該發(fā)酵罐控制系統主要通過(guò)控制熱和生化參數來(lái)達到控制整個(gè)發(fā)酵罐的工藝參數的目的。發(fā)酵罐市場(chǎng)控制系統已大致經(jīng)歷了設備控制，設備+ PLC控制（初始邏輯控制），PLC控制和DCS（分布式）控制組件的開(kāi)發(fā)過(guò)程。整個(gè)發(fā)酵罐的過(guò)程控制可分為模擬控制，開(kāi)關(guān)控制和各種參數的相關(guān)控制。發(fā)酵罐的控制參數可分為溫度，壓力，流速，攪拌速度，液位，pH值，DO值（溶解氧），排氣中的O2和排氣中的CO2、菌絲體密度和CIP電導率。

發(fā)酵罐市場(chǎng)從碳鋼生產(chǎn)轉變?yōu)椴讳P鋼生產(chǎn)。但是，大多數一次性發(fā)酵罐使用磁力攪拌，而某些零件則使用一次性設備。通風(fēng)管從頂部橫向移動(dòng)，一次性袋固定在容器中。除了中間和外側，其他控制組件的格式與以前相同。除了從下面的計算機收集和顯示所有數據之外，

發(fā)酵控制的DCS系統還可以修改和控制參數對象。早期的發(fā)酵罐控制系統使用數據收集器單獨收集模擬信號，在模塊中將其從模擬轉換為數字，然后通過(guò)計算機的232接口與主機進(jìn)行通信。后來(lái)的發(fā)酵罐控制系統使用PLC與主機進(jìn)行通信，某些控制器也使用SCADA系統。 SCADA系統監視和控制現場(chǎng)的操作設備，以進(jìn)行數據采集，設備控制，測量，參數調整和實(shí)現。各種信號警報和其他功能。此外，PLC和通用監控軟件MCGS組態(tài)軟件被應用于發(fā)酵生物反應器控制系統。這使您可以實(shí)時(shí)監視場(chǎng)景的環(huán)境參數和每個(gè)運行組件的控制狀態(tài)，從而滿(mǎn)足不同的過(guò)程要求并顯著(zhù)改善系統?？煽啃院挽`活性。

發(fā)酵罐過(guò)程參數控制點(diǎn)

罐溫度控制

1、參數影響罐溫度是發(fā)酵過(guò)程中酶促反應的速率以及與細菌生長(cháng)和抗生素相關(guān)的培養液中的氧氣影響合成的溶解度與溶解氧密切相關(guān)。

a、儲罐溫度控制儲罐溫度控制主要包括加熱和冷卻控制。其中，加熱能力是通過(guò)該過(guò)程計算的，冷卻能力是指加熱或滅菌后的指定冷卻時(shí)間所需的冷卻能力。儲罐溫度控制器由加熱器和冷卻水電磁閥組成，當發(fā)酵罐中的溫度降至某個(gè)設定值（或更高）以下時(shí)，加熱器（或冷卻水電磁閥）會(huì )自動(dòng)打開(kāi)，控制發(fā)酵罐溫度的目的。

通過(guò)在指定的冷卻時(shí)間內計算出所需的冷卻量來(lái)獲得冷卻能力，并且通過(guò)在指定的加熱時(shí)間內計算出所需的熱量來(lái)獲得加熱能力。焓值和熱交換率的計算給出了熱交換面積，即發(fā)酵罐夾套或盤(pán)管的面積。通過(guò)計算管道的長(cháng)度，介質(zhì)壓力和壓降，可以確定熱交換管的直徑，然后確定控制閥的直徑?？刂崎y的直徑是培養溫度受控變化的關(guān)鍵參數。在將培養溫度的控制變動(dòng)量作為參數計算時(shí)，通?？梢詫㈤_(kāi)度60％至80％設置為穩定值，如果需要考慮滅菌溫度的上升時(shí)間，則降低該值。培養溫度控制中的波動(dòng)量增加。

