第十章發(fā)酵過(guò)程檢測(cè)與自控課件

第十章發(fā)酵過(guò)程檢測(cè)與自控一、發(fā)酵過(guò)程參數(shù)檢測(cè)檢測(cè)的目的

了解過(guò)程變量的變化是否與預(yù)期的目標(biāo)值相符決定種子罐移種和發(fā)酵罐放罐時(shí)間對(duì)不可測(cè)變量進(jìn)行間接估計(jì)對(duì)過(guò)程變量按給定值進(jìn)行手動(dòng)控制或自動(dòng)控制通過(guò)過(guò)程模型實(shí)施計(jì)算機(jī)控制收集認(rèn)識(shí)和發(fā)展過(guò)程（包括建立數(shù)學(xué)模型）所必需的數(shù)據(jù)一、發(fā)酵過(guò)程參數(shù)檢測(cè)發(fā)酵過(guò)程參數(shù)的分類一、發(fā)酵過(guò)程參數(shù)檢測(cè)發(fā)酵傳感器一、發(fā)酵過(guò)程參數(shù)檢測(cè)發(fā)酵過(guò)程檢測(cè)參數(shù)及傳感器一、發(fā)酵過(guò)程參數(shù)檢測(cè)pH電極一、發(fā)酵過(guò)程參數(shù)檢測(cè)溶氧電極陰極由鉑、銀、金等貴金屬組成，陽(yáng)極由鉛、錫、鋁等組成。當(dāng)給電極施加極譜電壓（0.6~0.8V負(fù)電壓）時(shí)，溶液中的氧就在陰極被還原。當(dāng)產(chǎn)生的電流與溶液中氧含量成正比時(shí)，此時(shí)的電極電流為飽和電流，此時(shí)的電壓為極譜電壓。氧濃度與飽和電流成正比關(guān)系。一、發(fā)酵過(guò)程參數(shù)檢測(cè)氧化還原電位反映溶液中電子得失的氧化還原電位可以作為表征生化反應(yīng)的重要指標(biāo)，發(fā)酵液的氧化還原電位值是溶解氧濃度、pH值和培養(yǎng)基中物質(zhì)的氧化還原電位等的綜合反映。一、發(fā)酵過(guò)程參數(shù)檢測(cè)在線活細(xì)胞密度測(cè)量?jī)x電容法測(cè)定活細(xì)胞示意圖主要根據(jù)生物量的濃度和被測(cè)懸浮細(xì)胞溶液的電容之間的線性關(guān)系一、發(fā)酵過(guò)程參數(shù)檢測(cè)尾氣分析系統(tǒng)（CO2和O2檢測(cè)）不分光紅外二氧化碳分析儀是根據(jù)二氧化碳在其紅外光譜的特征吸收峰處吸收紅外光的能量并轉(zhuǎn)化成熱量，引起壓力變化，再轉(zhuǎn)化成點(diǎn)信號(hào)輸出磁壓氧分析儀是根據(jù)氧氣具有順磁性，在儀器測(cè)量室內(nèi)的磁場(chǎng)作用下，將氣體分子所受磁力轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫Φ淖兓?，在轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)后輸出1.DO：發(fā)酵液中的溶解氧濃度2.耗氧速率OUR排氣氧的濃度表征了進(jìn)氣的氧被微生物利用以后還剩余的氧，因此排氣氧的大小反映了菌生長(zhǎng)的活性，通過(guò)計(jì)算可以求得攝氧率（OUR）。第二節(jié)二、發(fā)酵過(guò)程變量的間接估計(jì)

第二節(jié)二、發(fā)酵過(guò)程變量的間接估計(jì)第二節(jié)二、發(fā)酵過(guò)程變量的間接估計(jì)CO2

釋放率與氧消耗率之商叫做呼吸商（respiratoryquotient，RQ），二氧化碳釋放率

呼吸商RQ=CER/OUR呼吸商(RQ)變化的生物學(xué)意義表征不同的代謝途徑厭氧代謝、耗氧代謝不同的耗氧代謝途徑間的差異表征不同的基質(zhì)利用情況基質(zhì)還原性強(qiáng)與弱的差異一些碳-能源基質(zhì)的理論呼吸商碳-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、計(jì)算機(jī)在發(fā)酵過(guò)程中的應(yīng)用計(jì)算機(jī)集散控制系統(tǒng)（DistributedControlSystem,DCS），其基本思想是分散控制、集中操作、分級(jí)管理、配置靈活、組態(tài)方便。1995年ISO對(duì)DCS的定義為滿足大型工業(yè)生產(chǎn)和日益復(fù)雜的過(guò)程控制要求，按照控制分散、管理集中的原則構(gòu)思，微處理器、通訊技術(shù)、人機(jī)接口技術(shù)、I/O接口技術(shù)相結(jié)合用于數(shù)據(jù)采集、過(guò)程控制和生產(chǎn)管理的綜合控制系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)集散控制系統(tǒng)三、計(jì)算機(jī)在發(fā)酵過(guò)程中的應(yīng)用工業(yè)以太網(wǎng)作為一種高效的局域網(wǎng)絡(luò)，可起到數(shù)據(jù)傳輸、生產(chǎn)設(shè)備控制等功能，基于以太網(wǎng)的控制系統(tǒng)成為智能工廠的核心，利用以太網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)接口與自行設(shè)計(jì)的現(xiàn)場(chǎng)智能單元作為嵌入式網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，能夠完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的工作參數(shù)、狀態(tài)參數(shù)的采集與處理，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的監(jiān)視與控制。工業(yè)以太網(wǎng)三、計(jì)算機(jī)在發(fā)酵過(guò)程中的應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（FieldbusControlSystem,FCS）是由PLC(ProgrammableController)或DCS發(fā)展起來(lái)，應(yīng)用在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)、在微機(jī)化測(cè)量控制設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)雙向串行多節(jié)點(diǎn)數(shù)字通信的系統(tǒng)，具有很好的開放性、互操作性和互換性現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)人有了知識(shí)，就會(huì)具備各種分析能力，明辨是非的能力。所以我們要勤懇讀書，廣泛閱讀，古人說(shuō)“書中自有黃金屋?！蓖ㄟ^(guò)閱讀科技書籍，我們能豐富知識(shí)，培養(yǎng)邏輯思維能力；通過(guò)閱讀