亚硫酸盐法测定容积氧传递系数汇总
生物反应工程复习资料
生物反应工程原理复习资料生物反应过程与化学反应过程的本质区别在于有生物催化剂参与反应。
生物反应工程是指将实验室的成果经放大而成为可提供工业化生产的工艺工程。
酶和酶的反应特征酶是一种生物催化剂，具有蛋白质的一切属性；具有催化剂的所有特征；具有其特有的催化特征。
酶的来源：动物、植物和微生物酶的分类：氧化还原酶、水解酶、裂合酶、转移酶、连接酶和异构酶酶的性质：1）催化共性：①降低反应的活化能②加快反应速率③不能改变反应的平衡常数。
2)催化特性：①较高的催化效率 ②很强的专一性 ③温和的反应条件 易变性和失活 3）调节功能：浓度、激素、共价修饰、抑制剂、反馈调节等固定化酶的性质固定化酶：在一定空间呈封闭状态的酶，能够进行连续反应，反应后可以回收利用。
与游离酶的区别：游离酶----一般一次性使用（近来借助于膜分离技术可实现反复使用）固定化酶--能长期、连续使用（底物产物的扩散过程对反应速率有一定的影响；一般情况下稳定性有所提高；以离子键、物理吸附、疏水结合等法固定的酶在活性降低后，可添加新鲜酶溶液，使有活性的酶再次固定，“再生”活性）固定化对酶性质的影响：底物专一性的改变 、稳定性增强 、最适pH 值和最适温度变化、动力学参数的变化单底物均相酶反应动力学米氏方程快速平衡法假设：（1）CS>>CE ，中间复合物ES 的形成不会降低CS （2）不考虑这个可逆反应（3） 为快速平衡， 为整个反应的限速阶段，因此ES 分解成产物不足以破坏这个平衡稳态法假设：（1）CS>>CE ，中间复合物ES 的形成不会降低CS （2）不考虑双倒数法（Linewear Burk ）： 对米氏方程两侧取倒数得以 作图 得一直线，直线斜率为 ，截距为根据直线斜率和截距可计算出Km 和rmax抑制剂对酶反应的影响：失活作用（不可逆抑制）抑制作用（可逆抑制 ）：竞争抑制 、反竞争抑制 、非竞争抑制 、 混合型抑制 竞争抑制反应机理： 非竞争抑制反应机理： 可逆抑制各自的特点：P37多底物均相酶反应动力学 (这里讨论：双底物双产物情况 )强制有序机制顺序机制 西-钱氏机制双底物双产物反应机制：随即有序机制Sm C r K r r 111maxmax+=S C r 1~1QP B A +→+PE ES +←ES S E ⇔+P E ES +→0=dt dC ES乒乓机制注意在工业级反应中， 反应速度一般是由改变所用酶浓度和（或）反应时间，而不是改变底物浓度来控制的，并且要测定的最重要参数是可测的转化率，而不是反应速度酶失活的因素有哪些？酶会由于种种因素发生失活。
水中氧传递系数KLa的测定
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微孔曝气池
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曝气系统的组成
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氧从空气向水中转移的机理பைடு நூலகம்用双膜理论来解释。当气、液两相作相对运
动时，其接触界面两侧分别存在着气膜和液膜。氧的转移就在气、液双膜进行 分子扩散和膜外进行对流扩散的过程。
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五、溶解氧的测定
➢ 化学法 ➢ 离子选择性电极法
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六、实验结果与分析
1、实验数据的统计
2、利用做图法和最小二乘法求解KLa。
3、确定废水α和β值。
4、试论述KLa与各变量（如搅拌速度、空气流量、温 度）之间的关系。
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四、实验步骤
1、测定在非稳态条件下时间对氧转移系数的影响：实验水样、 水量不变，搅拌机转速、气体流量不变，改变曝气时间，分别 测DO的变化。
