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生物发酵过程在线监测与控制优化平台
(Online process monitoring & control optimization platform for biological fermentation)

实验测试装置

(Experimental testing installation)

 

1、发酵工艺过程在线监测与动力学分析

(Online monitoring and dynamics analysis for fermentation processes)

 

       采用在线近红外(或红外)光谱分析仪和尾气采集与分析装置,针对具体生物发酵工艺(如乙醇发酵),通过实时测量发酵罐中反应液浓度、底物消耗量、产物组分及其含量、排放尾气组分及其流量,建立发酵过程统计监测方法、生物量-底物消耗-产物生成的动态变化规律、反应趋势预测模型、反应异常诊断方法;基于计算机仿真技术对反应过程进行动态模拟,分析其中决定目标产物质量和数量的关键变量及其耦合关系、基于生产方式的输入变量与输出变量之间定量守恒关系;从生产过程的角度探讨发酵-分离-转化过程体系的关键参数在线监测方法与评价指标。

 

发酵尾气在线监测系统
(Schematic of online exhaust gas monitoring system)

2、基于建模的发酵过程控制及优化

(Model-based fermentation process control and optimization)


   针对具体的生物发酵过程,研究基于工艺化操作的辨识实验方法,分析适于工艺化生产过程的输入操作变量和实时调控目标变量,并且根据实际期望的生产过程关键变量工艺曲线,探讨选择操作变量和目标监控变量的依据和准则。结合生物发酵过程的机理模型,研究基于输入-输出响应关系的传递函数模型辨识方法、含有中间状态变量的状态空间模型辨识方法、以及多目标产物的多变量统计建模方法。利用实时监测反馈的红外光谱或图像信息,设计闭环控制系统,以实现无静差跟踪设定值和克服生产或反应过程中存在的各种不确定性和负载干扰。基于建模和历史生产批次的输入和输出数据,研究能保证闭环系统稳定性的模型预测控制、鲁棒控制、迭代学习控制方法以优化生产系统运行和控制性能,实现期望的目标产物和副产物形成与转化工艺曲线和效率。

 

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