发酵罐的控制系统具有多种功能,主要包括以下方面：
- 参数监测与控制
- 温度控制：通过温度传感器实时监测发酵罐内的温度,控制系统根据设定的温度值,自动调节加热或冷却装置(如夹套中的循环水温度、内置的电加热器等),确保发酵过程在适宜的温度范围内进行。例如,在生产抗生素的发酵过程中,不同的菌种可能需要在特定的温度下生长和代谢,控制系统会精确控制温度,以提高抗生素的产量和质量。
- pH 控制：利用 pH 传感器监测发酵液的 pH 值,当 pH 值偏离设定范围时,控制系统通过添加酸、碱溶液或其他缓冲剂等方式,自动调整发酵液的 pH 值,为微生物生长和产物合成创造合适的酸碱度环境。比如,在发酵生产某些酶制剂时,需要将 pH 值控制在特定范围内,以保证酶的活性和产量。
- 溶氧控制：溶氧(DO)传感器实时测量发酵液中的溶解氧含量,控制系统根据需求调节通气装置(如空气压缩机的供气量、搅拌桨的转速等),增加或减少氧气的供应,保证微生物有足够的氧气进行有氧呼吸和代谢。例如,在酵母发酵生产酒精的过程中,充足的溶氧是保证酵母高效代谢的关键因素之一。
- 搅拌速度控制：控制系统可以根据发酵工艺的要求,调节搅拌电机的转速,使发酵液充分混合,促进营养物质的传递、气体的分散和热量的交换,提高发酵效率和均匀性。例如,在一些高粘度的发酵物料中,适当提高搅拌速度可以改善物料的流动性和混合效果。
- 灭菌控制
- 自动原位灭菌：配备自动控制阀等装置,能够按照设定的程序自动对发酵罐体、管道、过滤器等进行灭菌操作,确保发酵过程的无菌环境。例如,在培养基灭菌过程中,控制系统会精确控制灭菌温度和时间,保证灭菌效果,同时避免过度灭菌对培养基成分的破坏。
- 补料控制
- 精准补料：根据发酵过程中营养物质的消耗情况和微生物的生长阶段,控制系统自动精确地添加所需的营养物质(如碳源、氮源、微量元素等)或前体物质等,以满足微生物的生长和代谢需求,提高产物的产量和质量。例如,在生产某些氨基酸的发酵过程中,通过实时监测发酵液中营养物质的浓度变化,控制系统自动适时补充相应的营养物质,可有效提高氨基酸的产量。
- 数据采集与记录
- 实时数据采集：持续采集并记录发酵过程中的各种参数(如温度、pH 值、溶氧、搅拌速度、压力等)以及操作事件(如加料、取样、灭菌等)的时间和状态等信息。
- 数据存储与管理：将采集到的数据存储在本地或云端数据库中,以便后续查询、分析和追溯。这些数据可以用于优化发酵工艺、评估发酵效果、进行质量控制和满足法规要求等。例如,制药企业在生产药品时,需要对发酵过程的数据进行详细记录和保存,以备监管部门检查和产品质量追溯。
- 曲线绘制与分析：根据采集的数据,绘制参数随时间变化的曲线,如温度曲线、pH 曲线、溶氧曲线等,帮助用户直观地了解发酵过程的动态变化趋势,以便及时发现问题和进行工艺优化。
- 过程监控与报警
- 实时监控：通过传感器和通信技术,实时显示发酵罐内的各项参数和设备运行状态,使用户可以在控制室或远程终端随时了解发酵过程的情况。
- 异常报警：当发酵过程中的参数超出设定的正常范围(如温度过高或过低、pH 值异常、溶氧不足、压力异常等)或设备出现故障时,控制系统会立即发出声光报警或通过短信、邮件等方式通知相关人员,以便及时采取措施进行处理,避免对发酵过程产生严重影响和损失。
- 操作界面与人机交互
- 友好的操作界面：提供直观、简洁、易于操作的人机交互界面,使用户可以方便地进行参数设置、操作控制、数据查询和分析等功能。例如,采用触摸屏或图形化界面,方便操作人员进行操作和监控。
- 权限管理：设置不同级别的用户权限,如管理员、操作员等,确保只有授权人员才能进行关键操作和参数修改,保证发酵过程的安全性和稳定性。
- 通信与远程控制
- 通信功能：具备与上位机(如计算机、服务器等)或其他设备进行通信的能力,实现数据的传输和共享。例如,将发酵过程的数据上传到工厂的中央控制系统或企业的管理信息系统,方便集中监控和管理。
- 远程控制：支持通过网络(如互联网、局域网等)进行远程监控和操作,使用户可以在异地实时了解发酵罐的运行状态,并能够远程调整参数和控制设备运行,提高了操作的灵活性和便捷性。例如,技术人员在出差或不在现场时,也可以通过手机或电脑远程监控发酵过程并进行必要的操作调整。
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