一种基于弯曲式生物反应器智能控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于弯曲式生物反应器智能控制系统，包括弯曲式反应管、夹套管、PID控制器、A/D转换模块和即时数据采集器，所述弯曲式反应管上设置有控温装置，且弯曲式反应管上开设有进气口，所述出料口上安装有第一出料阀门，且出料口上设置有第二出料阀门，所述出料口上开设有第三出料阀门，且出料口上安装有第四出料阀门。该基于弯曲式生物反应器智能控制系统，设置有PLC控制器，PLC控制器的控制规模大，具有完善的数据运算能力，通信能力的强，接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。PLC控制器用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。

【技术实现步骤摘要】
一种基于弯曲式生物反应器智能控制系统
本专利技术涉及弯曲式生物反应器
，具体为一种基于弯曲式生物反应器智能控制系统。
技术介绍
随着过程传感技术和计算机技术的发展，用于生物反应过程多尺度研究的新概念反应系统已成为行业发展的趋势。具有十几个甚至更多以上在线参数检测或控制，适应多种反应特点，融合多种过程理论和控制理论，便于反应过程工艺分析和优化操作，实现过程优化和软件控制，以及适应该控制系统的反应器本体结构的改进，已成为本行业要重点突破的技术。国内外使用最多的生物反应系统是搅拌式生物反应器及其控制系统、滚筒式生物反应器及其控制系统，搅拌式生物反应在反应罐中安装搅拌装置，搅拌式生物反应会产生剪应力、降温过程较慢，物料中间部分的热量无法传递出来，影响其接种效率。滚筒式生物反应不能控制在线供液，难以工业规模化。所以我们提出了一种基于弯曲式生物反应器智能控制系统，以便于解决上述中提出的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于弯曲式生物反应器智能控制系统，以解决上述
技术介绍
提出的搅拌式生物反应在反应罐中安装搅拌装置，搅拌式生物反应会产生剪应力、降温过程较慢，物料中间部分的热量无法传递出来，影响其接种效率。滚筒式生物反应不能控制在线供液，难以工业规模化的问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种基于弯曲式生物反应器智能控制系统，包括弯曲式反应管、夹套管、PID控制器、A/D转换模块和即时数据采集器，所述弯曲式反应管上设置有控温装置，且弯曲式反应管上开设有进气口，所述弯曲式反应管上设置有出料口，且弯曲式反应管上开设有补酸碱口，所述弯曲式反应管上开设有排气口，且弯曲式反应管上安装有测温装置，所述弯曲式反应管上安装有PH值测量装置，且弯曲式反应管上设置有溶氧测量装置，所述弯曲式反应管上开设有进料口，且进气口上安装有第一进气阀门，所述进气口上设置有第二进气阀门，且进气口上开设有第三进气阀门，所述出料口上安装有第一出料阀门，且出料口上设置有第二出料阀门，所述出料口上开设有第三出料阀门，且出料口上安装有第四出料阀门，所述排气口上设置有第一排气阀门，且排气口上安装有第二排气阀门，所述排气口上开设有第三排气阀门，且第三排气阀门上连接有水封容器，所述补酸碱口上安装有加酸蠕动泵，且补酸碱口上设置有加碱蠕动泵，所述加酸蠕动泵上连接有酸溶液瓶，且加碱蠕动泵上开设有碱溶液瓶，所述夹套管上连接有保温热水箱，且夹套管上开设有冷水箱，所述保温热水箱上安装有热水进口电磁阀，且冷水箱上设置有冷水进口电磁阀，所述保温热水箱上安装有热水循环泵，且冷水箱上设置有冷水循环泵，所述弯曲式反应管上包裹有夹套管，且夹套管之间连接有联通水管，所述弯曲式反应管上连接有竖直管部，且竖直管部上安装有容积泵，所述竖直管部上设置有液相色谱装置，且竖直管部上安装有浊度传感装置，所述弯曲式反应管之间连接有弯曲管部，且夹套管上开设有出水阀门。