内蒙古科技大学
过程控制工程课程设计说明书
题 目：发酵罐温度控制系统的设计学生姓名：学 号：专 业：测控技术与仪器班 级：指导教师：
2009-3
目录
前 言........................................................................................错误！未定义书签。 1工艺过程概述...........................................................................错误！未定义书签。
1．1工艺背景：..................................................................错误！未定义书签。 1．2温度对发酵的影响......................................................错误！未定义书签。
1.2.1温度影响微生物细胞生长.................................错误！未定义书签。 1.2.2温度影响产物的生成量.....................................错误！未定义书签。 1.2.3温度影响生物合成的方向.................................错误！未定义书签。 1.2.4温度影响发酵液的物理性质.............................错误！未定义书签。 1.3、影响发酵温度变化的因素：.....................................错误！未定义书签。 1.4发酵热的测定................................................................错误！未定义书签。 1.5最适温度的选择与发酵温度的控制............................错误！未定义书签。
1.5.1温度的选择........................................................................................... 4
2 发酵罐温度控制系统的设计..................................................错误！未定义书签。
2.1总体设计方案.................................................................................................. 4
2.1.1 系统总框图.......................................................................................... 5 2．2硬件设计........................................................................................................ 6
2.2.1温度采集电路....................................................................................... 6 2.2.2 PLC与计算机的通信........................................................................... 6 2.3软件部分.......................................................................................................... 7 3总结........................................................................................................................... 11 参考文献：.................................................................................................................. 12
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前 言
过程控制系统课程设计是测控技术与仪器专业的实践教学环节。其教学目的是：运用所学专业知识，结合工业生产实际，以仪表控制系统的工程设计为核心，是学生初步了解生产过程检测与控制系统的设计方法、设计规范和设计步骤，并通过实践设计、绘图等环节，培养学生的工程意识，掌握一定的工程设计技能，初步具备独立承接科研课题或工程设计的能力，受到一次工程师的基本训练。
本次过程控制系统课程设计主题为啤酒厂发酵罐温度控制系统的设计，要求我们了解发酵罐温度控制的工艺背景、设计控制方案。
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1 工艺过程概述
1.1工艺背景
啤酒发酵过程是啤酒酵母在一定的条件下，利用麦汁中的可发酵性物质而进行的正常生命活动，其代谢的产物就是所要的产品--啤酒。
啤酒发酵是放热反应的过程。随着反应的进行，罐内的温度会逐渐升高。发酵过程中的温度的变化直接影响到啤酒质量和生产的效率。因此，对发酵过程中的温度进行控制显得十分重要。啤酒发酵的全过程分成多个阶段，各个阶段都有对应的温度曲线。为了使啤酒有更好的品质，需要让发酵罐的温度根据工艺温度曲线变化。
1.2温度对发酵的影响
温度对发酵过程的影响是多方面的，它会影响各种酶反应的速率，改变菌体代谢产物的合成方向，影响微生物的代谢调控机制 除这些直接影响外，温度还对发酵液的理化性质产生影响，如发酵液的粘度。基质和氧在发酵液中的溶解度和传递速率。某些基质的分解和吸收速率等，进而影响发酵的动力学特性和产物的生物合成。
1.2.1温度影响微生物细胞生长
随着温度的上升，细胞的生长繁殖加快。这是由于生长代谢以及繁殖都是酶参加的。根据酶促反应的动力学来看，温度升高，反应速度加快，呼吸强度增加，最终导致细胞生长繁殖加快。但随着温度的上升，酶失活的速度也越大，使衰老提前，发酵周期缩短，这对发酵生产是极为不利的。 1.2.2温度影响产物的生成量 1.2.3温度影响生物合成的方向 1.2.4温度影响发酵液的物理性质
温度除了影响发酵过程中各种反应速率外，还可以通过改变发酵液的物理性质间接影响微生物的生物合成。 1.3影响发酵温度变化的因素：
发酵热就是发酵过程中释放出来的净热量。是生产菌在生长繁殖时产生的大量热量。生物热主要是培养基中碳水化合物、脂肪、蛋白质等物质被分解为CO2、
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NH3时释放出的大量能量。主要用于合成高能化合物，供微生物生命代谢活动及热能散发。菌体在生长繁殖过程中，释放出大量热量。
生物热的大小与菌种遗传特性、菌龄有关，还与营养基质有关。在相同条件下，培养基成分越丰富，产生的生物热也就越大。 1.4发酵热的测定
通过测量一定时间冷却水的流量和冷却水的进、出口温度，由下式计算出发酵热：
Q发酵=G.CW.（t2-t1）/V (1-1) 式中：G——冷却水的流量(kg/h)；CW——水的比热[kJ／(kg?℃)]； t2 t1——分别为冷却水的进、出口温度(℃)； V--发酵液的体积(m)。
通过发酵罐温度的自动控制，先使罐温达到恒定，再关闭自动控制装置,测定温度随时间上升的速率，按下式计算发酵热：
Q发酵=(MlCl+M2c2).S (1-2)
Ml一系统中发酵液的质量(kg)；M2一发酵罐的质量(kg)；
Cl—发酵液的比热[kJ／(kg?℃)]；C2—发酵罐材料的比热[kJ／(kg?℃))； S—温度上升速率(℃／h)。 1.5最适温度的选择与发酵温度的控制 1.5.1温度的选择
最适温度是一种相对概念，是指在该温度下最适于菌的生长或发酵产物的生成。选择最适温度应该考虑微生物生长的最适温度和产物合成的最适温度。最适发酵温度与菌种，培养基成分，培养条件和菌体生长阶段有关。
工业上使用大体积发酵罐的发酵过程，一般不须要加热，因为释放的发酵热常
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常超过微生物的最适培养温度，所以需要冷却的情况较多。
2发酵罐温度控制系统的设计
2.1总体设计方案
发酵罐的温度控制选择了检测发酵罐的上、中、下段温度的方法，通过上、中、下3段液氨进口的两位式电磁阀来实现发酵罐温度控制，其原理图如图1所示。
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