一种气体发酵菌体浓度的控制系统的制作方法

1.本技术涉及发酵控制技术领域，尤其涉及一种气体发酵菌体浓度的控制系统。


背景技术：

2.随着气体发酵工艺的持续发展，其缺点也十分明显，由于气体发酵工艺为连续发酵工艺，发酵过程中菌体消耗碳源等营养物质，持续的产出代谢产物，并实现菌体的持续分裂增殖，因此在发酵过程中需要控制发酵菌体浓度处于稳定状态，并且同时连续的排出代谢产物，从而才能维持菌体的持续分裂增殖。
3.传统的控制菌体浓度的方法是通过膜系统进行菌体循环，但是膜系统运行阶段的能耗较高，同时菌体在膜面高速流动也溶液造成菌体磨损，影响菌体活性和发酵性能，因此如何在低能耗的情况下有效的控制菌体的浓度稳定，是目前亟需解决的技术问题。


技术实现要素：

4.本技术提供了一种气体发酵菌体浓度的控制系统，以解决现有技术在低能耗的条件下难以有效的控制菌体的浓度稳定的技术问题。
5.第一方面，本技术提供了一种气体发酵菌体浓度的控制系统，对发酵罐中的菌体浓度进行控制，所述控制系统包括：
6.离心部，所述离心部的进料口连通所述发酵罐的出料口，所述离心部设有第一出料口和第二出料口，用以将发酵菌液分成离心浓相和离心清相；
7.去向收集部，所述去向收集部包括离心浓相去向收集装置和离心清相去向收集装置，所述离心浓相去向收集装置的进料口连通所述离心部的第一出料口，所述离心清相去向收集装置的进料口连通所述离心部的第二出料口；
8.流通部，所述流通部包括第一流通装置和第二流通装置，所述第一流通装置的进料口连通所述离心部的第一出料口，所述第一流通装置设有第一出料口和第二出料口，所述第一流通装置的第一出料口连通所述发酵罐的进料口，所述第一流通装置的第二出料口连通所述离心浓相去向收集装置的进料口；所述第二流通装置的进料口连通所述离心部的第二出料口，所述第二流通装置的出料口连通所述离心清相去向收集装置的进料口；
9.分配控制部，所述分配控制部包括第一流量传感器、第二流量传感器、第三流量传感器和控制器，所述第一流量传感器设置在所述离心部的进料口内，所述第二流量传感器设置在所述离心浓相去向收集装置的进料口，所述第三流量传感器连通所述离心清相去向收集装置的进料口；
10.所述控制器分别通过电信号连接所述第一流通装置、所述第二流通装置、所述第一流量传感器、所述第二流量传感器和所述第三流量传感器。
11.可选的，所述发酵罐设有第一出料口和第二出料口，所述发酵罐的第一出料口连通所述离心部，所述流通部还包括第三流通装置，所述离心浓相去向收集装置包括第一进料口和第二进料口，所述离心浓相去向收集装置的第一进料口连通所述离心部的第一出料
口，所述离心浓相去向收集装置的第二进料口连通所述第三流通装置的出料口，所述第三流通装置的进料口连通所述发酵罐的第二出料口。
12.可选的，所述第三流通装置通过电信号连接所述控制器。
13.可选的，所述第一流通装置、所述第二流通装置和所述第三流通装置内都设有流量调节阀，所述第一流通装置的流量调节阀、所述第二流通装置的流量调节阀和所述第三流通装置的流量调节阀都通过电信号连接所述控制器。
14.可选的，所述离心浓相去向收集装置包括离心浓相去向收集罐、第一缓冲罐和第一泵送装置，所述第一缓冲罐设有第一进料口和第二进料口，所述第一缓冲罐的第一进料口连通所述离心部的第一出料口，所述第一缓冲罐的第二进料口连通所述第三流通装置的出料口，所述第一缓冲罐的出料口连通所述第一泵送装置的进料口，所述第一泵送装置的进料口连通所述离心浓相去向收集罐。
15.可选的，所述离心清相去向收集装置包括离心清相去向收集罐、第二缓冲罐和第二泵送装置，所述第二缓冲罐的进料口连通所述离心部的第二出料口，所述第二缓冲罐的出料口连通所述第二泵送装置的进料口，所述第二泵送装置的进料口连通所述离心清相去向收集罐。
16.可选的，所述分配控制部还包括第一浓度传感器、第二浓度传感器和第三浓度传感器，所述第一浓度传感器设置在所述离心部的进料口内，所述第二浓度传感器设置在所述离心浓相去向收集装置的进料口，所述第三浓度传感器连通所述离心清相去向收集装置的进料口。
17.可选的，所述第一浓度传感器设置在所述第一流量传感器的上游，所述第二浓度传感器设置在所述第二流量传感器的上游，所述第三浓度传感器设置在所述第三流量传感器的上游。
