酒精發(fā)酵產(chǎn)物動(dòng)力學(xué)模型的研究.pdf

1、隨著石油資源的日益匱乏，燃料乙醇這一可再生能源，越來(lái)越得到各國(guó)的重視和發(fā)展，乙醇發(fā)酵動(dòng)力學(xué)的研究有助于人們更好的認(rèn)識(shí)發(fā)酵過(guò)程，為發(fā)酵工業(yè)的放大及生產(chǎn)操作條件的優(yōu)化提供理論基礎(chǔ)。目前的研究大多從菌體生長(zhǎng)的過(guò)程出發(fā)，通過(guò)分析底物糖消耗、乙醇產(chǎn)出和菌體生長(zhǎng)的關(guān)系建立乙醇發(fā)酵動(dòng)力學(xué)模型，該類(lèi)模型中含有較多的變量，將模型用于生物反應(yīng)器計(jì)算時(shí)，需要統(tǒng)一變量，使得計(jì)算十分復(fù)雜。基于以上考慮，本文嘗試從產(chǎn)物生成過(guò)程出發(fā)，以酒精發(fā)酵的產(chǎn)品--乙醇作為目標(biāo)

2、考察對(duì)象，建立乙醇生成動(dòng)力學(xué)模型。
　　 本文分析了乙醇發(fā)酵過(guò)程中菌體生長(zhǎng)、乙醇產(chǎn)量、底物消耗隨時(shí)間的變化關(guān)系及特點(diǎn)，討論了溶氧(DO)含量、pH、溫度對(duì)酒精發(fā)酵中乙醇生成過(guò)程的影響。采用Gompertz模型模擬了酒精發(fā)酵乙醇生成的過(guò)程，Gompertz模型對(duì)初糖含量為150 g/L、200 g/L、230 g/L、250 g/L的發(fā)酵實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合的相關(guān)性系數(shù)R2分別為0.991、0.989、0.994、0.981。由R2值并結(jié)

3、合擬合相對(duì)誤差可知，該模型對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合較好。在此基礎(chǔ)上，探討了Gompertz模型的三個(gè)參數(shù)與初糖含量的變化關(guān)系，發(fā)現(xiàn)模型的參數(shù)隨著初糖含量的變化而變化，但沒(méi)有明顯的規(guī)律性。借鑒Logistic模型，用單位產(chǎn)物濃度變化率代替比生長(zhǎng)速率，得到修正的Logistic模型。使用該模型模擬了初糖含量為150 g/L、200 g/L、230 g/L、250 g/L的發(fā)酵實(shí)驗(yàn)，相關(guān)性系數(shù)R2分別為0.974、0.966、0.984、0.961，并

4、結(jié)合擬合相對(duì)誤差可知該模型對(duì)發(fā)酵過(guò)程模擬效果較好，對(duì)模型中的兩個(gè)參數(shù)即最大乙醇含量和最大比生成速率隨初糖含量變化的關(guān)系進(jìn)行了分析，結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道發(fā)現(xiàn)兩參數(shù)均與初糖含量呈較好的線性關(guān)系，直線擬合的相關(guān)性系數(shù)R2分別為0.987、0.944。結(jié)合不同初糖含量對(duì)發(fā)酵過(guò)程的影響，最終得到以Logistic模型為基礎(chǔ)的方程組。經(jīng)模型驗(yàn)證，該模型對(duì)初糖含量為230g/L的發(fā)酵過(guò)程的預(yù)測(cè)表現(xiàn)較好，模型預(yù)測(cè)值與實(shí)驗(yàn)值的相對(duì)誤差較小，尤其對(duì)發(fā)酵中后期乙