优选的，所述即时数据采集器上连接有气体传感器、温度传感器、PH值传感器、溶氧传感器、液相色谱传感器和浊度传感器，且即时数据采集器通过A/D转换模块与PID控制器相连接。优选的，所述PID控制器与人机界面和工控机电脑相连接，且人机界面和工控机电脑均与PLC控制器连接。优选的，所述控温装置、进气口、出料口、容积泵、补酸碱口和排气口均由PLC控制器进行控制。本专利技术提供一种基于弯曲式生物反应器智能控制系统，其步骤包括：步骤一：对弯曲式反应管进行灭菌处理；打开第一进气阀门和第二进气阀门，通入高温蒸汽对弯曲式反应管的管壁与空气进行高温灭菌消毒；打开第一排气阀门和第二排气阀门将高温蒸汽排入大气；打开第一出料阀门和第二出料阀门将高温蒸汽在关闭内凝结的冷凝水排出；同时，利用冷凝水对管壁进行二次清洁，冷凝水或污水通过第二出料阀门的出口排出；关闭第二进气阀门和第二排气阀门，停止输入高温蒸汽和其排出；步骤二：对弯曲式反应管进行降温；打开第三进气阀门和第三排气阀门，通过第三进气阀门通入无菌空气，多余的空气通过第三排气阀门进入水封容器排出，保证弯曲式反应管的密封性；利用室温温度的无菌空气将高温的弯曲式反应管降至室温，当第二出料阀门的出口无液体排出时关闭第一出料阀门和第二出料阀门，持续通入无菌空气对管壁进行干燥处理；向夹套管内通入室温水，保证水的温度范围在25-30℃内；步骤三：注入反应液；打开进料口，将无菌的培养基和菌种混合均匀后注入弯曲式反应管内；培养基的体积不超过弯曲式反应管总容积的90％，菌种占弯曲式反应管总容积的1-5％；注入完毕后关闭进料口；步骤四：进形生物反应；打开容积泵开关，通过容积泵缓慢的将培养基和菌种的混合物液体及冲入的无菌空气从弯曲式反应管的底部从竖直管部打入弯曲式反应管的顶部，使得混合物液体再通过弯曲管部自上而下流动进行循环；调节容积泵使得混合物液体在弯曲式反应管内的流速≤0.1米/秒，保证无菌空气与混合物液体充分结合，提高氧气的吸收率，防止出现混合物液体的沉积、沉淀问题；步骤五：取样；根据生物反应周期，每隔3-6个小时打开第一出料阀门和第三出料阀门进行混合物液体的取样，并送去相关部门检测混合物液体的反应程度，关闭第一出料阀门和第三出料阀门；步骤六：出料；打开第一出料阀门、第四出料阀门和第二排气阀门，将弯曲式反应管内的混合液体取出，同时关闭第三排气阀门防止水封容器中的水倒流进弯曲式反应管内污染混合物液体；步骤七：完成生物反应；混合物液体排空后，关闭第一进气阀门、第三进气阀门、第一出料阀门、第四出料阀门、第一排气阀门和第二排气阀门，对弯曲式反应管进行清洗和消毒。优选的，所述步骤四中通过PH值测量装置上设有的PH值传感器实时监测管内混合物液体的PH值，通过加酸蠕动泵或加碱蠕动泵进行缓慢的补酸补碱；在生物反应的过程中，通常要求PH值为7.0，在混合物液体为农药时要求PH值为6.8；当混合物液体的PH值检测偏酸时，加碱蠕动泵打开，注入碱溶液；反之亦然。优选的，所述步骤四中通过液相色谱装置和浊度传感装置对混合物液体进行实时的监测，发生异常时进行报警。优选的，所述步骤四中通过溶氧测量装置上设置有溶氧传感器实时监测管内混合物液体的溶氧值，通过提高容积泵的流速和或加速输入无菌空气的流量，对弯曲式反应管内的含氧量进行调整；同时，排气口上设置有气体成分传感器还对排出气体进行气体成分数据的判别，当二氧化碳的比例过高时，通过提高容积泵的流速和或加速输入无菌空气的流量，对弯曲式反应管内的含氧量进行调整；同理，当含氧量过高时，降低容积泵的流速和或减缓无菌空气的输入。