專利名稱：固液分別滅菌工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微生物制藥、食品等行業(yè)的發(fā)酵工藝，特別涉及一種固液分別滅菌工藝。
背景技術(shù)：
在為生物制藥和食品等行業(yè)中，發(fā)酵工藝是必不可少的過程。在發(fā)酵工藝中，通常都要對加入原料進行高溫殺菌預(yù)處理，以保證無關(guān)菌種或有害菌種對發(fā)酵工藝造成干擾和破壞。目前使用的是固液混合滅菌工藝，就是固體材料8%、水94%混合均勻后用高壓蒸汽 130°C左右滅菌30min，再冷卻到38°C后接種發(fā)酵。這個加熱過程耗能多、時間長、滅菌設(shè)備容易結(jié)垢、不容維護，大量的熱能無法回收，不符合現(xiàn)在提倡的低碳要求。

發(fā)明內(nèi)容
為彌補上述不足，本發(fā)明提供一種固液分別滅菌工藝。本發(fā)明固液分離滅菌工藝，其滅菌過程包括1)將耐熱的固體材料(9% )通過滅菌上料機進行滅菌(150°C、持續(xù)6秒)；2)自來水經(jīng)過二級RO過濾和一級EDI過濾；3)將不耐熱的固體材料及液體材料(約)與過濾水水混合后，在換熱板中采用UHT超高溫瞬時滅菌(145°C、持續(xù)5秒)；4)將滅菌后的固態(tài)材料和液態(tài)材料定量送入罐中混合，接種發(fā)酵；5)進入大罐培養(yǎng)。所述工藝過程采用集散控制系統(tǒng)控制。所述集散控制系統(tǒng)包括直控級控制站、監(jiān)控級計算機系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)和管理計算機，其中直控級控制站安裝在反應(yīng)器上，連接反應(yīng)器上的變送器和執(zhí)行器，直控級控制站通過現(xiàn)場總線連接監(jiān)控級計算機，監(jiān)控級計算機通過局域網(wǎng)連接數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)和管理級計算機。所述集散控制系統(tǒng)包括固體材料滅菌及裝罐的智能控制、水滅菌的智能控制、水滅菌的人機界面、發(fā)酵罐滅菌及發(fā)酵過程的控制。所述直控級控制站采用PLC控制器為核心。本發(fā)明固液分離滅菌工藝的優(yōu)越性在于1、采用“固液分別滅菌工藝”；2、固體材料通過超高溫滅菌上料機(專利產(chǎn)品)進行瞬時滅菌(150°C、持續(xù)4 秒)，滅菌后材料落入罐中，余熱用于補償罐內(nèi)水溫的不足而被全部利用，熱回收率高達 95%左右；固體材料通過超高溫瞬時滅菌上料機進行滅菌并輸送入發(fā)酵中，物料出口時溫度在150°C左右，無需降溫直接落入罐內(nèi)，熱量用于補償罐內(nèi)水溫的不足，因此熱回收率同樣可達90%左右，并成功地避免了固體材料在長時間高溫狀態(tài)下蛋白質(zhì)和還原糖發(fā)生褐變、影響質(zhì)量。
3、純水采用UHT超高溫瞬時滅菌(145°C、持續(xù)5秒)，滅菌后定量送入罐內(nèi)，與罐內(nèi)的固體材料混合，接種發(fā)酵。UHT滅菌過程中對水的加熱和冷卻均在換熱器中進行，熱回收率高達90%左右；4、對發(fā)酵用的水采用兩級RO和一級EDI過濾，三道過濾并用，三道過濾并用，使進入瞬時滅菌設(shè)備的水達到超純水標(biāo)準(zhǔn)(電阻率在17ΜΩ. CM)，完全符合微生物生長的要求， 同時滅菌設(shè)備不易結(jié)垢、容易維護、壽命延長。5、采用集散控制系統(tǒng)，自動化程度高，控制精確。6、滅菌過程能耗降低77%、時間縮短50%，并能節(jié)約用工人數(shù)50% ；10噸發(fā)酵罐年燃料費減少20. 7萬元、人工費減少10萬元，新工藝推廣后，全國每年可節(jié)省電力6. 5億度(合4億元)。


圖1是本發(fā)明固液分離滅菌工藝的工藝路線圖；圖2是原滅菌工藝路線圖；圖3是本發(fā)明固液分離滅菌工藝用集散控制系統(tǒng)框圖。
具體實施例方式
1、水過濾的原理過濾種類除鹽率％ 純水原水
一級 RO 95 二級 RO 99
