發(fā)酵罐尾氣在線分析儀制造技術

本發(fā)明專利技術公開了一種發(fā)酵罐尾氣在線分析儀，包括外殼，外殼上設有顯示屏，外殼上設有進氣口和出氣口，進氣口和出氣口之間連接通氣管，外殼內(nèi)設有檢測系統(tǒng)、電路控制系統(tǒng)，外殼外分別連接采樣系統(tǒng)和上位機系統(tǒng)，檢測系統(tǒng)設在通氣管上，采樣系統(tǒng)連接檢測系統(tǒng)，檢測系統(tǒng)連接電路控制系統(tǒng)，電路控制系統(tǒng)連接上位機系統(tǒng)，采樣系統(tǒng)采集的發(fā)酵罐尾氣通過檢測系統(tǒng)測定得到各種氣體的電信號，電信號由電路控制系統(tǒng)處理后發(fā)送到上位機系統(tǒng)。本發(fā)明專利技術的多功能發(fā)酵尾氣檢測分析儀體積小、功耗低、可靠性高、價格低廉、可以實現(xiàn)在線測量、可以實現(xiàn)便攜式設計，易于推廣和大范圍使用等優(yōu)點。

On line analyzer for tail gas of fermentation tank

The invention discloses a fermentation tank gas on-line analyzer, which comprises a shell, a display screen is arranged on the shell, the shell is provided with an air inlet and an air outlet, an air inlet and an air outlet is connected between the ventilation tube, the inner shell is provided with a detection system, a circuit control system, the outer shell are respectively connected with the sampling system and the host computer system, detection system in ventilation tube connection detection system, sampling system, detection system is connected with the circuit control system, circuit control system is connected with the host computer system, fermentation tank tail gas sampling system acquisition determination signals get all kinds of gas through the detection system, signal processing system is controlled by the circuit and then sent to the host computer system. The multifunctional fermentation gas detection analyzer has the advantages of small volume, low power consumption, high reliability and low cost, can realize online measurement, can realize portable design, easy popularization and wide use etc..

【技術實現(xiàn)步驟摘要】
發(fā)酵罐尾氣在線分析儀
本專利技術涉及一種自動發(fā)酵設備及工藝控制在線檢測裝置，具體來說涉及一種發(fā)酵罐尾氣在線分析儀。
技術介紹
