摘要：本文首先概括了发酵过程的控制现状;接着针对前人总结的一个发酵过程非结构模型,先利用传统的PID控制进行仿真,但调节困难;然后借助Matlab模糊工具箱,根据专家经验总结的模糊规则设计了模糊控制器,与Simulink连接进行仿真,通过调整Ke、Kc和Ku,提高了控制效果;进而把PID控制与模糊控制结合成Fuzzy-PID开关切换控制,选择合适的参数,更好地改善了动、静态性能;最后展望了模糊控制在发酵过程中的应用前景。

摘要：红霉素(erythromycin)是由绛红色糖多胞菌(Saccharopolyspora erythraea)发酵生产的次级代谢产物,其生产水平不仅受发酵工艺的影响,也受反应器结构影响。为解决红霉素发酵过程放大问题,本研究采用时间常数法和计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)数值模拟验证相结合的方法设计了500 m^(3)超大规模红霉素耗氧发酵生物反应器。首先,通过对50 L反应器红霉素发酵过程研究,发现溶氧是关键性限制因素,通过氧消耗速率(oxygen uptake rate,OUR)等参数分析计算得到设备的氧供应时间常数t_(mt)需小于6.25s。然后,基于时间常数法和经验关联式理性设计500 m^(3)反应器搅拌桨叶组合方式,即底层BDT8桨叶+两层MSX4桨叶的搅拌桨组合,并通过经验公式及CFD方法对设计结果进行了模拟验证。两种验证方法结果均表明500 m^(3)反应器采取底层BDT8桨叶+两层MSX4桨叶的组合方式时设备的氧供应时间常数小于6.25 s,且反应器内流场特性(如持气率、剪切率和速度矢量等)均能满足红霉素大规模发酵的需要。经实际发酵验证,设计的生物反应器能够满足红霉素的工业规模发酵应用。