EDI
99. 99
電導(dǎo)率 0.055 μ s/cm 0 20mS/cm 0 200 μ
S/cm
0 20 μ S/cm 0 0· 1 μ
s/cm
電阻率 18. 2ΜΩ. cm 0. 05ΜΩ. cm
5K Ω . cm
0. 05Κ Ω . cm
IOMΩ. cm
采用二級反滲透預(yù)處理+EDI制作超純水，其電阻率一般可達到17MQ.CM以上多介質(zhì)過濾
該階段的主要任務(wù)是將自來水進行粗過濾，為進入反滲透膜做準(zhǔn)備，保證在進入反滲透膜之前達到一定的水質(zhì)，以保護反滲透膜的使用效果和使用壽命。該過程為將原水箱的自來水經(jīng)過細(xì)砂，活性碳及精密過濾器的過濾，將水中的雜質(zhì)，有機物，膠體，懸浮物等去除，防止這些大顆粒雜質(zhì)進入反滲透膜后堵塞反滲透膜。經(jīng)過粗過濾，水質(zhì)有了一定的提高。并允許進入下一個環(huán)節(jié)。一級反滲透經(jīng)過粗過濾的水再經(jīng)過反滲透膜即為一級反滲透，反滲透膜為半透膜，能夠阻止 Ga2+, Mg2+，F(xiàn)e-2, S04-2, Cl_l，Na+等大離子通過，為保證反滲透的效果和保護反滲透膜， 必須向反滲透容器中不斷加入阻垢劑，同時必須保證水溫在25°C以上，(冬季使用蒸汽熱交換器)并保證一定的水壓，(使用立泵)在一定的壓力下，含離子水被擠壓通過反滲透膜，從而形成兩種水，凡是通過反滲透膜的水即成品水進入下一個環(huán)節(jié)，而未經(jīng)過反滲透膜的水被排出，經(jīng)過一級反滲透處理的水再進入下一個環(huán)節(jié)-二級反滲透。二級反滲透二級反滲透的原理與一級反滲透相同，其作用是進一步去除水中的鹽分，(Ga2+， Mg2+，F(xiàn)e-2, S04-2, Cl_l，Na+等離子)使得水質(zhì)進一步提高，經(jīng)過二級反滲透后，水質(zhì)電導(dǎo)率可以接近1ΜΩ. CM。經(jīng)過一、二級反滲透預(yù)處理后，最后保留下來的水成為EDI的給水，而未經(jīng)過反滲透膜的水(濃水)被及時排出，其比例一般為1 3，即每生產(chǎn)一噸的合格水，就要排掉大約3噸的濃水(中水)。EDI (Electro deionization) ^hS經(jīng)過二級反滲透的水被儲存在中間水箱，其99%以上的離子已經(jīng)被除去，但要想進一步提高水質(zhì)，制造出超純水，除去溶解在水中的微量元素和C02等還必須經(jīng)過電滲析， 即EDI處理，其原理如下，EDI即連續(xù)電除鹽，是利用混合離子交換樹脂吸附給水中的陰陽離子，同時這些被吸附的離子又在直流電壓的作用下，分別透過陰陽離子交換膜而被去除的過程。這一過程中離子交換樹脂是被電連續(xù)再生的，因此不需要使用酸和堿對之再生。 這一技術(shù)可以替代傳統(tǒng)的離子交換裝置，生產(chǎn)出電阻率高達18ΜΩ. CM的超純水。該工藝技術(shù)被稱為是水處理工業(yè)的革命。與傳統(tǒng)的離子交換相比，EDI具有以下優(yōu)點EDI無需化學(xué)再生EDI再生時不需要停機；提供穩(wěn)定的水質(zhì)；能耗低；操作方便，勞動強度?。贿\行費用低。2、超高溫滅菌水的超高溫瞬時滅菌采用UHT滅菌設(shè)備，殺菌溫度145°C (持續(xù)5秒)，達到徹底滅菌。由于對水的加熱和冷卻均在換熱器中熱回收部分進行，因而熱回收率最高可達90%以上。出口溫度可低于所要求的溫度。進入瞬時滅菌設(shè)備的水經(jīng)過了兩級RO和EDI過濾，兩道過濾過程并用， 使進入瞬時滅菌設(shè)備的水達到超純水標(biāo)準(zhǔn)電阻率在17MQ.CM，滅菌設(shè)備不易結(jié)垢、容易維護。對純水進行超高溫瞬時滅菌，不存在物料褐變作用(牛乳在高溫處理的過程中， 最普遍的化學(xué)變化之一是蛋白質(zhì)和還原糖發(fā)生褐變，影響質(zhì)量，因此殺菌溫度?？刂圃?137°C、4s)，殺菌溫度可調(diào)高到145 150°C，持續(xù)時間也可變動2_5秒，殺菌效果遠(yuǎn)超過對牛奶的殺菌效果，完全可以達到徹底滅菌。加熱介質(zhì)冷卻介質(zhì)進口溫度。C 殺菌溫度。C 出口溫度。C及溫度。C 及溫度。C15-25145 (5S) 45熱水 140 冷卻水 25固體材料的超高溫瞬時滅菌采用我們自己研制的滅菌上料機，殺菌溫度145°C (持續(xù)5秒)，達到徹底滅菌。對固體材料進行超高溫瞬時滅菌，可避免物料褐變作用，殺菌的溫度和持續(xù)時間可根據(jù)不同的物料進行變動。3、PLC控制系統(tǒng)包括
