大功率变频调速器在泰乐泰乐菌素发酵工艺中的应用
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【摘 要】在需要大规模生产的生物制药领域，发酵显得尤为重要。发酵过程控制是为了保证微生物正常的生长代谢，使之在低消耗下获得较高的产量。种子罐发酵结束后，接下来细胞被转接到更大的发酵罐，主发酵罐，在这里面，温度，PH和溶解氧，都被非常细心的控制在一个最优的水平来，保证泰乐菌素的生产处于最佳状态。
1 发酵工艺的控制系统简介
细胞代谢中，会产生热量。所以，需要降温水来保持温度恒定，通过补加无菌的酸和碱来调节PH。通过无菌空气和搅拌来维持一定的溶解氧。同时，搅拌将空气分散成许多细小的气泡。额外的营养物补加可以增加产率。发酵过程可以是连续，分批，补料分批发酵。除温度控制外，发酵罐内压力、pH值、搅拌速度和泡沫液位等也对发酵过程有一定的影响，其中搅拌速度的影响是至关重要的。
发酵工艺作为泰乐菌素的重要生产环节，其质量直接影响泰乐菌素的生产。
图1
图2
变频调速器及与之相关的控制技术和网络通讯技术的应用，结合优化的主控系统和控制软件，从根本上保证了整个发酵生产流程的多方位、全线程的精准控制与调节，提高了泰乐菌素的品质和产量。
发酵生产过程其特点是流程较长，生产设备多且品种繁杂，因此发酵生产过程的检测与控制也较为复杂，控制及相应的系统网络系统比较庞大。发酵生产是变频器应用密度较大的场合，影响其产品质及产量的关键工艺是配料和搅拌过程，给料、大罐搅拌、风机、水循环、降温机组等设备均需要变频控制。
2 发酵车间自动控制系统构成
发酵自动控制系统实现对整个发酵生产设备及过程信息的监视与控制，一般采用PLC系统与变频器按一定的通讯协议联网或通过开关量或模拟量信号实现协调控制。以下是由丹佛斯变频调速器和西门子S7系列PLC系统组成的发酵自动控制系统配置图（见图2）。
3 发酵系统中的变频控制
（1）搅拌控制搅拌系统是发酵生产中的至关重要的环节，搅拌速度的控制直接影响泰乐菌素的品质。发酵罐中每种物料的搅拌器均由变频器控制，严格控制发酵混合液的搅拌速度，从而保证溶解氧的水平稳定。16个160M3发酵罐都采用了丹佛斯FC302系列变频器进行搅拌控制。
上位监控系统根据对每个发酵罐的监控数据、发酵时间、溶解氧的计算出控制搅拌器的设定转速，通过主控PLC系统PID运算控制变频器转速从而准确控制发酵过程。
（2）温度控制发酵过程的关键是“温度”的控制，温度控制不好则会造成死菌或菌种感染的现象，影响泰乐菌素的品质和产量。
上位监控系统一般通过监控发酵罐的温度，根据发酵过程的不同时期，控制降温水的循环，无菌压缩空气的风量，高温蒸汽的流量来控制发酵的温升。实现温度的精确控制则需要对发酵系统的几个辅助设备（空气压缩机、循环水泵机、蒸汽机）即相应的变频调速器进行精确的速度控制。
4 应用结论
工业发酵是大规模的微生物培养，通常是利用菌素生长发酵，产出高价值的产品。丹弗斯大功率变频器的全面引入及与PLC控制的结合，是自动化控制的发展趋势，带来良好的经济效益：发酵生产水平有了很大的提高，工艺参数得到了进一步的优化，平均发酵单位提高了10.8%，由原系统的7.5u/l提高到8.3u/l。其主要表现以下几个方面：
（1）节约能源，发酵车间能耗大，且长周期连续运转，故节能有十分重大的意义。
1）减少了冷媒水用量，使冷媒水制作的实际功率从原来的40kw降低到34kw， 年可节约用电量5250000kwh，年可节约费用3150000元。
2）减少了空气的用量，使空压机的实际消耗功率从原来的1200kw降低到986kw，年节约用电量2277000kwh，年可节约费用13662000元。
（2）对生产过程的工艺、控制与生产管理的工程与应用研究，采用丹佛斯FC302系列的变频器和SIEMENS PLC相结合，成功开发了针对泰乐霉素生产设备与工艺特点的综合自动化系统。
（3）丹佛斯FC302系列大功率变频器可靠性较高；减少因故障停机而造成的损失。
参考文献
[1]熊宗贵.发酵工艺原理[M].中国医药科技出版社1995.7.
[2]王献伟，赵霞，吴胜昔.基于基金会现场总线的发酵罐控制系统设计与实施[J].测控技术，2005（02）.
作者简介：
谢玉龙（1973.10-）男，山东邹城人，工程师。