專利名稱：一種大罐發(fā)酵在線檢測控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種發(fā)酵檢測控制裝置，特別是一種根據(jù)(X)2排放狀態(tài)檢測控制 發(fā)酵情況的裝置。
背景技術(shù)：
發(fā)酵過程中需要實時檢測并控制發(fā)酵進(jìn)程。一般發(fā)酵多數(shù)是測定發(fā)酵液密度變化 來監(jiān)測過程。普遍的方法是人工定時取樣，測定比重，通過發(fā)酵液密度或比重的變化，繪制 發(fā)酵曲線，并以此判斷發(fā)酵進(jìn)行的正常與否。密度變化實際上是發(fā)酵液中糖、酒精濃度等化 學(xué)成分變化的外在表現(xiàn)。酒精發(fā)酵最直接的監(jiān)測參數(shù)是酒精濃度的增加和糖的消耗。上述 傳統(tǒng)方法對發(fā)酵的監(jiān)測，需要取樣，操作繁瑣并容易引起污染。在啤酒、酒精等發(fā)酵生產(chǎn)過程中，糖溶液與酵母組成發(fā)酵液，由于酵母量很少，所 以一般將剛滿罐時的發(fā)酵液量看成糖溶液量。酵母首先消耗糖溶液中的無機鹽、氨基酸和 O2,隨后糖溶液中的糖被酵母轉(zhuǎn)化成酒精和CO2,全部酒精和部分(X)2溶于發(fā)酵液中，大量CO2 排出罐外。對于一臺固定的發(fā)酵罐，其容量恒定，實際生產(chǎn)中進(jìn)罐的糖溶液、酵母量也基本 恒定，溶于發(fā)酵液中的CO2含量也基本恒定，糖溶液的濃度和量已知，且發(fā)酵過程中消耗的 糖量與酒精、CO2有恒定的對應(yīng)關(guān)系。若測得排出罐外的CO2量，就能得知發(fā)酵液的濃度、 酒精含量、發(fā)酵度、排氣中(X)2純度及產(chǎn)量和降糖速度。根據(jù)發(fā)酵動力學(xué)原理，排氣(X)2釋放量可作為監(jiān)測發(fā)酵過程的指標(biāo)，CO2釋放速率 與發(fā)酵速度也是相關(guān)聯(lián)的，都可以作為反映發(fā)酵進(jìn)程的重要特征。

實用新型內(nèi)容本實用新型的發(fā)明目的在于針對上述大罐發(fā)酵傳統(tǒng)監(jiān)測存在的問題，提供一種 根據(jù)發(fā)酵排放(X)2的量及速率檢測控制發(fā)酵的裝置。該裝置利用發(fā)酵液生化反應(yīng)中各物質(zhì) 的對應(yīng)關(guān)系，并通過排氣流量信號轉(zhuǎn)換達(dá)到目的?？梢詫ζ【啤⒕凭壬a(chǎn)發(fā)酵過程的各項 工藝指標(biāo)(包括發(fā)酵液濃度、酒精含量、發(fā)酵度、排氣中(X)2純度及產(chǎn)量、降糖速度等)實現(xiàn)連 續(xù)在線檢測和控制，檢測控制不用取樣，不與發(fā)酵液接觸，無污染，各項工藝指標(biāo)都以標(biāo)準(zhǔn) 4 20mA信號輸出，數(shù)字顯示，能與分布式控制系統(tǒng)(Distributed Control System，DCS)、 報警及自控系統(tǒng)相聯(lián)，可以遠(yuǎn)程操作控制。本實用新型采用的技術(shù)方案是這樣的—種大罐發(fā)酵在線檢測控制裝置，包括發(fā)酵罐1、發(fā)酵罐頂部的排氣管2、與排氣 管相連的排空管8和回收管9，排氣管排空管和回收管上均具有閥門，排氣管上安裝有氣體 流量計3，氣體流量計與智能型數(shù)字顯示控制儀4連接。流量計的結(jié)構(gòu)一般分為流量傳感器和流量變送器。流量傳感器是把流量轉(zhuǎn)換為 可測量的電信號或脈沖信號；流量變送器就是把這些電信號或脈沖信號轉(zhuǎn)換為工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)信 號，比如4-20mA，0-5V, 0-10V或0_20mA信號。氣體流量計3可測量(X)2的瞬時流量和累計 流量，并以標(biāo)準(zhǔn)電信號形式傳送給智能型數(shù)字顯示控制儀(簡稱顯示控制儀)4。