3. 1.固體材料滅菌及裝罐的智能控制固態(tài)采料采用高溫滅菌，可有效避免裝罐過程中出現(xiàn)“染菌”。上料絞龍的溫度由溫度傳感器PtlOO輸出信號給PLC由PLC運算控制加熱設(shè)備， 并在顯示屏上顯示溫度；加料開始先關(guān)閉干料滅菌鍋通往發(fā)酵罐的閥門并打開加熱開啟攪拌，加料螺桿由步進電機帶動，電機的驅(qū)動器由PLC給出的信號來控制電機所轉(zhuǎn)圈數(shù)，為了加料的準(zhǔn)確料槽上加裝拉料位感應(yīng)開關(guān)，缺少料時及時報警，并把信號傳給PLC控制加料暫停；加料完成后干料滅菌鍋關(guān)閉進料閥，當(dāng)溫度升至120°C，PLC通過溫度傳感器所給信號控制滅菌鍋的溫度；滅菌完畢后，開啟進料閥，滅菌鍋攪拌反轉(zhuǎn)使干料直接進入發(fā)酵罐， 不接觸染菌的物質(zhì)。3. 2.水滅菌的智能控制本工藝采用反滲透除菌過濾和紫外線照射高溫瞬時滅菌三重殺菌過程，來進行水的非加熱滅菌。3. 2. URO過濾的智能控制A、信號采集點原水水箱液位(管路直供時為無水壓力開關(guān))、中間水箱液位 (一、二級RO之間直聯(lián)時為壓力保護開關(guān))、二級產(chǎn)水純水箱液位、無水保護、原水泵高壓保護、一級增壓泵低壓保護、一級增壓泵高壓保護、二級增壓泵高壓保護、手動/自動控制、預(yù)處理聯(lián)絡(luò)開關(guān)、運行復(fù)位。B、采集輸入信號直流供電，下拉電位，所有端口光電隔離。C、反滲透控制點原水泵、一級增壓泵、二級增壓泵、進水閥、預(yù)處理閥、沖洗閥、一級超標(biāo)排放閥、二級超標(biāo)排放閥。
度采集。
D、測量采集點原水電導(dǎo)率采集、一級產(chǎn)水電導(dǎo)率采集、二級產(chǎn)水電導(dǎo)率采集、;
E、測量范圍過濾種類純水原水
一級RO
二級RO
EDI
除鹽率％
95
99
99. 99
電導(dǎo)率 0.055 μ s/cm 0 20mS/cm 0 200 μ
S/cm
0 20 μ S/cm 0 0· 1 μ
s/cm
電阻率 18. 2ΜΩ. cm 0. 05ΜΩ. cm
5K Ω . cm
0. 05Κ Ω . cm
IOMΩ. cm
原水電導(dǎo)率0 20mS/cm、0 2000 μ S/cm(配套IOcm-1或1. Ocm-I電極)
一級反滲透電導(dǎo)率0 200 μ S/cm(配套1. Ocm-I電極)；
二級反滲透電導(dǎo)率0 20 μ S/cm(配套0. Icm-I電極)；
電源電壓24V DC(設(shè)計外殼時需加一個電源開關(guān))
準(zhǔn)確度1. 5級
F、配置
輸出控制方式0N單觸點繼電器輸出。輸出接點負(fù)載能力5A/250V AC 3A/24V DC采集結(jié)果更新速率< 1秒/次電導(dǎo)池工作壓力0 0. 5Mpa溫度補償以25°C為基準(zhǔn)，計算溫度補償。3. 2.2, EDI過濾的智能控制A、信號采集點EDI產(chǎn)水純水箱液位、無水保護、EDI增壓泵高壓保護、手動/自動控制、預(yù)處理聯(lián)絡(luò)開關(guān)、運行復(fù)位。B、采集輸入信號直流供電，下拉電位，所有端口光電隔離。C、EDI控制點EDI增壓泵、進水閥、預(yù)處理閥、沖洗閥、EDI超標(biāo)排放閥。D、測量采集點EDI產(chǎn)水電導(dǎo)率采集、溫度采集。E、測量范圍=EDI反滲透電導(dǎo)率0 0. 1 μ S/cm(配套0. Icm-I電極)；電源電壓24V DC(設(shè)計外殼時需加一個電源開關(guān))準(zhǔn)確度1.5級F、配置輸出控制方式0N單觸點繼電器輸出。