隨著生物工程技術(shù)的發(fā)展,發(fā)酵工業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模也在逐漸擴大,迫切需要對微生物發(fā)酵過程進行先進控制和優(yōu)化調(diào)控,從而提高發(fā)酵工業(yè)水平。隨著發(fā)酵工藝的不斷進步,從培養(yǎng)基的配比和菌株的選取等方面進行發(fā)酵工藝的優(yōu)化提高了發(fā)酵生產(chǎn)水平。分批補料發(fā)酵作為發(fā)酵行業(yè)應用最廣泛的發(fā)酵形式,對于分批補料發(fā)酵制定合適的發(fā)酵過程控制補料策略是關(guān)鍵。目前,大多依據(jù)離線檢測的生物量選擇合適的發(fā)酵過程補料策略,這種補料方式具有一定的滯后性和不穩(wěn)定性,難以滿足發(fā)酵過程在線優(yōu)化控制的要求,而且人工取樣容易造成發(fā)酵系統(tǒng)菌體污染,影響發(fā)酵過程品質(zhì)。因此,對于生物發(fā)酵過程合適的補料策略能夠有效地調(diào)控微生物的中間代謝,使之朝著有利于菌體生長和產(chǎn)物合成的方向發(fā)展,所以及時且有效的發(fā)酵過程補料策略是實現(xiàn)發(fā)酵過程在線優(yōu)化控制的關(guān)鍵。發(fā)酵過程在線補料控制實施的難題是無法實時獲取到發(fā)酵過程的實時狀態(tài),所以迫切需要尋找能夠反映發(fā)酵過程實時狀態(tài)并可以進行在線檢測的實時參量。而發(fā)酵過程代謝氣體產(chǎn)物包含了重要的過程信息,發(fā)酵過程中的氣體濃度變化能夠直接反映發(fā)酵過程菌體的生長狀態(tài)以及濃度變化。因此,研究基于氣體濃度在線檢測的發(fā)酵過程反饋控制補料方法及系... 

【文章來源】：北京化工大學北京市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：89 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖２－３氣體配比模塊設(shè)計??－

??使??Ｍ＝ｎＤＦＡ／５?式（２－２）??可得??Ｉｓ?＝?Ｍｅ??式（２－３）??從式（２－３）中可以看出待測氣體的濃度大小與反應產(chǎn)生的電解電流成正比，因??此，電化學氣體傳感器能夠通過檢測反應產(chǎn)生的電解電流進行待測氣體濃度的在線??檢測。??透氣膜工作電極?參比電極??｜???出氣口?￣Ｔ＋ＩＩ?１????＿——?：）??１恒壓電源Ｉ—??氣Ｉ?電??進氣口?Ｊｈ?Ｉ?Ｉ?二??ｌ?１）?ＩＩ對電極??過濾器１?＇—ｏ??圖２－４電化學氣體傳感器基本結(jié)構(gòu)??Ｆｉｇ．２－４?Ｂａｓｉｃ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ?ｇａｓ?ｓｅｎｓｏｒ??電化學氣體傳感器的元件包括過濾器、透氣膜、電極、以及電解質(zhì)等主要元件，??其結(jié)構(gòu)如圖２－４所示。其工作過程主要分為以下幾步：①待測氣體通過氣體擴散或??氣體采樣泵抽取的方式進入電化學氣體傳感器的反應氣室，通過過濾器提高氣體選??擇性；②待測氣體從反應氣室進入透氣膜或者多孔膜，并朝著電極和電解液進行擴??散，透氣膜的作用是防止電解液泄露，為工作電極提供結(jié)構(gòu)支持，再次提高氣體選??擇性；③待測氣體擴散到電極表面幵始進行氧化還原反應；④產(chǎn)物脫附，離開電極??表面，進行產(chǎn)物清除。??所以對于Ｃ２Ｈ５ＯＨ氣體的檢測，電化學氣體傳感器具有較好的選擇性和穩(wěn)定性，??重復性好，精度較高，并且具有良好的線性輸出，對于傳感器的濃度數(shù)據(jù)標定較為??１５??

２光學紅外氣體傳感器在線檢測原理分析??發(fā)酵過程中伴隨著大量的Ｃ０２氣體的產(chǎn)生，目前在Ｃ０２氣體濃度的在線檢測應??用中主要采用電化學氣體傳感器、半導體氣體傳感器以及光學氣體傳感器，對于像??Ｃ０２這樣的化學性質(zhì)較為穩(wěn)定的氣體，采用電化學氣體傳感器和半導體氣體傳感器??進行檢測的精度與光學傳感器相比較低。由于在結(jié)構(gòu)方面各物質(zhì)分子各不相同，進??而決定了每種物質(zhì)只能特定吸收一定波長的光，所以光學紅外原理的氣體傳感器可??以利用待測氣體的濃度和吸光度之間的關(guān)系進行不同組分氣體的在線檢測。圖２－５??為光學紅外傳感器結(jié)構(gòu)示意圖，光學紅外傳感器采用紅外吸收法進行待測氣體檢測，??根據(jù)各氣體分子因吸收光譜特性的不同所具有的差異性制成＜：０２光學紅外傳感器??［４４］，對于不同濃度的Ｃ０２氣體，在同一吸收波峰具有不同的吸光度，而吸光度和濃??度成正比關(guān)系，因此，通過對待測氣體進行檢測，觀察其對于光強和光波長所產(chǎn)生??的影響變化，進而檢測氣體濃度的變化。??干涉濾光片??４?４＾４?４?＾??１?［：祕Ｆ—廠一??＾??＾?—???紅外輻射源?ｉ紅外傳感器??氣體濃度??１滿置程??圍??０?１?２?３?４?５?６?７?８?９?１０?１１?１２?１３?１４?〇??波長（微米）?氣體濃度水平??圖２－５光學紅外傳感器結(jié)構(gòu)示意圖??Ｆｉｇ．２－５?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｏｐｔｉｃａｌ?ｉｎｆｒａｒｅｄ?ｓｅｎｓｏｒ??根據(jù)Ｌａｍｂｅｒｔ－Ｂｅｅｒ定律，入射光強度、出射光強度和待測氣體濃度之間的關(guān)系??為??ＵＷ?＝?４（乂）ｅｘＰ（－?


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