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1、因为上传问题，特别添加了三个无关的图片，不然没法让其他人阅读自己下完后删除即可多打些无感的字，减小与另一个的相似率一、绪论1、基本概念生化过程：即(发酵过程)，利用微生物细胞或酶转化基本原料合成目的产物的过程。状态变量：可显示过程状态及其特征的参数，一般指反应生物浓度、生物活性及反应速率的参数。测量变量：指那些可以测量的状态变量。操作变量： 所谓的环境因子或操作条件，而改变这些环境因子和操作条件，可以造成生化过程状态变量的改变。构造模型：包含胞内代谢网络在内，细致到考虑细胞内构成成分变化的数学模型。非构造模型：介于构造模型和状态模型之间, 把生物过程的理论定理与经验公式结合起来，生化过程控制和
2、优化中使用最广泛的模型。状态模型：完全基于生物过程状态变量和操作变量时间序列数据的模型。2、简答题1、简述生化过程的控制特点。答：(1)不需太高的控制精度，除温度、pH感受强的菌株发酵过程外，控制指标不需精确也不可能100%地控制在某一水平；(2)生物过程的各状态变量之间存在一定的连带关系，难以检测的生物量在一定程度上可通过易检测的物理化学量间接检测，因此相当部分的生化过程控制是一种间接的优化和控制；(3)相当数量的工业规模或实验室规模的生物过程，没有合适的定量数学模型可循，控制和优化操作必须依靠操作人员的经验和知识。2、 实现发酵过程的优化与控制，必须解决的5个问题答：(1)系统动力学；(2
3、)生物模型；(3)传感器技术；(4)适用于生物过程的最优化技术；(5)计算机检测系统发酵罐之间的接口技术(如神经网络、专家系统)3、 生化过程控制理论存在的难点。答：(1)无论是前馈还是反馈控制，都必须建立在在线监测的各种参数上，但适用于生化反应过程的传感器的研究大大落后于生物工业的发展。(2)各种微生物具有独特的生理特性、生产各种代谢产物又有各自的代谢途径，应用于生化反应过程的控制理论不具有普适性。(3)控制理论自身的局限，至今不能模拟生化反应过程的高度非线性的多容量特性。(4)在具体的控制模型构建时，缺乏以细胞代谢流为核心的过程分析，采用以动力学为基础的最佳工艺控制点为依据的静态操作方法实
4、质上是化学工程动力学概念在发酵工程上的延伸。(5)目前发酵动力学模型主要通过经验法、半经验法或简化法得到，一般为非结构动力学模型，如Monod、Moser、Tessier、Contois等模型方程。二、生化过程参数中物理参数检测技术1、基本概念准确度：测量值与被测量真值的接近程度。精密度：在相同条件下，对被测量进行多次反复测量，测得值之间的一致(符合)程度。灵敏度：仪表的指示位移变化量S与被测参数变化量m之比。它是选择传感器的基本技术指标。线性度：测量仪表在全量程范围内实际校准值与理论对应值的吻合程度。无源传感器：按能量控制(或调制)原理设计而成的传感装置。有源传感器：按能量变换原理设计而成的
5、传感装置。2、 分类温度测量元件：膨胀式、压力试、热电偶、热电阻、辐射式、红外线。压力计：液柱式压力计（流体的重量相平衡）,活塞式压力计（固体的重量相平衡）,弹性式压力计（弹性体的变形应力相平衡）,电气式压力计（将压力直接或间接地转换成与压力有一定关系的各种电量）;弹性式压力传感器：波登管式压力传感器、波纹管式压力传感器、薄膜式压力传感器电气式压力变换器（压力探头）：电阻应变式压力变换器、电感式压力变换器、电容式压力变换器、霍尔式压力变换器电气压力计前置放大器（将传感器信号转换为标准通讯信号）电阻和电容传感器一般采用电桥放大，以电压方式输出；电感式传感器一般采用振荡电路放大，以频率方式输出；电
