CN102080979B - 一种测量发酵罐液位的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种连续测量发酵罐液位的方法，通过测得全罐平均密度修正系数k进行。本发明公开的测量方法可以以全程监控到发酵罐液位的高度、发酵罐液位变化的速率，可以更科学地进行消泡：更适时和更少量使用消泡剂，实现既不产生逃液又尽可能地保持液面处于最高安全高度，对提高发酵单位、减轻后续提取工艺负荷，提供、降低能耗有明显的优势。

Description

一种测量发酵罐液位的方法

技术领域

本发明属于发酵领域，更具体的说是涉及一种好氧型(通气型)发酵罐液位测定方法。

由于通气，好氧型发酵一定存在泡沫。本技术适用范围是气泡均匀地分布到发酵液体中而不包括气泡浮于液体表面有一个明显气液介面场合。

背景技术

发酵罐液位是指发酵罐中发酵液的高度。在实际生产中由于供氧通气变化、不断地补充各种液体，特别是发酵液成份变化(消耗和产生)使液体表面张力变化，最终使气/液体积比改变。当气/液体积比变大时，发酵罐液位上升。发酵罐液位上升一定高度发酵液将溢出发酵罐(逃液)，产生极大的损失并污染环境。

通过发酵罐液位的监测，可以了解泡沫产生、液面上升情况，以便进行消泡操作，保证安全生产以及产品的质量和数量。而且，发酵液保持最高安全液面(指不产生逃液)又可以使得气液接触增大氧渗透率增强减少供气总量；发酵液密度降底搅拌功率下降。因此对发酵液进行连续测量是有重要意义的。

液位测量方法，常用的仪表很多，如浮力式液位计、差压式液位计、电容式液位计、超声式液位计和激光式液位计等。但是，好氧型发酵一定存在泡沫，发酵液中的气泡从发酵罐底部上升到顶部不断膨胀，即气/液体积比升高，液体密度单调下降；同时，发酵过程的无菌生产条件，使上述常规液位测量方法至今未能成功应用于发酵过程中。

目前工业上用于消泡的发酵罐液位测量只有接触电极法，它从罐顶安装下伸电极，等待液面上升接触电极，这种方法存在一些弊端，接触前不知道液面高度、消泡剂的使用是否及时、适量，无法将液面控制在合理的高度。因而易于发生逃液、消泡剂过量压制菌体生长和增加了后工段提取困难、能耗增加等负面因素。

发明内容

本发明提供一种发酵罐液位连续测量方法，以便随时监控发酵罐液位，控制发酵罐液位在合理的高度，从而优化消泡等操作，同时能降低生产成本。

本发明测定发酵罐液位的方法，按以下步骤进行：

1)、测全罐平均密度修正系数k，可以按以下方法测得：

a)、在发酵罐侧面不同高度安装两个压力传感器，测得两个传感器处的压力分别为P₂、P₁，两传感器间的高度差为h，按公式ρ_平均＝(P₁-P₂)/(g×h)，计算得到在两个传感器所在平面上下之间的发酵液平均密度ρ_平均；

b)、利用发酵罐内固有的体积标杆，选取位于发酵罐上部的一点，计算此点所在平面以下的发酵罐容积为V₀，按公式M₀＝k×ρ平均×V0计算获得全罐发酵液平均密度修正系数k值，其中M₀是该时发酵液质量总量；

2)、测定发酵罐液位高度：发酵罐的圆柱体部份横截面积为A，发酵液在圆柱体部份高度为H₀，发酵罐底部半椭球状容积为V1，加入发酵罐中的物料总质量M，按公式：M＝k×ρ平均×(A×H₀+V1)，计算得到发酵罐圆柱体部份发酵罐液位高度H₀；

3)、将上一步骤获得的H₀加上发酵罐底部半椭球状的高度即为发酵罐液位总高度。

其中步骤a)中的两个传感器要保持一定的高度差，优选的组合是：其中一个尽可能地安装在发酵罐接近底部，测得压力为P₁，另一个安装在发酵罐约中部，测得压力为P₂；其中步骤b)中在体积标杆上的取点，最好是使这点高度是发酵罐总高度的约80％至85％左右。

选择传感器为平膜卫生型、低量程、高过压且耐高温型。

全罐平均密度修正系数k测定后，该参数可用于同一发酵品种、同一工艺且同一规格型号发酵罐的发酵罐液位测量中。三项中任一项有变化，要重新测定全罐平均密度修正系数。以上过程可以采用计算机自动控制程序或人工及仪表成来进行测量、计算和控制，优选采用计算自动控制程序来完成，对于计算自动控制程序是本领域内常用的。

测量获取全罐平均密度修正系数k的时间，选取在发酵中后期，发酵罐液位上升到发酵罐总高度的约80～85％时。所以，虽然修正系数k并不适合发酵全程，但在中、后期易产生逃液阶段有很强的复现性，而本发明正是用于克服发酵逃液消泡控制的。

本申请所公开的测定发酵罐液位的方法是发酵罐液位连续测量方法，和罐顶安装下伸电极，等待液面上升接触电极的方法完全不一样。由于可以全程监控到发酵罐液位的高度、发酵罐液位变化的速率，可以更科学地进行消泡：更适时和更少量使用消泡剂，实现既不产生逃液又尽可能地保持液面处于最高安全高度，对提高发酵单位、减轻后续提取工艺负荷，提供、降低能耗有明显的优势。

