专利名称：一种测量发酵罐液位的方法
技术领域：
本发明属于发酵领域，更具体的说是涉及一种好氧型(通气型)发酵罐液位测定 方法。由于通气，好氧型发酵一定存在泡沫。本技术适用范围是气泡均勻地分布到发酵 液体中而不包括气泡浮于液体表面有一个明显气液介面场合。
背景技术：
发酵罐液位是指发酵罐中发酵液的高度。在实际生产中由于供氧通气变化、不断 地补充各种液体，特别是发酵液成份变化(消耗和产生)使液体表面张力变化，最终使气/ 液体积比改变。当气/液体积比变大时，发酵罐液位上升。发酵罐液位上升一定高度发酵 液将溢出发酵罐(逃液)，产生极大的损失并污染环境。通过发酵罐液位的监测，可以了解泡沫产生、液面上升情况，以便进行消泡操作， 保证安全生产以及产品的质量和数量。而且，发酵液保持最高安全液面(指不产生逃液) 又可以使得气液接触增大氧渗透率增强减少供气总量；发酵液密度降底搅拌功率下降。因 此对发酵液进行连续测量是有重要意义的。液位测量方法，常用的仪表很多，如浮力式液位计、差压式液位计、电容式液位计、 超声式液位计和激光式液位计等。但是，好氧型发酵一定存在泡沫，发酵液中的气泡从发酵 罐底部上升到顶部不断膨胀，即气/液体积比升高，液体密度单调下降；同时，发酵过程的 无菌生产条件，使上述常规液位测量方法至今未能成功应用于发酵过程中。目前工业上用于消泡的发酵罐液位测量只有接触电极法，它从罐顶安装下伸电 极，等待液面上升接触电极，这种方法存在一些弊端，接触前不知道液面高度、消泡剂的使 用是否及时、适量，无法将液面控制在合理的高度。因而易于发生逃液、消泡剂过量压制菌 体生长和增加了后工段提取困难、能耗增加等负面因素。

发明内容
本发明提供一种发酵罐液位连续测量方法，以便随时监控发酵罐液位，控制发酵 罐液位在合理的高度，从而优化消泡等操作，同时能降低生产成本。本发明测定发酵罐液位的方法，按以下步骤进行1)、测全罐平均密度修正系数k，可以按以下方法测得a)、在发酵罐侧面不同高度安装两个压力传感器，测得两个传感器处的压力分别 SPpP1，两传感器间的高度差为h，按公式P平均=(P1-P2)AgXh),计算得到在两个传感器 所在平面上下之间的发酵液平均密度P平均；b)、利用发酵罐内固有的体积标杆，选取位于发酵罐上部的一点，计算此点所在平 面以下的发酵罐容积为Vtl，按公式Mtl = kX P平均XVO计算获得全罐发酵液平均密度修 正系数k值，其中M0是该时发酵液质量总量；2)、测定发酵罐液位高度发酵罐的圆柱体部份横截面积为A，发酵液在圆柱体部份高度为Htl，发酵罐底部半椭球状容积为VI，加入发酵罐中的物料总质量M，按公式M = kXP平均X (AX^+Vl)，计算得到发酵罐圆柱体部份发酵罐液位高度Htl ；3)、将上一步骤获得的Htl加上发酵罐底部半椭球状的高度即为发酵罐液位总高度。其中步骤a)中的两个传感器要保持一定的高度差，优选的组合是其中一个尽可 能地安装在发酵罐接近底部，测得压力为P1,另一个安装在发酵罐约中部，测得压力为P2; 其中步骤b)中在体积标杆上的取点，最好是使这点高度是发酵罐总高度的约80%至85%
左右ο选择传感器为平膜卫生型、低量程、高过压且耐高温型。全罐平均密度修正系数k测定后，该参数可用于同一发酵品种、同一工艺且同一 规格型号发酵罐的发酵罐液位测量中。三项中任一项有变化，要重新测定全罐平均密度修 正系数。以上过程可以采用计算机自动控制程序或人工及仪表成来进行测量、计算和控制， 优选采用计算自动控制程序来完成，对于计算自动控制程序是本领域内常用的。测量获取全罐平均密度修正系数k的时间，选取在发酵中后期，发酵罐液位上升 到发酵罐总高度的约80 85%时。所以，虽然修正系数k并不适合发酵全程，但在中、后期 易产生逃液阶段有很强的复现性，而本发明正是用于克服发酵逃液消泡控制的。本申请所公开的测定发酵罐液位的方法是发酵罐液位连续测量方法，和罐顶安装 下伸电极，等待液面上升接触电极的方法完全不一样。由于可以全程监控到发酵罐液位的 高度、发酵罐液位变化的速率，可以更科学地进行消泡更适时和更少量使用消泡剂，实现 既不产生逃液又尽可能地保持液面处于最高安全高度，对提高发酵单位、减轻后续提取工 艺负荷，提供、降低能耗有明显的优势。
