Данилов И.П., Романюк А.В., Собакарь А.В.

Харьковская государственная зооветеринарная академия, Украина

Влияние поверхностного натяжения культуральной среды на величину коэффициента массопередачи по кислороду

Движение двухфазных потоков наблюдается в барботажных аппаратах в биотехнологии, где содержится питательная среда вместе с микроорганизмами, которую насыщают дисперсной фазой в виде пузырьков воздуха.

Известно[1], что при прочих равных условиях, растворимость газа зависит от площади соприкосновения газа и жидкости. Чем меньше диаметр пузырьков газа, тем больше их площадь во всем объеме жидкости. В свою очередь с уменьшением диаметра отверстия уменьшается и диаметр пузырьков.

Максимальный размер газовых пузырьков при истечении газа через минимальные отверстия в жидкую среду определяется из условия равенства подъемной силы и силы поверхностного натяжения по формуле:

где d₀ – диаметр отверстия; d_max – диаметр пузырька; σ – поверхностное натяжение; – плотности жидкости и газа.

Следовательно, уменьшать диаметр пузырька, практически можно только снижая диаметр отверстия, либо поверхностное натяжение культуральной жидкости. Если уменьшать диаметр отверстия вследствие его засорения твердой фазой, то большое поверхностное натяжение воды можно снижать путем добавления в культуральную среду веществ с более низким коэффициентом поверхностного натяжения. К ним относятся одноатомные спирты, органические кислоты и др. Причем, концентрация этих соединений минимальна и составляет 0,05-0,2%.

Коэффициент массопередачи по кислороду определяем косвенным сульфитным методом[2]. Условия эксперимента устанавливаем такие же как и в работе[3]. Массу навески сульфита натрия брали 20 г, объем раствора 2 л, куда добавляли 22 мл 0,1 М раствора медного купороса и различные количества спиртов и уксусной кислоты. Температура термостата 25ºС, число оборотов мешалки 6,2 с^-1, расход воздуха до трех литров в минуту.

По каждому добавляемому веществу, снижающему поверхностное натяжение воды, проводим по три серии опытов. В каждой серии вычисляем К_об и рассчитываем его среднеарифметическое значение.

Было определено в условиях эксперимента (табл. 1), что величина К_об убывает в ряду при добавлении метанола – этанола – изопропанола – уксусной кислоты.

Таблица 1. Результаты расчетов объемного коэффициента массопередачи по кислороду.

Поверхностно активное вещество	Содержание, %	Объемный коэффициент массопередачи, ч^-1
Метиловый спирт	0,05 0,1 0,2	654 630 673
Этиловый спирт (96%)	0,05 0,1 0,2	548 480 550
Изопропиловый спирт	0,05 0,1 0,2	520 528 505
Уксусная кислота (99,9%)	0,05 0,1 0,2	390 428 435

Литература:

1. Аиба Ш., Хемфри А. Биохимическая технология и аппаратура: перевод с английского/под редакцией Скрябина Г.И./ – М.:Пищепром,1975.

2. Гапонов К.П. Процессы и аппараты микробиологических производств – М.:Пищепром,1981.

3. Данилов И.П. и др. К вопросу об определении объемного коэффициента массопередачи по кислороду. Materialy VI mezinarodni vedesko – practicka conference 27.04.2010 – 05.05.2010. Efectivni nastroje modernich ved – 2010.Die 18. Biologiche vedy.