本實用新型流量計為氣體體積流量計，因為是在工況下標(biāo)定，一般不用溫、壓補償，所示流量皆為工況 值；若是不穩(wěn)定工況，最好帶溫、壓補償，所示流量則為標(biāo)準(zhǔn)值。所述智能型數(shù)字顯示控制儀具有流量0點鈕10、流量量程調(diào)節(jié)鈕11、被測指標(biāo)0 點鈕12、被測指標(biāo)量程調(diào)節(jié)鈕13。以上鈕分別用于流量(瞬時流量和累計流量)的0點及量程的設(shè)置，以及被測指標(biāo) 的0點及量程的設(shè)置。所述智能型數(shù)字顯示控制儀的顯示面板上具有發(fā)酵指標(biāo)的顯示窗口。所述發(fā)酵指 標(biāo)包括氣體累積流量、降糖速度、發(fā)酵液濃度、酒精含量、發(fā)酵度以及氣體瞬時流量。排氣量與各項指標(biāo)的對應(yīng)關(guān)系是通過工況條件下取樣實測確定的，通過校正顯示 控制儀4，可實現(xiàn)在不同工況時的測定。綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本實用新型的有益效果是本實用新型簡化了大罐發(fā)酵在線檢測控制操作，可以對啤酒、酒精等生產(chǎn)發(fā)酵過 程的各項工藝指標(biāo)(包括濃度、酒精含量、發(fā)酵度、排氣中CO2純度及產(chǎn)量、降糖速度等)實現(xiàn) 連續(xù)在線檢測和控制，檢測控制不用取樣，不與發(fā)酵液接觸，無污染，各項工藝指標(biāo)都以標(biāo) 準(zhǔn)Γ20Π1Α信號輸出，數(shù)字顯示，能與DCS、報警及自控系統(tǒng)相聯(lián)，可以遠(yuǎn)程操作控制。本實用 新型不僅能用于啤酒、酒精發(fā)酵，還能用于生物制藥、乳酸、醋酸等發(fā)酵，具有廣闊的市場前
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圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是智能型數(shù)字顯示控制儀4的顯示面板示意圖。圖中標(biāo)記1.發(fā)酵罐、2.排氣管、3.氣體流量計、4.智能型數(shù)字顯示控制儀(簡 稱顯示控制儀)、5.排氣總閥、6.排空閥、7.回收閥、8.排空管、9 .回收管、10.流量0點鈕、 11.流量量程調(diào)節(jié)鈕、12.被測指標(biāo)0點鈕、13.被測指標(biāo)量程調(diào)節(jié)鈕、14.氣體累積流量顯 示窗口、15.降糖速度顯示窗口、16.發(fā)酵液濃度顯示窗口、17.酒精含量顯示窗口、18.發(fā) 酵度顯示窗口、19.氣體瞬時流量顯示窗口。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖，對本實用新型作詳細(xì)的說明。為了使本實用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，
以下結(jié)合附圖及實施 例，對本實用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋 本實用新型，并不用于限定本實用新型。實施例1以啤酒生產(chǎn)為例，進(jìn)行指標(biāo)的檢測和控制，如圖1所示假設(shè)發(fā)酵罐1的容量為120m3，糖溶液體積100 m3，濃度10%，糖溶液中溶質(zhì)總量 為10 (不帶單位)由于酵母所占比例很小，忽略不計。工況下標(biāo)定首先開啟本裝置。1、打開排氣總閥5、排空閥6、，關(guān)閉回收閥7，糖化醪和酵母進(jìn)入發(fā)酵罐1，發(fā)酵罐1內(nèi)氣體從1頂部排氣管2，流經(jīng)氣體流量計3，從排空閥7排出，氣體流量計3將瞬時及累 積流量以電信號形式傳至顯示控制儀4顯示出來。