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實(shí)驗(yàn)室發(fā)酵罐運(yùn)作原理之溶氧控制 時(shí)間:2023.01.13
實(shí)驗(yàn)室發(fā)酵罐
 
眾所周知,對(duì)于食品、醫(yī)藥等領(lǐng)域而言,發(fā)酵是生產(chǎn)中的重要環(huán)節(jié)。而溶氧(DO)在微生物及細(xì)胞的發(fā)酵中,又是好氧類發(fā)酵系統(tǒng)中關(guān)鍵的參數(shù)之一,能直接影響發(fā)酵的穩(wěn)定性和生產(chǎn)成本。
氧氣不易溶于水,實(shí)驗(yàn)室發(fā)酵罐中的發(fā)酵液和微生物代謝產(chǎn)物更是會(huì)降低氧氣在發(fā)酵過(guò)程中的溶解度。因此,控制DO不僅是為了增長(zhǎng)發(fā)酵中的有益代謝產(chǎn)物,更是實(shí)驗(yàn)降本增效的方案。

實(shí)驗(yàn)室發(fā)酵罐D(zhuǎn)O電極工作原理
常見(jiàn)的極譜式溶氧電極一般由陽(yáng)極、陰極、透氧薄膜和電解液組成。透氧薄膜包裹在陰極外表面,材質(zhì)一般是聚四氟乙烯、聚氯乙烯、聚乙烯、硅橡膠等透氣的材料。另外相比原電池電極,極譜式電極還需要在陰陽(yáng)兩極中外加0.5~1.5V的極化電壓?;魻査梗℉OLVES)實(shí)驗(yàn)室發(fā)酵罐標(biāo)配METTLER TOLEDO溶氧電極,以耐用度和測(cè)量精準(zhǔn)為主要考慮因素。
溶氧電極
在使用過(guò)程中,溶解氧通過(guò)薄膜到達(dá)陰極表面時(shí)會(huì)被電解分離,釋放出的電子會(huì)在電解液中形成電流。由于透過(guò)膜的溶氧含量與水中的溶氧含量成正比,所以在溶氧含量不同的情況下,電解液中形成的電流強(qiáng)度是不同的,電流強(qiáng)度可以通過(guò)電極來(lái)監(jiān)測(cè)。電極監(jiān)測(cè)到的電流強(qiáng)度可以根據(jù)法拉第(Faraday)定律換算成特定的氧氣濃度,經(jīng)過(guò)補(bǔ)償溫度和氣壓得到最終值。
 
溶氧電極原理

實(shí)驗(yàn)室發(fā)酵罐D(zhuǎn)O調(diào)節(jié)原理
在發(fā)酵過(guò)程中,DO濃度與其它環(huán)節(jié)參數(shù)關(guān)系相對(duì)復(fù)雜,受到發(fā)酵罐中多方因素的影響和制約,控制DO則是為了讓它能穩(wěn)定在期待值內(nèi)。一般情況,我們會(huì)通過(guò)通氣、攪拌和補(bǔ)料等手段來(lái)控制發(fā)酵罐中的DO。
通氣控制
(通氣控制)

攪拌控制
(攪拌控制)

補(bǔ)料控制
(補(bǔ)料控制)

以霍爾斯(HOLVES)實(shí)驗(yàn)室發(fā)酵罐為例,用戶可以設(shè)置DO與STIR控制、FEED控制多級(jí)級(jí)聯(lián),然后通過(guò)穩(wěn)定的RS-485通訊,發(fā)酵系統(tǒng)HF-Control 會(huì)實(shí)時(shí)接收電極傳輸數(shù)據(jù),并采取PID逐級(jí)調(diào)控相關(guān)參數(shù),以達(dá)到并穩(wěn)定在設(shè)定DO值內(nèi)。

本篇文章帶大家了解了實(shí)驗(yàn)室發(fā)酵罐的溶氧如何控制,同時(shí)上文中也提到溶氧會(huì)受到很多因素的影響,溫度因素也是其中之一,所以下篇會(huì)為大家講解實(shí)驗(yàn)室發(fā)酵罐的罐溫控制,敬請(qǐng)期待!


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