輸出接點負(fù)載能力5A/250V AC 3A/24V DC采集結(jié)果更新速率< 1秒/次電導(dǎo)池工作壓力0 0. 5Mpa溫度補償以25°C為基準(zhǔn)，計算溫度補償。3. 3、水滅菌的人機界面雙級反滲透+EDI控制器和在線電導(dǎo)率的組合式控制儀表，構(gòu)成集反滲透+EDI的 PLC控制器、電導(dǎo)率儀表合二為一的專用型測量、控制系統(tǒng)。系統(tǒng)具有自我診斷、運行檢測、狀態(tài)控制、測量顯示、文字提示、指示燈顯示及實時報警功能，系統(tǒng)配套差異、運行模式可以通過菜單選項設(shè)置，滿足了典型的系統(tǒng)運行要求； 集合了 PLC控制器、水質(zhì)檢測儀表的所有優(yōu)點，簡化了系統(tǒng)制造商設(shè)計和施工要素，使原本復(fù)雜的問題簡單化。本儀表采用大屏幕黃綠色背景光點陣型液晶顯示，開放型參數(shù)設(shè)置，可方便的預(yù)置和修改菜單中的各項參數(shù)；選用美國最新高速的MCU計算機處理系統(tǒng)，具有中文(或英文)顯示菜單、多級菜單式選項操作，項目設(shè)計重點考慮了系統(tǒng)的高穩(wěn)定，高可靠，抗干擾， 全數(shù)字化運行的特點。屏幕顯示采用定時滾動式顯示模式，切換原水電導(dǎo)率和溫度、一級反滲透電導(dǎo)率和一級脫鹽率、二級反滲透電導(dǎo)率和二級脫鹽率；增強型4+1位密碼保護，防止非工作人員的非法操作。面板上以流程圖形式配以指示燈，實時跟蹤顯示系統(tǒng)的運行狀態(tài)，使工作人員對系統(tǒng)的運行了如指掌。兼容一級、二級反滲透和EDI進行系統(tǒng)管理，使整個系統(tǒng)實現(xiàn)全自動化控制及無人監(jiān)控。3. 4、發(fā)酵罐滅菌、發(fā)酵過程的控制將經(jīng)過處理的水輸送到發(fā)酵罐，數(shù)量為整個需求水量的10%，然后將所需所有固體材料通過上料機和定量裝置滅菌鍋全部加到料罐中。發(fā)酵罐電加熱開啟，攪拌開啟，溫度傳感器PtlOO壓力傳感器(4-20mA)將數(shù)據(jù)信號傳給PLC并在顯示器上顯示控制罐溫和壓力達到要求，進行高溫高壓進行發(fā)酵罐及混合料的滅菌。滅菌完畢后，上水閥開啟加注滅菌水，滅菌水通過一個可控的定量裝置進入發(fā)酵罐中，當(dāng)溫度達到標(biāo)準(zhǔn)(38°C )后，菌種加注口自動開啟加入菌種，PH值傳感器傳送信號給 PLC并顯示出數(shù)值，發(fā)酵進行中關(guān)鍵數(shù)據(jù)實事顯示。PH對象特性具有嚴(yán)重的非線性、不確定性和較大的時滯現(xiàn)象，采用常規(guī)PID控制精度較低。因此PH控制采用參數(shù)自調(diào)整模糊控制。在PH參數(shù)自調(diào)整模糊控制中，選擇PH值和給定值之差e及 作為過程輸入，加酸的量為過程輸出。將PH值經(jīng)模糊化后，轉(zhuǎn)換成模糊變量值，根據(jù)相應(yīng)的模糊規(guī)則和模糊關(guān)系，做出模糊判斷，求出加入的酸量。為提高控制精度應(yīng)用Fuzzy修改表對量化因子參數(shù)kl、k2、k3進行自調(diào)整。自調(diào)整的原則是，當(dāng)誤差e 或誤差率 較大時，進行“粗調(diào)”控制，這時可以降低對e或 的分辨率，而采用較大的控制改變量，這可以縮小kl和k2、放大k3。當(dāng)e或 較小時，也就是系統(tǒng)已接近穩(wěn)態(tài)，就實行細(xì)調(diào)。監(jiān)控級計算機系統(tǒng)主要履行工程師站、操作員站、實時通訊、實時數(shù)據(jù)庫管理及系統(tǒng)監(jiān)視、優(yōu)化運算等功能。管理級計算機系統(tǒng)主要履行管理(調(diào)度)決策職責(zé)。