代謝（metalsolism）是細胞內(nèi)發(fā)生的各種化學反應的總稱，由分解代謝(catabolism)和合成代謝(anabolism)兩個過程組成。分解代謝是指細胞將大分子物質(zhì)降解成小分子物質(zhì)，并在這個過程中產(chǎn)生能量的過程。合成代謝是指細胞利用簡單的小分子物質(zhì)合成復雜大分子的過程，在這個過程中要消耗能量。無論是分解代謝還是合成代謝，代謝途徑都是由一系列連續(xù)的酶促反應構成的，無論是好氧微生物還是厭氧微生物都會產(chǎn)生CO2，所以微生物呼出氣體中CO2含量的改變可反映菌體代謝的變化，在發(fā)酵代謝調(diào)控中有著非常重要的意義。除此之外，好氧微生物對底物的同化作用可以通過其呼吸活性進行測定。用氧電極可以直接測量微生物的呼吸活性。測量的原理基本上都是用適合的微生物電極與氧電極組成，利用微生物的同化作用耗氧，通過測量氧電極電流的變化量來測量氧氣的減少量，從而達到測量底物濃度的目的。微生物在生長代謝過程中，O2的消耗、CO2的產(chǎn)生可以比較容易檢測，但大多數(shù)微生物發(fā)酵后產(chǎn)生有臭味的氣體，這些帶臭味的氣體大多數(shù)是一些揮發(fā)性的醛類、酸類、醇類、酯類、胺類、硫醇類、酚類、噻唑、吲哚和呋喃類雜環(huán)化合物類等。一般簡單的發(fā)酵氣味由幾十種上述化合物組成，復雜的發(fā)酵氣味由幾百種上述化合物組成。濃度不同呈現(xiàn)的主體氣味不同，比如低濃度的吲哚呈現(xiàn)出香氣，高濃度的吲哚呈現(xiàn)出糞便的臭氣。用目前市場上用的環(huán)境氣體分析儀（一般只能測定氧氣、二氧化碳、一氧化碳、硫化氫、甲醛、二氧化硫等8~10種）或汽車尾氣分析儀（測排氣中一氧化碳、碳氫化合物和氮氧化合物成份）是無法進行檢測的。實驗室研究用的發(fā)酵罐有用氣質(zhì)聯(lián)用儀（GC-MS）測定發(fā)酵尾氣成分的報導，但氣質(zhì)聯(lián)用儀價格昂貴，且需要專門的進樣裝置，其檢測過程復雜、時間較長，不能用于工業(yè)發(fā)酵生產(chǎn)在線檢測中。目前，發(fā)酵工業(yè)自動控制水平低，例如谷氨酸發(fā)酵，多數(shù)生產(chǎn)廠基本的檢測控制參數(shù)有：在線檢測發(fā)酵液溫度、罐內(nèi)壓力、通風量、排氣流量、連續(xù)流加氨水流量等。離線檢測發(fā)酵液的酸度、菌體濃度、糖濃度、谷氨酸濃度。根據(jù)這些參數(shù)值進行人工控制，可以生產(chǎn)，但是過程不穩(wěn)定，情況不太明又不及時，生產(chǎn)只是一般水平。有些廠自動控制發(fā)酵液溫度、罐內(nèi)壓力、進罐空氣流量，使這些參數(shù)穩(wěn)定，提高了生產(chǎn)水平。有些廠增加在線檢測參數(shù)，應用電子計算機，都取得可喜的成果，但要實現(xiàn)最優(yōu)化控制還有一段距離。微生物發(fā)酵生成產(chǎn)物的同時都要產(chǎn)生CO2和揮發(fā)性氣味成分，產(chǎn)生CO2的量和揮發(fā)性氣味成分的量與細胞代謝密切相關，因此，在線連續(xù)檢測記錄發(fā)酵排氣中的成分及濃度是很重要和很有意義的。通過檢測可以對發(fā)酵過程進行代謝調(diào)控，做到對發(fā)酵過程“情況明、過程穩(wěn)、生產(chǎn)優(yōu)”。近年來，電子鼻技術逐漸應用到發(fā)酵過程的快速檢測上。電子鼻技術有快速、無損的優(yōu)點，但研究多局限于利用金屬氧化物傳感器等傳統(tǒng)傳感器檢測發(fā)酵，難以區(qū)分相似物質(zhì)，且對環(huán)境中濕度的變化敏感，容易引起檢測結(jié)果的偏差，對硫醇、胺等氣體靈敏度低，而這些氣體往往是發(fā)酵腐敗的特征氣體，金屬氧化物氣體傳感器與反應物之間主要是依靠范德華吸引力，這種分子作用力是分子間的極弱作用力，靈敏度較差，而且金屬氧化物氣體傳感器在溫度高，長時間工作后，響應基準值容易發(fā)生偏移。紅外線傳感器和新型氣敏材料制成的氣體傳感陣列監(jiān)測技術不但利用了分子間的范德華力等弱力，而且引入了金屬鍵、極性鍵，具有較強的化學反應，而且受空氣濕度的影響小。