CN201984344U - 一种微生物发酵设备监控系统 - Google Patents

Abstract

一种微生物发酵设备监控系统，实现了对pH信号和溶氧信号实时监控，进一步地实现了反馈调节补料过程的自动化，包括发酵罐、监控模块、补料管道、蠕动泵、补料瓶、主控计算机；所述监控模块包括控制器、分别设置在发酵罐侧壁的PH传感器和溶氧电极，所述的PH传感器、溶氧电极分别与控制器连接，所述蠕动泵、控制器、主控计算机依次连接，所述蠕动泵设置在补料管道上，所述补料管道一端与补料瓶连接，补料管道的另一端与发酵罐连接。

Description

一种微生物发酵设备监控系统

技术领域

本实用新型涉及生物发酵设备监控系统，尤其是一种涉及基于使用PH传感器和溶氧电极监控发酵罐内营养物质浓度的微生物发酵设备监控系统。

背景技术

传统发酵过程培养基一般是由培养基原料加片碱、轻质碳酸钙来配制的。因而造成发酵前期料液PH值较高，一般用碳酸钙来缓冲PH值。接下来发酵过程PH值是不可控的，完全取决于菌种的代谢状况。其弊端显而易见：前期较高的PH值明显抑制了菌种的正常生长，随着周期的延长，代谢产生的有机酸才能降低发酵液的PH值，但PH值很难控制在最佳范围内。此为现有技术的不足。研究表明，发酵过程中采用合理的流加补料工艺，适时适量地补充营养物，可以控制菌体生长速率，有效解除抑止，提高供氧能力，获得更高的细胞密度，从而获得更大的产率；同时也可强化下游分离提取，降低成本，达到经济效益的最大化，极大提高发酵产品在市场上的竞争力。

由于微生物发酵是一个极其复杂的生物化学反应的动态过程，仅仅通过某种固定模式的流加补料策略，虽比普通发酵的收率有所提高，与预期相差仍较大。其关键问题是流加必须与发酵过程的实际状态相关联，必须实现反馈流加。已有单独采用PH反馈和单独采用溶解氧反馈控制流加的报道，但效果仍不甚理想。

本实用新型针对上述问题，通过监控发酵过程中发酵液PH值和溶氧值，对发酵过程的流加补料实施自动反馈控制，进一步提高发酵产品的产率。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有技术中存在的缺点，实现了对pH信号和溶氧信号实时监控，进一步地实现了反馈调节补料过程的自动化。

为了实现以上目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种微生物发酵设备监控系统，包括发酵罐和监控模块，另外还包括有补料管道、蠕动泵、补料瓶、主控计算机；所述监控模块包括控制器、分别设置在发酵罐侧壁的PH传感器和溶氧电极，所述的PH传感器、溶氧电极分别与控制器连接，所述蠕动泵、控制器、主控计算机依次连接，所述蠕动泵设置在补料管道上，所述补料管道一端与补料瓶连接，补料管道的另一端与发酵罐连接。

进一步地，所述控制器包括单片机、显示单元、键盘、信号处理单元、控制输出单元和通讯接口，所述单片机分别与显示单元、键盘、信号处理单元、控制输出单元、通讯接口连接。

PH传感器在一般情况下，都会浸入到发酵罐的发酵液中，为了保护传感器，在PH传感器的传感电极外设置有电极保护套。

对补料的速度或流量进行监控，微生物发酵设备监控系统还包括用于测量补料瓶重量的电动天平，所述的电动天平与控制器连接。

进一步地，所述的微生物发酵设备监控系统还包括有设置在补料管道上的流量计，所述的流量计用于测量补料管道的流量并将信号输出到控制器。

该种微生物发酵设备监控系统适合于安装5、10或50L的发酵罐，也可与已有的全自动发酵罐配套使用。

相对于现有技术，本实用新型具有如下的优点：

1、对pH值和溶氧值同时监控，保证了数据准确；

2、控制准确，加料及时，配比无误；

3、用途广泛，几乎可以与现有的任何发酵装置使用。

附图说明

图1为本实用新型所述一种微生物发酵设备监控系统的整体结构示意图；

图2为本实用新型所述控制器的电路原理框图。

附图标记分述如下：1、发酵罐，2、控制器，3、PH传感器，4、溶氧电极，5、补料管道，6、蠕动泵，7、补料瓶，8、电动天平，9、主控计算机，10、单片机，11、显示单元，12、键盘，13、信号处理单元，14、控制输出单元，15、通讯接口。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步说明，但不限于此。