要構(gòu)成這樣的三經(jīng)集散控制系統(tǒng)，其核心的問題是聯(lián)網(wǎng)功能，它包括監(jiān)控經(jīng)與管理級之間構(gòu)成的局域網(wǎng)絡(luò)(目前采用廣泛使用的3網(wǎng)或Novell網(wǎng))、各控制單元與監(jiān)控級之間構(gòu)成的現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)(最簡單的辦法是用RS485串行通訊方式，對于上述各過程控制單元和監(jiān)控計算機都有標(biāo)準(zhǔn)的串行通訊接口，實現(xiàn)起來較容易。這種通訊方式當(dāng)控制單元較多時效率較低，所以適用于中小型系統(tǒng))。4、FPC2000DCS系統(tǒng)軟件及功能4. 1組態(tài)軟件的層次結(jié)構(gòu)FPC2000DCS軟件是基于Windows98、WinNT平臺使用，為用戶提供一個友好、方便、 宜學(xué)、實用的操作接口。采用Microsoft公司的Visual Basic6. 0程序設(shè)計語言進行編程設(shè)計。FPC2000DCS工控組態(tài)軟件的結(jié)構(gòu)可分3個層次，如圖2所示，底層是與直控級控制站相連的輸入輸出接口數(shù)據(jù)處理層，它主要完成上層軟件與直控級控制站之間的數(shù)據(jù)信號的轉(zhuǎn)換和緩存。中間層是實時數(shù)據(jù)庫控制層，實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、設(shè)備數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)和控制，并對圖形顯示模塊、實時趨勢模塊和報警模塊進行控制。上層是關(guān)系型數(shù)據(jù)庫控制層，主要完成用戶對數(shù)據(jù)庫提出的各種操作查詢請求，根據(jù)要求定期對數(shù)據(jù)庫 (包括實時數(shù)據(jù)記錄庫、登錄庫和其它的事件、操作、故障記錄庫)進行維護管理及備份，并通過它實現(xiàn)報表生成、歷史曲線的顯示等功能。4. 2組態(tài)軟件功能FPC2000DCS的組態(tài)監(jiān)控軟件以數(shù)據(jù)庫為核心，采用模塊化方法進行程序設(shè)計。按模塊功能劃分，整個組態(tài)軟件由工程師功能、操作員功能、通訊和數(shù)據(jù)采集功能、數(shù)據(jù)庫管理和系統(tǒng)監(jiān)控功能5部分構(gòu)成。工程師站提供系統(tǒng)所需的全部組態(tài)與組態(tài)與組態(tài)系統(tǒng)維護功能，可方便地擴充系統(tǒng)的功能，例如能方便地加入一個新的模塊，而不需要改整個系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)。操作站提供操作員所需的各種操作功能，可以顯示各種畫面，生成各種報表，可綜合系統(tǒng)歷史資料，指導(dǎo)控制操作。監(jiān)控級通信軟件分為兩部分，即與控制站的通信和與管理系統(tǒng)的通信。數(shù)據(jù)庫管理模塊主要功能是記錄和整理各類過程資料和信息，數(shù)據(jù)庫包括實時數(shù)據(jù)庫、歷史數(shù)據(jù)庫、 報警數(shù)據(jù)庫、離線數(shù)據(jù)庫、智能控制系統(tǒng)的知識庫等，其中實時數(shù)據(jù)庫是FPC2000DCS組態(tài)軟件的核心。除實時數(shù)據(jù)庫外，其它數(shù)據(jù)庫都采用關(guān)系數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)設(shè)計。監(jiān)控級計算機的系統(tǒng)監(jiān)視功能可使操作員坐在控制臺前便可觀測到所有設(shè)備的運行狀況。每個設(shè)備不斷地執(zhí)行自診斷，并向操作站報告診斷結(jié)果，操作站對所有設(shè)備進行定期掃描，收集它們的診斷結(jié)果并顯示。操作站的監(jiān)視功能以后臺方式運行，自動完成。任務(wù)調(diào)度功能協(xié)調(diào)各任務(wù)的執(zhí)行，任務(wù)調(diào)度策略是按系統(tǒng)中各任務(wù)優(yōu)先權(quán)大小決定任務(wù)被分行的先后次序。