全自動(dòng)發(fā)酵罐高溫滅菌控制器

摘要：全自動(dòng)發(fā)酵罐高壓蒸汽滅菌控制器是一種利用飽和壓力蒸汽對(duì)物品進(jìn)行滅菌的快速、可靠的滅菌自動(dòng)化設(shè)備。

關(guān)鍵詞：發(fā)酵罐，高壓蒸汽，滅菌控制

在培養(yǎng)液體菌種過(guò)程中，需要將罐體內(nèi)的培養(yǎng)液加熱滅菌。高原地區(qū)液體培養(yǎng)基等的滅菌必須使用高溫高壓滅菌，否則滅菌達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)。 根據(jù)德國(guó)著名的科學(xué)家羅伯特·科赫（Robert Koch，1843-1910年）發(fā)明的高壓蒸汽滅菌法，將需要滅菌的培養(yǎng)基放在發(fā)酵罐內(nèi)，利用高壓蒸汽加熱，保證在加熱時(shí)，蒸汽無(wú)外溢，使發(fā)酵罐內(nèi)溫度隨著蒸汽壓的增加而升高。在103.4kPa（1.05kg/cm2）蒸汽壓下，溫度即可達(dá)到121.3℃，當(dāng)壓力在102.97～137.30kPa時(shí)，溫度可達(dá)121～126℃，15～30分鐘可達(dá)到滅菌目的。整個(gè)工作流程由PLC程序自動(dòng)控制執(zhí)行。

一、簡(jiǎn)介

全自動(dòng)發(fā)酵罐高壓蒸汽滅菌控制器是利用飽和蒸汽對(duì)發(fā)酵罐內(nèi)培養(yǎng)基等進(jìn)行消毒滅菌的全自動(dòng)設(shè)備。具有效果優(yōu)良、操作簡(jiǎn)易、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，適用于培育液體菌種食用菌行業(yè)，是理想的滅菌設(shè)備。如圖-1所示。

二、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

1. 整體構(gòu)造有四個(gè)部分組成：發(fā)酵罐，攪拌器，隔膜泵，電控箱。

2. 管道依據(jù)用途分五部分：

蒸汽管道：蒸汽入口的快速接口，蒸汽手動(dòng)球閥，電子驅(qū)動(dòng)蒸汽閥門(mén)，發(fā)酵罐排料閥門(mén)。

自來(lái)水管道：自來(lái)水入口手動(dòng)球閥，電磁冷卻閥，夾層冷卻水排水電磁閥。

原料管道：拌料給水閥，攪拌器，隔膜泵，原料供給進(jìn)料電磁閥。

排氣管道：發(fā)酵罐排氣電子驅(qū)動(dòng)閥門(mén)。

壓縮空氣管道：油水分離器，減壓閥，空氣電磁閥。

3. 發(fā)酵罐裝有泄壓安全閥，罐內(nèi)壓力達(dá)到0.25Mpa時(shí)，安全閥能自動(dòng)跳起，釋放過(guò)1高的壓力，性能可靠。

4，發(fā)酵罐裝有雙刻度壓力表，具有壓力、溫度讀數(shù)指示，觀察清晰。

5，溫度、時(shí)間采用PLC程序控制。用戶(hù)可根據(jù)不同需求，通過(guò)操作控制面板的觸摸屏對(duì)溫度及時(shí)間進(jìn)行設(shè)定、調(diào)節(jié)達(dá)到滅菌目的。

三、技術(shù)參數(shù)[1]

1， 發(fā)酵罐容積：500L、1000L取決于發(fā)酵罐的容積;

2，控溫范圍：109℃～135℃;

3，電源電壓：交流220V±10%，50HZ±1%;

4，加熱器功率：1.8KW（10A）;

5，工作壓力：0.212MPa（蒸汽壓力）;溫度：135℃;

6，工作環(huán)境：溫度-25℃---- 40℃;相對(duì)濕度≤80%RH;

7，設(shè)備安全類(lèi)別：I類(lèi)。

四、安裝要求

1. 此設(shè)備按電擊防護(hù)為Ⅰ類(lèi)，不能在有易燃易爆氣體環(huán)境中使用。

2. 此設(shè)備為連接于總電源板上或插頭分?jǐn)嗟囊苿?dòng)設(shè)備，若用戶(hù)使用插頭插座，其額定電流值不應(yīng)小于15A，所用器件均應(yīng)通過(guò)國(guó)家安全認(rèn)證。

3. 用戶(hù)按產(chǎn)品使用說(shuō)明書(shū)規(guī)定的參數(shù)將設(shè)備按電路圖接線，同時(shí)設(shè)備應(yīng)可靠接地。

