CN115074239A - 一种发酵系统及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及发酵技术领域，尤其涉及一种发酵系统及控制方法，发酵系统包括风机、制冷机组、加热机组、换热器、发酵罐和换热盘管。加热机组与制冷机组通过管路并联连接，风机的输出端连通于换热器的高温输入端，换热器的高温输出端连通于加热机组与制冷机组所在支路的上游汇总管路。发酵罐包括罐体和曝气盘，罐体能够承装发酵物，曝气盘设置在罐体内，且位于发酵物的液面以下，罐体上方开设有出气口，出气口连通于大气。换热盘管套设在罐体上，换热盘管的输入端连通于加热机组与制冷机组所在支路的下游汇总管路，换热盘管的输出端连通于曝气盘的输入端。该发酵系统应用上述的控制方法，能够灵活调整发酵温度。

Description

一种发酵系统及控制方法
技术领域
本发明涉及发酵技术领域，尤其涉及一种发酵系统及控制方法。
背景技术
发酵行业使用空压机为发酵罐提供空气，因为压缩的气体温度较高，当环境温度也比较高时，菌液温度也会逐渐上升，这时需要使用外接冷却水为发酵罐降温。而外接冷却水大多与环境温度相同，无法控制发酵罐温度在较低状态。由于不同细菌的最佳发酵温度不同，当环境温度过低时，单独依靠热压缩的空气也可能无法保持发酵所需温度。
因此，亟需一种发酵系统及控制方法，以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种发酵系统，对不同发酵温度和不同环境温度的适应性较高，能够灵活调整发酵温度。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种发酵系统，包括：
风机；
制冷机组；
加热机组，所述加热机组与所述制冷机组通过管路并联连接；
换热器，所述风机的输出端连通于所述换热器的高温输入端，所述换热器的高温输出端连通于所述加热机组与所述制冷机组所在支路的上游汇总管路；
发酵罐，所述发酵罐包括罐体和曝气盘，所述罐体能够承装发酵物，所述曝气盘设置在所述罐体内，且位于所述发酵物的液面以下，所述罐体上方开设有出气口，所述出气口连通于大气；
换热盘管，所述换热盘管套设在所述罐体上，所述换热盘管的输入端连通于所述加热机组与所述制冷机组所在支路的下游汇总管路，所述换热盘管的输出端连通于所述曝气盘的输入端。
可选地，还包括第一支路和第一控制阀，所述第一支路的两端分别连通于所述下游汇总管路和所述曝气盘的输入端，所述第一控制阀设置在所述第一支路上。
可选地，还包括第二支路和第二控制阀，所述第二支路的两端分别连通于所述风机和所述上游汇总管路，所述第二控制阀设置在所述第二支路上。
可选地，还包括第三支路和第三控制阀，所述第三支路的两端分别连通于所述上游汇总管路和所述下游汇总管路，所述第三控制阀设置在所述第三支路上。
可选地，还包括第四支路和第四控制阀，所述第四支路用于连通所述下游汇总管路和所述换热盘管的输入端，所述第四控制阀设置在所述第四支路上。
可选地，还包括第五支路和第五控制阀，所述第五支路用于向所述换热器输入冷却液，所述第五控制阀设置在所述第五支路上。
可选地，还包括第六控制阀和第七控制阀，所述第六控制阀设置在所述制冷机组与所述上游汇总管路之间的支路上。
可选地，还包括温度传感器，所述温度传感器用于测量所述发酵物的温度。
可选地，还包括控制器和第八控制阀，所述第八控制阀设置在所述换热器与所述风机之间的支路上，所述控制器与所述温度传感器、所述制冷机组、所述加热机组、所述第一控制阀、所述第二控制阀、所述第三控制阀、所述第四控制阀、所述第五控制阀、所述第六控制阀、所述第七控制阀、所述第八控制阀均通讯连接。