具体实施方式

下面通过下述实施例，举例说明本发明，实施例并不以任何方式限制本发明。

实施例：以一容积为57立方米的发酵罐，生产红霉素为例。

此罐的罐体设计资料：底部下封头半椭球状(轴)截面部分高h₀＝0.8m，容积V₀＝4m³；罐体中部为圆柱状高6.5米，内径3.1m、则截面积A约7.5m²；上封头半椭球状(轴)截面部分高0.8m。按红霉素的发酵生产特性，设定液面离顶部1.5米为液面上升极限，也就是说液面不超过6.6米不产生逃液。

在发酵罐底部、中部各安装一个压力传感器，同时注意两个传感器不要与搅拌桨处于同一平面。两个传感器的高度差h为2m，传感器选量程为0～150kPa、高过压、耐高温的平膜卫生型。

发酵罐内部设置了从顶部视镜可视的体积标杆，标杆上每2.5m³体积设一点。选取一点为校正点，该点以下圆柱部分体积为42.5m³(即不包括底部半椭球状体积部分)。

在发酵中、后期发酵液泡沫激增，注意两个传感器的压力数值变化，当发现P₁-P₂明显下降时，通过罐顶视窗观察，直到液面达到所选体积标杆校正点为止。启动相应程序读得该时P1为45kPa、P2为30.3kPa，读得累计输入发酵罐中物料质量M₀为31387kg(液体)，发酵液总体积V＝42.5+4＝46.5(m³)

利用下述公式，求取k(全罐平均密度系数)：

ρ_平均＝1000×(P₁-P₂)/g×h＝750(kg/m³)  式中g＝9.8N/kg，压力单位为kPa，h为米。

M₀＝(修正后全罐平均密度)k×ρ_平均×V，即

31387＝k×ρ_平均×46.5

k＝0.9

57立方米发酵罐生产红霉素的全罐平均密度修正系数k为0.9，该参数可用于此后同一同型号57立方米发酵罐，相同生产工艺生产红霉素的发酵罐液位测量，特别是在红霉素发酵生产的中后期十分有用。

液面高度计算：在任一时间有：

ρ平均＝(P1-P2)/(g×h)；

累计输入发酵罐中的物料质量M(可采用计算机自动累计或人工输入的方式)；

发酵液在圆柱状罐体中高度为H₀，发酵液总体积V＝4+A×H₀；

则有，M＝k×ρ_平均×V＝k×ρ_平均×(4+A×H₀)

H₀＝[M/(k×ρ_平均)-4]/A

发酵罐液位总高度，H＝[M/(k×ρ_平均)-4]/A+0.8

以上例校正时参数代入，

H＝[M/(k×ρ_平均)-4]/A+0.8＝[31387/(0.9×750)-4]/7.5+0.8

＝5.67+0.8＝6.47(m)

判断此时发酵罐液位即将到达极限，加入少量的消泡剂，使液面稍稍退下。因液面可视，消泡剂定量十分方便。

重复以上的发酵罐液位测定方法，时实监控发酵罐液位。当发酵罐液位即将到达极限，加入少量的消泡剂，使液面稍稍退下即可。

用此发酵罐液位测定方法控制发酵罐液，可以减少消泡剂消耗，减轻对菌丝体的生长影响，还减轻了后序提取工段负担，有利于提取，更重要的是对于同样的发酵质量，保持最高的发酵罐液位，使气液接触增加，可以提高通气供氧效率，从而缩短生产周期，降低生产成本。

Claims (4)

1.一种测量发酵罐液位的方法，按以下步骤进行：

1)、测得全罐平均密度修正系数k：

a)、在发酵罐侧面液面下不同高度安装两个压力传感器，测得两个传感器处的压强分别为P₂、P₁，两传感器间的高度差为h，按公式ρ_平均＝(P₁-P₂)/(g×h)，计算得到在两个传感器所在水平平面间的发酵液平均密度ρ_平均；

b)、利用发酵罐内固有的体积标杆，选取位于发酵液上部的一点，计算此点所在平面以下的发酵罐体积为V₀，按公式M₀＝V₀×k×ρ_平均计算获得全罐发酵液平均密度修正系数k值，其中M₀是该时发酵液质量总量；

2)、测定发酵液液位高度：发酵罐的圆柱体部份横截面积为A，发酵液在圆柱体部份高度为H₀，发酵罐底部半椭球状体积为V₁，加入发酵罐中的物料总质量M，按公式：M＝(A×H₀+V₁)×k×ρ_平均，计算得到发酵罐圆柱体部份发酵液液位高度H₀；

3)、将上一步骤获得的H₀加上发酵罐底部半椭球状的高度即为发酵液液位总高度。

2.按权利要求1所述的测量方法，其特征是所述的步骤1)中的两个传感器分别装在发酵罐罐体侧面接近底部处及约中部处。

3.按权利要求1所述的测量方法，其特征是所述的步骤1)中体积标杆上的点选取在使该点以下体积V₀约占发酵罐总高度的80％至85％处。

4.按权利要求1至3任一所述的测量方法，其特征是所述的传感器为低量程、高过压的高温平膜卫生型压力传感器。