DD220847A1

DD220847A1 - DEVICE FOR MEASURING THE VOLUMETRIC OXYGEN TRANSFER COEFFICIENT

Info

Publication number: DD220847A1
Application number: DD25959084A
Authority: DD
Inventors: Georg Gira
Original assignee: Adw Ddr
Priority date: 1984-01-25
Filing date: 1984-01-25
Publication date: 1985-04-10

Abstract

Die Erfindung "Vorrichtung zur Messung des volumetrischen Sauerstoffuebergangskoeffizienten" ermoeglicht die Messung des volumetrischen Sauerstoffuebergangskoeffizienten kLa bei der Belueftung von Fermentoren und ist anwendbar in der mikrobiologischen Industrie sowie in der Wasserwirtschaft. Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Vorrichtung, die on-line an das Fermentationssystem mit respirierender Kultur angeschlossen ist, die auf der Grundlage eines adaptiven Identifikationsverfahrens in Echtzeit ein dem volumetrischen Sauerstoffuebergangskoeffizienten kLa proportionales elektrisches Ausgangssignal liefert und die in der Messbereichswahl sehr variabel ist. Die Aufgabe wird mittels einer Vorrichtung geloest, in der eine Elektrode zur Messung der Geloestsauerstoffkonzentration des Fermentationsmediums mit einer Schaltung aus analogen und logischen Elementen verbunden ist, welche ein adaptives Identifikationsverfahren nach der Methode des steilsten Abstiegs realisiert. Fig.The invention "device for measuring the volumetric oxygen transfer coefficient" allows the measurement of the volumetric oxygen transfer coefficient kLa in the ventilation of fermentors and is applicable in the microbiological industry and in the water industry. The object of the invention is to provide a device connected on-line to the respiring culture fermentation system which, based on an adaptive identification method, provides in real time an electrical output proportional to the volumetric oxygen transfer coefficient kLa and which is highly variable in the range of measurement. The object is achieved by means of a device in which an electrode for measuring the gel oxygen concentration of the fermentation medium is connected to a circuit of analog and logic elements, which implements an adaptive identification method according to the method of the steepest descent. FIG.

Description

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Object of the invention

Die Erfindung beinhaltet das Ziel, die Messung des volumetrischen Sauerstoffübergangskoeffizienten mittels einer Vorrichtung durchzuführen, in der bestehende Nachteile beseitigt worden sind.The invention includes the aim of carrying out the measurement of the volumetric oxygen transmission coefficient by means of a device in which existing disadvantages have been eliminated.

Explanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu beschreiben, die auf der Grundlage eines adaptiven Identifikationsverfahfens in Echtzeit Informationen über den volumetrischen Sauerstoffübergangskoeffizienten k_La in Fermentationsmedien liefert.The invention has for its object to describe a device that provides on the basis of an adaptive identification process in real time information about the volumetric oxygen transfer coefficient k _L a in fermentation media.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch folgende Vorrichtung zur adaptiven Identifikation des volumetrischen Sauerstoffübergangskoeffizienten k_La in Echtzeit gelöst: In einem Fermentor befindet sich im Nährmedium eine Meßelektrode für Gelöstsauerstoff, die an ein pO₂-Meßgerät angeschlossen ist. Dieses pO₂-Meßgerät ist mit einem analogen Signal-Wandler, einem Verstärker mit einstellbarem Verstärkungsfaktor und einem Tiefpaß-Filter verbunden. Der Ausgang des Tiefpaß-Filters kann über einen Umschalter an einen Spannungsmesser gelegt werden. Weiterhin ist das Tiefpaß-Filter mit einem Summierer verbunden, an dessen zweiten Eingang die negative Einheitsspannung angeschlossen ist. Der Summierer ist mit dem Eingang eines Quadrierers und dieser wiederum mit dem Eingang eines invertierenden Verstärkers verbunden, dessen Verstärkung stufenweise wählbar ist. Dieser invertierende Verstärker ist am Eingang eines Integrierers mit der Anfangsbedingung NuIt angeschlossen, dessen Ausgang an dem einen Eingang eines Multiplizierers liegt. Der Ausgang des Multiplizierers liegt über einen zweiten invertierenden Verstärker an einem Eingang eines zweiten Summierers. An einem zweiten Eingang liegt der Ausgang des Quadrierers und an einem dritten Eingang liegt über ein Potentiometer die positive Einheitsspannung. An dem Ausgang des zweiten Summierers ist ein zweiter Integrierer angeschlossen, dessen Ausgangsspannung auf den Wert der positiven Einheitsspannung begrenzt ist. Der zweite Integrator befindet sich ständig im Regime „Integration". Der Ausgang des zweiten Integrierers wird auf den zweiten Eingang des Multiplizierers zurückgeführt bzw. kann über den genannten Umschalter an das Spannungsgerät gelegt werden. Außerdem liegt der Ausgang des zweiten Summierers am Eingang eines Vergleichers, dessen Ausgänge an den Eingang zur Steuerung der Arbeitsregime .Anfangsbedingung" und ,Integration" des ersten Integrierers bzw. zur Steuerung des Belüfters führen. Der zweite Eingang des Vergleichers liegt auf Nullpotential. In Funktionen arbeitet die Vorrichtung folgendermaßen:According to the invention this object is achieved by the following device for adaptive identification of the volumetric oxygen transfer coefficient k _L a in real time: In a fermentor is located in the nutrient medium, a measuring electrode for dissolved oxygen, which is connected to a pO ₂ -Messgerät. This pO ₂ meter is connected to an analog signal converter, an adjustable gain amplifier and a low-pass filter. The output of the low-pass filter can be connected to a voltmeter via a switch. Furthermore, the low-pass filter is connected to a summer, to whose second input the negative unit voltage is connected. The summer is connected to the input of a squarer and this in turn to the input of an inverting amplifier whose gain is stepwise selectable. This inverting amplifier is connected to the input of an integrator with the initial condition NuIt whose output is connected to the one input of a multiplier. The output of the multiplier is connected via a second inverting amplifier to an input of a second summer. At a second input is the output of the squarer and at a third input is via a potentiometer, the positive unit voltage. At the output of the second summer, a second integrator is connected whose output voltage is limited to the value of the positive unit voltage. The second integrator is constantly in the "integration" mode, the output of the second integrator is fed back to the second input of the multiplier or can be connected to the voltage device via the said switch, and the output of the second summer is at the input of a comparator. the outputs of which lead to the input for the control of the operating regime "initial condition" and "integration" of the first integrator or for the control of the aerator.The second input of the comparator is at zero potential.

Nach Abschalten des Belüfters 1 nimmt die Gelöstsauerstoffkonzentration infolge der respirierenden Mikroorganismenkultur zeitproportional ab. Sobald ein festgelegter Schwellwert AC₀ überschritten wird, schaltet die Vorrichtung den Belüfter wieder ein. Daraufhin wird aus dem Signal der Meßelektrode 3 von den nachfolgenden analogen Elementen über ein adaptives Identifikationsverfahren nach der Methode des steilsten Abstiegs der volumetrische Sauerstoffübergangskoeffizient k_La ermittelt.After switching off the aerator 1, the dissolved oxygen concentration decreases in proportion to the time due to the respiring microorganism culture. As soon as a defined threshold AC _{0 is} exceeded, the device switches on the aerator again. Then the volumetric oxygen transfer coefficient k _L a is determined from the signal of the measuring electrode 3 from the subsequent analog elements via an adaptive identification method according to the steepest descent method.

embodiment In one embodiment, the invention will be explained in more detail.