2、测定搅拌对氧转移系数的影响：实验水样、水量不变、气体 流量、曝气时间不变，改变搅拌机转速，分别测DO的变化。
3、测定气体流量对氧转移系数的影响：实验水样、水量不变、 搅拌机转速、曝气时间不变，改变气体流量，分别测DO的变化。
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氧的转移速率可表示为：
dc dt
K La (CS
C)
将上式积分得：
K La
2.3 1 t2 t1
log (CS C1) (CS -C2 )
式中：KLa——氧的总转移系数（时-1）； Cs——水中氧的饱和浓度（毫克/升）； C——水中氧的实际浓度（毫克/升）；
实验三__氧转移系数KLa的测定
实验三__氧转移系数KLa的测定实验三氧转移系数K La 的测定⼀、实验⽬的1、掌握曝⽓装置的充氧机理2、学会测定曝⽓装置的氧总转移数K La3、掌握影响氧总转移数K La 的主要因素⼆、实验原理曝⽓的作⽤是向液相供给溶解氧。
氧由⽓相转⼊液相的机理常⽤双膜理论来解释。
双膜理论是基于在⽓液两相界⾯存在着两层膜（⽓膜和液膜）的物理模型。
⽓膜和液膜对⽓体分⼦的转移产⽣阻⼒。
氧在膜内总是以分⼦扩散⽅式转移的，其速度总是慢于在混合液内发⽣的对流扩散⽅式的转移。
所以只要液体内氧未饱和，则氧分⼦总会从⽓相转移到液相的。
单位体积内氧转速度率为：)(C C a K dt dcs L -= （公式1）dc/dt ——单位体积内氧转速率（公⽄/⽶3·时） K La ——液相中以浓度差为动⼒的总转移系数（时-1） Cs ——液相氧的饱和浓度（公⽄/⽶3） C ——液相内氧的实际浓度（公⽄/⽶3）对公式1进⾏积分得21121log31.2t t C C C C a K s s L -?--=C 1、C 2为在t 1、t 2时所测得的溶解氧浓度（公⽄/⽶3）本实验既是对清⽔进⾏曝⽓充氧，从⽽得到K La 和Cs 。
清⽔（在现场⽤⾃来⽔或曝⽓池出流的清液）⼀般含有溶解氧，通过加⼊⽆⽔亚硫酸钠（或氮⽓）在氯化钴的催化作⽤下，能够把⽔体中的溶解氧消耗掉，使⽔中溶解氧降到零，其反应式为：42232221SO Na O SO Na CL C o ??→?+通过使⽤空⽓压缩机或充氧泵把空⽓中的氧⽓打⼊⽔体，使⽔体系的溶解氧逐渐提⾼，直⾄溶解氧升⾼到接近饱和⽔平。
三、实验设备和试剂1、氧传递系数K La 测定实验装置1套；2、空⽓压缩机或充氧泵1台；3、秒表1只；4、1升量筒、长玻棒、虹吸管、洗⽿球各1只；5、⽆⽔亚硫酸钠1瓶；6、氯化钴1瓶；7、溶解氧测定装置（DO 测定仪）1台或碘量法测定溶解氧装置⼀套（含相关试剂）； 8、台式天平（0.1g ）1个。
发酵工程复习资料
一、填空（20分）1.酶的调节控制是代谢调控最重要和最有效的调节方式，涉及酶合成的调节和酶分子催化活性的调节。
2.酶合成的调节是一种通过调节酶的合成量进而调节代谢速率的调节机制，这是一种在基因水平上（原核生物重要在转录水平上）的代谢调节。
一般将能促进酶生物合成的调节称为诱导，而能阻碍酶生物合成的调节称为阻遏。
3.酶分子催化活性调节是一种较灵敏的调节方式，而酶合成的调节是一种相对较慢的调节方式。
4.根据酶的合成是否收到环境中所存在的诱导物的诱导作用，可把酶划提成组成型酶和诱导型酶。
5.组成型酶是微生物细胞生长繁殖过程中一直存在的酶类，其合成不受诱导物诱导作用的影响。
诱导型酶是微生物细胞在诱导物存在的情况下诱导合成的一类酶。
6.阻遏作用有助于生物体节省有限的养料和能量，其类型重要有末端代谢产物阻遏和分解代谢产物阻遏两种。
7.代谢工程育种又称为第三代基因工程，是根据代谢途径进行定向选育，获得某种特定的突变株。
其重要优点是减少育种工作的盲目性，提高育种效率。
8.组成型突变株是指操纵子或调节基因突变引起酶合成诱导机制失灵，菌株不经诱导也能合成酶，或不受终产物阻遏的调节突变型。
9.抗分解调节突变株重要解决分解阻遏和分解克制问题。
