任务五生化过程的控制解析《化工仪表及自动化》
一常用生化过程控制二青霉素发酵过程控制三啤酒发酵过程控制目录
学习目标1.了解常用的生化过程。2.了解常用的生化过程反应与类型。3.了解常用的生化过程基本控制方法。4.实现对发酵罐温度控制模模拟仿真控制。
一常用生化过程控制
1.发酵罐温度控制一般发酵过程均为放热过程，温度多数要求控制在30～50℃。过程操纵变量为冷却水量，一般不需加热（特别寒冷地区除外）。如图为发酵罐温度控制流程图。由于发酵过程容量滞后较大，多数采用PID控制规律。发酵罐温度控制
2.通气流量、罐压和搅拌转速控制01当搅拌转速、罐压和通气流量进行单回路控制时，其流程图如图所示。02由于在同一发酵罐中通气流量和罐压相互关联影响严重，因此这两个控制回路不宜同时使用。03如图（a）中控制罐压，而如图（b）中控制通气流量。
2.通气流量、罐压和搅拌转速控制发酵罐搅拌转速、罐压（或流通气量）控制（a）搅拌转速、罐压控制（b）搅拌转速、通气流量控制
3.溶氧浓度控制在好气菌的发酵过程中，必须连续地通入无菌空气，使空气中的氧溶解到培养液中，然后在液流中传给细胞壁进入细胞质，以维持菌体生长和产物的生物合成。
3.溶氧浓度控制影响溶氧浓度有多种因素，在控制中可以从供氧效果和需氧效果两方面加以考虑。供氧效果方面要考虑通气流量、搅拌速率和气体组分中的氧分压、罐压、罐温以及培养液的物理性能。培养液的溶解氧水平其实质为供氧和需氧矛盾的结果。需氧效果方面要考虑菌体的生理特性等。03040201
3.溶氧浓度控制0102改变搅拌速率该方案控制效果。因为通入的气泡被充分破碎，增大有效接触面积，延长气泡在液体中停留时间，提高供氧能力。改变通气速率在通气速率低时改变通气速率可以改变供气能力，加大通气量对提高溶氧浓度有明显效果。最常用的溶氧浓度控制方案是改变搅拌速率和改变通气速率：
4.pH值控制在发酵过程中为控制pH值而加入的酸碱性物料，往往就是工艺要求所需的补料基质，所以在pH控制系统中还须对所加酸碱物料进行计量，以便进行有关离线参数的计算。如图是采用连续流加酸碱物料方式控制pH值。连续流加pH控制
4.pH值控制如图是采用脉冲式流加方式控制pH值。在这种控制方式中，控制器将PID运算的输出转换成在一定周期内开关信号，控制隔膜阀（或计量杯）。该控制方式在目前应用较为广泛。脉冲式流加pH控制
5.自动消泡控制在很多发酵过程中，由于多种原因会产生大量泡沫，从而引起发酵环境的改变，甚至引起逃液现象，造成不良后果。在控制系统中可以对加入的消泡剂进行计量，以便控制消泡剂总量和进行有关参数计算，控制流程见图。消泡控制
二青霉素发酵过程控制
青霉素发酵过程控制①青霉素发酵过程中直接检测的变量有：温度、pH值、溶解氧、通气流量、转速、罐压、溶解CO2、发酵液体积、排气CO2、排气O2等。②离线检测的参数有：菌体量、残糖量、含氮量、前体浓度和产物浓度等。
青霉素发酵过程控制通过检测这些参数，还可以进一步获取有关间接参数。各种参数随着菌体培养代谢过程的进行而变化，并且参数之间有耦合相关，会影响控制的稳定性。相关性包括理化相关和生物相关两个方面。
三啤酒发酵过程控制
啤酒发酵过程控制啤酒发酵过程是一个微生物代谢过程。它通过酵母的多种酶解作用，将可发酵的糖类转化为酒精和CO2，以及其他一些影响质量和口味的代谢物。在发酵期间，工艺上主要控制的变量是温度、糖度和时间的变化。
啤酒发酵过程控制啤酒发酵过程典型的温度控制曲线如图所示。oa段为自然升温段；ab段为主发酵阶段；bc段为降温逐渐进入后酵；cd段为后酵阶段；de段为降温进入储酒阶段；ef段为储酒。啤酒发酵温度控制曲线
啤酒发酵过程控制啤酒发酵生产工艺对控制的要求主要是：①控制罐温在特定阶段时与标准的工艺生产曲线相符；②控制罐内气体的有效排放，使罐内压力符合不同阶段的需要；③控制结果不应与工艺要求相抵触，如局部过冷、破坏酵母沉降条件等。
啤酒发酵过程控制啤酒发酵过程常采用计算机控制。整个控制系统的硬件结构见图。控制系统分为二级。第一级是PC监控站；第二级是控制器和I/O。系统硬件结构
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