6、压传感器一般采用直流放大器，以电压或电流方式输出。液位的测量：直读式液位计、压差式液位计、电容式液位计、电极式液位计速度式流量计：差压式流量计、转子流量计、超声波流量计、电磁流量计容积式流量计：齿轮流量计、活塞流量计质量流量计：直接型质量流量计（通过直接检测与质量流量成比例的参数实现质量流量的测定）间接型质量流量计（通过体积流量级和质量流量计的组合来实现）3、测定原理1.电阻应变式压力计:(1)金属电阻应变片的工作原理是吸附在基体材料上应变电阻随机械形变而产生阻值变化的现象，俗称为电阻应变效应;(2)电线的电阻为 R=rL/S;(3)当电线受到拉（应）力作用时，L变大，S变小，R变大;(4)一
7、组串联平行细导线（电阻应变片）的金属（弹性元件）因压力变化而发生微小变形（应变）时，细导线的电阻随之发生变化。从而，将压力参数转化为电阻参数.2.电极式液位计:(1)对于导电电极式,当液面或泡沫达到不绝缘的金属棒的端点时，就会有电流信号产生;(2)对于电阻式泡沫电极,其电极电流正比于不绝缘电极棒浸没入液体的长度，由此来测定泡沫液位高度.3. 电磁流量计:当流道两侧有磁场作用时,导电流体在流动过程中切割磁力线,产生感应电动势:E=KBdv;其中E为感应电势,K是常数,B为磁感应强度,d为管径，v为平均流速。当d与B确定后，有Q=KE，则Q与E成线性关系，只要测得感应电动势就可知流体流量。4. 热
8、电偶温度计：（1）基于物体的热电效应；（2）由两种不同导体组成回路，当两个接点温度不同时，回路中将产生电势，该电势大小和方向取决于导体的材料和两接点温度差，这个现象称为“热电效应”。回路称为“热电偶”，电势为“热电势”，高温端叫“热端”，低温端为“冷端”；（3）EAB(t, t0)=eAB(t)-eAB(t0).4、简答题1、生化过程参数检测的特点答：（1）反应器内插入的传感器必须耐高温并经受高温灭菌，增加了生化过程参数测定的复杂性；（2）菌体及其它固体物质附在表面，使传感器灵敏度降低；（3）生化反应器内存有气泡，对检测传感器带来干扰；（4）在传感器及其安装附件必须没有杂菌和灭菌死角；（5）化
9、学成分分析给电信号转换带来困难或者可靠性降低。2、 热电偶的材质要求答：单位温度变化的热电势大，且尽量接近线性关系； 热电性质稳定； 化学稳定性好：高温下抗氧化，抗腐蚀； 具有较好的延展性，易于加工； 复现性好，便于批量生产和互换。3、 热电偶的补偿答：（1）热电偶的导线补偿用廉价材料将冷端延伸到温度相对稳定的控制室内；（2）冷端温度补偿将冷端浸泡在恒温的冰水中；采用电路差减法消除冷端热电势；(注意：补偿导线应与热电偶的电极材料配合使用，补偿导线的材质不同，接线时应特别注意不能接错)4、 压力计的选型及安装答：选型：类型选择（功能：显示、报警、记录、传送（数字、模拟）；介质条件：温度、腐蚀性、
10、粘度、脏污程度等；如：氨气表防腐，氧气表禁油。环境条件：温度、震动、电磁场等。）量程与盘面大小（工作压力不小于1/3量程，不大于2/3（1/2）量程；）盘面大小应方便安装和观察。精度等级：根据工艺需要确定。作为现场的压力测量仪表，多用价格便宜的弹性压力仪表，如压力计。重要部位压力信号，远距离传送到操作室，有的要进行自动控制，则选用压力测量变送器。安装：取压位置：由工艺条件确定；（尽量避免涡流影响；避免流速影响；避免导压管产生压差。隔离（(采用密封隔离，如虹吸等)：温度隔离：采用铜管散热；腐蚀性隔离：采用隔离箱（凝液管）；脏污隔离：采用空气包。）5、 生化过程参数检测传感器的要求答：可靠 灵敏度
