第十章发酵过程检测与自控讲述.ppt

?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? * * 第十章 发酵过程检测与自控 一、发酵过程参数检测 检测的目的 了解过程变量的变化是否与预期的目标值相符 决定种子罐移种和发酵罐放罐时间 对不可测变量进行间接估计 对过程变量按给定值进行手动控制或自动控制 通过过程模型实施计算机控制 收集认识和发展过程（包括建立数学模型）所必需的数据 一、发酵过程参数检测 发酵过程参数的分类 一、发酵过程参数检测 发酵传感器 一、发酵过程参数检测 发酵过程检测参数及传感器 一、发酵过程参数检测 pH 电极 一、发酵过程参数检测 溶氧电极 阴极由铂、银、金等贵金属组成，阳极由铅、锡、铝等组成 。当给电极施加极谱电压（0.6~0.8V负电压）时，溶液中的氧就在阴极被还原。当产生的电流与溶液中氧含量成正比时，此时的电极电流为饱和电流，此时的电压为极谱电压。氧浓度与饱和电流成正比关系。 一、发酵过程参数检测 氧化还原电位 反映溶液中电子得失的氧化还原电位可以作为表征生化反应的重要指标，发酵液的氧化还原电位值是溶解氧浓度、pH值和培养基中物质的氧化还原电位等的综合反映。 一、发酵过程参数检测 在线活细胞密度测量仪 电容法测定活细胞示意图 主要根据生物量的浓度和被测悬浮细胞溶液的电容之间的线性关系 一、发酵过程参数检测 尾气分析系统（CO2和O2检测） 不分光红外二氧化碳分析仪是根据二氧化碳在其红外光谱的特征吸收峰处吸收红外光的能量并转化成热量，引起压力变化，再转化成点信号输出 磁压氧分析仪是根据氧气具有顺磁性，在仪器测量室内的磁场作用下，将气体分子所受磁力转变为压力的变化，在转变为电信号后输出 1.DO：发酵液中的溶解氧浓度 2.耗氧速率OUR 排气氧的浓度表征了进气的氧被微生物利用以后还剩余的氧，因此排气氧的大小反映了菌生长的活性，通过计算可以求得摄氧率（OUR）。 第二节 二、发酵过程变量的间接估计 ? 第二节 二、发酵过程变量的间接估计 第二节 二、发酵过程变量的间接估计 CO2 释放率与氧消耗率之商叫做呼吸商（respiratory quotient，RQ）， 二氧化碳释放率 呼吸商 RQ= CER/OUR 呼吸商(RQ)变化的生物学意义 表征不同的代谢途径 厌氧代谢、耗氧代谢 不同的耗氧代谢途径间的差异 表征不同的基质利用情况 基质还原性强与弱的差异 一些碳-能源基质的理论呼吸商 碳-能源 呼吸商 葡萄糖 1.00 焦糖 1.00 甲烷 0.50 甲醇 0.67 乳酸 1.00 甘油 0.88 植物油 0.70 三、计算机在发酵过程中的应用 计算机集散控制系统（Distributed Control System, DCS），其基本思想是分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活、组态方便。1995年ISO对DCS的定义为满足大型工业生产和日益复杂的过程控制要求，按照控制分散、管理集中的原则构思，微处理器、通讯技术、人机接口技术、I/O接口技术相结合用于数据采集、过程控制和生产管理的综合控制系统。 计算机集散控制系统 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? * *