Es zeigt die Figur ein Schema der Vorrichtung zur Messung des volumetrischen Sauerstoffübergangskoeffizienten k_La. Die Vorrichtung besteht gemäß der Figur aus einer Meßelektrode für Gelöstsauerstoff 3, die in das Nährmedium im Fermentor 2 eintaucht. Das Nährmedium wird über den Belüfter 1 (hier in Form eines Rührermotors) mit Sauerstoff versorgt. Der Belüfter kann manuell oder durch logisches Signal über den Steuereingang STOP gestoppt bzw. durch logisches Signal am Eingang START gestartet werden. Die Meßelektrode 3 für Gelöstsauerstoff ist an ein pO₂-Meßgerät 4 angeschlossen, dessen Ausgangssignal durch den Signal-Wandler 5 in den für die Schaltungstechnik mit Rechenverstärkern üblichen Einheitsspafinungssignalbereich (z. B. 0 bis 10V) transformiert wird. An den Signal-Wandler 5 ist ein Verstärker 6 mit einstellbarem Verstärkungsfaktor und dahinter ein Tiefpaß-Filter 7 zur Glättung des analogen pO₂-Signals angeschlossen. Die Elemente 3,4,5,6,7 sind so geschaltet, daß das Ausgangssignal des Tiefpaß-Filters 7 positiv ist. Der Ausgang des Tiefpaß-Filters 7 ist über den Umschalter 18 mit dem Spannungsmesser 19 verbunden. Außerdem ist das Tiefpaß-Filter 7 mit einem Eingang des Summierers 8 verbunden, an dessen zweiten Eingang die negative Einheitsspannung angeschlossen ist. Der Summierer 8 ist mit dem Eingang des Quadrierers 9 verbunden und dieser wiederum mit dem Eingang des invertierenden Verstärkers 10, dessen Verstärkung abgestuft wählbar ist. Der Ausgang des invertierenden Verstärkers 10 ist am Eingang des Integrierers 11 mit der Anfangsbedingung Null angeschlossen, dessen Ausgang an dem einen Eingang des Multiplizierers 12 liegt. Der Ausgang des Multiplizierers 12 liegt über den invertierenden Verstärker 13 an einem Eingang des Summierers 15. Im Gegensatz zu allen anderen Rechenelementen hat dieser Eingang nicht den Bewertungsfaktor „1", sondern den Bewertungsfaktor „2". An einem zweiten Eingang des Summierers 15 liegt der Ausgang des Quadrierers 9 und an einem dritten Eingang liegt über das Potentiometer 14 die positive Einheitsspannung. Am Ausgang des Summierers 15 ist der Integrierer 16 mit der Eingangsbewertung .10" angeschlossen, dessen Ausgangsspannung auf den Wert der positiven Einheitsspannung begrenzt ist. Der Integrierer 16 befindet sich ständig im Regime .Integration". Der Ausgang des Integrierers 16 wird auf den zweiten Eingang des Multiplizierers 12 zurückgeführt bzw. kann über den Umschalter 18 an den Spannungsmesser 19 gelegt werden. Außerdem liegt der Ausgang des Summierers 15 am Eingang des Vergleichers 17, dessen Ausgänge an den Eingang zur Steuerung der Arbeitsregime „Anfangsbedingung" und „Integration" des Integrierers 11 bzw. zum Steuereingang START des Belüfters 1 führen. Der zweite Eingang des Vergleichers 17 liegt auf Nullpotential.The figure shows a scheme of the device for measuring the volumetric oxygen transfer coefficient k _L a. The device consists according to the figure of a measuring electrode for dissolved oxygen 3, which dips into the nutrient medium in the fermentor 2. The nutrient medium is supplied via the aerator 1 (here in the form of a stirrer motor) with oxygen. The aerator can be stopped manually or by a logical signal via the control input STOP or started by a logical signal at the input START. The dissolved oxygen measuring electrode 3 is connected to a pO ₂ measuring device 4, the output signal of which is transformed by the signal converter 5 into the standard signal transmission signal range (for example 0 to 10 V ₎ customary for circuit technology with arithmetic amplifiers. To the signal converter 5, an amplifier 6 with adjustable gain and behind a low-pass filter 7 for smoothing the analog pO ₂ signal is connected. The elements 3,4,5,6,7 are switched so that the output signal of the low-pass filter 7 is positive. The output of the low-pass filter 7 is connected via the changeover switch 18 to the voltmeter 19. In addition, the low-pass filter 7 is connected to an input of the adder 8, to whose second input the negative unit voltage is connected. The summer 8 is connected to the input of the squarer 9 and this in turn to the input of the inverting amplifier 10, whose gain is stepped selectable. The output of the inverting amplifier 10 is connected to the input of the integrator 11 with the initial condition zero, the output of which lies at the one input of the multiplier 12. The output of the multiplier 12 is above the inverting amplifier 13 at an input of the adder 15. In contrast to all other computing elements, this input does not have the weighting factor "1", but the weighting factor "2". At a second input of the adder 15 is the output of the squarer 9 and at a third input is above the potentiometer 14, the positive unit voltage. The integrator 16 is connected at the output of the adder 15 to the input evaluation .10 ", whose output voltage is limited to the value of the positive unit voltage. The integrator 16 is constantly in the" integration "mode. The output of the integrator 16 is fed back to the second input of the multiplier 12 or can be applied via the switch 18 to the voltmeter 19. In addition, the output of the adder 15 is at the input of the comparator 17, whose outputs lead to the input for controlling the operating regime "initial condition" and "integration" of the integrator 11 and to the control input START of the aerator 1. The second input of the comparator 17 is at zero potential.