11、 精度 可互换性 可清洗 耐消毒 无菌 无毒三、生化过程中化学及生物参数检测技术1、基本概念电位型电极：是利用一个特定离子的活性产生电位。测量的是指示电极与一个惰性参考电极之间的电位差，而参考电极的电位必须是恒定的。电流型电极：电流型电极: 对活度的测定是基于电流的测量. 包含一个阴极与一个阳极的氧电极由一种电解质传导连接。加在阳极与阴极之间的适宜的极化电位在阴极上选择性地将氧还原. 阴极反应 O2 2H2O 4e- 40H- ; 阳极反应 4Ag 4Cl- 4AgCl4e - ; 化学反应产生一个与氧分压（PO2）成正比的电流.极谱型DO电极：在电极系统中，如果选用一个电位比阴极电位低或相等
12、的参比电极，就需要外加一个电源电压，使之维持在-0.6 -0.8V（相对于AgCl电极电位）的氧极谱电位，这种氧电极称为极谱型氧电极。原电池型DO电极：在电极系统中，如果选用阴极电位高于阳极电位的参比电极，例Zn、Pb或Ag等碱性金属作阴极，这时，氧就可在阴极表面自发地被还原，产生电动势，当接上电流表，就有电流产生，这种电极被称为原电池型氧电极。 复膜DO电极： 氧浓度与饱和电流成正比关系，实质上是涉及到了稳定的氧扩散电流问题. 当把电极放在被测溶液中时，在阴极表面发生了电极反应，使距表面越近的溶液中的氧被还原，此时，电极表面的氧浓度与液流主体中的氧浓度就形成了一个梯度，这时电极反应速度是受氧
13、扩散控制的.流通式浊度计：使发酵罐中的发酵液进入一流通式薄层比色杯，用 500600 nm波长的光束测定发酵液的光密度（也称消光系数O.D.值），然后发酵液再返回发酵罐中。所测定的光密度O.D.与菌体浓度成线性关系。酶键合标记法：采用专一性强的键合剂，根据标记与非标记物在键合中心的竞争性反应，测定由键合剂置换下来的溶液含量，由此测知代谢中间物或基质的含量。2、 分类参比电极：甘汞电极、氯化银电极溶氧检测：化学法、导管法、质谱电极法、电化学检测法（质谱分析法）、复膜氧电极法尾气二氧化碳含量检测：热导法、气相色谱法（GC）、二氧化碳电极法、不分光红外线式二氧化碳测定仪（IR）和质谱仪（MS）Kla
14、的测定：亚硫酸盐氧化法、取样质谱法、物料衡算法、动态法、排气法、复膜电极法荧光测量菌量：直接荧光测量法、荧光试剂测量法、酶键合标记法菌浓测定方法：全细胞浓度法（压缩体积法，静置沉降体积法，干重法，光密度测定法）和活细胞浓度法（荧光测量，排气分析法，热量恒算法，酶电极法，恒电位电极法）。3、 原理PH测量:指示电极和参比电极在溶液中构成了一个原电池，该电池所产生的电动势 E的大小与溶液的 pH值有关，电动势 E与pH的变化关系可用下式表示： EE* D pH；式中 E 测量电池产生的电动势； E*测量电池的电动势常数（其与温度有关）；pH溶液的 pH值；D测量电极的响应级差（其与温度有关）。极谱
15、型DO电极:在电极系统中，选用一个电位比阴极电位低或相等的参比电极，就需要外加一个电源电压，使之维持在-0.6 -0.8V（相对于AgCl电极电位）的氧极谱电位。原电池型DO电极:在电极系统中，选用阴极电位高于阳极电位的参比电极，氧可在阴极表面自发地被还原，产生电动势，当接上电流表，就有电流产生。磁氧分析仪：基于氧的磁化率远大于其他气体磁化率这一物理现象，混合气体的磁化率与氧气含量成线性关系，于是将混合气体导入磁场，非均匀磁场中的气体分子受到的力可以转化成气体压力变化，即与无磁场的空间存在压力差，通过测量就可得到氧含量。动态发测定Kla:发酵过程中停止通气片刻，人为制造一个不稳定状态来求KLa。不稳定状态时发酵液中某一时间间隔的溶氧量为：可改写为：停气t1, C1 C2, =QO2x=通气t2， C2 C1，将CL对 作图可得一直线，斜率为1/KLa, 在CL轴上截距为C*. 直接荧光检测法:对于自身能够受激发发出荧光的物质，可不加试剂直接在激发光照射下进行比色，由于一定的荧光物质只能吸收一定的频率的光，而且能产生的荧光的物质发出