新型氣敏材料制成的氣體傳感陣列監(jiān)測中使用的氣敏材料具有分子識別性功能，這種方法靈敏度高，可以區(qū)分化學性質(zhì)極其相似的物質(zhì)，克服了常見傳感器難區(qū)分相似物質(zhì)的缺點，能檢測出發(fā)酵過程中氣體的微量變化，從而比較準確地監(jiān)測發(fā)酵過程中狀態(tài)和內(nèi)部成分的變化。通過尾氣數(shù)據(jù)獲取的微生物生理代謝參數(shù)，對發(fā)酵過程進行了工藝優(yōu)化。微生物發(fā)酵從形態(tài)上分液體發(fā)酵和固態(tài)發(fā)酵，液體發(fā)酵絕大多數(shù)為單菌種純種發(fā)酵，固態(tài)發(fā)酵既可以是單菌種純種發(fā)酵，又可以是多菌種混合發(fā)酵。其發(fā)酵尾氣特點有所不同，固態(tài)發(fā)酵尾氣濕度大，尾氣中可能帶有粉塵、菌體孢子等固態(tài)微粒；液體發(fā)酵尾氣濕度也大，但尾氣中不會有固態(tài)微粒。
技術實現(xiàn)思路
本專利技術主要針對發(fā)酵罐尾氣成分復雜、濕度高，普通的尾氣檢測分析儀和電子鼻很難實現(xiàn)實時監(jiān)測，提出基于多種紅外線傳感器和新型氣敏材料制成的氣體傳感器構成陣列相結(jié)合的發(fā)酵過程在線尾氣檢測分析儀。為實現(xiàn)上述目的，本專利技術采用以下技術方案：發(fā)酵罐尾氣在線分析儀，包括外殼，外殼上設有顯示屏，外殼上設有進氣口和出氣口，進氣口和出氣口之間連接通氣管，外殼內(nèi)設有檢測系統(tǒng)、電路控制系統(tǒng)，外殼外分別連接采樣系統(tǒng)和上位機系統(tǒng)，檢測系統(tǒng)設在通氣管上，采樣系統(tǒng)連接檢測系統(tǒng)，檢測系統(tǒng)連接電路控制系統(tǒng)，電路控制系統(tǒng)連接上位機系統(tǒng)，采樣系統(tǒng)采集的發(fā)酵罐尾氣通過檢測系統(tǒng)測定得到各種氣體的電信號，電信號由電路控制系統(tǒng)處理后發(fā)送到上位機系統(tǒng)。所述采樣系統(tǒng)包括多個尾氣進樣管，每個尾氣進樣管均連接通氣管，每個尾氣進樣管和通氣管連接處設有電控轉(zhuǎn)換閥。所述檢測系統(tǒng)包括紅外線CO2傳感器、電化學O2傳感器和陣列式半導體氣體傳感器，通氣管上依次設有氣水分離器、灰塵過濾器、硅膠、氣泵、穩(wěn)流閥、氣體流量計和三通閥，三通閥分別連接管路一和管路二，管路一上串聯(lián)設有紅外線CO2傳感器和電化學O2傳感器，管路二上設有陣列式半導體氣體傳感器，管路一和管路二均連接出氣口，氣水分離器上設有排水管，穩(wěn)流閥上設有排氣管。所述檢測系統(tǒng)包括陣列式紅外線氣體傳感器、陣列式半導體氣體傳感器和電化學O2傳感器，通氣管上依次設有氣水分離器、陣列式紅外線氣體傳感器、陣列式半導體氣體傳感器、電化學O2傳感器、流量傳感器、溫度傳感器、流量調(diào)節(jié)器和氣泵，氣水分離器上設有排水管。所述陣列式半導體氣體傳感器具有氣室結(jié)構，氣室結(jié)構包括氣室殼體、氣體傳感器、氣室底蓋、氣室上蓋、傳感器陣列電路板，氣室殼體通過螺栓或螺絲分別連接氣室上蓋和氣室底蓋，氣室殼體和氣室上蓋之間設有密封墊，氣室殼體一端設有進氣管接頭，另一端設有出氣管接頭，氣室殼體為長方形結(jié)構，氣室殼體內(nèi)設有槽體，槽體兩端為錐形，槽體的內(nèi)槽底面上均布開設有用于安裝氣體傳感器的小孔，傳感器陣列電路板通過固定螺絲固定在氣室殼體底部，氣體傳感器焊接在傳感器陣列電路板上，氣體傳感器和小孔之間通過密封圈進行密封，氣體傳感器的采氣罩突出于傳感器的小孔外。所述陣列式紅外線氣體傳感器具有氣室結(jié)構，氣室結(jié)構包括紅外光源、可變波長濾光器、進氣口、出氣口、內(nèi)腔鍍膜氣室、溫濕度傳感器、濾光片和紅外探測器，內(nèi)腔鍍膜氣室內(nèi)部一端設有可變波長濾光器，可變波長濾光器前端設有紅外光源，另一端設有紅外探測器，紅外探測器前端設有濾光片，可變波長濾光器和紅外探測器都與內(nèi)腔鍍膜氣室之間通過密封膠圈密封，內(nèi)腔鍍膜氣室上設有進氣口和出氣口，進氣口處設有溫濕度傳感器。