20l高溫發(fā)酵罐結構設計與控制開題報告(編輯修改稿)
2025-04-20 04:32 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 不銹鋼薄壁容器行業(yè)標準。QB/T26812004標準規(guī)定了視屏工業(yè)用不銹鋼薄壁容器的產(chǎn)品分類、技術要求、試驗方法、檢驗規(guī)則、標志、包裝、運輸和儲存。該標準適用于食品、飲料、乳制品、釀酒、制藥、日用化工等行業(yè)用來發(fā)酵、冷卻、調(diào)配、儲存酒業(yè)、果汁、乳品以及潔凈水等液態(tài)無聊的食品工業(yè)用常壓不銹鋼薄壁容器 [5] 。以實驗室啤酒發(fā)酵系統(tǒng)使用的發(fā)酵罐為例：（1）罐體為圓柱形，底蓋和頂蓋均為碟形或錐形；（2）滿足酵母生長和代謝的必要工藝條件，提供一定的生化反應時間，及時移走在生化反應過程中將釋放的生物熱；基本原理：麥芽汁經(jīng)制備、冷卻后，加入酵母菌，輸送到發(fā)酵罐中，開始發(fā)酵。傳統(tǒng)工藝分為前發(fā)酵和后發(fā)酵，分別在不同的發(fā)酵罐中進行，現(xiàn)在流行的做法是在一個罐內(nèi)進行一次發(fā)酵。前發(fā)酵主要是利用酵母菌將麥芽汁中的麥芽糖轉(zhuǎn)變成酒精（即酵母的無氧呼吸作用），后發(fā)酵主要是產(chǎn)生一些風味物質(zhì)，排除掉啤酒中的異味，并促進啤酒的成熟[6]。目前發(fā)酵罐都需通入無菌壓縮工期并配備攪拌系統(tǒng)。為了使這些菌類在培養(yǎng)過程中獲得足夠的氧氣，近幾十年來不斷地對同期和攪拌裝置進行改進，我國的第一個發(fā)酵罐采用的是伍式(Waldhof type)攪拌，其結構是底層設離心葉輪，其上配備大型導流筒（亦稱為拉力筒），可使液流由底部葉輪甩向周邊并向上流動到頁面后轉(zhuǎn)向，由中間的導流筒引向下流，至1950年代中期華北制藥廠投產(chǎn)時則全部采用三層箭葉式攪拌，在其后的不少發(fā)酵罐中也采用三層箭葉。不同攪拌形式的氣通效果特點不同，列舉以下幾種不同的攪拌系統(tǒng)的工況做對比：六平葉，六彎葉，六箭葉，十二翼圓盤式和伍式攪拌。對比的結果是在較高的單位容積功率Pv及通氣線速度V，條件下六彎葉型效果交加，在Pv即V較低的條件下六平葉型交加，伍式攪拌則在需氧要求較低的情況下功率消耗略低。六箭葉型換為六彎葉型攪拌，兩者功率常數(shù)基本相等，對電機功率要求不變，而供養(yǎng)系數(shù)K則六彎葉為優(yōu)[7]。隨著今年來生物技術的發(fā)展，許多研究成果都需要經(jīng)過發(fā)酵工業(yè)而轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品，但在進行大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化前，需要在實驗室進行大量的發(fā)酵條件的優(yōu)化，而對于微生物發(fā)酵過程，機理十分復雜，影響因素錯綜復雜，為此科研人員系要進行多次數(shù)據(jù)采集。長期以來科研人員必須在實驗室對發(fā)酵罐數(shù)據(jù)進行觀察，靠經(jīng)驗進行實時控制。這樣勢必造成實驗重復率高，消耗大量的實驗材料，往往試驗結果還不能令人滿意，為此，利用PLC作為下位機，采用開發(fā)軟件，建立起多臺發(fā)酵罐集中控制系統(tǒng)這樣一方面可以改善科研人員的試驗環(huán)境，是工作人員可以在辦公室就可以實時監(jiān)控控制發(fā)酵罐的作業(yè)；另一方面通過實施的圖形顯示，更直觀的觀察到發(fā)酵罐中各個參數(shù)的變化過程，從而對發(fā)酵罐進行自動控制。另外可以使科研人員同時控制多臺發(fā)酵罐，從而提高工作效率，節(jié)省物力財力人力，加速發(fā)酵工藝產(chǎn)業(yè)化的步伐[8] (見圖2)。 系統(tǒng)以PLC作為下位機對發(fā)酵罐數(shù)據(jù)進行采樣，通過編成電纜和通信適配器與上位機PC進行連接，將采集數(shù)據(jù)通過串口上傳至上位機，經(jīng)上位機對上傳數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一處理。最終將數(shù)據(jù)保存入庫，并在客戶端口將數(shù)據(jù)直接或以圖形等方式進行顯示。同時可對發(fā)酵罐進行控制，將命令通過上位機PC傳至下位機PLC，最終游俠危機PLC將命令傳至發(fā)酵罐的傳感器(見圖3)，從而達到發(fā)酵罐自動控制的目的。發(fā)酵罐的設計是面向應用的，貼近客觀工業(yè)生產(chǎn)的，其設計和生產(chǎn)一直都與應用相聯(lián)系。多年來經(jīng)過不同領域研究人員的演繹，發(fā)酵技術在軍事領域、精細農(nóng)業(yè)、安全監(jiān)控、環(huán)保監(jiān)測、建筑領域、醫(yī)療監(jiān)護、工業(yè)監(jiān)控領域的應用得到了充分的肯定和展示[9]。 通過發(fā)酵罐生產(chǎn)的細菌，產(chǎn)生細菌發(fā)酵，是利用細菌的特殊代謝途徑，把原料轉(zhuǎn)化為目標產(chǎn)物的生物學過程。細菌發(fā)酵和酵母菌發(fā)酵在本質(zhì)上是沒有區(qū)別的，只不過兩者的發(fā)酵用的菌種不同而已，一種是酵母菌，另一種是細菌，細菌發(fā)酵分為厭氧和好養(yǎng)兩種，通過特種發(fā)酵罐，產(chǎn)物豐
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