生物反应器或发酵罐的全自动消泡控制装置及方法

技术领域

本发明涉及细胞培养或微生物发酵领域，特别涉及一种用于生物反应器或发酵罐的全自动消泡控制装置及方法。

背景技术

细胞培养或微生物发酵需要通过液体表面培养发酵。而培养基中含有着蛋白类的表面活性剂，在通气的条件下，就非常容易出现泡沫。泡沫会带来很多不利的因素，如发酵罐的装料系数减少等问题。泡沫严重的话还会导致发酵液体从排气管或轴封中溢出，大大增加了染菌的机会。随着泡沫地不断累积，整个泡沫的高度会随之升高，当高度超过罐体的最大高度，就可能随着罐内的气流，流入尾气管路，甚至进入尾气滤芯，导致滤芯打湿而堵塞。因此需要对泡沫进行检测和消除。

在现有技术中，通常会在罐体的顶部设置一个检测装置，当检测装置检测到泡沫后，会触发系统的报警，会启动添加消泡剂。但是这种方式存在着一个缺陷，由于单独一个检测装置的长度和位置固定，所以该检测装置一旦出现故障，或者误报，就出现泡沫溢出，或者消泡剂添加过量的风险。另外单独一个检测装置只能提供一个开关量信号，消泡剂添加进去之后，无法知道泡沫是否产生变化，以及变化的速率，所以对于消泡剂的添加控制无法做到精确，因此也无法做到防止添加过量，以及精准添加。而且罐内的泡沫最后堆积的形状也是不确定的，可能是冰山形状，也可能是中间低洼四周高的形状，对于不同形状的液面，也无法做出准确的判断。

由此可见，能否基于现有技术中的不足，提供一种改进的用于生物反应器或发酵罐的全自动消泡控制装置及方法成为本领域技术人员亟待解决的技术难题。

发明内容

发明所要解决的课题

本发明的目的是在于克服现有技术的缺陷，提供一种改进的用于生物反应器或发酵罐的全自动消泡控制装置及方法。根据本发明所提供的改进的用于生物反应器或发酵罐的全自动消泡控制装置及方法，解决了无法精确控制消泡的技术问题，能够全自动地精确控制泡沫高度，实现无人值守的功能。

用于解决课题的方法

本发明第一方面涉及一种生物反应器或发酵罐的全自动消泡控制装置，包括：

垂直设置在生物反应器或发酵罐的顶部的中央的第一泡沫检测部和第二泡沫检测部；

水平设置在生物反应器或发酵罐的侧面上部的第三泡沫检测部和第四泡沫检测部；

与生物反应器或发酵罐连接的消泡装置，用于在生物反应器或发酵罐中的泡沫溢出时进行消泡处理；

控制装置，用于根据来自第一泡沫检测部和第二泡沫检测部和第三泡沫检测部和第四泡沫检测部的信号控制消泡装置进行消泡处理，

第一泡沫检测部的长度小于第二泡沫检测部的长度且在生物反应器或发酵罐的内部第一泡沫检测部和第二泡沫检测部不连接，

第三泡沫检测部和第四泡沫检测部的长度相同且在生物反应器或发酵罐的内部第三泡沫检测部的位置高于第四泡沫检测部。

优选地，在生物反应器或发酵罐的内部，第三泡沫检测部和第四泡沫检测部的端部位于生物反应器或发酵罐的中部，第三泡沫检测部的端部低于第一泡沫检测部的端部，第二泡沫检测部的端部低于第四泡沫检测部的端部。

优选地，第一泡沫检测部和第二泡沫检测部为检测电极。

优选地，第三泡沫检测部和第四泡沫检测部为检测电极。

优选地，消泡装置包括蠕动泵和阀门。

本发明第二方面涉及一种生物反应器或发酵罐的全自动消泡控制方法，采用本发明第一方面的生物反应器或发酵罐的全自动消泡控制装置进行消泡，该方法包括以下步骤：

检测步骤，检测来自第一泡沫检测部和第二泡沫检测部和第三泡沫检测部和第四泡沫检测部的信号；

控制步骤，根据检测步骤中得到的检测信号，向消泡装置发送消泡控制指令；

消泡步骤，根据消泡控制指令进行对应的消泡动作。

优选地，消泡控制指令包括第一消泡控制指令，

当检测信号为只收到第一泡沫检测部和第二泡沫检测部和第三泡沫检测部和第四泡沫检测部中的任意一个的信号时，或者为只收到第一泡沫检测部和第四泡沫检测部的信号时，或者为只收到第一泡沫检测部和第三泡沫检测部的信号时，或者为只收到第一泡沫检测部和第二泡沫检测部和第四泡沫检测部的信号时，向消泡装置发送第一消泡控制指令，