优选的，所述步骤四中通过测温装置上设置的温度传感器实时监测管内混合物液体和夹套管内水的温度，当温度高于反应温度时打开冷水进口电磁阀和冷水循环泵，将冷水箱内的水打入夹套管内，同时打开出水阀门将多余的水排出，反之亦然，同时为了节约水资源，可将排出的水注入冷水箱，循环使用。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：该基于弯曲式生物反应器智能控制系统：(1)设置有PLC控制器，PLC控制器的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于弯曲式生物反应器智能控制系统，包括弯曲式反应管(1)、夹套管(35)、PID控制器(49)、A/D转换模块(50)和即时数据采集器(51)，其特征在于：所述弯曲式反应管(1)上设置有控温装置(2)，且弯曲式反应管(1)上开设有进气口(3)，所述弯曲式反应管(1)上设置有出料口(4)，且弯曲式反应管(1)上开设有补酸碱口(6)，所述弯曲式反应管(1)上开设有排气口(7)，且弯曲式反应管(1)上安装有测温装置(8)，所述弯曲式反应管(1)上安装有PH值测量装置(9)，且弯曲式反应管(1)上设置有溶氧测量装置(10)，所述弯曲式反应管(1)上开设有进料口(12)，且进气口(3)上安装有第一进气阀门(13)，所述进气口(3)上设置有第二进气阀门(14)，且进气口(3)上开设有第三进气阀门(15)，所述出料口(4)上安装有第一出料阀门(16)，且出料口(4)上设置有第二出料阀门(17)，所述出料口(4)上开设有第三出料阀门(18)，且出料口(4)上安装有第四出料阀门(19)，所述排气口(7)上设置有第一排气阀门(20)，且排气口(7)上安装有第二排气阀门(21)，所述排气口(7)上开设有第三排气阀门(22)，且第三排气阀门(22)上连接有水封容器(11)，所述补酸碱口(6)上安装有加酸蠕动泵(23)，且补酸碱口(6)上设置有加碱蠕动泵(24)，所述加酸蠕动泵(23)上连接有酸溶液瓶(25)，且加碱蠕动泵(24)上开设有碱溶液瓶(26)，所述夹套管(35)上连接有保温热水箱(27)，且夹套管(35)上开设有冷水箱(28)，所述保温热水箱(27)上安装有热水进口电磁阀(29)，且冷水箱(28)上设置有冷水进口电磁阀(30)，所述保温热水箱(27)上安装有热水循环泵(33)，且冷水箱(28)上设置有冷水循环泵(34)，所述弯曲式反应管(1)上包裹有夹套管(35)，且夹套管(35)之间连接有联通水管(36)，所述弯曲式反应管(1)上连接有竖直管部(37)，且竖直管部(37)上安装有容积泵(5)，所述竖直管部(37)上设置有液相色谱装置(31)，且竖直管部(37)上安装有浊度传感装置(32)，所述弯曲式反应管(1)之间连接有弯曲管部(38)，且夹套管(35)上开设有出水阀门(39)。