味精自動(dòng)化生產(chǎn)中的在線檢測技術(shù)研究

李海軍

摘 要：味精生產(chǎn)是微生物發(fā)酵的復(fù)雜系統(tǒng)，在味精自動(dòng)化生產(chǎn)中，在線檢測技術(shù)起著舉足輕重的作用。本文針對(duì)其中兩個(gè)重點(diǎn)關(guān)注的指標(biāo)PH和溶氧的檢測進(jìn)行了研究。

關(guān)鍵詞：PH；溶氧；自動(dòng)化

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.24.044

1 PH在線測量與控制

在味精發(fā)酵生產(chǎn)自動(dòng)化的過程中，涉及到很多的數(shù)據(jù)參數(shù)，對(duì)于這些數(shù)據(jù)參數(shù)的在線檢測有著重要的意義，而PH就是其中較為重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。

1.1 PH的測量

在味精生產(chǎn)過程中PH值的測量與控制具有重要意義，實(shí)時(shí)測量與監(jiān)控培養(yǎng)液中的PH是提高轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)物生產(chǎn)率的關(guān)鍵。為防止細(xì)菌污染，傳統(tǒng)的PH儀表檢測需要對(duì)其檢測電極進(jìn)行反復(fù)高溫消毒，這極大的增加了味精生產(chǎn)的工作量。因此，對(duì)于PH的在線檢測就顯現(xiàn)出了巨大的優(yōu)勢。首先在味精發(fā)酵工藝上，不同的生產(chǎn)環(huán)節(jié)對(duì)于PH的要求各不相同。在線檢測能夠及時(shí)有效的收集PH值的變化情況，為具體生產(chǎn)提供指導(dǎo)。

1.2 PH的安裝與調(diào)試

1.2.1 安裝

（1）PH電極要在流動(dòng)性好的介質(zhì)中安置，且在位置上要易于接近，以方便管理維護(hù)。同時(shí)要保證與水平面15°以上的傾斜角。通常都是安裝在發(fā)酵罐側(cè)壁上，電極安裝在提拉護(hù)套內(nèi)部，打壓3bar，然后插入電極底座中；安裝前應(yīng)對(duì)電極進(jìn)行校準(zhǔn)。

（2）PH變送器置于儀表箱中，安裝在現(xiàn)場，并做相應(yīng)的防護(hù)，防止水和其它氣體進(jìn)入箱內(nèi)影響表頭使用。

（3）PH電極和變送器的聯(lián)接要使用專門的電纜，不可使用其他電纜。要防止外界帶來的物理性損傷，同時(shí)做好電磁屏蔽工作。

1.2.2 校驗(yàn)與維護(hù)

校驗(yàn)可以采用兩點(diǎn)校準(zhǔn)，分別置于PH值4.01與7.00標(biāo)準(zhǔn)溶液中校準(zhǔn)，斜率與零點(diǎn)符合標(biāo)準(zhǔn)方可放心使用。PH和ORP的檢測是依據(jù)參比電極與測量電極所共同構(gòu)成的工作電池在溶液中的電位差的線性關(guān)系，通過信息化的電位轉(zhuǎn)換得到PH值。而在PH的測定中，較為常見的一種現(xiàn)象就是零點(diǎn)漂移，這主要是由于PH電極暴露在空氣中的時(shí)間較長；或者是味精發(fā)酵中發(fā)酵液滲入電解液，導(dǎo)致參比電極的氫離子活度發(fā)生變化；或者是電纜受潮或者接線處氧化腐蝕。發(fā)生以上情況時(shí)，應(yīng)對(duì)電極零點(diǎn)進(jìn)行校驗(yàn)。

另外，在PH檢測中，斜率的校準(zhǔn)也是一個(gè)關(guān)鍵步驟。同一溫度下，這個(gè)斜率也是固定的。從理論上來說當(dāng)環(huán)境溫度在25℃時(shí)，斜率為59.16 mV/PH，當(dāng)斜率小于50 mV/PH時(shí)，靈敏度較低。為了調(diào)整電極零點(diǎn)和斜率偏移，必須定期對(duì)電極在KCl溶液中浸泡數(shù)小時(shí)后進(jìn)行校準(zhǔn)。