在实际生产中，最常见的是解除碳源分解调节突变株和解除氮源分解调节突变株。
10.营养缺陷型是一类代谢障碍突变株，会使发生障碍的前一步中间产物积累。
在分支代谢途径中具有切除不需要的分支而使代谢流集中流向目的产物的特点。
11.渗漏缺陷型是一种特殊的营养缺陷型，是遗传障碍不完全的突变株。
其特点是酶活力下降而不完全消失。
在分支代谢途径中强调优先合成的转换。
12.抗反馈调节突变株是一种解除合成代谢反馈克制的突变株，其特点是目的产物不断积累，不会因其浓度超量而终止生产。
13.细胞膜透性突变株是指通过控制磷脂的生物合成直接改变细胞膜结构，或控制细胞壁的生物合成间接影响细胞膜的结构而达成增长细胞膜通透性，促使细胞内代谢物质往外分泌的突变型。
亚硫酸盐的测定方法
第一篇盐酸副玫瑰苯胺法（第一法）2 原理亚硫酸盐与四氯汞钠反应生成稳定的络合物，再与甲醛及盐酸副玫瑰苯胺作用生成紫红色络合物，与标准系列比较定量。
本方法最低检出浓度为1 mg/kg。
3 试剂3．1 四氯汞钠吸收液：称取13.6 g氯化高汞及6.0 g氯化钠，溶于水中并稀释至1 000 mL，放置过夜，过滤后备用。
3．2 氨基磺酸铵溶液（12 g/L）。
3．3 甲醛溶液（2 g/L）：吸取0.55 mL无聚合沉淀的甲醛（36%），加水稀释至100 mL，混匀。
3．4 淀粉指示液：称取1 g可溶性淀粉，用少许水调成糊状，缓缓倾入100 mL沸水中，随加随搅拌，煮沸，放冷备用，此溶液临用时现配。
3．5 亚铁氰化钾溶液：称取10.6 g亚铁氰化钾[K4Fe(CN)6·3H2O]，加水溶解并稀释至100 mL。
3．6 乙酸锌溶液：称取22 g乙酸锌[Zn(CH3COO)2·2H2O]溶于少量水中，加入3 mL冰乙酸，加水稀释至100 mL。
3．7 盐酸副玫瑰苯胺溶液：称取0.1 g盐酸副玫瑰苯胺（C19H18N2Cl·4H2O；p-rosanilinen hydrochloride）于研钵中，加少量水研磨使溶解并稀释至100 mL。
取出20 mL，置于100 mL 容量瓶中，加盐酸（1+1），充分摇匀后使溶液由红变黄，如不变黄再滴加少量盐酸至出现黄色，再加水稀释至刻度，混匀备用（如无盐酸副玫瑰苯胺可用盐酸品红代替）。
盐酸副玫瑰苯胺的精制方法：称取20 g盐酸副玫瑰苯胺于400 mL水中，用50 mL盐酸（1+5）酸化，徐徐搅拌，加4～5 g活化炭，加热煮沸2 min。
将混合物倒入大漏斗中，过滤（用保温漏斗趁热过滤）。
滤液放置过夜，出现结晶，然后再用布氏漏斗抽滤，将结晶再悬浮于1 000 mL乙醚-乙醇（10：1）的混合液中，振摇3～5 min，以布氏漏斗抽滤，再用乙醚反复洗涤至醚层不带色为止，于硫酸干燥器中干燥，研细后贮于棕色瓶中保存。
实训十亚硫酸盐氧化法测定KLɑ
精选课件
四、实验步骤
1.于5L发酵罐中装入0.5mol/L亚硫酸钠溶液3L， 罐温调至25℃，加入10-3mol/L硫酸铜溶液50mL，开 搅拌搅匀（转速300rpm），待通气量稳定后（通气 量10L/min），即可取样。
2. 0.05mol/L碘标准溶液1L 称取13g碘和25g KI于 200mL烧杯中，加少许蒸馏水，搅拌至碘全部 溶解后，转入棕色瓶中，加水稀释至1000mL， 塞紧，摇匀后放置过夜。剂100mL 称取0.2g可溶性淀 粉，用少量水调成糊状，溶于100mL沸水(蒸馏水) 中，继续煮沸至溶液透明。冷却，贮于玻璃塞瓶 中备用。(新配制)
精选课件
V1=
mL V2=
mL V3=
mL
ΔV/mL
OUR / mol/L•h
KLɑ/ 1/h KLɑ平均值
/ 1/h
精选课件
五、结果与讨论
2.影响亚硫酸盐氧化法测定KLɑ值的因素有
哪些？
精选课件
精选课件
微生物与发酵工艺
实训十 亚硫酸盐氧化法测
定KLɑ
精选课件
一、实验目的
1.熟悉5L发酵罐的结构和操作。
2.掌握亚硫酸盐氧化法测定KLɑ。
精选课件
二、实验原理
