发酵罐尾气在线分析仪制造技术

本发明专利技术公开了一种发酵罐尾气在线分析仪，包括外壳，外壳上设有显示屏，外壳上设有进气口和出气口，进气口和出气口之间连接通气管，外壳内设有检测系统、电路控制系统，外壳外分别连接采样系统和上位机系统，检测系统设在通气管上，采样系统连接检测系统，检测系统连接电路控制系统，电路控制系统连接上位机系统，采样系统采集的发酵罐尾气通过检测系统测定得到各种气体的电信号，电信号由电路控制系统处理后发送到上位机系统。本发明专利技术的多功能发酵尾气检测分析仪体积小、功耗低、可靠性高、价格低廉、可以实现在线测量、可以实现便携式设计，易于推广和大范围使用等优点。

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..

【技术实现步骤摘要】
发酵罐尾气在线分析仪
本专利技术涉及一种自动发酵设备及工艺控制在线检测装置，具体来说涉及一种发酵罐尾气在线分析仪。
技术介绍
代谢（metalsolism）是细胞内发生的各种化学反应的总称，由分解代谢(catabolism)和合成代谢(anabolism)两个过程组成。分解代谢是指细胞将大分子物质降解成小分子物质，并在这个过程中产生能量的过程。合成代谢是指细胞利用简单的小分子物质合成复杂大分子的过程，在这个过程中要消耗能量。无论是分解代谢还是合成代谢，代谢途径都是由一系列连续的酶促反应构成的，无论是好氧微生物还是厌氧微生物都会产生CO2，所以微生物呼出气体中CO2含量的改变可反映菌体代谢的变化，在发酵代谢调控中有着非常重要的意义。除此之外，好氧微生物对底物的同化作用可以通过其呼吸活性进行测定。用氧电极可以直接测量微生物的呼吸活性。测量的原理基本上都是用适合的微生物电极与氧电极组成，利用微生物的同化作用耗氧，通过测量氧电极电流的变化量来测量氧气的减少量，从而达到测量底物浓度的目的。微生物在生长代谢过程中，O2的消耗、CO2的产生可以比较容易检测，但大多数微生物发酵后产生有臭味的气体，这些带臭味的气体大多数是一些挥发性的醛类、酸类、醇类、酯类、胺类、硫醇类、酚类、噻唑、吲哚和呋喃类杂环化合物类等。一般简单的发酵气味由几十种上述化合物组成，复杂的发酵气味由几百种上述化合物组成。浓度不同呈现的主体气味不同，比如低浓度的吲哚呈现出香气，高浓度的吲哚呈现出粪便的臭气。用目前市场上用的环境气体分析仪（一般只能测定氧气、二氧化碳、一氧化碳、硫化氢、甲醛、二氧化硫等8~10种）或汽车尾气分析仪（测排气中一氧化碳、碳氢化合物和氮氧化合物成份）是无法进行检测的。实验室研究用的发酵罐有用气质联用仪（GC-MS）测定发酵尾气成分的报导，但气质联用仪价格昂贵，且需要专门的进样装置，其检测过程复杂、时间较长，不能用于工业发酵生产在线检测中。目前，发酵工业自动控制水平低，例如谷氨酸发酵，多数生产厂基本的检测控制参数有：在线检测发酵液温度、罐内压力、通风量、排气流量、连续流加氨水流量等。离线检测发酵液的酸度、菌体浓度、糖浓度、谷氨酸浓度。根据这些参数值进行人工控制，可以生产，但是过程不稳定，情况不太明又不及时，生产只是一般水平。有些厂自动控制发酵液温度、罐内压力、进罐空气流量，使这些参数稳定，提高了生产水平。有些厂增加在线检测参数，应用电子计算机，都取得可喜的成果，但要实现最优化控制还有一段距离。微生物发酵生成产物的同时都要产生CO2和挥发性气味成分，产生CO2的量和挥发性气味成分的量与细胞代谢密切相关，因此，在线连续检测记录发酵排气中的成分及浓度是很重要和很有意义的。通过检测可以对发酵过程进行代谢调控，做到对发酵过程“情况明、过程稳、生产优”。近年来，电子鼻技术逐渐应用到发酵过程的快速检测上。电子鼻技术有快速、无损的优点，但研究多局限于利用金属氧化物传感器等传统传感器检测发酵，难以区分相似物质，且对环境中湿度的变化敏感，容易引起检测结果的偏差，对硫醇、胺等气体灵敏度低，而这些气体往往是发酵腐败的特征气体，金属氧化物气体传感器与反应物之间主要是依靠范德华吸引力，这种分子作用力是分子间的极弱作用力，灵敏度较差，而且金属氧化物气体传感器在温度高，长时间工作后，响应基准值容易发生偏移。