五、使用方法

（一）操作界面說(shuō)明

觸摸屏操作界面如圖-2所示。

操作界面面板：觸摸屏，紅色蘑菇急停按鈕兼電源開(kāi)關(guān)，綠色啟動(dòng)按鈕，紅色停止按鈕，旋轉(zhuǎn)3P功能選擇開(kāi)關(guān)。旋轉(zhuǎn)3P功能選擇開(kāi)關(guān)可以進(jìn)入自動(dòng)操作界面，手動(dòng)操作界面，參數(shù)設(shè)置界面。

1. 自動(dòng)操作界面

自動(dòng)界面：動(dòng)態(tài)顯示各閥門(mén)的工作狀態(tài)，開(kāi)啟閥門(mén)運(yùn)行，關(guān)閉閥門(mén)停止。并及時(shí)提示當(dāng)前的工作狀態(tài)。

2. 手動(dòng)操作界面

手動(dòng)界面：用于設(shè)備調(diào)試，每個(gè)按鈕對(duì)應(yīng)的閥門(mén)開(kāi)關(guān)執(zhí)行動(dòng)作。設(shè)置培養(yǎng)基總?cè)萘浚瑔挝簧?。恒溫滅菌?jì)時(shí)時(shí)間。拌料計(jì)時(shí)時(shí)間，水泵工作延時(shí)時(shí)間。間歇排氣時(shí)長(zhǎng)。

3. 參數(shù)設(shè)置界面

參數(shù)設(shè)置：按操作員的要求設(shè)置滅菌時(shí)間，排氣閥門(mén)開(kāi)放的時(shí)機(jī)，滅菌溫度的上限，下限溫度，冷卻目標(biāo)溫度，調(diào)整溫度傳感器的誤差。

（二）設(shè)備操作步驟：

1、工作準(zhǔn)備，清洗清潔。

2、原料配備，按規(guī)定的容量配備培養(yǎng)基原料。

3、人工開(kāi)啟自來(lái)水球閥

4、確認(rèn)壓縮空氣壓力0.1mPa，開(kāi)啟空氣閥門(mén)。

5、確認(rèn)蒸汽壓力0.25mPa～0.4mPa，人工開(kāi)啟蒸汽球閥。

6、旋轉(zhuǎn)釋放蘑菇急停按鈕開(kāi)啟電源，開(kāi)機(jī)。

7、選擇進(jìn)入手動(dòng)界面。調(diào)整原料灌注總量，恒溫滅菌計(jì)時(shí)時(shí)間。

8、返回自動(dòng)界面，按綠色啟動(dòng)運(yùn)行按鈕，整機(jī)將自動(dòng)按程序完成整個(gè)滅菌流程。

9、滅菌結(jié)束后，出現(xiàn)提示窗口：“滅菌冷卻順利完成開(kāi)啟恒溫培養(yǎng)模式”。

10、自動(dòng)開(kāi)啟電加熱保溫系統(tǒng)，使發(fā)酵罐內(nèi)溫度保持恒溫

11、開(kāi)啟空氣閥門(mén)，準(zhǔn)備開(kāi)啟發(fā)酵模式，滅菌結(jié)束。

六、注意與維修

1. 罐體及管道部位在工作狀態(tài)處于高溫，禁止觸摸。在發(fā)酵罐滅菌結(jié)束后，當(dāng)壓力表未恢復(fù)零位前，不得開(kāi)啟發(fā)酵罐，否則易造成高溫蒸汽灼傷。

2. 在設(shè)備使用中，應(yīng)對(duì)安全閥加以維護(hù)和檢查，當(dāng)設(shè)備閑置較長(zhǎng)時(shí)間重新使用時(shí)，應(yīng)扳動(dòng)安全閥上小扳手，檢查閥芯是否靈活，防止因彈簧銹蝕影響安全閥起跳。同時(shí)設(shè)備工作時(shí)，當(dāng)壓力表指示超過(guò)0.25Mpa時(shí)，安全閥不開(kāi)啟，應(yīng)立即關(guān)閉電源，打開(kāi)放氣閥旋鈕，當(dāng)壓力表指針回零時(shí)，稍等1-2分鐘，再及時(shí)更換安全閥。

3. 壓力表應(yīng)按規(guī)定期限進(jìn)行檢定，保證安全使用。日常使用中，若壓力表指示不穩(wěn)定或不能恢復(fù)到零位，應(yīng)及予以檢修或更換新表。

4. 設(shè)備在日常使用中如發(fā)現(xiàn)螺絲、螺母松動(dòng)現(xiàn)象，應(yīng)及時(shí)加以緊固，確保正常使用。

5. 每次灌注原料后，及時(shí)清潔原料管路。

6. 平時(shí)應(yīng)用潔布擦拭設(shè)備，保持設(shè)備的清潔和干燥。

7. 此設(shè)備是發(fā)酵罐壓力蒸汽滅菌的專(zhuān)用設(shè)備，不得挪作它用。

七、設(shè)備工作原理：

（一）攪拌并灌注培養(yǎng)基。

1、當(dāng)綠色按鈕啟動(dòng)后，自動(dòng)打開(kāi)夾層冷卻水排水閥，排凈殘留在夾層里的冷卻水。

2、同時(shí)自動(dòng)打開(kāi)拌料器給水閥門(mén)，啟動(dòng)攪拌電機(jī)，給拌料容器加水同時(shí)攪拌，當(dāng)達(dá)到高水位傳感器的高度，自動(dòng)關(guān)閉閥門(mén)。

