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

1、微生物發(fā)酵過程是細胞新陳代謝進行物質(zhì)轉(zhuǎn)化的過程，為了提高目標產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化率，需要對微生物發(fā)酵動態(tài)特性進行實時分析，以便實時優(yōu)化發(fā)酵過程。許多發(fā)酵過程伴隨產(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)酵過程為研究對象，設(shè)計了針對厭氧發(fā)酵過程的尾氣在線監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠在線分析微生物發(fā)酵過程中產(chǎn)生的氣體組分，并實時顯示和記錄監(jiān)測數(shù)據(jù)。
　　通過對ABE發(fā)酵機理研究可

2、知，發(fā)酵過程分為產(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，同時產(chǎn)生CO2和H2。進入產(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，同時產(chǎn)生CO2和H2。由此可見，細胞進行微觀的物質(zhì)轉(zhuǎn)化，會通過宏觀的發(fā)酵液成分以及尾氣組分的變化反映出來。
　　由于ABE發(fā)酵過程需要嚴格厭氧環(huán)境，如何在對發(fā)酵過程進行在線監(jiān)測時保證發(fā)酵環(huán)境不受干擾是首要解決的問題。通過測試厭氧發(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試方法，即使用錐形瓶對發(fā)酵罐與外界氣體進行隔離，錐形瓶與氣體分析儀組成循環(huán)測量回路。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)測發(fā)酵過程中產(chǎn)生氣體組分的實時變化。
　　針對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，通過利用標準氣體罐進行標定和校驗，建立擬合多項式標定模型和最佳校正公式，實驗結(jié)果表明，這種方法可以有效