智能控制子系統(tǒng)是FPC2000DCS特有的功能，針對發(fā)酵過程的特殊要求而開發(fā)，智能控制技術(shù)與集菜控制系統(tǒng)(DCQ結(jié)合，使DCS躍升到一個更高的水平。5、發(fā)酵過程智能控制5. 1FPC2000DCS在補料分批發(fā)酵過程控制中的應(yīng)用補料分批發(fā)酵是介于分批發(fā)酵和連續(xù)發(fā)酵之間的過渡類型，它兼有分批發(fā)酵和連續(xù)發(fā)酵的優(yōu)點，而且克服了兩者的缺點，是目前發(fā)酵工業(yè)中較有代表性的一種發(fā)酵工藝。 FPC2000集散控制系統(tǒng)應(yīng)用于補料分批發(fā)酵時用過程總線聯(lián)網(wǎng)方式，減少布線量，使系統(tǒng)維護方便。發(fā)酵過程中溫度、PH、溶氧、泡沫、壓力等是設(shè)定值控制。但它們有兩個特點(1) 設(shè)定值并非整個過程保持常數(shù)，而是分段(曲線)控制，每段有一個優(yōu)化設(shè)定點；( 發(fā)酵過程有活細(xì)胞活動，是個不可逆的過程，大的、突然的擾動應(yīng)盡量避免。5. 2罐溫復(fù)合模糊控制系統(tǒng)對于罐溫這樣具有大滯后和時變性的系統(tǒng)，當(dāng)τ較大時，PID控制會引起系統(tǒng)的響應(yīng)超調(diào)過大或發(fā)生振蕩。Smith預(yù)估補償法是解決純滯后問題的一種有效方法，但需要知道被控對象的精確數(shù)學(xué)模型，這在罐溫控制中很難做到。大量應(yīng)用實例表明模糊控制的魯棒性較好，對純滯后及被控對象參數(shù)的變化不敏感，但因控制規(guī)則粗糙容易產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)誤差， 當(dāng)較大時，尤其如此。由于PI控制克服穩(wěn)態(tài)誤差的能力較強，為此采用復(fù)合模糊控制方法， 其主要思想是把模糊控制與PI控制相結(jié)合組成復(fù)合模糊控制器，通過一個切換開關(guān)對被控對象實施控制，切換時機由誤差和誤差變化率來確定。復(fù)合模糊控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖3 所示。圖中PI為常規(guī)比例積分調(diào)節(jié)器，F(xiàn)LC為模糊控制器，K為控制開關(guān)。其控制過程是在過渡過程中，因系統(tǒng)的誤差和誤差變化率較大，復(fù)合模糊控制器主要是模糊控制的作用；當(dāng)系統(tǒng)接近穩(wěn)態(tài)時，系統(tǒng)的誤差變化率較小，如果誤差較大，則復(fù)合模糊控制器切換到PI控制；如果穩(wěn)態(tài)誤差在允許的精度內(nèi)，則人用模糊控制；當(dāng)系統(tǒng)受到擾動，模糊控制在克服擾動后仍有誤差，則切抑郁到PI控制，待穩(wěn)態(tài)誤差消除后又回到模糊控制。由此可見，PI控制作用僅僅是克服穩(wěn)態(tài)誤差。發(fā)酵生產(chǎn)時罐溫設(shè)定值從36V改為35. 5°C，分別采用常規(guī)PI控制(PI控制參數(shù)用自整定法確定)與采用復(fù)合模糊控制的結(jié)果比較。復(fù)合模糊(Fuzzy-PI)控制的超調(diào)量比常規(guī)PI控制降低50%，調(diào)節(jié)時間縮短30%。復(fù)合模糊控制的動態(tài)和表態(tài)特性全面改善，表現(xiàn)出良好的魯棒性。因罐溫控制為冷卻水降溫調(diào)節(jié)，所以控制規(guī)律為反作用或調(diào)節(jié)閥為氣關(guān)(或電關(guān))型。 5. 3PH參數(shù)自調(diào)整模糊控制系統(tǒng)PH是微生物生長的另一個重要環(huán)境參數(shù)，在工業(yè)生產(chǎn)上，若發(fā)酵液PH值偏低，則通過加氨水的辦法，使其PH值回升；若PH值偏高，在發(fā)酵前期可適當(dāng)補加基質(zhì)來調(diào)整，一般不采用加酸的控制手段。