本发明的另一个目的在于提供一种控制方法，应用于上述的发酵系统时，能够对发酵温度进行调控，以适应不同的发酵要求和环境温度。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种控制方法，应用于上述的发酵系统，所述控制方法包括以下步骤：
预热阶段：开启风机、第二控制阀、第三控制阀和第四控制阀，以对罐体进行预热；
调温阶段：将发酵物放入所述罐体，预设时长后发酵物的实时温度为T1，设定温度为T0，当T1＞T0+k时，进入降温模式，当T1＜T0-k时，进入升温模式，当T0-k≤T1≤T0+k时，进入发酵阶段，其中，k为正数；
降温模式：关闭所述第二控制阀，开启第八控制阀和第五控制阀，并控制所述第五控制阀的开度A为初始开度A0，所述预设时长后判断T1是否大于T0+k，是则增大A，重复判断和开度调节，直至T1≤T0+k，若A为最大值，所述预设时长后T1仍大于T0+k，则关闭所述第三控制阀，开启第六控制阀，并逐步增加所述制冷机组的运行功率，直至T1≤T0+k，进入所述发酵阶段；
升温模式：关闭所述第三控制阀，开启第七控制阀，并逐步增加所述加热机组的运行功率，直至T1≥T0-k，进入所述发酵阶段；
发酵阶段：打开第一控制阀，根据T1和T0的差值调整所述第一控制阀和所述第四控制阀的开度。
本发明的有益效果：
本发明提供了一种发酵系统，包括风机、制冷机组、加热机组、换热器、发酵罐和换热盘管。其中，加热机组与制冷机组通过管路并联连接，风机的输出端连通于换热器的高温输入端，换热器的高温输出端连通于加热机组与制冷机组所在支路的上游汇总管路。发酵罐包括罐体和曝气盘，罐体能够承装发酵物，曝气盘设置在罐体内，且位于发酵物的液面以下，罐体上方开设有出气口，出气口连通于大气。换热盘管套设在罐体上，换热盘管的输入端连通于加热机组与制冷机组所在支路的下游汇总管路，换热盘管的输出端连通于曝气盘的输入端。
本发明还提供了一种控制方法，应用于上述的发酵系统，控制方法包括以下步骤：预热阶段：开启风机、第二控制阀、第三控制阀和第四控制阀，以对罐体进行预热；调温阶段：将发酵物放入罐体，预设时长后发酵物的实时温度为T1，设定温度为T0，当T1＞T0+k时，进入降温模式，当T1＜T0-k时，进入升温模式，当T0-k≤T1≤T0+k时，进入发酵阶段，其中，k为正数；降温模式：关闭第二控制阀，开启第八控制阀和第五控制阀，并控制第五控制阀的开度A为初始开度A0，预设时长后判断T1是否大于T0+k，是则增大A，重复判断和开度调节，直至T1≤T0+k，若A为最大值，预设时长后T1仍大于T0+k，则关闭第三控制阀，开启第六控制阀，并逐步增加制冷机组的运行功率，直至T1≤T0+k，进入发酵阶段；升温模式：关闭第三控制阀，开启第七控制阀，并逐步增加加热机组的运行功率，直至T1≥T0-k，进入发酵阶段；发酵阶段：打开第一控制阀，根据T1和T0的差值调整第一控制阀和第四控制阀的开度。
上述发酵系统应用该控制方法，即可实现对发酵系统的预热、以及对发酵温度的升温、降温等调节功能，可使发酵系统适应不同的环境温度，保证发酵温度达到要求。
附图说明
图1是本发明实施例所提供的发酵系统的结构示意图；
图2是本发明实施例所提供的控制方法的流程示意图。
图中：
1、风机；2、制冷机组；3、加热机组；4、换热器；5、发酵罐；51、罐体；52、曝气盘；6、换热盘管；7、第一支路；8、第一控制阀；9、第二支路；10、第二控制阀；11、第三支路；12、第三控制阀；13、第四支路；14、第四控制阀；15、第五支路；16、第五控制阀；17、第六控制阀；18、第七控制阀；19、第八控制阀；20、温度传感器。
