生物发酵过程的在线检测及控制.pdf

西北大学
硕士学位论文
生物发酵过程的在线检测及控制
姓名:石雪萍
申请学位级别:硕士
专业:化学工程
指导教师:伍星
20080605
摘要发酵过程是极其复杂的生化反应过程。要对生化反应过程实现优化操作和控制,首先要解决生化过程有关参数的在线测量问题。然而由于过程的复杂性和传感器的匮乏,某些参数不能实现在线测量,但是可以通过离线分析的方式测量,如发酵罐中的底物浓度,产物浓度等。另外,还有一些参数需要通过二次计算才能得出,如氧利用率,二氧化碳释放率和呼吸商等,这些参数对于研究发酵的代谢状况有着重要的意义。本课题“生物发酵过程的在线检测及控制”,是根据生物发酵工程的实际需要而自选的。论文主要完成了课题的前期工作,即研制专用数据采集系统病⑷砑,实现发酵罐数据采集和整理。本文根据低频信号的特点,设计了用单片机进行数据采集,用一串口与计算机通讯。并在夹位喑炭7⑵教ㄏ陆锌刂坪拖允镜囊桓龅推凳采集系统。同时,对整个系统研制了相应的硬件和软件程序,并经实验进行了验证,实现了发酵过程尾气中氧气、二氧化碳含量的在线测量、显示、数据保存,二次计算数据即氧利用率、二氧化碳释放率和呼吸商的在线显示,以及历史数据的回放,并对各种参数的控制提出了设计思想。为实施生化过程的离线分析和在线最优控制提供数据支持,为课题的更进一步进行研究创造了条件。关键词:发酵过程;单片机;数据采集;生物发酵过程的在线检测及控制
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∥暴年‘月荒晔律先学位论文作者签名:丕宴鑫渺%年聄目学位论文作者签名:压亏萍西北大学学位论文知识产权声明书西北大学学位论文独创性声明本人完全了解西北大学关于收集、保存、使用学位论文的规定。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版。本人允许论文被查阅和借阅。本人授权西北大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信启、研究所等机构将本学位论文收录到《中国学位论文全文数据库》或其它相关数据库。保密论文付解密后适用本声明。指导教师签名:本人声明:所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,本论文不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得西北大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。,
第一章绪论发酵技术是一种和我们的生活息息相关的技术,人们日常生活中的酵母、啤酒、味精、以及各种抗生素药物、氨基酸等都离不开发酵。近年来,随着生物科学技术的迅速发展,在世纪,生物技术己成为带动人类社会经济发展的关键技术之一,这一点己在国内外各界人士中得到共识。其中,微生物的生物技术由于其发展迅速,给人类带来巨大的实用价值和经济利益,以及对其它生物技术的重要影响,一直处于生物技术的领先地位。微生物工程概括了微生物的应用领域,发酵工程是其中一个分支,也是微生物工程的基础之一,在整个生物工程中相对发展较为成熟。发酵工业的发展史,可以划分为五个阶段。在世纪以前是第一阶段,当时只限于含酒精的饮料和醋的生产。在年到年间的第二个阶段,出现了分批补料培养技术,主要产品是酵母、甘油、柠檬酸、乳酸、丁醇和***。发酵工业第三个阶段的进展,是按第二次世界大战的需要,在纯种培养技术下,以深层培养生产青霉素。在这一时期中,发酵技术有重大的变化,因而建立了许多新的过程,包括其它抗生素、赤霉素、氨基酸、酶和甾类的转化。在世纪年代初期,许多跨国公司决定研究生产微生物细胞作为饲养蛋白质的来源,从而推动了技术的进展。这一时期,可视为发酵工业的第四个阶段,在这个阶段中,工业上普遍采用分批培养技术和分批补料培养法。发酵工业发展史中的第五个阶段,是以在体外完成微生物基因操作,即通常称为基因工程而开始的,由此形成新型的发酵过程,如胰岛素和干扰素的生产,使工业微生物所产生的化合物超出了原有微生物的近几年来生化工业越来越引起科技界、工业界和政府部门的重视。生化反应器的体积从几立方米,直至上千立方米。二次代谢产物的生产股氐纳、通过微生物的培养来获得有机物质的转化缋喙檀、工业污水处理以及酶制剂、实用蛋白、饲料添加剂等的生产,发展特别迅速。面对生化工业的蓬勃发展,生化生产过程的参数测量、操作监视、自动控制、优化操作与控制,成为生化工业发展中面临的重要问题。另一方面计算机技术的飞速发展,为测量、分析、控制生化工程提供了先进的自动化工具。发酵工业越来越多的引起人们的重视。范围。生物发酵过程的在线检测及控制
发酵工程控制概述与国际先进的技术相比,我国生物发酵