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于弯曲式生物反应器智能控制系统，包括弯曲式反应管(1)、夹套管(35)、PID控制器(49)、A/D转换模块(50)和即时数据采集器(51)，其特征在于：所述弯曲式反应管(1)上设置有控温装置(2)，且弯曲式反应管(1)上开设有进气口(3)，所述弯曲式反应管(1)上设置有出料口(4)，且弯曲式反应管(1)上开设有补酸碱口(6)，所述弯曲式反应管(1)上开设有排气口(7)，且弯曲式反应管(1)上安装有测温装置(8)，所述弯曲式反应管(1)上安装有PH值测量装置(9)，且弯曲式反应管(1)上设置有溶氧测量装置(10)，所述弯曲式反应管(1)上开设有进料口(12)，且进气口(3)上安装有第一进气阀门(13)，所述进气口(3)上设置有第二进气阀门(14)，且进气口(3)上开设有第三进气阀门(15)，所述出料口(4)上安装有第一出料阀门(16)，且出料口(4)上设置有第二出料阀门(17)，所述出料口(4)上开设有第三出料阀门(18)，且出料口(4)上安装有第四出料阀门(19)，所述排气口(7)上设置有第一排气阀门(20)，且排气口(7)上安装有第二排气阀门(21)，所述排气口(7)上开设有第三排气阀门(22)，且第三排气阀门(22)上连接有水封容器(11)，所述补酸碱口(6)上安装有加酸蠕动泵(23)，且补酸碱口(6)上设置有加碱蠕动泵(24)，所述加酸蠕动泵(23)上连接有酸溶液瓶(25)，且加碱蠕动泵(24)上开设有碱溶液瓶(26)，所述夹套管(35)上连接有保温热水箱(27)，且夹套管(35)上开设有冷水箱(28)，所述保温热水箱(27)上安装有热水进口电磁阀(29)，且冷水箱(28)上设置有冷水进口电磁阀(30)，所述保温热水箱(27)上安装有热水循环泵(33)，且冷水箱(28)上设置有冷水循环泵(34)，所述弯曲式反应管(1)上包裹有夹套管(35)，且夹套管(35)之间连接有联通水管(36)，所述弯曲式反应管(1)上连接有竖直管部(37)，且竖直管部(37)上安装有容积泵(5)，所述竖直管部(37)上设置有液相色谱装置(31)，且竖直管部(37)上安装有浊度传感装置(32)，所述弯曲式反应管(1)之间连接有弯曲管部(38)，且夹套管(35)上开设有出水阀门(39)。


2.根据权利要求1所述的一种基于弯曲式生物反应器智能控制系统，其特征在于：所述即时数据采集器(51)上连接有气体传感器(40)、温度传感器(41)、PH值传感器(42)、溶氧传感器(43)、液相色谱传感器(44)和浊度传感器(45)，且即时数据采集器(51)通过A/D转换模块(50)与PID控制器(49)相连接。


3.根据权利要求1所述的一种基于弯曲式生物反应器智能控制系统，其特征在于：所述PID控制器(49)与人机界面(47)和工控机电脑(46)相连接，且人机界面(47)和工控机电脑(46)均与PLC控制器(48)连接。


4.根据权利要求1所述的一种基于弯曲式生物反应器智能控制系统，其特征在于：所述控温装置(2)、进气口(3)、出料口(4)、容积泵(5)、补酸碱口(6)和排气口(7)均由PLC控制器(48)进行控制。


5.根据权利要求1所述的一种基于弯曲式生物反应器智能控制系统，其特征在于，其步骤包括：
步骤一：对弯曲式反应管(1)进行灭菌处理；打开第一进气阀门(13)和第二进气阀门(14)，通入高温蒸汽对弯曲式反应管(1)的管壁与空气进行高温灭菌消毒；打开第一排气阀门(20)和第二排气阀门(21)将高温蒸汽排入大气；打开第一出料阀门(16)和第二出料阀门(17)将高温蒸汽在关闭内凝结的冷凝水排出；同时，利用冷凝水对管壁进行二次清洁，冷凝水或污水通过第二出料阀门(17)的出口排出；关闭第二进气阀门(14)和第二排气阀门(21)，停止输入高温蒸汽和其排出；
步骤二：对弯曲式反应管(1)进...

【专利技术属性】
技术研发人员：李红兵，
申请(专利权)人：镇江江工生物工程成套设备有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32