發(fā)酵罐的比擬放大(I)

《發(fā)酵罐的比擬放大(I)》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。

1、第八章發(fā)酵罐的比擬放大主講人：劉萍一、比擬放大的內(nèi)容：罐的幾何尺寸，通風(fēng)量，攪拌功率，傳熱面積和其他方面的放大問題，這些內(nèi)容都有一定的相互關(guān)系。二、比擬放大的依據(jù)1、單位體積液體的攪拌消耗功率2、攪拌雷諾準(zhǔn)數(shù)3、溶氧系數(shù)4、攪拌槳末端線速度5、混合時(shí)間6、通過反饋控制條件，盡可能使重要環(huán)境因子一致。雷諾準(zhǔn)數(shù)在化學(xué)工程領(lǐng)域中，雷諾準(zhǔn)數(shù)Re對(duì)于研究和解決流體的流動(dòng)、熱量傳遞、質(zhì)量傳遞等方面的理論和實(shí)際問題都有著重要的作用。三比擬放大和它的基本方法比擬放大:是把小型設(shè)備中進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)所獲得的成果在大生產(chǎn)設(shè)備中予以再現(xiàn)的

2、手段，它不是等比例放大，而是以相似論的方法進(jìn)行放大。首先必須找出表征著此系統(tǒng)的各種參數(shù)，將它們組成幾個(gè)具有一定物理含義的無因次數(shù)，并建立它們間的函數(shù)式，然后用實(shí)驗(yàn)的方法在試驗(yàn)設(shè)備中求得此函數(shù)式中所包含的常數(shù)和指數(shù)，則此關(guān)系式在一定條件下便可用作為比似放大的依據(jù)。比擬放大是化工過程研究和生產(chǎn)中常用的基本方法之一。在發(fā)酵工程中是否適用和發(fā)酵工程中所用的比擬放大方法發(fā)酵過程是一個(gè)復(fù)雜的生物化學(xué)過程，影響這個(gè)過程的參數(shù)有物理的、化學(xué)的、生物的，有些雖然已經(jīng)被認(rèn)識(shí)了，但目前還不能準(zhǔn)確快速地測(cè)量，有些則尚未被認(rèn)識(shí)。現(xiàn)在只研究

3、了少數(shù)參數(shù)對(duì)此過程的關(guān)系，而假定其它參數(shù)是不變的，實(shí)際上不可能都是不變的。因此發(fā)酵生產(chǎn)過程設(shè)備比似放大理論與技術(shù)的完善，有賴于對(duì)發(fā)酵過程的本質(zhì)的深入了解。發(fā)酵工程中所用的比擬放大方法有：等KLa,等πDN,等Pg/V,等Re或動(dòng)量因子,相似的混合時(shí)間等。發(fā)酵過程的控制和監(jiān)測(cè)一、發(fā)酵過程的監(jiān)測(cè)內(nèi)容與方式發(fā)酵過程的參數(shù)檢測(cè)意義在發(fā)酵過程中，過程狀態(tài)經(jīng)歷著不斷的變化，尤其是批發(fā)酵這種狀態(tài)的變化更快。底物和營(yíng)養(yǎng)物由于生物活性而變化，生物量的增加和生物量組成也在變化(包括物理、生化和形態(tài)學(xué)上的變化），而各種具有生物活性的產(chǎn)

4、物被積累。發(fā)酵過程檢測(cè)和控制的目的就是利用盡量少的原料而獲得最大的所需產(chǎn)物。（一）發(fā)酵過程監(jiān)控的主要指標(biāo)1．物理檢測(cè)指標(biāo)：溫度；壓力；攪拌轉(zhuǎn)速；功耗；泡沫；氣體流速；粘度等。2．化學(xué)檢測(cè)指標(biāo)：pH；氧化還原電位；溶解氧；氣體CO2、O2；糖含量；化合物含量等。3．生物檢測(cè)指標(biāo)：菌體濁度；ATP；各種酶活力；中間代謝產(chǎn)物。當(dāng)然并非所有產(chǎn)品的發(fā)酵過程中都需檢測(cè)上述全部參數(shù)，而是根據(jù)該產(chǎn)品的特點(diǎn)和可能條件，有選擇地檢測(cè)部分參數(shù)。(二)監(jiān)控方式一般監(jiān)控系統(tǒng)包括3個(gè)部分。1．測(cè)定元件：如溫度計(jì)、壓力表、電流計(jì)、pH計(jì)直接測(cè)