因此，在PH值控制中，必須嚴(yán)格控制好氨水的加入量，絕對不能過量。PH對象特性具有嚴(yán)重的非線性、不確定性和較大的時滯現(xiàn)象，采用常規(guī)PID控制精度較低。因此PH控制采用參數(shù)自調(diào)整模糊控制，結(jié)構(gòu)分別如圖和圖6所示。在PH參數(shù)自調(diào)整模糊控制中，選擇PH值和給定值之差e及 作為過程輸入，加酸的量為過程輸出。將PH值經(jīng)模糊化后，轉(zhuǎn)換成模糊變量值，根據(jù)相應(yīng)的模糊規(guī)則和模糊關(guān)系，做出模糊判斷，求出加入的酸量。為提高控制精度應(yīng)用Fuzzy修改表對量化因子參數(shù)kl、k2、k3進行自調(diào)整。自調(diào)整的原則是，當(dāng)誤差e或誤差率 較大時，進行“粗調(diào)”控制，這時可以降低對e或 的分辨率，而采用較大的控制改變量，這可以縮小kl和k2、放大k3。當(dāng)e或 較小時，也就是系統(tǒng)已接近穩(wěn)態(tài)，就實行“細(xì)調(diào)6、整個系統(tǒng)的智能控制針對我國發(fā)酵企業(yè)規(guī)模相對較小而控制要求較高的情況開發(fā)了適用于發(fā)酵過程優(yōu)化控制的低成本、開放型、高性價比的集散控制系統(tǒng)。硬件采用分層階遞的分布式結(jié)構(gòu)， 軟件采用面向?qū)ο蟮哪K式編程方法。針對非線性、時變、大滯后的發(fā)酵過程，將智能控制技術(shù)融入傳統(tǒng)的集散控制系統(tǒng)中。采用模糊控制、專家系統(tǒng)與常規(guī)控制相結(jié)合的技術(shù)，設(shè)計了罐溫復(fù)合模糊控制系統(tǒng)、PH參數(shù)自調(diào)整模糊控制系統(tǒng)、溶氧變區(qū)域?qū)＜铱刂葡到y(tǒng)?？刂凭扰c常規(guī)控制方法相比提高50%。自主研制、開發(fā)的FPC2000發(fā)酵過程集散控制系統(tǒng)具有方便、靈活、易用、簡單、可靠、高性能的特點。7、FPC2000集散控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)從發(fā)酵過程管理和控制兩方面綜合考慮實現(xiàn)總體目標(biāo)最優(yōu)化出發(fā)，企業(yè)管理控制系統(tǒng)可分為3級，即管理級、監(jiān)控級和直控級，構(gòu)成管控一體化的綜合系統(tǒng)。FPC2000DCS系統(tǒng)硬件主要由直控級控制站、監(jiān)控級計算機系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)和管理計算機系統(tǒng)四部分組成，系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。監(jiān)控級計算機通過現(xiàn)場過程總線， 最大可接1 個直控級控制站。管理計算機通過局域網(wǎng)與監(jiān)控級計算機相聯(lián)，具有將生產(chǎn)現(xiàn)場控制和生產(chǎn)管理集成的功能。直控級控制站采集現(xiàn)場測量信號經(jīng)運算后交結(jié)果送回現(xiàn)場執(zhí)行器對生產(chǎn)過程進行控制，它是DCS的基礎(chǔ)，其它部分都是有賴于它才能發(fā)揮作用?？刂普就ǔ０惭b在工業(yè)現(xiàn)場，通過現(xiàn)場總線與監(jiān)控級計算機相連。常用的控制單元如下單回路或雙回路智能表、可編程控制器(PLC)、多功能控制器、數(shù)據(jù)采集器、變頻器等。發(fā)酵生產(chǎn)過程控制是釀造業(yè)技術(shù)進步的有效措施，它可以在不增加原材料及動力消耗的前提下，增加產(chǎn)品產(chǎn)量、提高產(chǎn)品質(zhì)量，同時還可以減輕勞動強度、改善工作條件、提高發(fā)酵工藝水平及生產(chǎn)管理水平。因此，工業(yè)發(fā)酵控制具有很大的應(yīng)用價值，通常，釀造業(yè)的發(fā)酵是在密閉的容器(罐)中進行的，每個罐的UO點相對集中但數(shù)量不多，而一個釀造廠通常有許多罐，這些罐一般分布又比較廣，這種情形，用DCS雖然能夠完成，但由于DCS的控制規(guī)模適應(yīng)較大和較為集中的情形，所以用DCS存在著較大的系統(tǒng)資源浪費，用戶在DCS上的投資往往要很長時間(有時是遙遙無期)才能回收。
