第十章发酵过程的参数检测ppt课件.ppt

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1、第十章发酵过程的参数检测直接参数间接参数物理参数（温度、压力、搅拌速度、通气流量、泡沫水平、加料速率、生物热、黏度等）化学参数(pH、溶氧浓度、溶解CO2浓度、碳源含量、氮源含量、代谢物浓度）（摄氧率OUR、CO2释放率CER、呼吸商RQ、细胞浓度、比生长速率）发酵过程参数检测的复杂性：1）罐内插入的传感器必须能耐热，经受高温灭菌。2）菌体以及其它固体物质附在表面，使一些传感器的使用性能受到影响。3）罐内气泡影响，带来对测量干扰。4）传感器结构必须防止杂菌进入和避免产生灭菌死角，因而使传感器结构复杂。5

2、）化学成分的分析是重要的检测内容，但电信号转换困难。第一节物理参数检测感温元件1）热电偶2）热电阻感温元件装置在金属套管内安装在罐壁热电偶工作原理：两种不同成分的导体（称为热电偶丝材或热电极）两端接合成回路，当接合点的温度不同时，在回路中就会产生电动势，这种现象称为热电效应，这种电动势称为热电势。热电偶就是利用这种原理进行温度测量的，其中，直接用做测量介质温度的一端叫做工作端（测量端），另一端叫做冷端（亦称作补偿端）。冷端与显示仪表连接。热电偶实际上是一种能量转换器，它将热能转换为电能，用所产生的热电势测

3、量温度。热电偶热电偶导线工作原理：电阻线中的金属丝在不同的温度有不同的电阻,根据这条热电阻线的电阻变化可以求出被测物体的即时温度。热电阻常用热电阻：铂电阻精度高，性能可靠，但价格贵铜电阻-50-150℃线性响应较好，价低铂电阻Pt100铜电阻二次仪表应与所选用的感温元件的类别和型号匹配；并注意选择合适的温度范围温度显示仪表二、生物热的测量微热量测定器要满足一定的条件：长时间的稳定性；适合微生物培养的特殊要求（如搅拌、通气、补料等）1、绝热量热计尽可能把微生物反应器与外界环境隔绝，以减少热量损失所造成的测量

4、误差原理：当由生物热造成反应器升温时，可计算使平衡罐与反应罐温度相等所需的加热功率，就可得到反应罐中生物热量的大小。反应平衡量热计标定零检测器t反t平加热控制不平衡信号计算器记录仪反馈回路绝热式微量热器原理图2、热流量热计热量被允许拖着一定的途径流到一个冷阱（或热源）中去，所传过的热量速率可以通过检测所形成的温度梯度得到。如Calvet微量热器Calvet微量热器3、流通式量热计把器内培养液与器外的培养液进行交换，这个器外培养罐可以是连续发酵罐或批发酵罐，因此试剂或样品的加入是在量热器外进行而不影响量热器

5、的测量。流通式量热计三、通气流量测量根据作用原理，可分两种类型：体积流量型质量流量型1、体积流量型◇根据流体动能的转换及流体流动类型的改变而设计的测量装置。◇这种测量装置会引起流体能量的不同程度的损失，且测量值受到温度和压力变化的影响。主要型式：转子流量计刻度管：玻璃、金属信号传送：指示式、远传式优点：结构简单、使用方便、价格低Note:按20℃、103.32KPa设计，实际使用中应校正金属转子流量计2、质量流量型根据流体的固有性质，如质量、导电性、电磁感应性、热传导性能等设计的流量计。这种测量没有能

6、量损耗，可直接读出气体的质量流量，不受温度和压力变化的影响。热质量流量传感器结构示意图随流量变化的温度分布无空气流过有空气流过●有空气流过时，上游温度下降，下游温度上升，导致测量管中温度分布发生畸变；●不平衡电桥输出的电势E=bcMb—系数c—介质比热容M—质量流量●当气体比热容恒定时，流量信号与质量成正比四、罐压测量就地指示式：压力表信号远传式：压力信号转换器电阻式、电容式、电感式、半导体式五、液位测量发酵罐内保持一定的压力，同时存在泡沫，故一般受压式液面计不适用。常用双法兰差压法：◇法兰上装有可传递压

7、强的金属薄片；◇罐底的法兰上所受到的压强是液柱压强与罐内保压之和，罐顶法兰所受压强仅为保压压强；两者之差即为液柱压强（P)。◇如发酵液的重度r已知，则液柱高度H=P/r。六、发酵液黏度测量发酵液通常属非牛顿流体，不能采用一般的工业黏度计或油品黏度计测量。可测量发酵液黏度的黏度计：毛细管黏度计回转式黏度计涡轮旋转黏度计旋转黏度计毛细管黏度计●恒温●毛细管半径和长度要精确计算●被测置于贮筒，在恒定压差△P下从毛细管排出第二节化学参数测量一、pH测量1、取样罐外测量试纸法（精密级）酸度计法罐外取样测量不利于

8、实现自动化管理2、在线测量发酵用复合pH电极+pH显示仪表pH测量原理图发酵用复合pH电极过高的温度将对玻璃膜材质和参比电极性质产生影响，造成不可逆转的破坏。外加不锈钢护套后安装于罐内pH显示仪表应具有较高的输入阻抗（1011-1012）并具有自动或手动的温度补偿功能二、溶解氧（DO)的测量电极法◇电解型（极谱型）电极如阴极和阳极都用银制成，参比电解液用KCl溶液◇原电池型如阴极用银，阳极用铅◇当把电极放在一被测溶液中时