CN201569914U - 发酵流加优化控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种发酵流加优化控制系统。它是针对目前尚缺乏有效手段对发酵过程的流加操作进行自动反馈控制而提出的。该系统通过在线检测发酵过程尾气二氧化碳、尾气氧气及发酵液pH值，依据发酵流加优化控制平台建立的流加发酵模型，对发酵过程的流加补料实施自动反馈控制，进一步提高发酵产品的产率。它包括pH传感器、通讯网络、计算机，它还包括二氧化碳传感器、氧气传感器、尾气处理检测装置、智能流加控制装置、蠕动泵A和蠕动泵B。

Description

发酵流加优化控制系统

技术领域

本实用新型公开一种发酵流加优化控制系统，属于过程检测控制技术领域。

背景技术

研究表明，发酵过程中采用合理的流加补料工艺，适时适量地补充营养物，可以控制菌体生长速率，有效解除抑止，提高供氧能力，获得更高的细胞密度，从而获得更大的产率；同时也可强化下游分离提取，降低成本，达到经济效益的最大化，极大提高发酵产品在市场上的竞争力。目前流加工艺已经越来越多地被发酵行业采用。流加补料工艺的关键技术是如何合理的流加营养物。这其中包括何时开始流加，在不同的发酵阶段如何控制流加营养物的速率和时间。流加的方式有两类：无反馈流加和反馈流加。无反馈流加包括指数流加、线性流加和脉冲流加等。目前已有这类的专利及产品。由于微生物发酵是一个极其复杂的生物化学反应的动态过程，仅仅通过某种固定模式的流加补料策略，虽比普通发酵的收率有所提高，与预期相差仍较大。其关键问题是流加必须与发酵过程的实际状态相关联，必须实现反馈流加。已有单独采用pH反馈和单独采用溶解氧反馈控制流加的报道，但效果仍不甚理想。

本实用新型针对上述问题，通过在线检测发酵过程尾气二氧化碳、尾气氧气和发酵液pH值，结合每罐批报数据，依据发酵流加优化控制平台建立的流加发酵模型，对发酵过程的流加补料实施自动反馈控制，进一步提高发酵产品的产率。

发明内容

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种发酵流加优化控制系统，它包括pH传感器、通讯网络、计算机，它还包括二氧化碳传感器、氧气传感器、尾气处理检测装置、调节阀、三通管、智能流加控制装置、蠕动泵A和蠕动泵B，其中二氧化碳传感器、氧气传感器置于尾气处理检测装置中，尾气处理检测装置通过调节阀、三通管与发酵罐排气管连接，二氧化碳传感器、氧气传感器的输出信号经尾气处理检测装置与智能流加控制装置相连，pH传感器插入发酵罐内，其输出信号直接与智能流加控制装置相连，蠕动泵A和蠕动泵B安装于智能流加控制装置上，智能流加控制装置还通过通讯网络与计算机相连，智能流加控制器对接收的pH值、尾气二氧化碳及氧气信号进行处理，并通过通讯网络将pH值、尾气二氧化碳及氧气信号检测数据传送至计算机，安装于计算机上的发酵流加优化控制平台对在线检测的pH值、尾气二氧化碳及氧气数据进行分析处理，依据预先建立的发酵模型匹配相应的流加模式，向智能流加控制装置发送流加控制命令，命令包括启动或停止蠕动泵A或/和B，蠕动泵A或/和B的流加模式，蠕动泵A或/和B的流加速率，流加模式包括指数流加、线性流加和脉冲流加，智能流加控制装置解析命令，向蠕动泵A或/和B发出动作指令，从而达到自动反馈控制流加发酵。

所述的智能流加控制装置至少包括单片机、显示器、键盘，还可以包括信号处理、控制输出、通讯接口，可同时对pH值、尾气二氧化碳、尾气氧气进行在线检测、显示，将检测数据通过通讯网络送计算机，并接收计算机依据流加发酵模型发出的控制命令，对流加补料进行自动反馈控制。

所述的智能流加控制装置的键盘至少包括自动/手动流加转换键、流加模式/参数设置键、流加控制启动/停止键。

该系统通过实时在线检测发酵过程尾气二氧化碳、尾气氧气和发酵液pH值，将流加操作与发酵过程的实际状态相关联，依据发酵控制优化平台建立的流加模型，自动匹配相应的流加模式，适时适量的添加营养物，使补充的营养物更加接近真实需求，从而达到提高发酵产率。

本实用新型的有益效果是：

1、通过在线检测发酵液pH值、发酵尾气二氧化碳和氧气，将流加补料操作与发酵过程的实际状态相关联，使补充的营养物更加接近真实需求。

2、通过计算机建立的发酵流加优化控制平台，不但以实时检测的发酵液pH、发酵尾气二氧化碳和氧气作为发酵模型的输入参数，同时还将每批发酵的其他环境参数、初始数据、发酵终止数据作为模型的输入参数，跟踪优化模型，使模型趋于实际。

