全自动发酵罐高温灭菌控制器

摘要：全自动发酵罐高压蒸汽灭菌控制器是一种利用饱和压力蒸汽对物品进行灭菌的快速、可靠的灭菌自动化设备。

关键词：发酵罐，高压蒸汽，灭菌控制

在培养液体菌种过程中，需要将罐体内的培养液加热灭菌。高原地区液体培养基等的灭菌必须使用高温高压灭菌，否则灭菌达不到标准。 根据德国著名的科学家罗伯特·科赫（Robert Koch，1843-1910年）发明的高压蒸汽灭菌法，将需要灭菌的培养基放在发酵罐内，利用高压蒸汽加热，保证在加热时，蒸汽无外溢，使发酵罐内温度随着蒸汽压的增加而升高。在103.4kPa（1.05kg/cm2）蒸汽压下，温度即可达到121.3℃，当压力在102.97～137.30kPa时，温度可达121～126℃，15～30分钟可达到灭菌目的。整个工作流程由PLC程序自动控制执行。

一、简介

全自动发酵罐高压蒸汽灭菌控制器是利用饱和蒸汽对发酵罐内培养基等进行消毒灭菌的全自动设备。具有效果优良、操作简易、安全可靠等优点，适用于培育液体菌种食用菌行业，是理想的灭菌设备。如图-1所示。

二、结构特点

1. 整体构造有四个部分组成：发酵罐，搅拌器，隔膜泵，电控箱。

2. 管道依据用途分五部分：

蒸汽管道：蒸汽入口的快速接口，蒸汽手动球阀，电子驱动蒸汽阀门，发酵罐排料阀门。

自来水管道：自来水入口手动球阀，电磁冷却阀，夹层冷却水排水电磁阀。

原料管道：拌料给水阀，搅拌器，隔膜泵，原料供给进料电磁阀。

排气管道：发酵罐排气电子驱动阀门。

压缩空气管道：油水分离器，减压阀，空气电磁阀。

3. 发酵罐装有泄压安全阀，罐内压力达到0.25Mpa时，安全阀能自动跳起，释放过1高的压力，性能可靠。

4，发酵罐装有双刻度压力表，具有压力、温度读数指示，观察清晰。

5，温度、时间采用PLC程序控制。用户可根据不同需求，通过操作控制面板的触摸屏对温度及时间进行设定、调节达到灭菌目的。

三、技术参数[1]

1， 发酵罐容积：500L、1000L取决于发酵罐的容积;

2，控温范围：109℃～135℃;

3，电源电压：交流220V±10%，50HZ±1%;

4，加热器功率：1.8KW（10A）;

5，工作压力：0.212MPa（蒸汽压力）;温度：135℃;

6，工作环境：温度-25℃---- 40℃;相对湿度≤80%RH;

7，设备安全类别：I类。

四、安裝要求

1. 此设备按电击防护为Ⅰ类，不能在有易燃易爆气体环境中使用。

2. 此设备为连接于总电源板上或插头分断的移动设备，若用户使用插头插座，其额定电流值不应小于15A，所用器件均应通过国家安全认证。

3. 用户按产品使用说明书规定的参数将设备按电路图接线，同时设备应可靠接地。

五、使用方法

（一）操作界面说明

触摸屏操作界面如图-2所示。

操作界面面板：触摸屏，红色蘑菇急停按钮兼电源开关，绿色启动按钮，红色停止按钮，旋转3P功能选择开关。旋转3P功能选择开关可以进入自动操作界面，手动操作界面，参数设置界面。

