发酵工程_第六章_发酵过程控制.ppt

本章内容 一、概述 二、代谢调控在发酵过程控制中的应用 1. 初级代谢物的生产调节 2. 次级代谢物的生产调节 三、营养基质和菌体浓度对发酵过程的影响及控制 四、 温度对发酵的影响及其控制 五、 pH对发酵的影响及其控制 六、溶解氧对发酵的影响及其控制 七、泡沫对发酵的影响及其控制 八、CO2和呼吸商对发酵的影响及其控制 九、发酵终点的控制 十、发酵过程的控制 十一、自动控制技术在发酵过程控制中的应用 1. 过程控制的重要性 菌株特性(营养要求、生长速率、 呼吸强度、产物合成速率) 传递性能 物理：n、T、Ws ? 化学：pH、DO、浓度 过程控制的意义：最佳工艺条件的优选（即最佳工艺参数 的确定）以及在发酵过程中通过过程调节达到最适水平的 控制。  2. 发酵过程控制的一般步骤 确定能反映过程变化的各种理化参数及其检测方法 ? 研究这些参数的变化对发酵生产水平的影响及其机制， 获取最适水平或最佳范围 ? 建立数学模型定量描述各参数之间随时间变化的关系 ? 通过计算机实施在线自动检测和控制，验证各种控制 模型的可行性及其适用范围，实现发酵过程最优控制 3. 参数检测 代谢参数按性质可分为三类： 物理参数：温度、搅拌转速、罐压、空气流量、溶解氧、表观粘度、排气氧（二氧化碳）浓度等 化学参数：基质浓度（包括糖、氮、磷）、 pH、产物浓度、核酸量等 生物参数：菌丝形态、菌体浓度、菌体比生长速率、呼吸强度、摄氧率、关键酶活力等 3. 参数检测 参数按获取方式可分为两类： 如T、pH、罐压、空气流量、搅拌转速、溶氧浓度等 如摄氧率(γ)、呼吸强度(QO2)、比生长速率（μ) 、体积溶氧系数(KLa)、呼吸商(RQ)等。 3. 参数检测 参数的测量形式 离线测量：基质（糖、脂类、无机盐等）、前体和代谢产物（抗生素、酶、有机酸、氨基酸等） 在线测量：如T 、pH、DO、溶解CO2、尾气CO2、黏度、搅拌转速等 优点：及时、省力，可从繁琐操作中解脱出来，便于计算机控制。 困难：传感器要求较高。 3. 参数检测 对传感器的要求 能经受高压蒸汽灭菌； 传感器及其二次仪表具有长期稳定性； 最好能在过程中随时校正，灵敏度好； 探头材料不易老化，使用寿命长； 安装使用和维修方便； 解决探头敏感部位被物料（反应液）粘住、堵塞 问题； 价格合理，便于推广。 3. 参数检测 参数检测方法 温度测量 感温元件：热电偶（温度信号→ 电信号） 二次仪表：将热电偶输出的电信号转换成 被测介质的温度 3. 参数检测 参数检测方法 搅拌转速和搅拌功率的测量 搅拌转速：磁感应式，光感应式， 测速电机； 搅拌功率：功率表，测定力矩求功率法。 3. 参数检测 参数检测方法 空气流量测定 体积流量型： 会引起流体能量损失，受温度和压力变化的影响； ①同心孔板压差式流量计； ②转子流量计。 质量流量型： 根据流体固有性质（质量、导电性、热传导性能）设计的流量计。 3. 参数检测 参数检测方法 罐压测量 压力表 压力传感器 3. 参数检测 参数检测方法 料液计量与液位控制 压差法：H=（△P2/△P1）·△H 直接重量测量法：直接称重 体积计量法：计算进出料液 流量计量法：计算流量和时间 液位探针 3. 参数检测 参数检测方法 发酵液粘度测定 毛细管粘度计 回转式粘度计 涡轮旋转粘度计 3. 参数检测 参数检测方法 pH测量 复合pH电极 pH测量仪器 3. 参数检测 参数检测方法 溶解氧的测量 化学