[發明專利]一種優化固態發酵基質裝料方式的方法

無效

• 申請號: 201110236742.0
• 申請日: 2011-08-18
• 公開（公告）號: CN102409075A
• 公開（公告）日: 2012-04-11
• 發明（設計）人: 陳洪章;段穎異
• 申請（專利權）人: 中國科學院過程工程研究所
• 主分類號: C12Q1/02
• 分類號: C12Q1/02;G01D21/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種優化固態發酵基質裝料方式的方法，涉及一種基于數值模擬的固態發酵傳質傳熱數值分析系統及一種固態發酵基質物性參數體系。其特征在于包含如下步驟：

步驟一：建立固態發酵基質的傳質-傳熱-生物反應耦合物理模型及數學模型；步驟二：測定固態發酵基質的物理性質參數，包含基質床高度、比熱容、熱導率、物料密度、孔隙度、水活度、熱傳遞系數、物料-空氣間的質量傳遞系數；

步驟三：測定微生物菌株的生長動力學參數，主要包括生長動力學方程，生物量，比生長速率；

步驟四：測定環境操作參數值，主要包括通風速率、所通氣體濃度，基質上方及下方空間尺寸；

步驟五：將上述參數帶入步驟一的耦合模型中，使用計算流體力學軟件求解，得到氣體、溫度、生物量在基質床及其周圍空間中的分布曲線；

步驟六：根據步驟五所得基質床及其周圍空間內的質量熱量分布規律，判斷基質床與周圍空間尺寸的最優比例。

2.根據權利要求1所述的優化固態發酵基質裝料方式的方法，其特征在于，固態發酵指微生物在幾乎沒有游離可流動水的培養基質上的生長過程及生物反應過程，一切符合該定義的生物生產過程都視為固態發酵。

3.根據權利要求1所述的優化固態發酵基質裝料方式的方法，其特征在于固態發酵過程基質床傳質-傳熱-生物反應耦合數學模型如下：

1)質量守恒：

液相質量守恒：d(ρlVl)dt=-(ρlVl)▿·vl-m+(1YX1dXdt+mlX)]]>

氣相質量守恒：d(ρgVg)dt=-(ρgVg)▿·vg+(1YXgdXdt+mgX)]]>

蒸汽質量守恒：d(ρvVv)dt=-(ρvVv)▿·vv+m]]>

固相質量守恒：d(ρsVs)dt=-(ρsVs)▿·vs+(1Ysdsdt+msX)]]>

2)動量守恒：

靜置固態發酵下氣體動量守恒：ρgVgdvgdt=μ▿·▿vg-ρgVgavg(T-T′)-μlKl(vg-vl)Vg]]>

強制通風固態發酵下氣體動量守恒：ρgVgdvgdt=μ▿·▿vg+ρgVgg-▿p-μlKl(vg-vl)Vg]]>

3)熱量守恒：

∂∂t[(ρC)mT]+CP,lT[vl·▿(ρVl)]+CP,gT[vg·▿(ρVg)]+VlCP,l[vl·▿(ρlT)]+VgCP,l[vg·▿(ρgT)]=▿·(λ▿T)]]>

4)微生物生長動力學模型：

dX(t)dt=μmaxX(t)(1-X(t)Xmax)]]>

μ_max(T)＝b1·(T-T_min)·(1-exp(b2·(T-T_max)))

其中，ρ表示各相密度，V表示各相體積百分比，v表示各相移動速度，Y_X表示比生長速率，m表示氣體蒸發速率，X為菌體生物量，μ表示氣體粘度，K為氣體擴散速率，為料層上下壓差，C_P為定壓比熱容，λ為基質床比熱容，μ_max(T)為最大比生長速率，b1和b2分別表示擬合參數。