第一消泡控制指令对应的消泡动作为不进行动作而发出警报。

优选地，消泡控制指令包括第二消泡控制指令，

当检测信号为收到第一泡沫检测部和第二泡沫检测部和第三泡沫检测部和第四泡沫检测部中的所有四个信号时，向消泡装置发送第二消泡控制指令，

第二消泡控制指令对应的消泡动作为进行消泡处理且降低生物反应器或发酵罐的转速。

优选地，消泡控制指令包括第三消泡控制指令，

当检测信号为收到第一泡沫检测部和第二泡沫检测部和第三泡沫检测部和第四泡沫检测部中的至少一个的信号时，在没有向消泡装置发送第一消泡控制指令且没有向消泡装置发送第二消泡控制指令时，向消泡装置发送第三消泡控制指令，

第三消泡控制指令对应的消泡动作为进行消泡处理。

发明的效果

根据本发明所提供的改进的生物反应器或发酵罐的全自动消泡控制装置及方法，解决了无法精确控制消泡的技术问题，能够全自动地精确控制泡沫高度，实现无人值守的功能。

附图说明

图1为本发明的第一实施方式的生物反应器或发酵罐的全自动消泡控制装置的示意图。

图2为本发明的第二实施方式的全自动消泡控制方法的流程图。

具体实施方式

以下，首先对于本发明所涉及的生物反应器或发酵罐的全自动消泡控制装置和方法详细地进行说明。

图1为本发明的第一实施方式的发酵罐1的全自动消泡控制装置的示意图。如图1所示，在发酵罐1的顶部的中央，垂直设置第一泡沫检测部A1和第二泡沫检测部B1。第一泡沫检测部A1的长度小于第二泡沫检测部的长度B1。在发酵罐1的内部，第一泡沫检测部A1和第二泡沫检测部B1相互之间是不连接的。

在发酵罐1的侧面上部，水平设置第三泡沫检测部A2和第四泡沫检测部B2。具体来说，侧面的上部指整个侧面的长度中的最上方三分之一的部分。第三泡沫检测部A2和第四泡沫检测部B2的长度相同。在发酵罐1的内部，第三泡沫检测部A2的位置高于第四泡沫检测部B2，如图1所示，图1中第三泡沫检测部A2位于第四泡沫检测部B2上方。

在图1中，在发酵罐1的内部，第三泡沫检测部A2和第四泡沫检测部B2的端部(在图1中为右侧端部)位于发酵罐1的中部，即水平方向上右侧端部达到发酵罐1的大致中央的位置。第三泡沫检测部A2的端部(在图1中为右侧端部)低于第一泡沫检测部A1的端部(在图1中为下侧端部)，第二泡沫检测部B1的端部(在图1中为下侧端部)低于第四泡沫检测部B2的端部(在图1中为右侧端部)。但是四个泡沫检测部的端部的位置并不限于图1中的这种方式，也可以根据检测的需求适当地调整四个泡沫检测部相互之间的位置关系。

在图1中，蠕动泵3经由阀2与发酵罐1连接。蠕动泵3和阀2构成了消泡装置，但并不限于此，消泡装置也可以还包括其他适当的部件。

另外，虽然在图1中没有示出，但是全自动消泡控制装置还包括控制装置。控制装置根据来自第一泡沫检测部A1和第二泡沫检测部B1和第三泡沫检测部A2和第四泡沫检测部B2的信号控制消泡装置进行消泡处理。

如上所述，第一实施方式通过采用四个位置不同的泡沫检测部，能够更好地判断泡沫的情况。与现有技术相比，消泡剂的添加量更为可控，更为精准，能够更好地消除误报警以及装置因为误报警而误动作的情况，并且能够适应多种液面形状，能够完全自动地控制泡沫液面高度，消除人为操作而带来的风险。

优选地，第一泡沫检测部A1和第二泡沫检测部B1为检测电极，第三泡沫检测部A2和第四泡沫检测部B2为检测电极，但并不限于此，也可以是其他合适的检测部件，例如传感器等等。