5、定發(fā)酵過程的各種參數(shù)，并輸出相應(yīng)信號(hào)。2．控制部分：其功能主要是將測(cè)定元件測(cè)出的各種參數(shù)信號(hào)與預(yù)先確定值進(jìn)行比較，并且輸出信號(hào)指令執(zhí)行元件進(jìn)行調(diào)整控制。3．執(zhí)行元件：它接受控制部分的指令開啟、或關(guān)閉有關(guān)閥門、泵、開關(guān)等調(diào)節(jié)控制機(jī)構(gòu)，使有關(guān)參數(shù)達(dá)到預(yù)定位置。關(guān)于控制方式，有手動(dòng)控制和自動(dòng)控制兩類。1．手動(dòng)控制：這是最簡(jiǎn)易的控制方法。例如，調(diào)節(jié)發(fā)酵溫度，通過控制發(fā)酵罐夾套的冷卻水(或蒸汽)流量來調(diào)節(jié)發(fā)酵液的溫度。手動(dòng)控制方法簡(jiǎn)單，不需特殊的附加裝置，投資費(fèi)用較少，勞動(dòng)強(qiáng)度較大，控制的合適也可減少誤差。2．自動(dòng)控制：采

6、用自動(dòng)控制時(shí)，必須使測(cè)定元件產(chǎn)生輸出信號(hào)并用儀表監(jiān)視。如測(cè)定溫度時(shí)，可用熱電偶代替溫度計(jì)，并與控制部分相連，控制部分再產(chǎn)生信號(hào)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行元件進(jìn)行操作。二、發(fā)酵過程的常規(guī)監(jiān)控1．溫度2．pH值3．泡沫4．罐壓5．空氣流量6．?dāng)嚢柁D(zhuǎn)速1．溫度由于微生物利用碳源、能源進(jìn)行代謝活動(dòng)能產(chǎn)生放熱反應(yīng)，此外，攪拌也能產(chǎn)生一定熱量，因此發(fā)酵過程中升溫的快慢常?？梢宰鳛榕袛喟l(fā)酵速度的粗略參考。發(fā)酵正常，菌體生長(zhǎng)繁殖旺盛時(shí)自然升溫較快，發(fā)酵后期，升溫較緩慢，為了維持生長(zhǎng)的適合溫度必須在發(fā)酵過程隨時(shí)調(diào)節(jié)發(fā)酵罐傳熱裝置內(nèi)冷卻水或蒸汽來維持

7、發(fā)酵液的溫度。最簡(jiǎn)單的溫度測(cè)定方法是觀察發(fā)酵罐罐壁上的溫包內(nèi)的溫度計(jì)。然后，對(duì)照工藝規(guī)程，罐溫偏高時(shí)，開啟自來水(或冷卻水)的閥門，使發(fā)酵液溫度降至規(guī)定的溫度。升溫或降溫終了時(shí)，應(yīng)注意出現(xiàn)滯后現(xiàn)象。適時(shí)合理的控制往往需要一定的經(jīng)驗(yàn)和技巧。溫度自控方法，可采用熱電偶或熱變電阻器或金屬電阻溫度計(jì)，這些熱敏感元件都能將溫度變化轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，然后與控制儀表相連，并且經(jīng)各類控制開關(guān)或回路將指令傳給執(zhí)執(zhí)行元件，同樣可以開啟或關(guān)閉冷卻或加熱裝置，使罐溫維持恒定。2．pH值發(fā)酵過程中，培養(yǎng)基pH的變化主要決定于培養(yǎng)基的成分和微生

8、物的代謝特性，這是由于微生物不斷消耗和利用營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，同時(shí)又分泌各種代謝產(chǎn)物到培養(yǎng)基中去的結(jié)果。培養(yǎng)基的pH值是反映了微生物對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)行同化和異化作用后的最終氫離子濃度。顯然在固定的培養(yǎng)條件下，微生物發(fā)酵過程中pH的變化是有一定規(guī)律性的，掌握這種變化，對(duì)于判斷和控制發(fā)酵生產(chǎn)有相當(dāng)重要的意義。測(cè)定pH的方法：a.通?？捎胮H試紙測(cè)定;b.精確的則用pH計(jì)測(cè)定。目前已有可經(jīng)消