18.可选的，所述离心部包括离心机和气液分离装置，所述气液分离装置的进料口连通所述发酵罐的第一出料口，所述气液分离装置的出料口连通所述离心机的进料口，所述离心机设有所述离心部的第一出料口和第二出料口。
19.可选的，所述发酵罐的进料口设有进料单元，所述进料单元包括气体进料罐、营养物质进料罐和进料管道，所述进料管道设有第一进料口和第二进料口，所述气体进料罐的出料口连通所述进料管道的第一进料口，所述营养物质进料罐的出料口连通所述进料管道的第二进料口，所述进料管道的出料口连通所述发酵罐的进料口。
20.本技术实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：
21.本技术实施例提供的一种气体发酵菌体浓度的控制系统，实现气体发酵过程中低能耗的维持菌体浓度的稳定，与现有技术中采用膜系统进行循环相比，菌体浓度能够充分稳定在固定的范围内同时能保证整体系统在较低能耗条件下运行，通过离心部对发酵后的菌液进行高速离心，可以得到离心浓相和离心清相，而离心浓相通过第一流通装置和第二流通装置之间的调整，可以全部返回至发酵罐或部分进入离心浓相去向罐中被收集，而离心清相直接进入离心清相去向罐中被收集，再通过第一流量传感器、第二流量传感器、第三流量传感器分别对离心机的进料流量、离心浓相的排出流量和离心清相的排出流量进行控制，从而能保证发酵罐内进出物料的平衡，使发酵罐内菌体浓度维持在稳定水平，从而能有效的维持菌体浓度。
附图说明
22.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
23.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
24.图1为本技术实施例提供的控制系统的结构示意图；
25.图2为本技术实施例提供的控制系统的详细结构示意图；
26.其中，1-发酵罐，2-离心部，21-离心机，22-气液分离装置，3-去向收集部，31-离心浓相去向收集装置，311-离心浓相去向收集罐，312-第一缓冲罐，313-第一泵送装置，32-离心清相去向收集装置，321-离心清相去向收集罐，322-第二缓冲罐，323-第二泵送装置，4-流通部，41
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第一流通装置，42-第二流通装置，43-第三流通装置，44-调节阀，5-分配控制部，51-控制器， 52-第一流量传感器，53-第二流量传感器，54-第三流量传感器，55-第一浓度传感器，56-第二浓度传感器，57-第三浓度传感器，6-进料单元，61-气体进料罐，62-营养物质进料罐，63-进料管道。
具体实施方式
27.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
28.需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
29.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体，可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
30.另外，若本实用新型实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“a和/或b”为例，包括a方案、或b方案、或a和b同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。
31.在本技术一个实施例中，如图1所示，提供一种气体发酵菌体浓度的控制系统，对发酵罐1中的菌体浓度进行控制，所述控制系统包括：
32.离心部2，所述离心部2的进料口连通所述发酵罐1的出料口，所述离心部2设有第一出料口和第二出料口，用以将发酵菌液分成离心浓相和离心清相；
33.去向收集部3，所述去向收集部3包括离心浓相去向收集装置31和离心清相去向收集装置32，所述离心浓相去向收集装置31的进料口连通所述离心部2的第一出料口，所述离心清相去向收集装置32的进料口连通所述离心部2的第二出料口；
