生物工程设备第二版习题求解
首先，计算时间内溶氧浓度的变化量： ΔC = C0 - C1 其中C0为时间开始时的溶氧浓度，C1为时间结束时的溶氧浓度。饱和溶氧浓度可以通过温度和气压计算，一般可以查找表格得到。
在本题中，饱和溶氧浓度为C0 = 6.64 mg/L，发酵时间内溶氧浓度为C1 = 0.3 * C0 = 1.992 mg/L。
其次，计算氧的消耗量： V = Q * ΔC / (C1 + 0.5 * ΔC) 其中Q为通气量，ΔC为溶氧浓度变化量，C1为溶氧浓度结束时的值。这里需要注意，溶氧浓度变化量和结束时的溶氧浓度都需要转换为摩尔浓度再进行计算，因为氧的摩尔质量为32g/mol。
将数据代入上式，可以得到V = 0.0113 mol/h。
最后，计算体积溶氧系数： KLa = V / (P0 - PH2O) / C* 其中P0为空气进入时的压力，PH2O为水的饱和蒸汽压，C*为饱和溶氧浓度。这里需要注意，压力和溶氧浓度都需要转换为标准状态下的值再进行计算，即压力为101.325kPa，温度为25℃时的值。
将数据代入上式，可以得到KLa = 0.0187/h。
所以，微生物的摄氧率为0.0113 mol/h，发酵罐的体积溶氧系数为0.0187/h。
要计算微生物的摄氧率和发酵罐的体积溶氧系数，需要先计算出发酵液的摩尔溶氧量。
1、计算摩尔溶氧量
饱和溶氧浓度是指在该温度下溶解度的极限值，因此需要知道发酵温度。假设发酵温度为25℃，则饱和溶氧浓度为0.235 mmol/L。
发酵液的溶氧浓度为饱和溶氧的30%，因此发酵液的摩尔溶氧量为：
0.235 mmol/L × 0.3 = 0.0705 mmol/L
2、计算摄氧率
摄氧率是指单位时间内微生物消耗的氧气量与微生物生物量的比率，通常以gO2/(g生物/h)为单位。
由于本题未提供微生物生物量的数据，因此无法计算具体的摄氧率。但是，可以根据氧含量的变化推断出摄氧率的变化。空气进入时的氧含量为21%，排气的氧含量为20%，因此可以推断微生物的摄氧率不高，可能在0.1 gO2/(g生物/h)以下。
3、计算体积溶氧系数
体积溶氧系数KLa表示单位时间内通过单位体积液体溶解的氧气量。通常以1/h为单位。
体积溶氧系数KLa可以用以下公式计算：
KLa = (Q/V) * ln(Ci/Ce)
其中，Q/V是通气量，Ci和Ce分别是发酵液中溶解氧浓度和排气中溶解氧浓度的自然对数之差。
将已知数据代入计算，有：
KLa = (1.0VVm/5L) * ln(0.0705 mmol/L / 0.0427 mmol/L) ≈ 0.078/h
因此，发酵罐的体积溶氧系数约为0.078/h。
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