第七章 发酵工艺控制
第 七 章 发 酵 工 艺 控 制
第一节 温度对发酵的影响及其控制 一、发酵热 >发酵过程中释放出的净热量。【J/m3·h】 或 >单位体积的发酵液在单位时间内释放出来的净热量。 Q发酵=Q生物十Q搅拌-Q蒸发~Q显一Q辐射
一、 发酵热 ➢发酵过程中释放出的净热量。[ J / m3 · h ] 或 ➢单位体积的发酵液在单位时间内释放出来的净热量。 第一节 温度对发酵的影响及其控制 Q发酵 = Q生物 + Q搅拌 - Q蒸发 - Q显 – Q辐射
1、生物热（Q生物） >产生菌在生长繁殖过程中本身会产生大量的热，此为 生物热。 >这种热的主要来源是培养基中的碳水化合物、脂肪和 蛋白质等的分解。 >释放出的能量部分用来合成高能化合物(ATP),部分 用来合成产物，其余的则以热的形式散发出来
1、生物热 （Q生物） ➢产生菌在生长繁殖过程中本身会产生大量的热，此为 生物热。 ➢这种热的主要来源是培养基中的碳水化合物、脂肪和 蛋白质等的分解。 ➢释放出的能量部分用来合成高能化合物(ATP)，部分 用来合成产物，其余的则以热的形式散发出来
影响生物热的因素： Φφ菌株特性 Φ培养基成分和浓度 Φ发酵时期 矿菌株对营养物质利用的速率越大，培养基成分越丰富， 生物热也就越大。 矿发酵旺盛期的生物热大于其它时间的生物热（四环素 20-50小时；苏云金杆菌10-18小时)
影响生物热的因素： 菌株特性 培养基成分和浓度 发酵时期 菌株对营养物质利用的速率越大，培养基成分越丰富， 生物热也就越大。 发酵旺盛期的生物热大于其它时间的生物热 （四环素 20-50小时； 苏云金杆菌10-18小时）
2、搅拌热（Q搅拌) 搅拌带动发酵液作机械运动，造成液体之间、液体 和设备之间的摩擦，产生数量可观的热。 搅拌热与搅拌轴功率有关，可用下式计算： Q=PX860X4186.8(J/h) P--搅拌轴功率，kW 860×4186.8--机械能转变为热能的热功当量，JkWh 影响因素： ⊕搅拌器的类型 Φ搅拌速度
2、搅拌热 （Q搅拌） 搅拌带动发酵液作机械运动，造成液体之间、液体 和设备之间的摩擦，产生数量可观的热。 搅拌热与搅拌轴功率有关，可用下式计算： Q = P ×860 ×4186.8 (J / h) P --- 搅拌轴功率，kW 860×4186.8 --- 机械能转变为热能的热功当量， J /kW.h 影响因素： 搅拌器的类型 搅拌速度
3、蒸发热 (Q蒸发) 空气进入发酵罐后，就和发酵液广泛接触进行热交 换，同时必然会引起水分的蒸发，蒸发所需的热量即为 蒸发热。 4、显热(Q显) 排出气体所带的热
3、蒸发热 （Q蒸发) 空气进入发酵罐后，就和发酵液广泛接触进行热交 换，同时必然会引起水分的蒸发，蒸发所需的热量即为 蒸发热。 4、显热 （Q显） 排出气体所带的热
5、辐射热 （Q辐射） >因罐内外的温度不同，发酵液中有部分热通过罐体向 外辐射。 >辐射热的大小决定于罐内外的温差
5、辐射热 （Q辐射） ➢因罐内外的温度不同，发酵液中有部分热通过罐体向 外辐射。 ➢辐射热的大小决定于罐内外的温差
影响发酵温度的因素： φ菌种特性 Φ培养基（成分及配比) Φ发酵阶段 Φ搅拌类型及搅拌速度 ⊕通气速度( 影响Q蒸发和Q显） ⊕罐内外的温差 由于Q生物、Q蒸发、Q显在发酵过程中随时间而变 化，因此发酵热在整个发酵过程中也随时间变化。为了 使发酵在一定温度下进行，必须采取措施加以控制
影响发酵温度的因素： 菌种特性 培养基 （成分及配比） 发酵阶段 搅拌类型及搅拌速度 通气速度 （影响Q蒸发和Q显） 罐内外的温差 由于Q生物、Q蒸发、Q显在发酵过程中随时间而变 化，因此发酵热在整个发酵过程中也随时间变化。为了 使发酵在一定温度下进行，必须采取措施加以控制
二、发酵热的测定 方法一： 通过测定一定时间内冷却水的流量和冷却水的进出口 温度，由下式求得这段时间内的发酵热： Q发酵=GC(2t)/V(J/m3·h) G-冷却水流量，kgh C--水的比热，J/kg·℃ t1小t2--进、出口的冷却水温度，℃ V--发酵液体积，m3
二、发酵热的测定 方法一： 通过测定一定时间内冷却水的流量和冷却水的进出口 温度，由下式求得这段时间内的发酵热： Q发酵 = GC (t2 - t1 ) / V (J / m3 · h) G --- 冷却水流量，kg/h C --- 水的比热，J/kg · ℃ t 1、t 2 --- 进、出口的冷却水温度，℃ V ---- 发酵液体积 ， m3
方法二： 通过罐温的自动控制，先使罐温达到恒定，再关闭自 动控制装置测得温度随时间上升的速率S,按下式可求得发 酵热： Q发酵=K·S S-温度随时间上升的速率，℃h K--总参数，代表系统的热容量，JL℃
方法二： 通过罐温的自动控制，先使罐温达到恒定，再关闭自 动控制装置测得温度随时间上升的速率S, 按下式可求得发 酵热 ： Q 发酵 = K · S S --- 温度随时间上升的速率，℃/h K --- 总参数，代表系统的热容量，J/L·℃