Im folgenden wird die Erfindung zur Bestimmung des volumetrischen Sauerstoffübergangskoeffizienten k_La in Funktion erläutert. Nachdem der Fermentor 2 über den Belüfter 1 längere Zeit belüftet und gut durchmischt wurde, hat sich ein stationärer pO₂-Wert C eingestellt. Über den Umschalter 18 wird der Ausgang des Tiefpaß-Filters 7 an den Spannungsmesser 19 gelegt und die Verstärkung des Verstärkers 6 so eingestellt, daß der aktuelle Wert der Gelöstsauerstoffkonzentration pO₂ auf 100% des Einheitsspannungssignals abgebildet wird. Danach wird über den Umschalter 18 der Ausgang des Integrierers 16 an den Spannungsmesser 19 gelegt. Vor Versuchsbeginn wird die Schwelle ДС„ = 1 - C(O) festgelegt, bei deren Überschreitung d<;r Parameteridentifikationsprozeß für den volumetrischen Sauerstoffübergangskoeffizienten k_La gestartet werden soll, indom Potentiometer 14 auf den Wert ДС* eingestellt wird. Vor Versuchsbeginn ist außerdem der Integrierer 11 über den Ausgang Л1 des Vergleichers 17 auf den Anfangswert Null zurückgesetzt.In the following the invention for the determination of the volumetric oxygen transfer coefficient k _L a is explained in function. After the fermenter 2 was aerated over the aerator 1 for a long time and thoroughly mixed, a steady state pO ₂ value C has been established. Through the switch 18, the output of the low-pass filter 7 is applied to the voltmeter 19 and the gain of the amplifier 6 is set so that the current value of the dissolved oxygen concentration pO _{2 is} mapped to 100% of the unit voltage signal. Thereafter, the output of the integrator 16 is applied to the voltmeter 19 via the changeover switch 18. Before the start of the test, the threshold ДС "= 1 - C (O) is set, beyond which the parameter identification process for the volumetric oxygen transfer coefficient k _L a is to be started, in which potentiometer 14 is set to the value ДС *. Before the start of the test, the integrator 11 is also reset to the initial value zero via the output I1 of the comparator 17.