溶氧系数的测定方法有许多种，概括起来 分为三大类，即亚硫酸盐氧化法、动态法和 稳态氧平衡法。本实验采用亚硫酸盐氧化法， 以Cu2+作为催化剂，溶解在水中的氧能立即 氧化其中的亚硫酸根离子，使之成为硫酸根 离子。若反应器中装入亚硫酸盐和少量催化 剂铜离子(0.5mol/LNa2SO3水溶液，另加103mol/L的CuSO4)，同时进行通风搅拌，则反 应器中氧的传递和反应过程可表示为：
06-02-004教学课件-亚硫酸盐氧化法测定KLa(精)
（三） 溶氧浓度的控制
发酵液中的溶氧浓度取决于氧的传递（即供氧方面） 和被微生物利用（即耗氧方面）两个方面。
氧的传递方程 NV ＝KLa(c*－cL) 式中：NV —— 单位体积液体的传氧速率； KLa —— 以浓度差为推动力的体积溶氧系数； cL —— 溶液中氧的实际浓度； c* —— 氧在水中的饱和浓度。
③菌龄：幼龄菌生长旺盛，耗氧大 ④发酵条件：pH、温度 ⑤代谢类型： 若产物通过TCA循环获取，则耗氧大；若产物通过 EMP途径获取，则耗氧量小
3 控制溶氧的工艺手段
（1）改变通气速率（增大通风量）：增大KLa值。注意，
过分增大通气速率会产生副作用，如泡沫生成、罐温增高等。
（2）改变搅拌速度：转速较低时，增大搅拌速度对提高溶
（2）菌体代谢发生异常现象，需氧要求增加，使溶氧 下降 （3）某些设备或工艺控制发生故障或变化，也能引起 溶氧下降，如搅拌功率消耗变小或搅拌转速变慢、消 沫油因自动加油器失灵或人为加量过多 、停止搅拌、 闷罐（关闭排气阀）等。
2、引起溶氧异常上升的可能原因： （1）污染烈性噬菌体 （2）菌体代谢出现异常，耗氧能力下降 （3）补料时间和间隔不当：赤霉素发酵发酸现象 根据发酵液中的溶解氧浓度的变化来判断微生物 生长代谢是否正常，工艺控制是否合理，设备供氧能 力是否充足等问题，有助于查找发酵不正常的原因和 控制好溶氧(DO)是需氧微生物生长所必需。在发酵过程中 有多方面的限制因素，而溶氧往往是最易成为控制因素。
在28℃氧在发酵液中的100％的空气饱和浓度只有 0.25 mmol.L-1左右，比糖的溶解度小7000倍。在对数生 长期即使发酵液中的溶氧能达到100％空气饱和度，若 此时中止供氧，发酵液中溶氧可在几分钟之内便耗竭， 使溶氧成为限制因素。
06-02-010案例-亚硫酸盐氧化法测定KLa(精)
案例
青霉素发酵溶氧系数KLa测定
对于有氧发酵，溶解氧的高低直接关系着发酵的成功与失败。溶氧系数是衡量溶解氧高低的一个重要参数，利用某些化学反应特性，可以对溶氧系数进行测定
问题
如何利用化学法进行溶氧系数KLa测定？
案例解析
亚硫酸盐氧化法，以Cu2+作为催化剂，溶解在水中的氧能立即氧化其中的亚硫酸根离子，使之成为硫酸根离子。若反应器中装入亚硫酸盐和少量催化剂铜离子(0.5 M Na2SO3水溶液，另加10-3M的CuSO4)，同时进行通风搅拌，则反应器中氧的传递和反应过程可表示为： 并且在20～45℃下，相当宽的SO3浓度范围（0.035～0.9N）内，O2与SO3的反应速度和SO3浓度无关。利用这一反应特性，可以从单位时间内被氧化的SO3量求出传递速率。
当反应（2）达稳态时，用过量的I2与剩余的Na2SO3作用。
然后再用标定的Naቤተ መጻሕፍቲ ባይዱS2O3滴定剩余的碘：
由以上反应可知，每消耗4mol Na2SO3相当于1molO2被吸收
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变化，亦使KL·a值和C*值发生变化。当水温升高时，KL·a 值虽然增高，但C*值降低；反之，则KL·a值降低而C* 值升 高。它们二者随温度的变化是互相反向的，对氧转移速率的
影响有相互抵消的作用。因此，认真研究二者与温度之间的 关系在工程实践中是非常重要的。
0.05mol/L碘溶液的配制:18gkI溶于100ml水中加入6.346g I2定容到500ml 实际称量7.5gKI和3.75 I2，浓度为0.02mol/L，所以计算时应0.02mol/L来 计算氧气的消耗量。
根据表格中数据可看出氧吸收速率逐渐降低，可能由于同学取三角瓶时忘记 开启摇床降低氧传递效率。