如图1所示，是本实用新型所述的一种微生物发酵设备监控系统的整体结构示意图，包括由发酵罐1和监控模块，所述的监控模块包括控制器2、分别设置在发酵罐1侧壁的PH传感器3和溶氧电极4，PH传感器3、溶氧电极4分别与控制器2连接；还包括补料管道5、蠕动泵6、补料瓶7，蠕动泵6与控制器2连接，所述控制器2对接收的PH值、溶氧值进行处理，控制蠕动泵6的转速，蠕动泵6将补料瓶7中的补料通过补料管道5输送到发酵罐1；还包括主控计算机9，所述控制器2通过与主控计算机9连接(可通过通讯网络连接)，控制器2对接收的PH值、溶氧值进行处理，通过通讯网络将PH值、溶氧值检测数据传送到主控计算机9，由主控计算机9计算出蠕动泵6的数字控制量并通过通讯网络输入到控制器2，控制器2据此控制蠕动泵6的转速。

如图2所示，该种微生物发酵设备监控系统的控制器2包括单片机10、显示单元11和键盘12、信号处理单元13、控制输出单元14和通讯接口15。显示单元11和键盘12、信号处理单元13、控制输出单元14和通讯接口15分别与单片机10连接。键盘12至少包括自动/手动转换键、模式/参数设置键、控制启动/停止键等。单片机10可以选择使用ATMEL89S8252、AT89C51、STC89S52RC等系列的单片机。

PH传感器3在一般情况下，都会浸入到发酵罐2的发酵液中，为了保护传感器，在PH传感器3的传感电极外设置有电极保护套。

对补料的速度或流量进行监控，该种微生物发酵设备监控系统还包括有用于测量补料瓶7重量的电动天平8，所述电动天平8与控制器2连接。进而，还可以安装设置在补料管道5上的流量计，所述流量计测量补料管道的流量并将信号输出到控制器2。

本实用新型所述的微生物发酵设备监控系统适合于安装5、10、50L的发酵罐，也与已有的全自动发酵罐配套使用。

显然上述实施例不是对本实用新型的限制，上述的一种微生物发酵设备监控系统还可以有其他许多变化。虽然已经结合上述例子详细讨论了本发明，但应该理解到：业内专业人士可以显而易见地想到的一些雷同，代替方案，均落入本实用新型权利要求所限定的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种微生物发酵设备监控系统，包括发酵罐(1)和监控模块，其特征在于，还包括补料管道(5)、蠕动泵(6)、补料瓶(7)、主控计算机(9)；所述监控模块包括控制器(2)、分别设置在发酵罐(1)侧壁的PH传感器(3)和溶氧电极(4)，所述的PH传感器(3)、溶氧电极(4)分别与控制器(2)连接，所述蠕动泵(6)、控制器(2)、主控计算机(9)依次连接，所述蠕动泵(6)设置在补料管道(5)上，所述补料管道(5)一端与补料瓶(7)连接，补料管道(5)的另一端与发酵罐(1)连接。

2.根据权利要求1所述的生物发酵设备监控系统，其特征在于，所述控制器(2)包括单片机(10)、显示单元(11)、键盘(12)、信号处理单元(13)、控制输出单元(14)和通讯接口(15)，所述单片机(10)分别与显示单元(11)、键盘(12)、信号处理单元(13)、控制输出单元(14)、通讯接口(15)连接。

3.根据权利要求2所述的微生物发酵设备监控系统，其特征在于，所述PH传感器(3)的传感电极外设置有电极保护套。

4.根据权利要求1-3任一项所述的微生物发酵设备监控系统，其特征在于，还包括测量补料瓶(7)重量的电动天平(8)，所述电动天平(8)与控制器(2)连接。

5.根据权利要求1-3任一项所述的微生物发酵设备监控系统，其特征在于，还包括设置在补料管道(5)上的流量计，所述流量计测量补料管道(5)的流量并将信号输出到控制器(2)。

6.根据权利要求1-3任一项所述的微生物发酵设备监控系统，其特征在于，所述发酵罐(1)的容量是5L、10L或50L。

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