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Die Messung beginnt mit dem manuellen oder programmgeführten Einstellen einer niedrigeren Drehzahl des Rührermotuis über dessen Steuereingang STOP, worauf infolge der Atmung der Mikroorganismenkultur die Gelöstsauerstoffkonzentration C(t) zeitlinear abnimmt. Wenn das am Ausgang des Summierers 8 vorliegende Signal 1 C(t) die festgelegte Schwelle AC₀ überschreitet, wechselt der Ausgang des Summierers 15 das Vorzeichen in positive Richtung und der Vergleicher 17 gibt über den Ausgang A 2 das Steuersignal START zum Wiederanlaufen des Rührermotors auf die ursprüngliche hohe Drehzahl. Da infolgedessen nach kurzer Verzögerung die Gelöstsauerstoffkonzentration wieder ansteigt, unterschreitet nach einer gewissen Zeit das Signal 1 - C(t) am Ausgang des Summierers 8 die festgelegte Schwelle ДС_О und der Ausgang des Summierers 15 wechselt das Vorzeichen in negative Richtung. Damit schaltet der Vergleicher 17 über den Ausgang A1 den Integrierer 11 vom Regime „Anfangsbedingung" in das Regime „Integration", womit der Parameteridentifikationsprozeß für k_La gestartet ist. Bereits während die Gelöstsauerstoffkonzentration nach einem Zeitgesetz I.Ordnung wieder auf den stationären Ausgangswert einschwingt, konvergiert das Ausgangssignal des Integrierers 16 zu einem dem gesuchten Sauerstoffübergangskoeffizienten k_La proportionalen Wert, der über den Umschalter 16 auf dem Spannungsmesser 19 abgelesen werden kann. Die Konvergenz des Parametersuchprozesses unabhängig von einem beliebigen Anfangswert des Integrierers 16 ist stets gesichert. Durch Multiplikation desauf dem Spannungsmesser 19 abgelesenen Wertes mit einer Gerätekonstanten ergibt sich der gemessene volumetrische Sauerstoffübergangskoeffizient k_La. Da die Gerätekonstante vom Verstärkungsfaktor des invertierenden Verstärkers 10 bestimmt wird, steht mit einer Reihe abgestufter Verstärkungsfaktoren ein weiter Meßbereich der Vorrichtung zur Verfügung.The measurement begins with the manual or program-controlled setting of a lower speed of the stirrer housing via its control input STOP, whereupon the dissolved oxygen concentration C (t) decreases linearly as a result of the respiration of the microorganism culture. When the present at the output of the summer 8 signal 1 C (t) exceeds the predetermined threshold AC ₀ , the output of the adder 15 changes the sign in the positive direction and the comparator 17 outputs via the output A 2, the control signal START to restart the stirrer motor the original high speed. As a result, after a short delay, the dissolved oxygen concentration rises again, after a certain time the signal 1 - C (t) at the output of the summer 8 falls below the fixed threshold ДС _О and the output of the summer 15 changes the sign in the negative direction. Thus, the comparator 17 switches the integrator 11 via the output A1 from the regime "initial condition" into the regime "integration", whereby the parameter identification process for k _L a is started. Already while the dissolved oxygen concentration settles back to the steady-state output value according to a time law I. order, the output signal of the integrator 16 converges to a value proportional to the sought oxygen transfer coefficient k _L a which can be read on the voltmeter 19 via the changeover switch 16. The convergence of the parameter search process independent of any initial value of the integrator 16 is always ensured. By multiplying the value read on the voltmeter 19 with a device constant, the measured volumetric oxygen transfer coefficient k _L a results. Since the device constant is determined by the gain of the inverting amplifier 10, a wide range of the device is available with a series of graded gain factors.

Die Erfindung beinhaltet vielseitige Vorteile. Die beschriebene Vorrichtung ist mit dem Fermentationssystem on-line verbunden und liefert Informationen zur Bestimmung-des volumetrischen Sauerstoffübergangskoeffizienten in Echtzeit, wodurch zeitaufwendige manuelle Auswertungen nicht erforderlich sind. Der Meßbereich der Vorrichtung kann in weiten Grenzen verändert werden. Der zur Anwendung kommende Identifikationsalgorithmus zur Bestimmung des volumetrischen Sauerstoffübergangskoeffizienten arbeitet adaptiv und ist damit gegen zufällige Schwankungen des Meßsignals unempfindlich. Von besonderem Vorteil ist, daß die Bestimmung des volumetrischen Sauerstoffübergangskoeffizienten unter Praxisbedingungen, das heißt im realen Nährmedium und bei Anwesenheit von respirierenden Mikroorganismenkulturen, erfolgt und daß deren Einfluß auf die Sauerstoffbilanz berücksichtigt wird, ohne die Sauerstoffaufnahmerate der respirierenden Kultur quantitativ zu kennen. Damit werden der meßtechnische Aufwand bzw. damit verbundene Quellen für Meßfehler verringert.The invention includes many advantages. The apparatus described is connected on-line to the fermentation system and provides real-time volumetric oxygen transfer coefficient information which eliminates the need for time-consuming manual evaluations. The measuring range of the device can be varied within wide limits. The identification algorithm used for determining the volumetric oxygen transfer coefficient operates adaptively and is thus insensitive to random fluctuations of the measurement signal. It is of particular advantage that the determination of the volumetric oxygen transfer coefficient takes place under practical conditions, ie in the real nutrient medium and in the presence of respiring microorganism cultures, and that their influence on the oxygen balance is taken into account without quantitatively knowing the oxygen uptake rate of the respiring culture. Thus, the metrological effort and associated sources for measurement errors are reduced.

