发酵工艺:工业发酵放大的一般方法及依据

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一、发酵放大的定义

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。比如罐的几何尺寸、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、比拟放大的基本方法

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。

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。

四、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。

五、发酵过程的常规监控

1、温度: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。
2、pH值:发酵过程华体会体育最新地址 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。
3、泡沫:定时在发酵罐视孔上观察泡沫产生情况。
4、罐压: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。
5、空气流量:空气流量对溶氧率有很大的影响。
6、搅拌转速:因为溶氧系数KLa正比于单位发酵液的搅拌功率消耗,而功耗与搅拌转速的三次方成正比。所以在一定几何结构条件下(如罐的径高比、搅拌叶片直径、挡板等)发酵罐的溶氧系数(或称体积传质系数)KLa主要受搅拌转速的影响。

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