3、啟動(dòng)攪拌電機(jī)計(jì)時(shí)，攪拌計(jì)時(shí)結(jié)束后，準(zhǔn)備灌注。

4、開(kāi)啟原料注入進(jìn)料閥門(mén)，開(kāi)啟隔膜泵，將攪拌均勻的培養(yǎng)基原料經(jīng)進(jìn)料閥門(mén)，反向截至閥，沿發(fā)酵罐底端管道進(jìn)入發(fā)酵罐中。拌料器水位降低到枯水水位，開(kāi)始計(jì)時(shí)，并延遲關(guān)閉隔膜泵時(shí)間，將剩余的原料灌注到發(fā)酵罐里。然后，關(guān)閉進(jìn)料閥門(mén)，關(guān)閉隔膜泵。

5、重復(fù)，1，2，3，開(kāi)啟拌料給水閥，并計(jì)數(shù)累計(jì)灌注容量，直到滿足規(guī)定的原料容量。

（二） 加熱升溫

1、 開(kāi)啟排氣電磁閥門(mén)，開(kāi)啟空氣閥門(mén)，開(kāi)啟蒸汽電磁閥門(mén)，加熱升溫。

2、等待溫度升至停止給氧溫度85，關(guān)閉空氣閥門(mén)

3、溫度上升到臨界點(diǎn)90溫度，關(guān)閉排氣閥，禁止排氣。

4、溫度到達(dá)95度時(shí)，壓力達(dá)0.05MPa，開(kāi)啟排氣閥，首次開(kāi)啟排氣閥。

5、溫度到達(dá)98度時(shí)，首次關(guān)閉排氣閥門(mén)。

6、溫度上升到105第二節(jié)點(diǎn)。再次開(kāi)啟排氣閥門(mén)。

7、當(dāng)溫度升至121度時(shí)，再次關(guān)閉排氣閥門(mén)，開(kāi)始計(jì)時(shí)。

8、啟動(dòng)間歇排氣，每隔五分鐘排氣0.2秒一次。

（三）恒溫滅菌

1、控制底部蒸汽閥門(mén)開(kāi)啟關(guān)閉，使罐內(nèi)的溫度到121～122度，罐內(nèi)壓力范圍0.105～0.115mPa。

2、溫度壓力持續(xù)保持在符合條件的范圍內(nèi)三分鐘，開(kāi)始計(jì)時(shí)90分鐘。計(jì)時(shí)器滿足計(jì)時(shí)，關(guān)閉蒸汽閥門(mén)，開(kāi)啟排氣閥門(mén)，準(zhǔn)備冷卻降溫。

（四）冷卻降溫

1、關(guān)閉夾層冷卻水排水閥門(mén)，開(kāi)啟冷卻水進(jìn)水閥門(mén)，利用循環(huán)水降溫冷卻。

2、發(fā)酵罐壓力降至0.05mPa

3、開(kāi)啟空氣閥門(mén)，通氣攪拌，不同菌種，閥門(mén)氣流流量不同。

4、罐內(nèi)溫度降至培養(yǎng)溫度時(shí)，關(guān)閉冷卻水進(jìn)水閥門(mén)。

5、等待計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)，直到屏幕提示滅菌成功，出現(xiàn)提示窗口：“滅菌冷卻順利完成開(kāi)啟恒溫培養(yǎng)模式”。

（五）恒溫培養(yǎng)

1、當(dāng)發(fā)酵罐內(nèi)溫度低于培養(yǎng)溫度范圍，開(kāi)啟電加熱保溫系統(tǒng)，使罐內(nèi)培養(yǎng)環(huán)境溫度保持恒溫。

2、開(kāi)啟空氣閥門(mén)

八、PLC工作流程圖

PLC工作流程圖如圖-3所示

九、PLC輸入輸出端口表

十、PLC程序梯形圖

十一、電路圖

參考文獻(xiàn)：

1.張祥勝.《發(fā)酵工程實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)明教程》[M]。南京大學(xué)出版社，20141001

作者簡(jiǎn)介：閻濤（1966-04-26），男，山東榮成人，本科，高級(jí)講師，主要從事計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)教學(xué)工作，包括硬件維修，軟件應(yīng)用，網(wǎng)絡(luò)工程，機(jī)械自動(dòng)化控制。