具体实施例方式下面通过下述实施例，举例说明本发明，实施例并不以任何方式限制本发明。实施例以一容积为57立方米的发酵罐，生产红霉素为例。此罐的罐体设计资料底部下封头半椭球状(轴)截面部分高Iitl = 0. 8m，容积Vtl =4m3 ；罐体中部为圆柱状高6. 5米，内径3. lm、则截面积A约7. 5m2 ；上封头半椭球状(轴) 截面部分高0. Sm。按红霉素的发酵生产特性，设定液面离顶部1. 5米为液面上升极限，也就 是说液面不超过6. 6米不产生逃液。在发酵罐底部、中部各安装一个压力传感器，同时注意两个传感器不要与搅拌桨 处于同一平面。两个传感器的高度差h为2m，传感器选量程为0 150kPa、高过压、耐高温 的平膜卫生型。发酵罐内部设置了从顶部视镜可视的体积标杆，标杆上每2. 5m3体积设一点。选 取一点为校正点，该点以下圆柱部分体积为42. 5m3(即不包括底部半椭球状体积部分)。在发酵中、后期发酵液泡沫激增，注意两个传感器的压力数值变化，当发现P1-P2 明显下降时，通过罐顶视窗观察，直到液面达到所选体积标杆校正点为止。启动相应程序读 得该时Pl为45kPa、P2为30. 3kPa,读得累计输入发酵罐中物料质量Mtl为31387kg (液体)， 发酵液总体积V = 42. 5+4 = 46. 5 (m3)利用下述公式，求取k (全罐平均密度系数)
ρ 平均=1000 X (P1-P2VgXh = 750 (kg/m3)式中 g = 9. 8N/kg，压力单位为 kPa， h为米。M0 =(修正后全罐平均密度)kX P平均XV,即31387 = kX P 平均 X46. 5k = 0. 957立方米发酵罐生产红霉素的全罐平均密度修正系数k为0. 9，该参数可用于此 后同一同型号57立方米发酵罐，相同生产工艺生产红霉素的发酵罐液位测量，特别是在红 霉素发酵生产的中后期十分有用。液面高度计算在任一时间有ρ 平均=(Pl-P2)/(gXh)；累计输入发酵罐中的物料质量M(可采用计算机自动累计或人工输入的方式)；发酵液在圆柱状罐体中高度为H。，发酵液总体积V = 4+AXH。；则有，M= kX P 平均 XV = kX P 平均 X (4+AXH0)H0 = [M/(kX P 平均)_4]/A发酵罐液位总高度，H = [M/(kX P平均)-4]/Α+0· 8以上例校正时参数代入，H = [M/(kX P 平均)-4]/Α+0· 8 = [31387/(0. 9X750)-4]/7. 5+0. 8= 5. 67+0. 8 = 6. 47 (m)判断此时发酵罐液位即将到达极限，加入少量的消泡剂，使液面稍稍退下。因液面 可视，消泡剂定量十分方便。重复以上的发酵罐液位测定方法，时实监控发酵罐液位。当发酵罐液位即将到达 极限，加入少量的消泡剂，使液面稍稍退下即可。用此发酵罐液位测定方法控制发酵罐液，可以减少消泡剂消耗，减轻对菌丝体的 生长影响，还减轻了后序提取工段负担，有利于提取，更重要的是对于同样的发酵质量，保 持最高的发酵罐液位，使气液接触增加，可以提高通气供氧效率，从而缩短生产周期，降 低 生产成本。
权利要求
1.一种测量发酵罐液位的方法，按以下步骤进行1)、测得全罐平均密度修正系数ka)、在发酵罐侧面液面下不同高度安装两个压力传感器，测得两个传感器处的压力分 别为P2I1，两传感器间的高度差为h，按公式P平均=(P1-P2)AgXh),计算得到在两个传感 器所在水平平面间的发酵液平均密度P平均；b)、利用发酵罐内固有的体积标杆，选取位于发酵液上部的一点，计算此点所在平面以 下的发酵罐体积为Vtl，按公式Mtl = V0XkX P ^ra计算获得全罐发酵液平均密度修正系数k 值，其中M0是该时发酵液质量总量；2)、测定发酵液液位高度发酵罐的圆柱体部份横截面积为A，发酵液在圆柱体部份 高度为Htl，发酵罐底部半椭球状体积为V1,加入发酵罐中的物料总质量M,按公式M = (AXHc^V1) XkX P〒…计算得到发酵罐圆柱体部份发酵液液位高度Htl ；3)、将上一步骤获得的Htl加上发酵罐底部半椭球状的高度即为发酵液液位总高度。
2.按权利要求1所述的测量方法，其特征是所述的步骤1)中的两个传感器分别装在发 酵罐罐体侧面接近底部处及约中部处。
3.按权利要求1所述的测量方法，其特征是所述的步骤1)中体积标杆上的点选取在使 该点以下体积Vtl约占发酵罐总高度的约80%至85%处。
4.按权利要求1至3任一所述的测量方法，其特征是所述的传感器为低量程、高过压的 高温平膜卫生型压力传感器。
全文摘要
本发明公开了一种连续测量发酵罐液位的方法，通过测得全罐平均密度修正系数k进行。本发明公开的测量方法可以以全程监控到发酵罐液位的高度、发酵罐液位变化的速率，可以更科学地进行消泡更适时和更少量使用消泡剂，实现既不产生逃液又尽可能地保持液面处于最高安全高度，对提高发酵单位、减轻后续提取工艺负荷，提供、降低能耗有明显的优势。
文档编号G01F23/14GK102080979SQ20101054987
公开日2011年6月1日 申请日期2010年11月18日 优先权日2010年11月18日
发明者沈家麟, 齐艳华 申请人:杭州中美华东制药有限公司