丙酮丁醇發(fā)酵尾氣在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì).pdf

1、微生物發(fā)酵過(guò)程是細(xì)胞新陳代謝進(jìn)行物質(zhì)轉(zhuǎn)化的過(guò)程，為了提高目標(biāo)產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化率，需要對(duì)微生物發(fā)酵動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，以便實(shí)時(shí)優(yōu)化發(fā)酵過(guò)程。許多發(fā)酵過(guò)程伴隨產(chǎn)生大量尾氣，尾氣組分、體積、產(chǎn)生速率等數(shù)據(jù)在宏觀上反映了微生物內(nèi)部物質(zhì)轉(zhuǎn)化規(guī)律。本文以丙酮-丁醇-乙醇(ABE)發(fā)酵過(guò)程為研究對(duì)象，設(shè)計(jì)了針對(duì)厭氧發(fā)酵過(guò)程的尾氣在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠在線分析微生物發(fā)酵過(guò)程中產(chǎn)生的氣體組分，并實(shí)時(shí)顯示和記錄監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。
　　通過(guò)對(duì)ABE發(fā)酵機(jī)理研究可

2、知，發(fā)酵過(guò)程分為產(chǎn)酸期和產(chǎn)溶劑期。在發(fā)酵初期，產(chǎn)生乙酸和丁酸等酸性物質(zhì)，發(fā)酵液pH值迅速下降，同時(shí)產(chǎn)生CO2和H2。進(jìn)入產(chǎn)溶劑期后，丙酮丁醇梭菌消耗乙酸和丁酸，生成丙酮、丁醇和乙醇，同時(shí)產(chǎn)生CO2和H2。由此可見，細(xì)胞進(jìn)行微觀的物質(zhì)轉(zhuǎn)化，會(huì)通過(guò)宏觀的發(fā)酵液成分以及尾氣組分的變化反映出來(lái)。
　　由于ABE發(fā)酵過(guò)程需要嚴(yán)格厭氧環(huán)境，如何在對(duì)發(fā)酵過(guò)程進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)時(shí)保證發(fā)酵環(huán)境不受干擾是首要解決的問(wèn)題。通過(guò)測(cè)試厭氧發(fā)酵罐與氣體分析儀不同的

3、連接方式，本文提出一種全封閉測(cè)試方法，即使用錐形瓶對(duì)發(fā)酵罐與外界氣體進(jìn)行隔離，錐形瓶與氣體分析儀組成循環(huán)測(cè)量回路。這種方法能夠有效地保證發(fā)酵環(huán)境不受外界干擾，并且有效地監(jiān)測(cè)發(fā)酵過(guò)程中產(chǎn)生氣體組分的實(shí)時(shí)變化。
　　針對(duì)多組分氣體分析儀受電磁干擾、傳感器老化、環(huán)境變化等影響產(chǎn)生的測(cè)量偏差，提出了一種基于最小二乘法回歸模型的自校正方法，通過(guò)利用標(biāo)準(zhǔn)氣體罐進(jìn)行標(biāo)定和校驗(yàn)，建立擬合多項(xiàng)式標(biāo)定模型和最佳校正公式，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，這種方法可以有效