當(dāng)顯示控制儀4顯示累計流量彡100 m3,表明發(fā)酵已經(jīng)開始，當(dāng)顯示累計流量 ^ 120 m3時，表明罐內(nèi)空氣已排盡，排放的氣體中CO2含量純度很高，可以開始回收。若將 累計流量減去發(fā)酵罐容量(即120m3)即為CO2產(chǎn)量。2、發(fā)酵開始16h，顯示控制儀4累計流量215 m3，取樣實測濃度8. 6%、酒精含量 0. 42%、發(fā)酵度14%。據(jù)此調(diào)節(jié)顯示控制儀4上流量0點鈕10，將流經(jīng)氣體流量計3累計流 量215 m3輸出信號設(shè)定為4mA ；調(diào)節(jié)顯示控制儀4上被測指標(biāo)0點鈕12，將顯示控制儀4 的濃度零點設(shè)定為8. 6%，酒精含量零點設(shè)定為0. 42%，發(fā)酵度零點設(shè)定為14%。主發(fā)酵結(jié)束時，顯示控制儀4累計流量1650 m3，取樣實測濃度2. 8%、酒精含量 3. 23%、發(fā)酵度72%。據(jù)此調(diào)節(jié)顯示控制儀4上的流量量程調(diào)節(jié)鈕11，將氣體流量計3累計 流量1650 m3輸出信號設(shè)定為20mA ；調(diào)節(jié)顯示控制儀4上被測指標(biāo)量程調(diào)節(jié)鈕13，將顯示 控制儀4的濃度量程設(shè)定為2. 8%，將酒精含量量程設(shè)定為3. 23%，發(fā)酵度量程設(shè)定為72%。3、降糖速度標(biāo)定(1650 m3-215 m3) + (8. 6%-2. 8%) =247 m3/l%表示濃度每降1%的產(chǎn)氣量為M7 m3。據(jù)此調(diào)節(jié)顯示控制儀4上流量0點鈕10，將 氣體流量計3瞬時流量0 m3/h信號輸出設(shè)為4mA，調(diào)節(jié)被測指標(biāo)0點鈕12，將顯示控制儀4 降糖速度零點設(shè)為0%/h ；調(diào)節(jié)流量量程調(diào)節(jié)鈕11，將氣體流量計3瞬時流量對7 m3/h信號 輸出設(shè)為20mA，調(diào)節(jié)被測指標(biāo)量程調(diào)節(jié)鈕13，將4降糖速度量程設(shè)為1%/h。標(biāo)定完成，主發(fā) 酵結(jié)束，手動歸零。4、記下標(biāo)定時幾個關(guān)鍵數(shù)據(jù)4mA對應(yīng)累計流量215 m3、濃度8. 6%、酒精含量 0. 42%、發(fā)酵度14%、降糖量1. 532 (計算);20mA對應(yīng)累計流量1650 m3、濃度2. 8%、酒精含量 3. 23%、發(fā)酵度72%、降糖量7. 407 (計算)。實施例2標(biāo)定完成后的實際運用1、若糖溶液量和濃度與標(biāo)定時接近，只須開啟本實用新型所述裝置，各項數(shù)據(jù)從 顯示控制儀4讀取，主發(fā)酵結(jié)束，手動歸零。2、實際生產(chǎn)中，糖溶液量和濃度與標(biāo)定時差別大時，為解決此差別所造成的檢測 誤差，本裝置采用如下方法解決仍以啤酒為例，發(fā)酵罐1的容量120m3，糖溶液體積110 m3, 濃度9. 8%，糖溶液中溶質(zhì)總量10. 78。(1)將4mA對應(yīng)累計流量調(diào)為225 m3，20mA對應(yīng)累計流量調(diào)為1660 m3 (糖溶液體 積比標(biāo)定時多10 m3)(2)用(10. 78-1. 532) + (110-1. 532) =8. 53%，將 8. 53% 設(shè)定為濃度 0 點。(3)用(10. 78-7. 407) + (110-7. 407) =3. 29%,將 3. 29% 設(shè)定為濃度量程。(4)用 0. 42%X 100 + 110=0. 38%，將 0. 