1. 自动操作界面

自动界面：动态显示各阀门的工作状态，开启阀门运行，关闭阀门停止。并及时提示当前的工作状态。

2. 手动操作界面

手动界面：用于设备调试，每个按钮对应的阀门开关执行动作。设置培养基总容量，单位升。恒温灭菌计时时间。拌料计时时间，水泵工作延时时间。间歇排气时长。

3. 参数设置界面

参数设置：按操作员的要求设置灭菌时间，排气阀门开放的时机，灭菌温度的上限，下限温度，冷却目标温度，调整温度传感器的误差。

（二）设备操作步骤：

1、工作准备，清洗清洁。

2、原料配备，按规定的容量配备培养基原料。

3、人工开启自来水球阀

4、确认压缩空气压力0.1mPa，开启空气阀门。

5、确认蒸汽压力0.25mPa～0.4mPa，人工开启蒸汽球阀。

6、旋转释放蘑菇急停按钮开启电源，开机。

7、选择进入手动界面。调整原料灌注总量，恒温灭菌计时时间。

8、返回自动界面，按绿色启动运行按钮，整机将自动按程序完成整个灭菌流程。

9、灭菌结束后，出现提示窗口：“灭菌冷却顺利完成开启恒温培养模式”。

10、自动开启电加热保温系统，使发酵罐内温度保持恒温

11、开启空气阀门，准备开启发酵模式，灭菌结束。

六、注意与维修

1. 罐体及管道部位在工作状态处于高温，禁止触摸。在发酵罐灭菌结束后，当压力表未恢复零位前，不得开启发酵罐，否则易造成高温蒸汽灼伤。

2. 在设备使用中，应对安全阀加以维护和检查，当设备闲置较长时间重新使用时，应扳动安全阀上小扳手，检查阀芯是否灵活，防止因弹簧锈蚀影响安全阀起跳。同时设备工作时，当压力表指示超过0.25Mpa时，安全阀不开启，应立即关闭电源，打开放气阀旋钮，当压力表指针回零时，稍等1-2分钟，再及时更换安全阀。

3. 压力表应按规定期限进行检定，保证安全使用。日常使用中，若压力表指示不稳定或不能恢复到零位，应及予以检修或更换新表。

4. 设备在日常使用中如发现螺丝、螺母松动现象，应及时加以紧固，确保正常使用。

5. 每次灌注原料后，及时清洁原料管路。

6. 平时应用洁布擦拭设备，保持设备的清洁和干燥。

7. 此设备是发酵罐压力蒸汽灭菌的专用设备，不得挪作它用。

七、设备工作原理：

（一）搅拌并灌注培养基。

1、当绿色按钮启动后，自動打开夹层冷却水排水阀，排净残留在夹层里的冷却水。

2、同时自动打开拌料器给水阀门，启动搅拌电机，给拌料容器加水同时搅拌，当达到高水位传感器的高度，自动关闭阀门。

3、启动搅拌电机计时，搅拌计时结束后，准备灌注。

4、开启原料注入进料阀门，开启隔膜泵，将搅拌均匀的培养基原料经进料阀门，反向截至阀，沿发酵罐底端管道进入发酵罐中。拌料器水位降低到枯水水位，开始计时，并延迟关闭隔膜泵时间，将剩余的原料灌注到发酵罐里。然后，关闭进料阀门，关闭隔膜泵。

5、重复，1，2，3，开启拌料给水阀，并计数累计灌注容量，直到满足规定的原料容量。

（二） 加热升温

1、 开启排气电磁阀门，开启空气阀门，开启蒸汽电磁阀门，加热升温。

2、等待温度升至停止给氧温度85，关闭空气阀门

3、温度上升到临界点90温度，关闭排气阀，禁止排气。

4、温度到达95度时，压力达0.05MPa，开启排气阀，首次开启排气阀。

5、温度到达98度时，首次关闭排气阀门。

6、温度上升到105第二节点。再次开启排气阀门。

7、当温度升至121度时，再次关闭排气阀门，开始计时。

8、启动间歇排气，每隔五分钟排气0.2秒一次。

（三）恒温灭菌

1、控制底部蒸汽阀门开启关闭，使罐内的温度到121～122度，罐内压力范围0.105～0.115mPa。

2、温度压力持续保持在符合条件的范围内三分钟，开始计时90分钟。计时器满足计时，关闭蒸汽阀门，开启排气阀门，准备冷却降温。

（四）冷却降温

1、关闭夹层冷却水排水阀门，开启冷却水进水阀门，利用循环水降温冷却。

2、发酵罐压力降至0.05mPa

3、开启空气阀门，通气搅拌，不同菌种，阀门气流流量不同。

4、罐内温度降至培养温度时，关闭冷却水进水阀门。

5、等待计时器计时，直到屏幕提示灭菌成功，出现提示窗口：“灭菌冷却顺利完成开启恒温培养模式”。

（五）恒温培养

1、当发酵罐内温度低于培养温度范围，开启电加热保温系统，使罐内培养环境温度保持恒温。

2、开启空气阀门

八、PLC工作流程图

PLC工作流程图如图-3所示

九、PLC输入输出端口表

十、PLC程序梯形图

十一、电路图

参考文献：

1.张祥胜.《发酵工程实验简明教程》[M]。南京大学出版社，20141001

作者简介：阎涛（1966-04-26），男，山东荣成人，本科，高级讲师，主要从事计算机专业教学工作，包括硬件维修，软件应用，网络工程，机械自动化控制。