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木薯燃料酒精发酵过程优化与控制研究

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第一章 绪论

§1.1 课题的背景、来源、目的和意义

§1.2 论文主要工作和结构

第二章 发酵过程概况

§2.1 引言

§2.2 发酵设备介绍

§2.3 发酵过程动力学

§2.4发酵过程的主要影响因数

§2.5 发酵过程的控制

§2.6 本章小结

第三章 木薯酒精发酵过程溶解氧的建模

§3.1 引言

§3.2 溶解氧对酒精发酵过程的影响[28]

§3.3 酒精发酵过程溶解氧的建模和控制情况

§3.4 木薯酒精发酵过程溶解氧的ANFIS模型

§3.5 本章小结

第四章 木薯酒精发酵过程优化

§4.1发酵过程优化的研究进展

§4.2发酵过程优化在生物工业中的地位及其研究内容

§4.3发酵过程优化的一般步骤

§4.4 统计实验设计简介

§4.5 正交实验设计

§4.6 木薯酒精发酵实验方案的正交设计[50-56]

§4.7 本章小结

第五章基于西门子WinCC 的木薯酒精发酵过程控制研究

§5.1 引言

§5.2 计算机控制系统的组成和工作原理

§5.3控制对象描述

§5.4 PLC S7-400 硬件平台的组态

§5.5 基于西门子WinCC 监控画面的组态

§5.6 发酵罐PH值控制系统的算法实现

§5.7 实验控制效果

§5.8 小 结

第六章 总结和展望

参考文献

论文期间发表的文章

致谢

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摘要

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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