木薯燃料酒精发酵过程优化与控制研究

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发酵过程是一个复杂的过程,在三个水平上进行,即菌体遗传特性的分子水平;细胞代谢特性的细胞水平;质量、热量、动量传递特性的工程水平。三个水平的问题互为因果,一旦某一个水平问题成为限制因素,就会影响整个发酵过程。  发酵过程是过程控制研究的一类重要对象。发酵过程控制存在几个重要问题:难以建立精确的数学模型;发酵过程生物参数难以在线测量;发酵过程的优化控制停留在经验水平上;发酵过程pH值、溶解氧等参数难以自动控制等。文章针对发酵过程,着重研究了木薯酒精发酵过程中溶解氧的建模、发酵过程参数的优化和PH值的控制等问题。  文章的主要工作和贡献:  1)在实验室DS-50L发酵罐上对木薯酒精发酵工艺进行了实验研究,从工艺机理出发分析了发酵温度、搅拌频率、pH值、溶解氧对酒精发酵过程的影响。  2)在实验的过程中,结合实验数据,建立了溶解氧的自适应神经模糊推理系统模型(ANFIS模型),并用实验室采集的数据对模型进行检验,该模型具有一定的可操作性。  3)在实验基础上用正交实验设计方法对实验方案进行优化,确定了木薯酒精间歇发酵的工艺,用此工艺进行实验淀粉出酒率52%。  4)基于镇江达森发酵设备有限公司的DS-Y型液体发酵罐搭建了木薯酒精发酵过程 PH值控制的实验平台。控制系统基于西门子的 SIMATIC PLC-400及组态软件WinCC研制而成。采用模糊控制算法,通过调节蠕动泵的动作时间以达到控制 PH值的目的。实验表明该方法是有效的。
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