權(quán)利要求
1.一種固液分離滅菌工藝，其特征在于所述工藝的滅菌過程包括1)將耐熱的固體材料通過滅菌上料機進行滅菌；2)自來水經(jīng)過二級RO過濾和一級EDI過濾；3)將不耐熱的固體材料及液體材料與過濾水水混合后，在換熱板中采用UHT超高溫瞬時滅菌；4)將滅菌后的固態(tài)材料和液態(tài)材料定量送入罐中混合，接種發(fā)酵；5)進入大罐培養(yǎng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固液分離滅菌工藝，其特征在于所述第1步驟的滅菌溫度為150°C、持續(xù)時間6秒。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的固液分離滅菌工藝，其特征在于所述第3步驟的滅菌溫度為145°C、持續(xù)時間5秒。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3之一所述的固液分離滅菌工藝，其特征在于所述工藝過程采用集散控制系統(tǒng)控制。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的固液分離滅菌工藝，其特征在于所述集散控制系統(tǒng)包括直控級控制站、監(jiān)控級計算機系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)和管理計算機，其中直控級控制站安裝在反應(yīng)器上，連接反應(yīng)器上的變送器和執(zhí)行器，直控級控制站通過現(xiàn)場總線連接監(jiān)控級計算機， 監(jiān)控級計算機通過局域網(wǎng)連接數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)和管理級計算機。
6 根據(jù)權(quán)利要求5所述的固液分離滅菌工藝，其特征在于所述集散控制系統(tǒng)包括固體材料滅菌及裝罐的智能控制、水滅菌的智能控制、水滅菌的人機界面、發(fā)酵罐滅菌及發(fā)酵過程的控制。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的固液分離滅菌工藝，其特征在于所述直控級控制站采用PLC 控制器為核心。
全文摘要
一種固液分離滅菌工藝，其滅菌過程包括1)將耐熱的固體材料通過滅菌上料機進行滅菌；2)自來水經(jīng)過二級R0過濾和一級EDI過濾；3)將不耐熱的固體材料及液體材料與過濾水水混合后，在換熱板中采用UHT超高溫瞬時滅菌；4)將滅菌后的固態(tài)材料和液態(tài)材料定量送入罐中混合，接種發(fā)酵；5)進入大罐培養(yǎng)；工藝過程采用集散控制系統(tǒng)控制。本發(fā)明固液分離滅菌工藝固液分別滅菌，高溫短時間滅菌，能耗降低77％、時間縮短50％，熱回收率可達90％，并避免了固體材料在長時間高溫狀態(tài)下蛋白質(zhì)和還原糖發(fā)生褐變、影響質(zhì)量，水達到超純水標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)備不易結(jié)垢、容易維護、壽命延長。采用集散控制系統(tǒng)，自動化程度高，控制精確。
文檔編號A61L2/04GK102247608SQ20101017387
公開日2011年11月23日 申請日期2010年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月17日
發(fā)明者張光勤, 張筍, 畢宇鐘, 譚鋼 申請人:洛陽牧園自動控制設(shè)備有限公司