第1页，共26页，星期日，2025年，2月5日提纲一、发酵过程的参数检测1、物理参数检测2、化学参数检测3、间接参数检测二、发酵过程的自动控制1、基本的自动控制系统2、发酵自动控制系统的硬件组成第2页，共26页，星期日，2025年，2月5日一、发酵过程的参数检测微生物工程的基本任务：通过对发酵过程的有效控制，高效利用微生物内在能力，低能耗、低物耗地最大限度生产生物产品。方法：发酵过程的参数检测，定性、定量描述，有效控制。微生物的生长代谢过程是动态变化过程，属于开放系统。根据参数的性质特点可分为：物理参数、化学参数、间接参数三类。测参数的测量形式分为：就地信号系统，在线测量系统和离线测量。测量难度：传感器须耐高温；固形物附着传感器；气泡干扰；产生灭菌死角；成分分析难转电信号。第3页，共26页，星期日，2025年，2月5日第4页，共26页，星期日，2025年，2月5日一、发酵过程的参数检测1、物理参数检测1）温度测量感温元件：铂电阻（精、稳但贵）；铜电阻（便宜、但需长、大，易氧化）；半导体（精、小、简、耐腐蚀但非线形）。二次仪表：温度，0—150℃，与热电阻型号匹配。第5页，共26页，星期日，2025年，2月5日1、物理参数检测2）热量测量（属“微热量”）①利用热交换原理，测量一定时间内冷却水的流量和冷却水进出口温度（影响因素较多Q散Q显Q搅，只能定性和估计）②利用温度变化率S（℃/h）：先使罐温恒定，再关闭自控装置，测量S；③热力学方法：根据盖斯定律：“在恒压和恒容条件下，一个反应不论是一步完成或几步完成，其反应热是相同的”。这实际上是热力学第一定律的必然推论，因为焓（H）是状态函数，过程的焓变与途径无关，只决定于过程的始态和终态。发酵热可根据标准燃烧热或标准生成热来计算。第6页，共26页，星期日，2025年，2月5日1、物理参数检测3）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：（影响因素：菌丝浓度、黏度、泡沫）方法：功率表，测定力矩求功率法。第7页，共26页，星期日，2025年，2月5日1、物理参数检测4）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。第8页，共26页，星期日，2025年，2月5日1、物理参数检测5）罐压测量就地指示；转变为电信号（远传）。选测、控点时，要避免死角，防止染菌。第9页，共26页，星期日，2025年，2月5日1、物理参数检测6）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第10页，共26页，星期日，2025年，2月5日1、物理参数检测7）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第11页，共26页，星期日，2025年，2月5日2、化学参数检测1）PH测量复合PH电极（灭菌、稳定、流通、耐压）PH测量仪器第12页，共26页，星期日，2025年，2月5日2、化学参数检测2）溶解氧的测量溶氧电极法：这是一种参量变换器：把溶氧浓度变成一个与之呈线性关系的电流量，进行测量，这种溶氧电极能耐蒸汽杀菌时的高温，可以固定装在发酵罐上，连续地测量培养液中溶氧浓度。亚硫酸盐氧化法取样极普法排气法第13页，共26页，星期日，2025年，2月5日2、化学参数检测3）溶解二氧化碳测量复膜式电极法渗透膜—碳酸氢钠法4）发酵尾气的在线分析CO2分析氧浓度测量（如质谱分析仪）第14页，共26页，星期日，2025年，2月5日