Die Erfindung ist für die Lösung folgender Meßprobleme besonders geeignet.The invention is particularly suitable for the solution of the following measurement problems.

Im Rahmen eines längerfristigen Fermentationslaufes kann mit Hilfe dieser Vorrichtung in regelmäßigen Zeitabständen eine Bestimmung des volumetrischen Sauerstoffübergangskoeffizienten vorgenommen werden. Damit ist der Einfluß von Zustandsänderungen der Kultur, z. B. über die Beeinflussung der Viskosität, auf die Sauerstoffversorgung erkennbar. Die Ergebnisse können unmittelbar auf die Belüftungssteuerung zurückgeführt werden, um in Echtzeit eine energiesparende Belüftung bei gleichzeitig optimalem Sauerstoffeintrag zu erreichen. Die Vorrichtung zur Bestimmung des volumetrischen Sauerstoffübergangskoeffizienten kann nicht nur manuell bedient werden, sondern ist im Rahmen eines computergekoppelten Fermentationssystems integrierbar und wird dann von einer programmierbaren Steuerung, Prozeß- oder Mikrorechner usw. ausgelöst.As part of a longer-term fermentation run, a determination of the volumetric oxygen transfer coefficient can be made at regular intervals with the aid of this device. This is the influence of changes in state of the culture, z. B. on the influence of the viscosity on the oxygen supply recognizable. The results can be directly attributed to the aeration control in order to achieve in real time an energy-saving ventilation with optimal oxygenation at the same time. The device for determining the volumetric oxygen transfer coefficient can not only be operated manually, but is integrated as part of a computer-coupled fermentation system and is then triggered by a programmable controller, process or microcomputer, etc.

Weiterhin ist diese Vorrichtung unabhängig von Volumen und Typ des Fermentors einsetzbar. So kann der Sauerstoffeintrag nicht nur von Rührkesselreaktoren untersucht werden, sondern auch von Tauchstrahlreaktoren, Schlaufenreaktoren, Blasensäulen bis hin zu offenen Gewässern. Insbesondere bei der Konstruktion und Erprobung der die Belüftung entscheidend beeinflussenden Teile, wie Rührerblätter und weitere die Flüssigkeitsströmung lenkende Einbauten, kann die Erprobungszeit bei Einsatz der Erfindung gesenkt werden.Furthermore, this device can be used regardless of the volume and type of fermenter. Thus, the oxygen input can be examined not only by stirred tank reactors, but also by immersion jet reactors, loop reactors, bubble columns up to open waters. In particular, in the design and testing of the ventilation crucial influencing parts, such as stirrer blades and other the liquid flow directing internals, the testing time can be reduced when using the invention.

Claims

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Invention claim:

Device for measuring the volumetric oxygen transfer coefficient with measuring electrode for dissolved oxygen and pO ₂ -Messßgerät, characterized in that in a fermentor (2) the measuring electrode for dissolved oxygen (3) immersed, which is connected to the pO ₂ -Messßgerät (4) whose output signal by a signal converter (5), an amplifier with adjustable gain (6) and a low-pass filter (7) is formed and connected via a switch (18) to a voltmeter (19), and that the low-pass filter ( 7) is connected to an input of a summer (8), to the second input of which the native unit voltage is connected, the summer (8) to the input of a squarer (9) and this to the input of an inverting amplifier (10) with a step-selectable one Amplifier is connected, the amplifier (10) at the input of an integrator (11) and this is connected to an input of a multiplier (12), d he multiplier (12) via an inverting amplifier (13) at an input of a summer (15) with the weighting factor "2", at the second input of the output of the squarer (9) and at the third input via a potentiometer (14) the positive unit voltage is connected, the summer (15) is connected to the input of an integrator (16) whose output is connected to the second input of the multiplier (12) and via a changeover switch (18) to a voltmeter (19), and in that Summator (15) connected to the input of a comparator (17) whose output A1 is located at the input to control the working regime of the integrator (11) and its output A2 at the control input START of an aerator (1), which aerates the fermentor (2) ,

For this 1 page drawing

Field of application of the invention

The invention relates to a device for measuring the volumetric oxygen transfer coefficient k _L a in fermentors with respiring culture in real time and is applicable in the microbiological industry and in the water industry.

