CN201850275U

CN201850275U - 一种大罐发酵在线检测控制装置

Info

Publication number: CN201850275U
Application number: CN2010205572004U
Authority: CN
Inventors: 丁勇
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-10-12
Filing date: 2010-10-12
Publication date: 2011-06-01
Anticipated expiration: 2020-10-12

Abstract

本实用新型公开了一种大罐发酵在线检测控制装置，是利用发酵液生化反应中各物质之间的对应关系，并通过排气流量信号转换实现的。通过在发酵罐排气管上安装气体流量计并进一步连接智能型数字显示控制仪，进行对排放的CO₂的检测，进而对啤酒、酒精等大罐发酵生产过程的各项工艺指标实施连续在线检测和控制，检测控制不用取样，不与发酵液接触，无污染，各项工艺指标都以标准4~20mA信号输出，数字显示，能与DCS、报警及自控系统相联，可远程监控。本实用新型不仅能用于啤酒、酒精发酵，还能用于生物制药、乳酸、醋酸等发酵，具有广阔的市场前景。

Description

一种大罐发酵在线检测控制装置

技术领域

本实用新型涉及一种发酵检测控制装置，特别是一种根据CO₂排放状态检测控制发酵情况的装置。

背景技术

发酵过程中需要实时检测并控制发酵进程。一般发酵多数是测定发酵液密度变化来监测过程。普遍的方法是人工定时取样，测定比重，通过发酵液密度或比重的变化，绘制发酵曲线，并以此判断发酵进行的正常与否。密度变化实际上是发酵液中糖、酒精浓度等化学成分变化的外在表现。酒精发酵最直接的监测参数是酒精浓度的增加和糖的消耗。上述传统方法对发酵的监测，需要取样，操作繁琐并容易引起污染。

在啤酒、酒精等发酵生产过程中，糖溶液与酵母组成发酵液，由于酵母量很少，所以一般将刚满罐时的发酵液量看成糖溶液量。酵母首先消耗糖溶液中的无机盐、氨基酸和O₂，随后糖溶液中的糖被酵母转化成酒精和CO₂，全部酒精和部分CO₂溶于发酵液中，大量CO₂排出罐外。对于一台固定的发酵罐，其容量恒定，实际生产中进罐的糖溶液、酵母量也基本恒定，溶于发酵液中的CO₂含量也基本恒定，糖溶液的浓度和量已知，且发酵过程中消耗的糖量与酒精、CO₂有恒定的对应关系。若测得排出罐外的CO₂量,就能得知发酵液的浓度、酒精含量、发酵度、排气中CO₂纯度及产量和降糖速度。

根据发酵动力学原理，排气CO₂释放量可作为监测发酵过程的指标，CO₂释放速率与发酵速度也是相关联的，都可以作为反映发酵进程的重要特征。

实用新型内容

本实用新型的发明目的在于：针对上述大罐发酵传统监测存在的问题，提供一种根据发酵排放CO₂的量及速率检测控制发酵的装置。该装置利用发酵液生化反应中各物质的对应关系，并通过排气流量信号转换达到目的。可以对啤酒、酒精等生产发酵过程的各项工艺指标（包括发酵液浓度、酒精含量、发酵度、排气中CO₂纯度及产量、降糖速度等）实现连续在线检测和控制，检测控制不用取样，不与发酵液接触，无污染，各项工艺指标都以标准4~20mA信号输出，数字显示，能与分布式控制系统 (Distributed Control System，DCS)、报警及自控系统相联，可以远程操作控制。

本实用新型采用的技术方案是这样的：

一种大罐发酵在线检测控制装置，包括发酵罐1、发酵罐顶部的排气管2、与排气管相连的排空管8和回收管9，排气管排空管和回收管上均具有阀门，排气管上安装有气体流量计3，气体流量计与智能型数字显示控制仪4连接。