红外线传感器和新型气敏材料制成的气体传感阵列监测技术不但利用了分子间的范德华力等弱力，而且引入了金属键、极性键，具有较强的化学反应，而且受空气湿度的影响小。新型气敏材料制成的气体传感阵列监测中使用的气敏材料具有分子识别性功能，这种方法灵敏度高，可以区分化学性质极其相似的物质，克服了常见传感器难区分相似物质的缺点，能检测出发酵过程中气体的微量变化，从而比较准确地监测发酵过程中状态和内部成分的变化。通过尾气数据获取的微生物生理代谢参数，对发酵过程进行了工艺优化。微生物发酵从形态上分液体发酵和固态发酵，液体发酵绝大多数为单菌种纯种发酵，固态发酵既可以是单菌种纯种发酵，又可以是多菌种混合发酵。其发酵尾气特点有所不同，固态发酵尾气湿度大，尾气中可能带有粉尘、菌体孢子等固态微粒；液体发酵尾气湿度也大，但尾气中不会有固态微粒。
技术实现思路
本专利技术主要针对发酵罐尾气成分复杂、湿度高，普通的尾气检测分析仪和电子鼻很难实现实时监测，提出基于多种红外线传感器和新型气敏材料制成的气体传感器构成阵列相结合的发酵过程在线尾气检测分析仪。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：发酵罐尾气在线分析仪，包括外壳，外壳上设有显示屏，外壳上设有进气口和出气口，进气口和出气口之间连接通气管，外壳内设有检测系统、电路控制系统，外壳外分别连接采样系统和上位机系统，检测系统设在通气管上，采样系统连接检测系统，检测系统连接电路控制系统，电路控制系统连接上位机系统，采样系统采集的发酵罐尾气通过检测系统测定得到各种气体的电信号，电信号由电路控制系统处理后发送到上位机系统。所述采样系统包括多个尾气进样管，每个尾气进样管均连接通气管，每个尾气进样管和通气管连接处设有电控转换阀。所述检测系统包括红外线CO2传感器、电化学O2传感器和阵列式半导体气体传感器，通气管上依次设有气水分离器、灰尘过滤器、硅胶、气泵、稳流阀、气体流量计和三通阀，三通阀分别连接管路一和管路二，管路一上串联设有红外线CO2传感器和电化学O2传感器，管路二上设有阵列式半导体气体传感器，管路一和管路二均连接出气口，气水分离器上设有排水管，稳流阀上设有排气管。所述检测系统包括阵列式红外线气体传感器、阵列式半导体气体传感器和电化学O2传感器，通气管上依次设有气水分离器、阵列式红外线气体传感器、阵列式半导体气体传感器、电化学O2传感器、流量传感器、温度传感器、流量调节器和气泵，气水分离器上设有排水管。所述阵列式半导体气体传感器具有气室结构，气室结构包括气室壳体、气体传感器、气室底盖、气室上盖、传感器阵列电路板，气室壳体通过螺栓或螺丝分别连接气室上盖和气室底盖，气室壳体和气室上盖之间设有密封垫，气室壳体一端设有进气管接头，另一端设有出气管接头，气室壳体为长方形结构，气室壳体内设有槽体，槽体两端为锥形，槽体的内槽底面上均布开设有用于安装气体传感器的小孔，传感器阵列电路板通过固定螺丝固定在气室壳体底部，气体传感器焊接在传感器阵列电路板上，气体传感器和小孔之间通过密封圈进行密封，气体传感器的采气罩突出于传感器的小孔外。所述阵列式红外线气体传感器具有气室结构，气室结构包括红外光源、可变波长滤光器、进气口、出气口、内腔镀膜气室、温湿度传感器、滤光片和红外探测器，内腔镀膜气室内部一端设有可变波长滤光器，可变波长滤光器前端设有红外光源，另一端设有红外探测器，红外探测器前端设有滤光片，可变波长滤光器和红外探测器都与内腔镀膜气室之间通过密封胶圈密封，内腔镀膜气室上设有进气口和出气口，进气口处设有温湿度传感器。所述电路控制系统包括信号预处理电路、微处理器和通讯接口电路，信号预处理电路与检测系统连接，微处理器分别连接显示电路、按键电路、电源电路、时钟电路、存储电路和通讯接口电路，信号预处理电路的输出端与微处理器连接，显示电路的输入端与微处理器的I/O口连接，按键电路输出端与本文档来自技高网...