溶氧系数的测定方法有许多种，概括起来可分为三大类，即 亚硫酸盐氧化法、动态法和稳态氧平衡法。本实验采用亚 硫酸盐氧化法，以Cu2+作为催化剂，溶解在水中的氧能 立即氧化其中的亚硫酸根离子，使之成为硫酸根离子。
2 2
• Nv：体积溶氧传递速率；(mol/ml·min) • KL·a：体积溶氧系数；(1/min) • C﹡：气相主体中含氧量；(mmol/L) • CL：液相主体中含氧量；(mmol/L) • △t：取样间隔时间；（min） • △V：△t内消耗的Na2S2O3ml数；(ml) • m：取样量；(ml) • N：Na2S2O3标准液的浓度；(mol/l)
25
2
4.45
120
25
2
4.73
140
25
2
5.22
160
25
2
5.79
180
25
2
6.15
时间h 单位体积氧气总消耗量mol Nv Kla
1.333333333 0.05375
0.0403125 191.9642857
1.666666667 0.055625 0.033375
158.9285714
• 4）实验的关键点是滴定终点的掌握。滴定时，先用硫代 硫酸钠滴定至溶液呈浅蓝色，再加淀粉指示剂使溶液变蓝， 然后滴定至无色，即为终点。同时置于摇床上的时间必须 准确记录，体积溶氧系数的大小与氧化时间有着密切的关 系。
三、实验结果
时间 碘液(ml) Na2SO4(ml) Na2S2O3(ml)
80
亚硫酸盐法测定容积 氧传递系数
第八组：吴培琳、刘琳珊、许徳爽
START
一、实验原理
由双膜理论导出的体积溶氧传递方程： NV＝KL·a（C*-CL） （1）
是在研究通气液体中传氧速率的基本方程之一，该方程指出： 就氧的物理传递过程而言，溶氧系数KL·a的数值，一般是 起着决定性作用的因素。所以，求出KL·a作为某种反应器 或某一反应条件下传氧性能的标度，对于衡量反应器的性 能，控制发酵过程，有着重要的意义。
2 0.059125 0.0295625 140.7738095
2.333333333 0.06525
0.027964286 133.1632653
2.666666667
3
0.072375 0.076875
0.027140625 0.025625
129.2410714 122.0238095
实验分析
影响因素
• 2、影响KL·a的因素： 空气中氧向水体中转移，根据
Leuis和Whitman的双膜理论，由于气膜中存在氧的分压梯 度和在液膜中存在氧的浓度梯度，并以后者为主，因此由氧 的转移速率可见，氧的总传质系数KL·a和饱和溶解氧C*是 影响氧转移速率NV的2个主要参数。而影响这2个参数的因 素也必然是影响氧转移速率的因素。
• 2）温度对KL·a的影响：在一定压力下KL·a值随温度的
升高而增加，这是因为温度升高，增加了气体的分子扩散系
数和降低了液体的黏度，导致气体进入液体有较高的扩散速 率，使KL值增大。但温度升高又促使小气泡凝聚成大气泡， 使气泡在液体内的表面积减小，即a值降低，因此温度对 KL·a的影响具有两重性，但在剧烈的搅拌下，小气泡凝聚 受到一定的限制，即a值变化不大，所以温度上升kL a值增 加。
二、注意事项
• 1）从样品液移取2ml进入碘液时，应注意将移液管的下端 置于离开碘液液面不超过1cm的位置处，以防止溶液进一 步氧化。
• 2）配制的硫代硫酸钠标准液没有标定，所以用0.025代 入计算会引起误差。
• 3）实验使用的亚硫酸钠溶液因为提前配制，溶液水体中 溶解了一部分O2，使气相主体含氧量与液相主体含氧量 的差值减小，降低了液体中的传氧速率。
• 1）压力对KL·a的影响：在一定温度下，压力与体积传
质系数有关，KL·a值随压力的增加而增加。这是由于压力增 加时，气体溶解度增加，降低了液体的表面张力，使气体在 液体中易于形成小气泡，增大了气泡在液体内的表面积，即 a值增加；况且在高压下，随着溶解气体的增加，液体黏度 将降低，由于kLa 反比于黏度，所以使KL·a值随压力增加而 增加