具体实施方式
下面结合附图和实施方式进一步说明本发明的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
如图1所示，本实施例所提供的发酵系统包括风机1、制冷机组2、加热机组3、换热器4、发酵罐5和换热盘管6。其中，加热机组3与制冷机组2通过管路并联连接，风机1的输出端连通于换热器4的高温输入端，换热器4的高温输出端连通于加热机组3与制冷机组2所在支路的上游汇总管路。即风机1输出的压缩空气可经过换热器4进行一次降温，再经过制冷机组2进行二级降温，或经过加热机组3进行升温控制。发酵罐5包括罐体51和曝气盘52，罐体51能够承装发酵物，曝气盘52设置在罐体51内，且位于发酵物的液面以下，罐体51上方开设有出气口，出气口连通于大气。换热盘管6套设在罐体51上，换热盘管6的输入端连通于加热机组3与制冷机组2所在支路的下游汇总管路，换热盘管6的输出端连通于曝气盘52的输入端。即压缩空气先经过换热盘管6以对罐体51进行降温或升温，再经过曝气盘52释放到罐体51内，与发酵物直接混合接触参与发酵反应，剩余空气和生成的气体最终从罐体51的出气口排出。
可选地，该发酵系统还包括第一支路7和第一控制阀8，第一支路7的两端分别连通于下游汇总管路和曝气盘52的输入端，第一控制阀8设置在第一支路7上。即压缩空气可以不经过换热盘管6直接进入罐体51，与发酵物直接混合接触并参与发酵反应。第一控制阀8可对直接进入罐体51的压缩空气的流量进行调控。
可选地，该发酵系统还包括第二支路9和第二控制阀10，第二支路9的两端分别连通于风机1和上游汇总管路，第二控制阀10设置在第二支路9上。即当压缩空气的温度与发酵所需空气的温度相当，或前者更低时，此时压缩空气不需要换热降温，即可流经第二支路9，不经过换热器4，直接进入上游汇总管路处，即可降低压缩空气流经换热器4造成的压力损失，从而可降低风机1的运行功率，实现节能。
可选地，该发酵系统还包括第三支路11和第三控制阀12，第三支路11的两端分别连通于上游汇总管路和下游汇总管路，第三控制阀12设置在第三支路11上。即当上游汇总管路处的压缩空气的温度与发酵所需空气的温度相当时，此时压缩空气不需要升温或降温，即可流经第三支路11，不经过制冷机组2或加热机组3，直接进入下游汇总管路处，同样可降低压缩空气流经制冷机组2或加热机组3造成的压力损失，进一步节能。
可选地，该发酵系统还包括第四支路13和第四控制阀14，第四支路13用于连通下游汇总管路和换热盘管6的输入端，第四控制阀14设置在第四支路13上。第四控制阀14可对进入换热盘管6的压缩空气的流量进行控制。
可选地，该发酵系统还包括第五支路15和第五控制阀16，第五支路15用于向换热器4输入冷却液，第五控制阀16设置在第五支路15上。即可根据压缩空气的流量以及压缩空气的温度与发酵所需空气的温度的温差，调节第五控制阀16，以调整冷却液的流量。
可选地，该发酵系统还包括第六控制阀17和第七控制阀18，第六控制阀17设置在制冷机组2与上游汇总管路之间的支路上。即可通过控制第三控制阀12、第六控制阀17和第七控制阀18，以控制经过制冷机组2、加热机组3和第三支路11的气体的流量，以精准调控下游汇总管路处气体的温度。
可选地，该发酵系统还包括温度传感器20，温度传感器20用于测量发酵物的温度。
