与转速成正比，随着转速的增加溶氧速率增大。

搅

拌 速

率

r*min -1

功

率

及

溶

氧

风 量 L*h -1

从上图可以得出：溶氧速率与功率成正比，虽然溶氧速率中间有所降低，但总体上随着功率的增加溶氧速率增大。

从上图可以得出：在同一转速下，溶氧速率与通风量成正比，随着通风量的增加溶氧速率增大，且增大的幅度较为明显。

因此，通过对以上三图的比较可以得出：在本实验条件下，通风量对溶氧速率的影响较为显著。

2 若试验介质不用水，而是实际生产中的发酵液。在相同的操作条件下，你认为溶氧速率如何变化？为什么？

答：实际生产中溶氧速率将降低。

因为在发酵液中，微生物的大量繁殖以及利用培养基生成的产物，会引起培养液的物理性质的改变，特别是黏度等，从而影响气泡的大小、气泡的稳定性和氧的传递效率。也因为发酵液的黏度明显比水要大得多，相同的功率得到的转速没有水中的大，也降低了溶氧速率。