所述電路控制系統(tǒng)包括信號預處理電路、微處理器和通訊接口電路，信號預處理電路與檢測系統(tǒng)連接，微處理器分別連接顯示電路、按鍵電路、電源電路、時鐘電路、存儲電路和通訊接口電路，信號預處理電路的輸出端與微處理器連接，顯示電路的輸入端與微處理器的I/O口連接，按鍵電路輸出端與本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術保護點】
發(fā)酵罐尾氣在線分析儀，其特征在于：包括外殼，外殼上設有顯示屏，外殼上設有進氣口和出氣口，進氣口和出氣口之間連接通氣管，外殼內(nèi)設有檢測系統(tǒng)、電路控制系統(tǒng)，外殼外分別連接采樣系統(tǒng)和上位機系統(tǒng)，檢測系統(tǒng)設在通氣管上，采樣系統(tǒng)連接檢測系統(tǒng)，檢測系統(tǒng)連接電路控制系統(tǒng)，電路控制系統(tǒng)連接上位機系統(tǒng)，采樣系統(tǒng)采集的發(fā)酵罐尾氣通過檢測系統(tǒng)測定得到各種氣體的電信號，電信號由電路控制系統(tǒng)處理后發(fā)送到上位機系統(tǒng)。

【技術特征摘要】
1.發(fā)酵罐尾氣在線分析儀，其特征在于：包括外殼，外殼上設有顯示屏，外殼上設有進氣口和出氣口，進氣口和出氣口之間連接通氣管，外殼內(nèi)設有檢測系統(tǒng)、電路控制系統(tǒng)，外殼外分別連接采樣系統(tǒng)和上位機系統(tǒng)，檢測系統(tǒng)設在通氣管上，采樣系統(tǒng)連接檢測系統(tǒng)，檢測系統(tǒng)連接電路控制系統(tǒng)，電路控制系統(tǒng)連接上位機系統(tǒng)，采樣系統(tǒng)采集的發(fā)酵罐尾氣通過檢測系統(tǒng)測定得到各種氣體的電信號，電信號由電路控制系統(tǒng)處理后發(fā)送到上位機系統(tǒng)。2.根據(jù)權利要求1所述的發(fā)酵罐尾氣在線分析儀，其特征在于：所述采樣系統(tǒng)包括多個尾氣進樣管，每個尾氣進樣管均連接通氣管，每個尾氣進樣管和通氣管連接處設有電控轉(zhuǎn)換閥。3.根據(jù)權利要求1所述的發(fā)酵罐尾氣在線分析儀，其特征在于：所述檢測系統(tǒng)包括紅外線CO2傳感器、電化學O2傳感器和陣列式半導體氣體傳感器，通氣管上依次設有氣水分離器、灰塵過濾器、硅膠、氣泵、穩(wěn)流閥、氣體流量計和三通閥，三通閥分別連接管路一和管路二，管路一上串聯(lián)設有紅外線CO2傳感器和電化學O2傳感器，管路二上設有陣列式半導體氣體傳感器，管路一和管路二均連接出氣口，氣水分離器上設有排水管，穩(wěn)流閥上設有排氣管。4.根據(jù)權利要求1所述的發(fā)酵罐尾氣在線分析儀，其特征在于：所述檢測系統(tǒng)包括陣列式紅外線氣體傳感器、陣列式半導體氣體傳感器和電化學O2傳感器，通氣管上依次設有氣水分離器、陣列式紅外線氣體傳感器、陣列式半導體氣體傳感器、電化學O2傳感器、流量傳感器、溫度傳感器、流量調(diào)節(jié)器和氣泵，氣水分離器上設有排水管。5.根據(jù)權利要求3或4所述的發(fā)酵罐尾氣在線分析儀，其特征在于：所述陣列式半導體氣體傳感器具有氣室結(jié)構，氣室結(jié)構包括氣室殼體、氣體傳感器、氣室底蓋、氣室上蓋、傳感器陣列電路板，氣室殼體通過螺栓或螺絲分別連接氣室上蓋和氣室底蓋，氣室殼體和氣室上蓋之間設有密封墊，氣室殼體一端設有進氣管接頭...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：李潮舟，李浪，周平，
申請(專利權)人：鄭州良源分析儀器有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：河南,41