发酵罐溶氧速率测定实验 - 图文

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：

通 风 量 溶 氧 L / h－1 浓 度 ％ 20 氧 饱 30 和 40 时 50 间 60 s

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：

通 风 量 溶 氧 L / h－1 浓 度 ％ 20 氧 饱 30 和 40 时 50 间 60 s

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：

通 风 量 溶 氧 L / h－1 浓 度 ％ 20 氧 饱 30 和 40 时 50 间 60 s

60 69 149 234 326 438 150 46 104 168 234 5 210 41 92 150 208 270 300 29 68 108 156 214 60 110 246 388 539 12 150 58 142 232 332 450 210 54 122 200 280 390 300 39 93 152 214 5 60 87 197 325 473 666 150 70 141 222 319 443 210 43 101 172 250 6 300 45 95 150 216 5

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 风 量 L*h-1 搅 拌 功 率 及 溶 氧 速 率 r*min-1 100 150 200 60 150 210 300 功率 电压/V 电流/A 氧饱和时间/s 功率 电压/V 电流/A 氧饱和时间/s 功率 电压/V 电流/A 氧饱和时间/s 功率 电压/V 电流/A 氧饱和时间/s 14 276 14 178 14 149 14 121

19 293 19 190 19 158 19 121 24 177 24 130 24 116 24 88 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 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 风 量 L*h-1 搅 拌 功 率 及 溶 氧 速 率 r*min-1 100 150 200 60 功率/W 溶氧速率/mg*L-1*h-1 功率/W 溶氧速率/mg*L-1*h-1 功率/W 溶氧速率/mg*L-1*h-1 功率/W 溶氧速率/mg*L-1*h-1 150 210 300 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。

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。 精心搜集整理，只为你的需要