對于帶有熱套和冷套的溫度控制系統，給定上述過(guò)程參數的計算值，參數控制相對準確，可以通過(guò)飛行曲線(xiàn)計算或經(jīng)驗方法獲得過(guò)程參數。我會(huì )?？紤]培養和滅菌的水箱溫度控制采用PID自動(dòng)控制，培養溫度的波動(dòng)控制范圍為±0.1°C。其中，微分運行可以提高動(dòng)態(tài)響應速度，積分運行可以有效消除靜誤差，使環(huán)境溫度不影響罐體的溫度控制。當然，換熱套的設計應盡可能薄，以減少由于溫度延遲而引起的變化。

b、發(fā)酵設備必須根據滅菌控制過(guò)程和GMP要求進(jìn)行清潔，消毒或滅菌。發(fā)酵罐中常用的滅菌方法是濕熱滅菌。為了控制滅菌溫度，在先進(jìn)的發(fā)酵罐管道中通常使用疏水閥代替傳統的疏水閥，但是滅菌系統，蒸汽管道和閥門(mén)直徑設計有特殊要求。在設計滅菌程序時(shí)，蒸煮和排干時(shí)間間隔必須匹配。打開(kāi)排水隔膜閥時(shí)，罐體內的壓力變化很小，冷凝水得以有效排出，在此過(guò)程中不會(huì )出現冷點(diǎn)。在滅菌溫度控制中，考慮到加熱曲線(xiàn)的溫度波動(dòng)周期，并且為了滿(mǎn)足濕熱滅菌的F0值要求，將其設置為達到設定溫度1分鐘，然后正式計時(shí)。

a、壓力控制

a1、參數功能在發(fā)酵罐中保持正壓不僅可以防止罐壓力為零時(shí)污染細菌，還可以防止培養液中的氧氣含量。它可以增加溶解度，并且有利于細菌的生長(cháng)和合成。

a2、壓力控制在發(fā)酵過(guò)程中，發(fā)酵罐主體和管道需要特定的壓力控制。在發(fā)酵期間，罐中的壓力可以保持恒定。但是，在滅菌和冷卻過(guò)程中，需要一定量的空氣來(lái)保持壓力，因為這樣可以避免從環(huán)境中吸入臟空氣而產(chǎn)生負壓，這會(huì )導致水箱收縮。其中，冷卻過(guò)程中壓力的影響是不受控制的參數，此時(shí)的壓力由進(jìn)氣門(mén)控制。

b、氣流，攪拌速度控制

b1參數功能氣流功能：空氣是有氧細菌的重要氧氣來(lái)源。攪拌速度的影響：增加攪拌速度可以增加氧氣的溶解速度。

b2控制氣流和攪拌速度在發(fā)酵過(guò)程中，發(fā)酵罐中的壓力通?？梢员３趾愣?，其中有兩個(gè)因素限制了溶解氧的濃度：氣流和攪拌速度。

b3 DO值校準發(fā)酵液的DO值校準非常重要，因為它直接影響微生物的酶活性，代謝途徑和產(chǎn)品產(chǎn)量。在滅菌和加熱過(guò)程中，當溫度達到120°C時(shí)，DO電極零點(diǎn)校準值就是溶解氧校準零點(diǎn)值。通過(guò)使用初始發(fā)酵溫度中的溶解氧作為溶解氧，通過(guò)校準攪拌速度，空氣流速和罐壓力來(lái)執行DO電極99.99％滿(mǎn)刻度校準。

c、pH控制

c1參數影響發(fā)酵液的pH值全面反映了發(fā)酵過(guò)程中各種生化反應的酸度和堿度。

c2控制pH值有兩種類(lèi)型的pH值補充形式：添加流量和滴注。除計量系統外，這些控制系統對儲罐之間的壓力差（包括由于液位引起的壓力變化）高度敏感。計量系統還對液位變化敏感，因此取決于儲罐尺寸和直徑與高度之比。綜合使用注意事項。當前，pH控制器由酸蠕動(dòng)泵和堿蠕動(dòng)泵組成。如果pH值高于設定值，系統將自動(dòng)啟動(dòng)酸蠕動(dòng)泵，并以與設定值成比例的時(shí)間比例向發(fā)酵罐提供酸性溶液；如果pH值低于設定值，則為堿性蠕動(dòng)泵調整將開(kāi)始。

d、其他參數排氣O2和排氣CO2是確定微生物恢復和呼氣狀態(tài)的指標，通常根據氧氣供應條件（如攪拌速率）進(jìn)行控制。電導率是控制CIP清潔溶液濃度的指標，并且是清潔后殘留的NaOH指標。兩者都有延遲判斷，以確保所有回路濃度z終都能達到其清潔效果。