流量计的结构一般分为流量传感器和流量变送器。流量传感器是把流量转换为可测量的电信号或脉冲信号；流量变送器就是把这些电信号或脉冲信号转换为工业标准信号，比如4-20mA，0-5V,0-10V或0-20mA信号。气体流量计3可测量CO₂的瞬时流量和累计流量，并以标准电信号形式传送给智能型数字显示控制仪（简称显示控制仪）4。本实用新型流量计为气体体积流量计，因为是在工况下标定，一般不用温、压补偿，所示流量皆为工况值；若是不稳定工况，最好带温、压补偿，所示流量则为标准值。

所述智能型数字显示控制仪具有流量0点钮10、流量量程调节钮11、被测指标0点钮12、被测指标量程调节钮13。

以上钮分别用于流量（瞬时流量和累计流量）的0点及量程的设置，以及被测指标的0点及量程的设置。

所述智能型数字显示控制仪的显示面板上具有发酵指标的显示窗口。所述发酵指标包括气体累积流量、降糖速度、发酵液浓度、酒精含量、发酵度以及气体瞬时流量。

排气量与各项指标的对应关系是通过工况条件下取样实测确定的，通过校正显示控制仪4，可实现在不同工况时的测定。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：

本实用新型简化了大罐发酵在线检测控制操作，可以对啤酒、酒精等生产发酵过程的各项工艺指标（包括浓度、酒精含量、发酵度、排气中CO₂纯度及产量、降糖速度等）实现连续在线检测和控制，检测控制不用取样，不与发酵液接触，无污染，各项工艺指标都以标准4~20mA信号输出，数字显示，能与DCS、报警及自控系统相联，可以远程操作控制。本实用新型不仅能用于啤酒、酒精发酵，还能用于生物制药、乳酸、醋酸等发酵，具有广阔的市场前景。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是智能型数字显示控制仪4的显示面板示意图。

图中标记： 1.发酵罐、2.排气管、3.气体流量计、4.智能型数字显示控制仪（简称显示控制仪）、5.排气总阀、6.排空阀、7.回收阀、8.排空管、9 .回收管、10.流量0点钮、11.流量量程调节钮、12.被测指标0点钮、13.被测指标量程调节钮、14. 气体累积流量显示窗口、15.降糖速度显示窗口、16. 发酵液浓度显示窗口、17.酒精含量显示窗口、18.发酵度显示窗口、19. 气体瞬时流量显示窗口。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型作详细的说明。

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例1

以啤酒生产为例，进行指标的检测和控制，如图1所示：

假设: 发酵罐1的容量为120m³，糖溶液体积100 m³，浓度10%，糖溶液中溶质总量为10（不带单位）由于酵母所占比例很小，忽略不计。

工况下标定：

首先开启本装置。

1、打开排气总阀5、排空阀6、，关闭回收阀7，糖化醪和酵母进入发酵罐1，发酵罐1内气体从1顶部排气管2，流经气体流量计3，从排空阀7排出，气体流量计3将瞬时及累积流量以电信号形式传至显示控制仪4显示出来。

当显示控制仪4显示累计流量≥100 m³,表明发酵已经开始，当显示累计流量≥120 m³时，表明罐内空气已排尽，排放的气体中CO₂含量纯度很高，可以开始回收。若将累计流量减去发酵罐容量（即120m³）即为CO₂产量。

2、发酵开始16h，显示控制仪4累计流量215 m³，取样实测浓度8.6%、酒精含量0.42%、发酵度14%。据此调节显示控制仪4上流量0点钮10，将流经气体流量计3累计流量215 m³输出信号设定为4mA ；调节显示控制仪4上被测指标0点钮12，将显示控制仪4的浓度零点设定为8.6%，酒精含量零点设定为0.42%，发酵度零点设定为14%。

主发酵结束时，显示控制仪4累计流量1650 m³，取样实测浓度2.8%、酒精含量3.23%、发酵度72%。据此调节显示控制仪4上的流量量程调节钮11，将气体流量计3累计流量1650 m³输出信号设定为20mA；调节显示控制仪4上被测指标量程调节钮13，将显示控制仪4的浓度量程设定为2.8%，将酒精含量量程设定为3.23%，发酵度量程设定为72%。