【技术保护点】
发酵罐尾气在线分析仪，其特征在于：包括外壳，外壳上设有显示屏，外壳上设有进气口和出气口，进气口和出气口之间连接通气管，外壳内设有检测系统、电路控制系统，外壳外分别连接采样系统和上位机系统，检测系统设在通气管上，采样系统连接检测系统，检测系统连接电路控制系统，电路控制系统连接上位机系统，采样系统采集的发酵罐尾气通过检测系统测定得到各种气体的电信号，电信号由电路控制系统处理后发送到上位机系统。

【技术特征摘要】
1.发酵罐尾气在线分析仪，其特征在于：包括外壳，外壳上设有显示屏，外壳上设有进气口和出气口，进气口和出气口之间连接通气管，外壳内设有检测系统、电路控制系统，外壳外分别连接采样系统和上位机系统，检测系统设在通气管上，采样系统连接检测系统，检测系统连接电路控制系统，电路控制系统连接上位机系统，采样系统采集的发酵罐尾气通过检测系统测定得到各种气体的电信号，电信号由电路控制系统处理后发送到上位机系统。2.根据权利要求1所述的发酵罐尾气在线分析仪，其特征在于：所述采样系统包括多个尾气进样管，每个尾气进样管均连接通气管，每个尾气进样管和通气管连接处设有电控转换阀。3.根据权利要求1所述的发酵罐尾气在线分析仪，其特征在于：所述检测系统包括红外线CO2传感器、电化学O2传感器和阵列式半导体气体传感器，通气管上依次设有气水分离器、灰尘过滤器、硅胶、气泵、稳流阀、气体流量计和三通阀，三通阀分别连接管路一和管路二，管路一上串联设有红外线CO2传感器和电化学O2传感器，管路二上设有阵列式半导体气体传感器，管路一和管路二均连接出气口，气水分离器上设有排水管，稳流阀上设有排气管。4.根据权利要求1所述的发酵罐尾气在线分析仪，其特征在于：所述检测系统包括阵列式红外线气体传感器、阵列式半导体气体传感器和电化学O2传感器，通气管上依次设有气水分离器、阵列式红外线气体传感器、阵列式半导体气体传感器、电化学O2传感器、流量传感器、温度传感器、流量调节器和气泵，气水分离器上设有排水管。5.根据权利要求3或4所述的发酵罐尾气在线分析仪，其特征在于：所述阵列式半导体气体传感器具有气室结构，气室结构包括气室壳体、气体传感器、气室底盖、气室上盖、传感器阵列电路板，气室壳体通过螺栓或螺丝分别连接气室上盖和气室底盖，气室壳体和气室上盖之间设有密封垫，气室壳体一端设有进气管接头...

【专利技术属性】
技术研发人员：李潮舟，李浪，周平，
申请(专利权)人：郑州良源分析仪器有限公司，
类型：发明
国别省市：河南,41