1.3 PH值的控制

在味精發(fā)酵過程中必須為菌種生長代謝提供適宜的環(huán)境，由于發(fā)酵前期，發(fā)酵液PH值基本不變，液氨閥門處于關(guān)閉狀態(tài)；發(fā)酵中期，產(chǎn)酸開始漸增，所以發(fā)酵罐PH控制采用PID跟蹤加周期控制方式 ，即根據(jù)PH變量值，開啟或關(guān)閉閥門時(shí)間做程序控制。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際使用情況PH控制比較穩(wěn)定。

2 溶氧（DO）的在線測量與控制

2.1 DO的在線測量

味精發(fā)酵中的微生物在生長時(shí)同樣也需要氧氣，向外釋放二氧化碳，從而保持自己的正常代謝。如果在發(fā)酵液中含氧量不足，微生物的生長就會(huì)受到抑制，如果含氧量過多，則會(huì)導(dǎo)致微生物的異常代謝。微生物的生長無論是受到抑制，還是代謝異常，都會(huì)導(dǎo)致微生物分泌一些其他產(chǎn)物，從而導(dǎo)致最終的產(chǎn)品質(zhì)量受到影響。可以看出，味精發(fā)酵中氧氣含量水平的檢測與控制有著十分重要的意義。而對(duì)于氧氣含量水平的檢測即為DO（溶氧）檢測，是溶液中氧氣的濃度參數(shù)。在DO的在線檢測與PH檢測有著相似之處。一般來說，DO檢測敏感元件氧電極獲得DO電信號(hào)，再經(jīng)過轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)輸出。味精發(fā)酵過程中，DO電極需要反復(fù)經(jīng)受高溫蒸汽消毒的考驗(yàn)。

2.2 DO電極的安裝與調(diào)試

2.2.1 安裝

（1）與PH電極安裝類似，DO電極要在流動(dòng)性好的介質(zhì)中安置，且在位置上要易于接近，以方便管理維護(hù)。同時(shí)要保證與水平面15°以上的傾斜角。通常也是安裝在發(fā)酵罐側(cè)壁上，而在具體安裝前應(yīng)對(duì)電極進(jìn)行滿度校準(zhǔn)。

（2）DO變送器置于儀表箱中，安裝在現(xiàn)場，并做相應(yīng)的防護(hù)，防止水和其它氣體進(jìn)入箱內(nèi)影響表頭使用。

（3）DO電極和變送器的聯(lián)接要使用專門的電纜，不可使用其他電纜。要防止外界帶來的物理性損傷，同時(shí)做好電磁屏蔽工作。

2.2.2 校驗(yàn)與維護(hù)

常用的DO檢測都是采用DO光學(xué)氧電極，原理是采用光譜法檢測，電極在出廠前已對(duì)電極零點(diǎn)標(biāo)定完成，因此只需標(biāo)定滿度。

2.3 DO在線控制

雖然DO值的變化主要涉及物理變化，但這一過程并不簡單。在味精發(fā)酵罐中的空氣經(jīng)過攪拌，使得一部分氧氣進(jìn)入發(fā)酵液，而另一部分則在罐頂排出。溶于發(fā)酵液的氧氣絕大部分都會(huì)被微生物利用。在味精發(fā)酵過程中，對(duì)于DO值也有著較高的要求，這是保障微生物正常代謝的基礎(chǔ)。因此，本文設(shè)計(jì)了圖1控制系統(tǒng)：

該系統(tǒng)中，當(dāng)DO設(shè)定值發(fā)生變化時(shí)，改變攪拌電機(jī)的轉(zhuǎn)速，調(diào)整發(fā)酵液中DO濃度；又可以調(diào)節(jié)供風(fēng)流量，使?jié)M足細(xì)胞最高需氧量的最小風(fēng)量值。

參考文獻(xiàn)：

[1]于信令.味精工業(yè)手冊(cè)[M].北京：中國輕工業(yè)出版社，1995.