*发酵过程控制系统方案
阅读：3211发布时间：2010-12-5
随着生物工业技术的迅速发展，其生产设备和规模不断扩大，生产过程的强化，对自动控制技术的要求越来越迫切，对生化过程实行优化控制，可稳定生产，提高得率，降低消耗，增加效益。然而，微生物发酵过程，不同于一般的过程工业，由于它涉及生命体的生长繁殖过程，机理十分复杂，至今还有许多发酵过程信息无法测量，这给发酵过程优化控制带来极大的困难。浙江浙大中自集成控制工程技术有限公司依托浙江大学工业自动化国家工程研究中心和浙江大学工业自动化国家重点实验室强有力的，长期从事化工、轻工及生化过程的模型化与控制，积累了丰富的经验，开发了多套成型、成套的系统化生化控制系统，取得显著的经济效益。
影响发酵过程的两个主要因素是发酵培养基和发酵条件，在培养基配方基本固定的情况下，发酵条件是影响过程代谢变化的主要方面。根据那些反映发酵条件和代谢变化的参数，参照代谢变化规律来控制以下发酵条件，尽可能缩短菌体生长期，延长产物合成期，使菌体生长既迅速而又不易衰老，并保持产物的zui大生产速率，从而达到提高zui终产物产量的目的。
针对系统具体情况，采用以下控制与检测手段：
一．罐压的检测与手动控制
为防染菌必须维持发酵罐为正压，这里，通过本地压力表监视罐压，以手动调节发酵罐空气流量来定值控制罐压。
二．罐温的监视与手动控制
发酵罐的温度一方面通过改变发酵液的物理性质间接作用于产生菌的代谢活动；另一方面通过对酶活性的影响直接作用于菌体生长和产物合成。在整个发酵过程中，不同的阶段对应于不同的适宜温度。一般在菌体生长期和产物合成期，可以选择不同的zui适宜温度。变温操作比恒温操作能得到更高产率。温度通过计算机进行监视、记录；温度的控制是通过手动调节蒸汽流量及冷却水流量来实现的，以期达到*的温度控制曲线。
三．pH值控制
在发酵过程中，菌种、培养基和发酵条件决定着pH值的变化。pH的变化会影响酶的活力，并有可能改变菌体代谢的途径及细胞的结构和功能。由于本系统发酵过程偏酸性，可以通过单向加碱性物质来调节pH值。
四．通风量、溶解氧的监视与手动控制
对代谢产物的好气产生菌来说，其氧化有机碳水化合物的过程需耗氧气，才能获得大量的能量来满足菌体的生长、繁殖以及产物合成的需要。供氧和耗氧的动态平衡决定着溶氧水平的高低，溶氧低峰值低于临界值时，发酵液可能出现酸败。为使发酵正常进行，必须协调好氧的供需关系，以减少溶氧的低峰数或使低峰值高于临界值。通过对溶解氧的监测，分析总结*通风量控制曲线，并以此为依据进行通风量的手动控制。
五．补料控制
在发酵前期，基质的消耗主要用于菌体发育、生长和繁殖。而在中后期，则更多地用于产物的合成。基质浓度过低，对生长不利，但过量又会导致代谢向合成菌体的方向进行，有时甚至抑制产物的合成。因此，培养基基质成分只能保证前期菌体的生长需要，而在中后期，为保证一定的基质浓度以延长产物分泌期，保持zui大生产速率，通常采用补料的方法控制基质浓度。系统根据发酵过程不同阶段的需要，以*补料曲线控制补料量。
本系统通过现场的在线数据采集以及键盘输入大量的过程测量、分析特性参数值输入到计算机内，并进行必要的处理、计算、存贮。据这些参数所反映的过程代谢变化状态，实时控制。系统可定时或根据操作者的实际需要，随时显示过程特性参数的历史曲线，打印过程特性参数、日、周期、月报表。这为进一步积累可靠的工作经验，探索新的更复杂的以及更有效的控制知识和规律以及实现科学化管理创造条件。