可选地，该发酵系统还包括控制器和第八控制阀19，第八控制阀19设置在换热器4与风机1之间的支路上，以便调控进入换热器4的气体流量。控制器与温度传感器20、制冷机组2、加热机组3、第一控制阀8、第二控制阀10、第三控制阀12、第四控制阀14、第五控制阀16、第六控制阀17、第七控制阀18、第八控制阀19均通讯连接。控制器可根据发酵物的实时温度，通过调整各个控制阀，以调节罐体51的温度以及参与发酵反应的气体温度。
如图2所示，本实施例还提供了应用于上述的发酵系统的控制方法，该控制方法包括以下步骤：
预热阶段：开启风机1、第二控制阀10、第三控制阀12和第四控制阀14，以对罐体51进行预热；
调温阶段：将发酵物放入罐体51，预设时长后发酵物的实时温度为T1，设定温度为T0，当T1＞T0+k时，即实时温度过高，进入降温模式，当T1＜T0-k时，即实时温度过低，进入升温模式，当T0-k≤T1≤T0+k时，即实时温度适宜，进入发酵阶段，其中，k为正数。
降温模式：控制器控制第二控制阀10关闭，开启第八控制阀19和第五控制阀16，并控制第五控制阀16的开度A为初始开度A0，压缩空气进入换热器4进行一级降温。预设时长后，判断T1是否大于T0+k，是则控制第五控制阀16的开度A增大A1，并再稳定预设时长后，再次判断T1是否大于T0+k，是则再控制第五控制阀16的开度A增大A1，重复判断和开度调节，直至T1≤T0+k。
若A为最大值，预设时长后T1仍大于T0+k，则关闭第三控制阀12，开启第六控制阀17，并开启制冷机组2，使压缩空气进入二级降温，控制制冷机组2的运行功率B为最低运行功率B0。预设时长后，判断T1是否大于T0+k，是则控制制冷机组2的运行功率B增加B1，并再稳定预设时长后，再次判断T1是否大于T0+k，是则再次控制制冷机组2的运行功率B增加B1，逐步增加制冷机组2的运行功率，直至T1≤T0+k，进入发酵阶段。
升温模式：关闭第三控制阀12，开启第七控制阀18，并开启加热机组3，控制加热机组3的运行功率C为最低运行功率C0。即此时压缩空气流经第二支路9进入加热机组3进行加热，预设时长后，判断T1是否小于T0-k，是则控制加热机组3的运行功率C增加C1，并再稳定预设时长后，再次判断T1是否小于T0-k，是则再次控制加热机组3的运行功率C增加C1，逐步增加加热机组3的运行功率，直至T1≥T0-k，进入发酵阶段。
发酵阶段：打开第一控制阀8，根据T1和T0的差值调整第一控制阀8和第四控制阀14的开度，即通过调整直接进入罐体51的气体和先进入换热盘管6再进入罐体51的气体的流量，以调整发酵物的实时温度T1，以保证发酵物在合宜的温度范围内进行发酵。
上述发酵系统应用上述控制方法，即可实现预热、以及对发酵温度的升温、降温等调节功能，可适应不同的环境温度，保证发酵温度达到要求。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种发酵系统，其特征在于，包括：
风机(1)；
制冷机组(2)；
加热机组(3)，所述加热机组(3)与所述制冷机组(2)通过管路并联连接；
换热器(4)，所述风机(1)的输出端连通于所述换热器(4)的高温输入端，所述换热器(4)的高温输出端连通于所述加热机组(3)与所述制冷机组(2)所在支路的上游汇总管路；
发酵罐(5)，所述发酵罐(5)包括罐体(51)和曝气盘(52)，所述罐体(51)能够承装发酵物，所述曝气盘(52)设置在所述罐体(51)内，且位于所述发酵物的液面以下，所述罐体(51)上方开设有出气口，所述出气口连通于大气；
换热盘管(6)，所述换热盘管(6)套设在所述罐体(51)上，所述换热盘管(6)的输入端连通于所述加热机组(3)与所述制冷机组(2)所在支路的下游汇总管路，所述换热盘管(6)的输出端连通于所述曝气盘(52)的输入端。