38% 設(shè)定為酒精含量 0 點。(5)用 3. 23%X 100 +110=2. 94%，將 2. 94% 設(shè)定為酒精含量量程。(6)用(9. 8%-8. 53%) +9. 8%=12· 96%,將 12. 96% 設(shè)定為發(fā)酵度 0 點。(7)用(9. 8%-3. 29%) +9. 8%=66. 42%,將 66. 42% 設(shè)定為發(fā)酵度量程。(8)將氣體流量計3瞬時流量0 m3/h信號輸出設(shè)定為4mA，降糖速度0點設(shè)定為0%/ho(9)用(1660 m3_225 m3) + (8. 53%-3. 29%) =269. 23 m3/l%，將氣體流量計 3 瞬時 流量沈9. 23 m3/h信號輸出設(shè)定為20mA，將降糖速度量程設(shè)定為1%/h。3、各項數(shù)據(jù)從顯示控制儀4讀取，主發(fā)酵結(jié)束，手動歸零。綜上所述，本實用新型簡化了大罐發(fā)酵在線檢測控制操作，可以對啤酒、酒精等生 產(chǎn)發(fā)酵過程的各項工藝指標(biāo)實現(xiàn)連續(xù)在線檢測和控制，檢測控制不用取樣，不與發(fā)酵液接 觸，無污染，各項工藝指標(biāo)都以標(biāo)準(zhǔn)Γ20πιΑ信號輸出，數(shù)字顯示，能與其它系統(tǒng)相聯(lián)，可以 遠(yuǎn)程操作控制。
權(quán)利要求1.一種大罐發(fā)酵在線檢測控制裝置，包括發(fā)酵罐、發(fā)酵罐頂部的排氣管、與排氣管相連 的排空管和回收管，排氣管排空管和回收管上均具有閥門，其特征在于排氣管上安裝有氣 體流量計，氣體流量計與智能型數(shù)字顯示控制儀連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大罐發(fā)酵在線檢測控制裝置，其特征在于所述智能型數(shù)字 顯示控制儀具有流量0點鈕、流量量程調(diào)節(jié)鈕、被測指標(biāo)0點鈕、被測指標(biāo)量程調(diào)節(jié)鈕。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的大罐發(fā)酵在線檢測控制裝置，其特征在于所述智能型 數(shù)字顯示控制儀的顯示面板上具有發(fā)酵指標(biāo)的顯示窗口。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的大罐發(fā)酵在線檢測控制裝置，其特征在于所述發(fā)酵指標(biāo)包 括氣體累積流量、降糖速度、發(fā)酵液濃度、酒精含量、發(fā)酵度以及氣體瞬時流量。
專利摘要本實用新型公開了一種大罐發(fā)酵在線檢測控制裝置，是利用發(fā)酵液生化反應(yīng)中各物質(zhì)之間的對應(yīng)關(guān)系，并通過排氣流量信號轉(zhuǎn)換實現(xiàn)的。通過在發(fā)酵罐排氣管上安裝氣體流量計并進(jìn)一步連接智能型數(shù)字顯示控制儀，進(jìn)行對排放的CO2的檢測，進(jìn)而對啤酒、酒精等大罐發(fā)酵生產(chǎn)過程的各項工藝指標(biāo)實施連續(xù)在線檢測和控制，檢測控制不用取樣，不與發(fā)酵液接觸，無污染，各項工藝指標(biāo)都以標(biāo)準(zhǔn)4~20mA信號輸出，數(shù)字顯示，能與DCS、報警及自控系統(tǒng)相聯(lián)，可遠(yuǎn)程監(jiān)控。本實用新型不僅能用于啤酒、酒精發(fā)酵，還能用于生物制藥、乳酸、醋酸等發(fā)酵，具有廣闊的市場前景。
文檔編號C12M1/34GK201850275SQ201020557200

公開日2011年6月1日 申請日期2010年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月12日
發(fā)明者丁勇 申請人:丁勇