34.流通部4，所述流通部4包括第一流通装置41和第二流通装置42，所述第一流通装置41的进料口连通所述离心部2的第一出料口，所述第一流通装置41设有第一出料口和第二出料口，所述第一流通装置41的第一出料口连通所述发酵罐1的进料口，所述第一流通装置41的第二出料口连通所述离心浓相去向收集装置31的进料口；所述第二流通装置42的进料口连通所述离心部2的第二出料口，所述第二流通装置42的出料口连通所述离心清相去向收集装置32的进料口；
35.分配控制部5，所述分配控制部5包括第一流量传感器52、第二流量传感器53、第三流量传感器54和控制器51，所述第一流量传感器52设置在所述离心部2的进料口内，所述第二流量传感器53 设置在所述离心浓相去向收集装置31的进料口，所述第三流量传感器54连通所述离心清相去向收集装置32的进料口；
36.所述控制器51分别通过电信号连接所述第一流通装置41、所述第二流通装置42、所述第一流量传感器52、所述第二流量传感器53和所述第三流量传感器54。
37.在一些可选的实施方式中，所述发酵罐1设有第一出料口和第二出料口，所述发酵罐1的第一出料口连通所述离心部2，所述流通部4还包括第三流通装置43，所述离心浓相去向收集装置31包括第一进料口和第二进料口，所述离心浓相去向收集装置31的第一进料口连通所述离心部2的第一出料口，所述离心浓相去向收集装置31的第二进料口连通所述第三流通装置43的出料口，所述第三流通装置43的进料口连通所述发酵罐1的第二出料口。
38.本技术实施例中，通过采用第三流通装置43连通离心浓相去向收集装置31和发酵罐1的出口，能进一步的保证发酵含菌醪液排出发酵罐1，从而进一步防止发酵过程中含菌醪液增加了菌体浓度，进而避免含菌醪液影响发酵菌体浓度的稳定。
39.在一些可选的实施方式中，所述第三流通装置43通过电信号连接所述控制器51。
40.本技术实施例中，第三流通装置43通过电信号连接控制器51的积极效果是通过控制器51对第三流通装置43进行控制，可有效的保证对含菌醪液排出量的控制，从而进一步保证菌体浓度的稳定。
41.在一些可选的实施方式中，所述第一流通装置41、所述第二流通装置42和所述第三流通装置 43内都设有流量调节阀44，所述第一流通装置41的流量调节阀44、所述第二流通装置42的流量调节阀44和所述第三流通装置43的流量调节阀44都通过电信号连接所述控制器51。
42.本技术实施例中，通过限定各流通装置内设有调节阀44，能有效的保证对离心机21进料流量、离心浓相去向收集装置31的进料流量和离心清相去向收集装置32的进料流量进行控制，从而能保证进出发酵罐1的物料平衡以及稳定，从而保证菌体浓度的稳定。
43.在一些可选的实施方式中，所述离心浓相去向收集装置31包括离心浓相去向收集罐311、第一缓冲罐312和第一泵送装置313，所述第一缓冲罐312设有第一进料口和第二进料口，所述第一缓冲罐312的第一进料口连通所述离心部2的第一出料口，所述第一缓冲罐
312的第二进料口连通所述第三流通装置43的出料口，所述第一缓冲罐312的出料口连通所述第一泵送装置313的进料口，所述第一泵送装置313的进料口连通所述离心清相去向收集罐321。
44.本技术实施例中，通过细化离心浓相去向收集装置31的具体组成，利用第一缓冲罐312缓冲进入的物料，再通过第一泵送装置313将缓冲的物料输送到离心浓相去向收集罐311中，从而保证离心浓相的收集，进而保证菌体浓度的稳定。
45.在一些可选的实施方式中，所述离心清相去向收集装置32包括离心清相去向收集罐321、第二缓冲罐322和第二泵送装置323，所述第二缓冲罐322的进料口连通所述离心部2的第二出料口，所述第二缓冲罐322的出料口连通所述第二泵送装置323的进料口，所述第二泵送装置323的进料口连通所述离心浓相去向收集罐311。
46.本技术实施例中，通过细化离心清相去向收集装置32的具体组成，利用第二缓冲罐322缓冲进入的物料，再通过第二泵送装置323将缓冲的物料输送到离心清相去向收集罐321中，从而保证离心清相的收集，进而保证菌体浓度的稳定。
47.在一些可选的实施方式中，所述分配控制部5还包括第一浓度传感器55、第二浓度传感器56 和第三浓度传感器57，所述第一浓度传感器55设置在所述离心部2的进料口内，所述第二浓度传感器56设置在所述离心浓相去向收集装置31的进料口，所述第三浓度传感器57连通所述离心清相去向收集装置32的进料口。
