[发明专利]双温双控组合发酵系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于生物工程的具有温度控制功能的发酵罐组合系统。

背景技术

在生物工程，特别是发酵工程及其研究、试验中，发酵罐是所需的主要设备，而发酵罐又经常需要对温度进行控制。虽然在多数情况下，之类发酵罐的温度可允许有一定范围波动，但超过一定限度就会破坏正常发酵所需生化条件，导致发酵速度降低甚至发酵过程终止而工艺失败。另外，有些发酵过程需要对温度上、下限分别进行控制，或者对同一种物料同时施以不同温度，这时，现行的发酵工艺或发酵罐系统就不再适用。特别是在一些实验研究中，合适的发酵温度不一定已知，这就需要进行实验摸索，这就需要一种可以高效支持这类发酵温度摸索的设备。这种设备应该使得发酵罐内温度在较宽的范围可调节，在高温临界点及时降温，并能在多给定值下保持稳定，这对于具有单向(温度升高方向)性特点的温度控制而言，是个难以通过的瓶颈。另外，固态基质上微生物的发酵涉及控温、传质、空气等多个方面，由于基质的不可动性，在常规的发酵罐中，给实际操作带来许多困难，尤其是难于实现连续发酵中产物的分离。为了解决这一问题，可以设计组合发酵系统，借助发酵体系中溶液的流动使固定生物体系中的温度、传质和通气得到控制，并可连续补料、和实现产物的在线分离。这就需要研发一种多温度多路控制的组合发酵系统。

发明内容

为解决发酵罐内温度在较宽的范围可调节，并能在多给定值下保持稳定的需求，本发明提供一种双温双控组合发酵系统。系统总体由高温罐、低温罐、进流管、回流管和循环泵组成。高温罐与低温罐通过进流管、回流管和循环泵连接贯通，构成液料循环均流、均温系统。进流管在高温罐的上部右侧与低温罐的上部左侧连通两罐；回流管和循环泵在高温罐的下部左侧与低温罐的下部右侧连通两罐；回流管与循环泵贯通。高温温度显示屏安装于高温罐的上部前侧；高温温度设置钮安装于高温罐的上部前侧，高温温度显示屏的下侧。低温温度显示屏安装于低温罐的上部前侧；低温温度设置钮安装于低温罐的上部前侧，低温温度显示屏的下侧。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

双温双控组合发酵系统总体由高温罐、低温罐、进流管、回流管和循环泵组成。高温罐与低温罐通过进流管、回流管和循环泵连接贯通，构成液料循环均流、均温系统。进流管在高温罐的上部右侧与低温罐的上部左侧连通两罐；回流管和循环泵在高温罐的下部左侧与低温罐的下部右侧连通两罐；回流管与循环泵贯通。高温温度显示屏安装于高温罐的上部前侧；高温温度设置钮安装于高温罐的上部前侧，高温温度显示屏的下侧。低温温度显示屏安装于低温罐的上部前侧；低温温度设置钮安装于低温罐的上部前侧，低温温度显示屏的下侧。

双温双控组合发酵系统的温度控制系统由高温罐温度比较环节、高温罐温度偏差放大环节AM1、高温罐控制执行环节EX1、高温罐滞后环节LA1、低温罐温度比较环节、低温罐温度偏差放大环节AM2、循环泵执行环节EX2和低温罐滞后环节LA2构成。

高温温度给定信号t_r1与反馈的高温罐温度信号t_o1在高温罐温度比较环节比较，产生高温温度偏差信号Δt₁；高温温度偏差信号Δt₁经为高温罐温度偏差放大环节AM1放大，形成高温温度控制信号u_t1；高温温度控制信号u_t1经高温罐控制执行环节EX1放大、驱动、执行，形成高温罐温度加热信号t；由于高温罐内的热容效应和均温作用所形成的高温罐滞后环节LA1，在循环泵流量信号q均温效应下，高温罐温度加热信号t在该环节形成高温罐温度信号t_o1输出。

低温温度给定信号t_r2与反馈的低温罐温度信号t_o2在低温罐温度比较环节比较，产生低温温度偏差信号Δt₂；低温温度偏差信号Δt₂经低温罐温度偏差放大环节AM2放大，形成低温温度控制信号u_t2；低温温度控制信号u_t2经循环泵执行环节EX2放大、驱动、执行，形成循环泵流量信号q；循环泵流量信号q在对高温罐降温、均温的同时，对低温罐升温、均温，即以循环泵流量信号q将高温罐温度信号t_o1送入低温罐，由于低温罐内的热容效应和均温作用所形成的低温罐滞后环节LA2，循环泵流量信号q所承载的高温罐温度信号t_o1在低温罐内形成低温罐温度信号t_o2输出。