发酵罐的比拟放大解读

发酵罐的比拟放大

一、比拟放大的内容：

罐的几何尺寸，通风量，搅拌功率，传热面积和其他方面的放大问题，这些内容都有一定的相互关系。

二、比拟放大的依据

1、单位体积液体的搅拌消耗功率

2、搅拌雷诺准数

3、溶氧系数

4、搅拌桨末端线速度

5、混合时间

6、通过反馈控制条件，尽可能使重要环境因子一致。

三比拟放大和它的基本方法

比拟放大:是把小型设备中进行科学实验所获得的成果在大生产设备中予以再现的手段，它不是等比例放大，而是以相似论的方法进行放大。

首先必须找出表征着此系统的各种参数，将它们组成几个具有一定物理含义的无因次数，并建立它们间的函数式，然后用实验的方法在试验设备中求得此函数式中所包含的常数和指数，则此关系式在一定条件下便可用作为比似放大的依据。比拟放大是化工过程研究和生产中常用的基本方法之一。

在发酵工程中是否适用和发酵工程中所用的比拟放大方法

发酵过程是一个复杂的生物化学过程，影响这个过程的参数有物理的、化学的、生物的，有些虽然已经被认识了，但目前还不能准确快速地测量，有些则尚未被认识。

现在只研究了少数参数对此过程的关系，而假定其它参数是不变的，实际上不可能都是不变的。因此发酵生产过程设备比似放大理论与技术的完善，有赖于对发酵过程的本质的深入了解。

发酵工程中所用的比拟放大方法有：等 KLa, 等πDN, 等Pg/V, 等Re 或动量因子, 相似的混合时间等。

发酵过程的控制和监测

一、发酵过程的监测内容与方式

发酵过程的参数检测意义

在发酵过程中，过程状态经历着不断的变化，尤其是批发酵这种状态的变化更快。

底物和营养物由于生物活性而变化，生物量的增加和生物量组成也在变化(包括物理、生化和形态学上的变化），而各种具有生物活性的产物被积累。发酵过程检测和控制的目的就是利用尽量少的原料而获得最大的所需产物。

（一）发酵过程监控的主要指标

1．物理检测指标：温度；压力；搅拌转速；功耗；泡沫；气体流速；粘度等。

2．化学检测指标：pH ；氧化还原电位；溶解氧；气体CO2、O2；糖含量；化合物含量等。

3．生物检测指标：菌体浊度；ATP ；各种酶活力；中间代谢产物。

当然并非所有产品的发酵过程中都需检测上述全部参数，而是根据该产品的特点和可能条件，有选择地检测部分参数。

(二监控方式

一般监控系统包括3个部分。

1．测定元件：如温度计、压力表、电流计、pH 计直接测定发酵过程的各种参数，并输出相应信号。

2．控制部分：其功能主要是将测定元件测出的各种参数信号与预先确定值进行比较，并且输出信号指令执行元件进行调整控制。

3．执行元件：它接受控制部分的指令开启、或关闭有关阀门、泵、开关等调节控制机构，使有关参数达到预定位置。

关于控制方式，有手动控制和自动控制两类。

1．手动控制：这是最简易的控制方法。例如，调节发酵温度，通过控制发酵罐夹套的冷却水(或蒸汽流量来调节发酵液的温度。手动控制方法简单，不需特殊的附加装置，投资费用较少，劳动强度较大，控制的合适也可减少误差。

2．自动控制：采用自动控制时，必须使测定元件产生输出信号并用仪表监视。如测定温度时，可用热电偶代替温度计，并与控制部分相连，控制部分再产生信号驱动执行元件进行操作。

二、发酵过程的常规监控

1．温度

2．pH 值

3．泡沫

4．罐压

5．空气流量

6．搅拌转速

1．温度

由于微生物利用碳源、能源进行代谢活动能产生放热反应，

此外，搅拌也能产生一定热量，因此发酵过程中升温的快慢常常可以作为判断发酵速度的粗略参考。

发酵正常，菌体生长繁殖旺盛时自然升温较快，发酵后期，升温较缓慢，为了维持生长的适合温度必须在发酵过程随时调节发酵罐传热装置内冷却水或蒸汽来维持发酵液的温度。

最简单的温度测定方法是观察发酵罐罐壁上的温包内的温度计。然后，对照工艺规程，罐温偏高时，开启自来水(或冷却水的阀门，使发酵液温度降至规定的温度。升温或降温终了时，应注意出现滞后现象。适时合理的控制往往需要一定的经验和技巧。

温度自控方法，可采用热电偶或热变电阻器或金属电阻温度计，这些热敏

感元件都能将温度变化转变成电信号，然后与控制仪表相连，并且经各类控制开关或回路将指令传给执执行元件，同样可以开启或关闭冷却或加热装置，使罐温维持恒定。

2．pH 值

发酵过程中，培养基pH 的变化主要决定于培养基的成分和微生物的代谢特性，这是由于微生物不断消耗和利用营养物质，同时又分泌各种代谢产物到培养基中去的结果。

培养基的pH 值是反映了微生物对营养物质进行同化和异化作用后的最终氢离子浓度。

显然在固定的培养条件下，微生物发酵过程中pH 的变化是有一定规律性的，掌握这种变化，对于判断和控制发酵生产有相当重要的意义。

测定pH 的方法：

a. 通常可用pH 试纸测定;

b. 精确的则用pH 计测定。

目前已有可经消毒的pH 电极装入发酵罐内定时直接测定培养基的pH ，同时还可以与控制仪表连结，通过回路系统控制阀门或泵进行pH 调节。

3．泡沫的检测和控制

最简单的检测是定时在发酵罐视孔上观察泡沫产生情况，发现泡沫持续上升时，开启消泡剂贮罐的阀门，流加少量消泡剂，使泡沫消失即可。

也可在罐内顶部装一不锈钢探头并与控制仪表连结，用以控制消泡贮率阀门的开启。当泡沫上升接触探头顶端时产生的信号，通过控制装置，指令打开泵开关或阀门，自动加入消泡剂，泡沫消失，信号也随之消失，阀门关闭。

4．罐压

发酵容器都装有压力测量装置，最通用的是弹簧压力表。因为培养过程和高压蒸汽灭菌时都需要观察压力的变化情况。

发酵过程中，空气压力对微生物生长繁殖和产物合成的影响主要表现为压力提高氧的溶解度，改善发酵过程中溶氧的供应。但是罐压增加，也相应地提高CO2分压，而后者的增加对有些微生物的正常生长可能产生不利的影响。单圈弹簧管