48.本技术实施例中，通过设置第一浓度传感器55、第二浓度传感器56和第三浓度传感器57，利用浓度传感器和流量传感器进行协同，进一步的对离心机21进料流量、离心浓相去向收集罐311 的进料流量和离心清相去向收集罐321的进料流量进行控制，从而平衡发酵罐1的进出物料，进而保证菌体浓度的稳定。
49.在一些可选的实施方式中，所述第一浓度传感器55设置在所述第一流量传感器52的上游，所述第二浓度传感器56设置在所述第二流量传感器53的上游，所述第三浓度传感器57设置在所述第三流量传感器54的上游。
50.本技术实施例中，通过限定浓度传感器和流量传感器的位置关系，能充分保证浓度和流量之间的控制效果，从而能保证菌体的整体流量和浓度的稳定，进而保证发酵罐1的进出料平衡，从而保证菌体浓度的稳定。
51.在一些可选的实施方式中，所述离心部2包括离心机21和气液分离装置22，所述气液分离装置22的进料口连通所述发酵罐1的第一出料口，所述气液分离装置22的出料口连通所述离心机21 的进料口，所述离心机21设有所述离心部2的第一出料口和第二出料口。
52.本技术实施例中，通过在离心机21的进料口前设置分离装置，能有效的保证将发酵罐1中排出液体中的气体分离出，从而保证整体溶液体积准确，从而方便后续菌体浓度的稳定。
53.在一些可选的实施方式中，所述发酵罐1的进料口设有进料单元6，所述进料单元6包括气体进料罐61、营养物质进料罐62和进料管道63，所述进料管道63设有第一进料口和第二进料口，所述气体进料罐61的出料口连通所述进料管道63的第一进料口，所述营养物质进料罐62的出料口连通所述进料管道63的第二进料口，所述进料管道63的出料口连通所述发酵罐1的进料口。
54.本技术实施例中，通过限定进料单元6的具体结构，能保证进入发酵罐1内的气体
和营养物质能够在合适的配比内，从而保证发酵罐1中的菌体充分发酵，进而保证发酵浓度的稳定。
55.本技术的一个具体工作流程是气体发酵过程中，气体进料罐61、营养物质进料罐62分别通过进料管道63连续的向发酵罐1供应33m3/h的营养液及含co气体，在发酵罐1中每小时菌体产率 300kg/h，控制发酵罐1菌体浓相稳定在15g/l，发酵罐1每小时分别通过第一流通装置41、第二流通装置42和第三流通装置43中的调节阀44控制，同时在第一浓度传感器55和第一流量传感器52的控制下，先经过气液分离装置22将多余的co气体分离出，再连续的向离心机21排出含菌发酵醪液22m3/h，经过离心机21高速离心浓缩，在第三浓度传感器57和第三流量传感器54的收集和控制器51的控制下，控制离心清相流量18m3/h和离心清相菌体浓度0.55g/l，随后外排至离心清相去向装置；当在第二浓度传感其和第二流量传感器53的检测下，若离心浓相菌体浓度达到80g/l和离心浓相菌体的流量4m3/h，则离心浓相中通过第一流通装置41控制外排1m3/h至离心浓相去向罐，剩余3m3/h离心浓相循环返回发酵罐1中，同时发酵罐1通过第三流通装置43连续排出14m3/h的发酵醪液至离心浓相去向罐，整个过程实现保持发酵罐1系统的水量及菌体量平衡。
56.本技术实施例提供的一种气体发酵菌体浓度的控制系统，实现气体发酵过程中低能耗的维持菌体浓度的稳定，与现有技术中采用膜系统进行循环相比，菌体浓度能够充分稳定在固定的范围内同时能保证整体系统在较低能耗条件下运行，通过离心部2对发酵后的菌液进行高速离心，可以得到离心浓相和离心清相，而离心浓相通过第一流通装置41和第二流通装置42之间的调整，可以全部返回至发酵罐1或部分进入离心浓相去向罐中被收集，而离心清相直接进入离心清相去向罐中被收集，再通过第一流量传感器52、第二流量传感器53、第三流量传感器54分别对离心机21 的进料流量、离心浓相的排出流量和离心清相的排出流量进行控制，从而能保证发酵罐1内进出物料的平衡，使发酵罐1内菌体浓度维持在稳定水平，从而能有效的维持菌体浓度。
57.需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
58.在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
59.以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。