Characteristic of the known technical solutions

The growth of microorganism cultures in fermentors depends in addition to a variety of factors such as composition of the nutrient medium, temperature and pH, from the current concentration of dissolved oxygen in the nutrient medium. While most nutrients can be stored in the fermentation medium, this is not possible with oxygen. By in any case energy-consuming ventilation measures this must be constantly supplied. In the quantitative treatment of this oxygen input, the volumetric oxygen transfer coefficient k _L a plays a central role as a measure of the velocity. The k _L a value determines via its influence on the current oxygen concentration significantly the effectiveness of microbial processes. However, it is not constant even under unchanged external conditions during the fermentation time, but depends on the viscosity of the medium and thus on the growth of the microorganisms, the digestion or consumption of viscous nutrients and optionally also on the formation of viscous product components. On the other hand, the k _L a value can be manipulated by external process parameters within certain limits, z. B. the stirred tank reactor on the speed of the stirrer. The increase of the k _L a value and thus the oxygen input by increased agitation is always energy consuming. In terms of energy savings as well as a stable process management thus makes the k _L a measurement in fermenters during current fermentation runs required.

A number of methods are known, the application of which allows information about the volumetric oxygen transfer coefficient in the aeration of fermentors in the microbiological industry. In principle, a distinction must be made between the groups in which the evaluation of the oxygen input into the fermenter to be characterized takes place without or with the presence of microorganism cultures. 1 Sobotka, M., Prokop, A., Dunn, IJ, Einsele, A. 1982). Annual reports on fermentation processes, 5,127, Academic Press. The group of measuring methods without presence of microorganisms is applicable only outside of genuine fermentation runs and therefore characterizes only the system fermenter and a test liquid. Therefore, the influence of the nutrient medium (eg, altered viscosity during microbial growth, its influence on the size of the gas bubbles and thus on the exchange surface between gas and liquid phase) on the hydrodynamic conditions of the real process in this group of measurement methods are not reproduced for this reason are not used for further comparison.

On the other hand, the methods of the second group are applicable in the fermenter under real culturing conditions, taking into account the oxygen uptake rate (respiration) of the microorganism culture growing in the fermentor. For this purpose, the oxygen uptake rate should be determined and included in the evaluation. These methods differ in the selection of the basic experimental concept and in the degree to which dynamic measurement errors (eg due to time constant of the dissolved oxygen measuring electrode, diffusion problems inside and outside the electrode membrane, interaction of the electrode with gas bubbles, mixing time problems at high fermentor volume) Evaluation to be corrected.

In the case of dynamic methods (121 Taguchi, R., Humphrey, AE (1966) J. Ferment., Technol., 44, 881), the decrease in the dissolved oxygen concentration in the nutrient medium is first registered and the oxygen uptake rate of the microorganism culture determined therefrom. In a second step, when ventilation is switched on, the recovery of the dissolved oxygen concentration, which takes place essentially according to a time order of the first order, is recorded. From this, the volumetric oxygen transfer coefficient can be determined by linear regression or by graphical analysis in logarithmic representation, taking into account the previously found oxygen uptake rate. This operation has been widely used, but the evaluation is off-line and is time consuming, so that гіаь result can not be used directly, for example, for real-time control of an energy-saving ventilation of fermentors while optimally oxygenation. The last-mentioned disadvantages also apply to inpatient methods / 3 / Hospodka, J., Cäslavsky, Z., Beran, K., Stros, F. (1964). In "Continuous Cultivation of Microorganisms" (I.Malek, K. Beran, J. Hospodka, eds), 335, Publishing House Czechoslov, Acad. Sei., Prague, where additionally the determination of the specific oxygen uptake rate required there is technically difficult Balance methods are known in which the oxygen concentrations in the intake and exhaust air of fermentors are measured by gas analysis technology. "4 / Gaden, EL (1961) .It is Rep., Sup. Sanita, 1.161 Trap for on-line methods that provide real-time information, but accuracy issues arise because the difference in small readings must be determined, which can seriously affect calibration errors and instrument drift.