3、降糖速度标定：

（1650 m³-215 m³）÷（8.6%-2.8%）=247 m³/1%

表示浓度每降1%的产气量为247 m³。据此调节显示控制仪4上流量0点钮10，将气体流量计3瞬时流量0 m³/h信号输出设为4mA，调节被测指标0点钮12，将显示控制仪4降糖速度零点设为0%/h；调节流量量程调节钮11，将气体流量计3瞬时流量247 m³/h信号输出设为20mA，调节被测指标量程调节钮13，将4降糖速度量程设为1%/h。标定完成，主发酵结束，手动归零。

4、记下标定时几个关键数据： 4mA对应累计流量215 m³、浓度8.6%、酒精含量0.42%、发酵度14%、降糖量1.532（计算）；20mA对应累计流量1650 m³、浓度2.8%、酒精含量3.23%、发酵度72%、降糖量7.407（计算）。

实施例2

标定完成后的实际运用：

1、若糖溶液量和浓度与标定时接近，只须开启本实用新型所述装置，各项数据从显示控制仪4读取，主发酵结束，手动归零。

2、实际生产中，糖溶液量和浓度与标定时差别大时，为解决此差别所造成的检测误差，本装置采用如下方法解决：仍以啤酒为例，发酵罐1的容量120m³，糖溶液体积110 m³，浓度9.8%，糖溶液中溶质总量10.78。

（1）将4mA对应累计流量调为225 m³，20mA对应累计流量调为1660 m³（糖溶液体积比标定时多10 m³）

（2）用（10.78-1.532）÷（110-1.532）=8.53%，将8.53%设定为浓度0点。

（3）用（10.78-7.407）÷（110-7.407）=3.29%，将3.29%设定为浓度量程。

（4）用0.42%×100÷110=0.38%，将0.38%设定为酒精含量0点。

（5）用3.23%×100÷110=2.94%，将2.94%设定为酒精含量量程。

（6）用（9.8%-8.53%）÷9.8%=12.96%，将12.96%设定为发酵度0点。

（7）用（9.8%-3.29%）÷9.8%=66.42%，将66.42%设定为发酵度量程。

（8）将气体流量计3瞬时流量0 m³/h信号输出设定为4mA，降糖速度0点设定为0%/h。

（9）用（1660 m³-225 m³）÷（8.53%-3.29%）=269.23 m³/1%，将气体流量计3瞬时流量269.23 m³/h信号输出设定为20mA，将降糖速度量程设定为1%/h。

3、各项数据从显示控制仪4读取，主发酵结束，手动归零。

综上所述，本实用新型简化了大罐发酵在线检测控制操作，可以对啤酒、酒精等生产发酵过程的各项工艺指标实现连续在线检测和控制，检测控制不用取样，不与发酵液接触，无污染，各项工艺指标都以标准4~20mA信号输出，数字显示，能与其它系统相联，可以远程操作控制。

Claims

1.一种大罐发酵在线检测控制装置，包括发酵罐、发酵罐顶部的排气管、与排气管相连的排空管和回收管，排气管排空管和回收管上均具有阀门，其特征在于：排气管上安装有气体流量计，气体流量计与智能型数字显示控制仪连接。

2.根据权利要求1所述的大罐发酵在线检测控制装置，其特征在于：所述智能型数字显示控制仪具有流量0点钮、流量量程调节钮、被测指标0点钮、被测指标量程调节钮。

3.根据权利要求1或2所述的大罐发酵在线检测控制装置，其特征在于：所述智能型数字显示控制仪的显示面板上具有发酵指标的显示窗口。

4.根据权利要求3所述的大罐发酵在线检测控制装置，其特征在于：所述发酵指标包括气体累积流量、降糖速度、发酵液浓度、酒精含量、发酵度以及气体瞬时流量。