由此可见，根据本发明的第一实施方式的生物反应器或发酵罐的全自动消泡控制装置，解决了无法精确控制消泡的技术问题，能够全自动地精确控制泡沫高度，实现无人值守的功能。

本发明第二方面涉及一种生物反应器或发酵罐的全自动消泡控制方法，采用本发明第一方面的发酵罐1的全自动消泡控制装置进行消泡。如图2所示，该方法包括：检测步骤101，控制步骤102，消泡步骤103。

具体来说，在检测步骤101中，检测来自第一泡沫检测部A1和第二泡沫检测部B1和第三泡沫检测部A2和第四泡沫检测部B2的信号。也就是说，如果泡沫触碰到了对应的泡沫检测部，那么那个被触碰到的泡沫检测部就会发出信号，则该信号会被检测到。

在控制步骤102中，根据检测步骤101中得到的检测信号，向消泡装置发送消泡控制指令。

优选地，消泡控制指令包括第一消泡控制指令，第二消泡控制指令，第三消泡控制指令。但并不限于此，也可以再包括其他的消泡控制指令。

在消泡步骤103中，根据消泡控制指令进行对应的消泡动作。

以下对于消泡控制指令为三种时，每一种消泡控制指令所发出的条件以及所对应的消泡动作进行详细说明。

具体来说，当检测信号为只收到第一泡沫检测部A1和第二泡沫检测部B1和第三泡沫检测部A2和第四泡沫检测部B2中的任意一个的信号时，或者为只收到第一泡沫检测部A1和第四泡沫检测部B2的信号时，或者为只收到第一泡沫检测部A1和第三泡沫检测部A2的信号时，或者为只收到第一泡沫检测部A1和第二泡沫检测部B1和第四泡沫检测部B2的信号时，向消泡装置发送第一消泡控制指令，

第一消泡控制指令对应的消泡动作为不进行动作而发出警报。

当检测信号为收到第一泡沫检测部A1和第二泡沫检测部B1和第三泡沫检测部A2和第四泡沫检测部B2中的所有四个信号时，向消泡装置发送第二消泡控制指令，

第二消泡控制指令对应的消泡动作为进行消泡处理且降低生物反应器或发酵罐的转速。

当检测信号为收到第一泡沫检测部A1和第二泡沫检测部B1和第三泡沫检测部A2和第四泡沫检测部B2中的至少一个的信号时，在没有向消泡装置发送第一消泡控制指令且没有向消泡装置发送第二消泡控制指令时，向消泡装置发送第三消泡控制指令，

第三消泡控制指令对应的消泡动作为进行消泡处理。

此外，第三消泡控制指令对应的消泡动作所进行的消泡处理还可以根据收到的检测信号的不同分为多种不同级别的消泡处理。以下按照分为三种不同级别的消泡处理的情况进行说明，但并不限于此，也可以分为其他适当种类的级别。

当只收到第二泡沫检测部B1和第三泡沫检测部A2和第四泡沫检测部B2的信号时，进行最高级消泡处理，此时蠕动泵按照设定的转速SP3运行，运行时按照设定的脉冲动作执行，即停T3秒，运行T4秒，T3+T4为1个周期。自动累积计算运行的周期。当周期数超过设定周期，暂停进行消泡处理。此时蠕动泵的转速SP3与第二消泡控制指令对应的消泡动作所进行的消泡处理时蠕动泵的转速相同。

当只收到第一泡沫检测部A1和第二泡沫检测部B1的信号时，进行高级消泡处理，此时蠕动泵按照设定的转速SP2运行，转速SP2低于转速SP3，其余处理与最高级消泡处理相同。

当只收到第二泡沫检测部B1和第三泡沫检测部A2的信号时，进行中级消泡处理，此时蠕动泵按照设定的转速SP1运行，转速SP1低于转速SP2，其余处理与高级消泡处理相同。

如上所述，第二实施方式通过采用与第一实施方式配套的控制方法，能够更好地判断泡沫的情况。与现有技术相比，消泡剂的添加量更为可控，更为精准，能够更好地消除误报警以及装置因为误报警而误动作的情况，并且能够适应多种液面形状，能够完全自动地控制泡沫液面高度，消除人为操作而带来的风险。

由此可见，根据本发明的第二实施方式的生物反应器或发酵罐的全自动消泡控制方法，解决了无法精确控制消泡的技术问题，能够全自动地精确控制泡沫高度，实现无人值守的功能。

产业应用性

根据本发明所涉及的生物反应器或发酵罐的全自动消泡控制装置及方法，解决了无法精确控制消泡的技术问题，能够全自动地精确控制泡沫高度，实现无人值守的功能。

虽然通过参照本发明的某些优选实施方式，已经对本发明进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。