3、通过发酵液pH值、发酵尾气二氧化碳和氧气的反馈，应用发酵流加优化控制平台建立的流加模型，实现发酵过程流加自动化。

4、系统备有自动/手动流加转换键，也可以手动选择进行指数流加、线性流加或脉冲流加，方便操作。

附图说明

图1是本实用新型系统结构示意图。

图2是本实用新型智能流加控制装置电路原理框图。

图中，1.二氧化碳传感器，2.氧气传感器，3，尾气处理检测装置，4.调节阀，5.三通管，6.pH传感器，7.智能流加控制装置，8.蠕动泵A，9.蠕动泵B，10.通讯网络，11.计算机，12.发酵罐，13.信号处理，14.单片机，15.控制输出，16.显示，17.键盘，18.通讯接口。

具体实施方式

现结合具体实施例对本实用新型做进一步说明。发酵流加优化控制系统，它包括：二氧化碳传感器1，氧气传感器2，尾气处理检测装置3，调节阀4，三通管5，pH传感器6，智能流加控制装置7，.蠕动泵A 8，蠕动泵B 9，通讯网络10，计算机11，其中，二氧化碳传感器1采用不分光红外二氧化碳传感器，氧气传感器2采用电化学氧气传感器，尾气处理检测装置3采用FWQ-1发酵尾气在线检测仪，调节阀4采用铜质球阀，三通管5采用铜质三通管，pH传感器6采用InPro3300耐高温pH电极，智能流加控制装置7以ATMEL89S8252单片机为核心，通过信号处理单元13，将pH值、尾气二氧化碳及尾气氧气的信号转换成数字信号送单片机14，单片机14将上述在线检测的信号通过通讯接口18和通讯网络10，将信号传送至计算机11，通讯网络10采用485工业通讯网络，计算机11上安装有基于数据库的发酵流加优化控制平台软件，该平台建有流加优化控制模型。控制软件通过对实时在线检测数据及发酵初始数据的相关运算处理，按照模型自动匹配相应的流加模式，向智能流加控制装置7发送流加控制命令，智能流加控制装置7解析命令后通过控制输出15对蠕动泵A 8或/和B9发出动作指令。流加控制命令包括启动或关停蠕动泵A 8或/和B 9，蠕动泵A 8或/和B 9的流加模式，蠕动泵A 8或/和B 9的流加速率。流加模式包括指数流加、线性流加和脉冲流加。智能流加控制装置7上装有LCD显示器16及键盘17，可以实时显示在线检测的pH值、尾气二氧化碳及尾气氧气，也可以通过键盘上的自动/手动流加转换键、流加模式/参数设置键、流加控制启动/停止键，手动设置流加模式和参数。发酵流加优化控制平台软件在每批发酵结束后，对本批采集的参数及发酵初始数据和发酵结束数据进行多元统计分析，对模型进行修正，使模型不断完善。

Claims (3)

1.一种发酵流加优化控制系统，它包括pH传感器(6)、通讯网络(10)、计算机(11)，其特征是：它还包括二氧化碳传感器(1)、氧气传感器(2)、尾气处理检测装置(3)、调节阀(4)、三通管(5)、智能流加控制装置(7)、蠕动泵A(8)和蠕动泵B(9)，其中二氧化碳传感器(1)、氧气传感器(2)置于尾气处理检测装置(3)中，尾气处理检测装置(3)通过调节阀(4)、三通管(5)与发酵罐排气管连接，二氧化碳传感器(1)、氧气传感器(2)的输出信号经尾气处理检测装置(3)与智能流加控制装置(7)相连，pH传感器(6)插入发酵罐内，其输出信号直接与智能流加控制装置(7)相连，蠕动泵A(8)和蠕动泵B(9)安装于智能流加控制装置(7)上，智能流加控制装置(7)还通过通讯网络(10)与计算机(11)相连，智能流加控制器(7)对接收的pH值、尾气二氧化碳及氧气信号进行处理，并通过通讯网络(10)将pH值、尾气二氧化碳及氧气信号检测数据传送至计算机(11)，安装于计算机(11)上的发酵流加优化控制平台对在线检测的pH值、尾气二氧化碳及氧气数据进行分析处理，依据预先建立的发酵模型匹配相应的流加模式，向智能流加控制装置(7)发送流加控制命令，命令包括启动或停止蠕动泵A(8)或/和B(9)，蠕动泵A(8)或/和B(9)的流加模式，蠕动泵A(8)或/和B(9)的流加速率，流加模式包括指数流加、线性流加和脉冲流加，智能流加控制装置(7)解析命令，向蠕动泵A(8)或/和B(9)发出动作指令，从而达到自动反馈控制流加发酵。

2.根据权利要求1所述的发酵流加优化控制系统，其特征是：所述智能流加控制装置(7)至少包括单片机(14)、显示器(16)、键盘(17)，还可以包括信号处理(13)、控制输出(15)、通讯接口(18)。

3.根据权利要求2所述的发酵流加优化控制系统，其特征是：所述的键盘(17)至少包括自动/手动流加转换键、流加模式/参数设置键、流加控制启动/停止键。

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