2.根据权利要求1所述的发酵系统，其特征在于，还包括第一支路(7)和第一控制阀(8)，所述第一支路(7)的两端分别连通于所述下游汇总管路和所述曝气盘(52)的输入端，所述第一控制阀(8)设置在所述第一支路(7)上。
3.根据权利要求2所述的发酵系统，其特征在于，还包括第二支路(9)和第二控制阀(10)，所述第二支路(9)的两端分别连通于所述风机(1)和所述上游汇总管路，所述第二控制阀(10)设置在所述第二支路(9)上。
4.根据权利要求3所述的发酵系统，其特征在于，还包括第三支路(11)和第三控制阀(12)，所述第三支路(11)的两端分别连通于所述上游汇总管路和所述下游汇总管路，所述第三控制阀(12)设置在所述第三支路(11)上。
5.根据权利要求4所述的发酵系统，其特征在于，还包括第四支路(13)和第四控制阀(14)，所述第四支路(13)用于连通所述下游汇总管路和所述换热盘管(6)的输入端，所述第四控制阀(14)设置在所述第四支路(13)上。
6.根据权利要求5所述的发酵系统，其特征在于，还包括第五支路(15)和第五控制阀(16)，所述第五支路(15)用于向所述换热器(4)输入冷却液，所述第五控制阀(16)设置在所述第五支路(15)上。
7.根据权利要求6所述的发酵系统，其特征在于，还包括第六控制阀(17)和第七控制阀(18)，所述第六控制阀(17)设置在所述制冷机组(2)与所述上游汇总管路之间的支路上。
8.根据权利要求7所述的发酵系统，其特征在于，还包括温度传感器(20)，所述温度传感器(20)用于测量所述发酵物的温度。
9.根据权利要求8所述的发酵系统，其特征在于，还包括控制器和第八控制阀(19)，所述第八控制阀(19)设置在所述换热器(4)与所述风机(1)之间的支路上，所述控制器与所述温度传感器(20)、所述制冷机组(2)、所述加热机组(3)、所述第一控制阀(8)、所述第二控制阀(10)、所述第三控制阀(12)、所述第四控制阀(14)、所述第五控制阀(16)、所述第六控制阀(17)、所述第七控制阀(18)、所述第八控制阀(19)均通讯连接。
10.一种控制方法，其特征在于，应用于如权利要求9所述的发酵系统，所述控制方法包括以下步骤：
预热阶段：开启风机(1)、第二控制阀(10)、第三控制阀(12)和第四控制阀(14)，以对罐体(51)进行预热；
调温阶段：将发酵物放入所述罐体(51)，预设时长后发酵物的实时温度为T1，设定温度为T0，当T1＞T0+k时，进入降温模式，当T1＜T0-k时，进入升温模式，当T0-k≤T1≤T0+k时，进入发酵阶段，其中，k为正数；
降温模式：关闭所述第二控制阀(10)，开启第八控制阀(19)和第五控制阀(16)，并控制所述第五控制阀(16)的开度A为初始开度A0，所述预设时长后判断T1是否大于T0+k，是则增大A，重复判断和开度调节，直至T1≤T0+k，若A为最大值，所述预设时长后T1仍大于T0+k，则关闭所述第三控制阀(12)，开启第六控制阀(17)，并逐步增加所述制冷机组(2)的运行功率，直至T1≤T0+k，进入所述发酵阶段；
升温模式：关闭所述第三控制阀(12)，开启第七控制阀(18)，并逐步增加所述加热机组(3)的运行功率，直至T1≥T0-k，进入所述发酵阶段；
发酵阶段：打开第一控制阀(8)，根据T1和T0的差值调整所述第一控制阀(8)和所述第四控制阀(14)的开度。
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