Устройство для автоматического управления процессом непрерывного выращивания микроорганизмов Советский патент 1983 года по МПК A01G33/02 

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к автоматизации процесса выращивания микроорганизмов, например хлореллы. Известно устройство для автоматического управления процессом непре- 5 рывного выращивания микроорганизмов, содержащее контур стабилизации уровня в аппарате, контур регулирования расхода питательного субстрата и контур регулирования времени пребывания 10 биомассы в аппарате, состоящий из датчика концентрации суспензии, исполнительного механизма, запорного вентиoik вычислительного устройства С Недостатком известного устройства 15 явдяется невысокое качество биомассы на выходе. Цель изобретения - повышение качества биомассы на выходе. Указанная цель достигается тем, 20 что устройство дополнительно снабженодатчиком концентрации питательного субстрата, датчиками плотности раствора питательного субстрата и суспензии и сравнивающим устройством с за- 25 датчиком, при этом датчик концентрации питательного субстрата и датчики плотности раствора питательного субстрата и суспензии посредством.операционных усилителей соединены с входом вычислительного устройства, выход ко- торого соединен со сравнивающим устройством с задатчиком. . На фиг.1 представлена технологическая .схема установки с расположением датчиков; на фиг.2 - функциональ- 55 ная схема подключения датчиков; на фиг.З - принципиальная схема.. Система автоматического управления процессом непрерывного выращивания 40 микроорганизмов содержит емкость 1 раствора питательного субстрата, датчик 2 концентрации раствора питательного субстрата, радиоактивный датчик 3 плотности раствора питательного с субстрата, интегрирующее устройство 4, инвертирующий вход 5 и неинвертирующий вход б операц1{онного усилителя 7, трубопровод 8, культиватор §, датчик 10 уровня суспензии хлореллы, интегрирующее устройство 11, датчик 12 , концентрации суспензии хлореллы, радиоактивный датчик 13 плотности суспензии хлореллы, сливной патрубок 14,запорное устройство 15, неинвертиру- гд ющий вход 16 и инвертирующий вход 17 операционного усилителя 18, входы 19 и 20 вычитающего устройства 21, сборник 22 готовой продукции, исполнительный механизм 23, усилитель 24 мощности, устройство 25 сравнения 60 задатчик 26, исполнительный механизм 27, запорный вентиль 28. Устройство работает следующим образом. ни ле ра ди ве ре че ти мо гд Эт но гд по оп ве 18 да пл ти т. рновключении электрическогопитасистему автоматического управатчик 12 регистрирует концентсуспензии хлореллы. Ток провосуспензии хлореллы зависит от количеств соли и клеток хлов воде. Математически электриток, эквивалентный проводимое ентрации суспензии хлореллы ыразить как сумму двух токов ЗК.С...,: . кг-v ток, эквивалентный проводимости концентрации суспензии хлореллы; ток, эквивалентный проводимости концентращии соли в воде; - ок эквивалентный проводимости концентрации клеток хлореллы в воде - коэ ффицие нт пропо рциональности. и можно выразить функциональисимостьюK.)(KOH C концентрация соли, т.е. весовое количество соли, приходящееся на единицу массы ( г соли/л воды) или СМсМв , где Мрмасса соли/ Мц - масса воК - концентрация хлореллы, т.е. весовое количество клеток хлореллы, приходящееся на единицу массы воды: (г хлореллы/л воды)или в 3 ,где MX - масса хлореллы. трический сигнал от датчика 12 ет на инвертирующий вход 17 онного усилителя 18. На неинющий вход 16 того же усилителя упает сигнал от радиоактивного 13, ток которого эквивалентен ти суспензии хлореллы. Математок, эквивалентный плотности, епени ослабленияинтенсивности ения,суспензии хлореллы, .можзить как сумму трех токов ЧхГ- Рс- Яь ток, эквивалентный плотности суспензий хлореллы;ток, эквивалентный плотности соли, входящей в суспензию хлореллы, ток, эквивалентный плотности воды, входящей в суспензии хлореллы, ток, эквивалентный плотности клеток хлореллы, входящих в суспензию. Эти токи можно выразить функциональной зависимостью .. рс-« ЯсЛ-: рв- 5ь / ), где о - плотность соли, т.е. вёсо вое количество соли, приходящееся на единицу объе X соли см соли J; где Ц; - объем соли, I р - плотность воды, т.е. Р весовое количество водн приходящееся на-единицу объема воды: (г воды/ /см, воды); р - плотность клеток хлореллы .т.е. весовое количество клеток, приходящееся на единицу объема клеток хло реллы: {г хлореллы/сь. хл реллы) или LMxl J где M) - масса клеток хлореллы; 1Г объем клеток хлореллы. В данном случае плотность суспензии хлореллы рассматривается как тре фазная среда, состоящая из плотности соли, воды и клеток хлореллы. Коэффи циент ослабления интенгсивности р -из лучения состоит из трех коэффициенто ослабления соли, воды и клеток хлореллы, т.е. эквивалентен весовому количеству суспензии хлореллы, прихо дящемуся на единицу объема суспензии хлореллы,, Аналогичным образом в емкости 1, где содержится раствор питательного субстрата, датчик 2 регистрирует кон центрацию раствора питательного субстрата, ток проводимости которого за висит от весового количества соли, растворенной в воде Математически электрический ток, эквивалентный концентрации раствора питательного субстрата, т.е. концентрации соли, растворенной в воде, можно выразить фуикциЬнальйой зависимостьк -K.CV6.-к.с. с X - ток, эквивалентный концентрации раствора питательного субстрата т.е.концентрации соли, растворенной в воде. Электрический ток от датчика 2 поступает на инвертирующий вход 5 операционного усилителя 7, на неинвертирующиЙ вход 6 которого поступает ток, эквивалентный плотности раст вора питательного субстрата. Этот ток зависит от степени ослаб ления интенсивности мягкого р -излучения раствором питательного субстра та. Математически ток, эквивалентный плотности раствора питательного субстрата, можно выразить суммой двух токов v.V feгде Зр - ток, эквивалентный плот° ности раствора питательного субстрата. Токи Орр JPB ® растворе пи- тательного субстрата выражаются теми. же функциональными зависимостями,что и в суспензии хлореллы. В связи с тем, что на неинвертирующий вход 16 операционного усилителя 18 поступает электрический сигнал, эквивалентный плотности суспензии хлореллы, а на инвертирующий.вход того же усилителя 18 поступает электрический сигнал, эквивалентный концентрации суспензии хлореллы, то про.исходит переворачивание.его по фазе, т.е. алгебраическое сложение, в результате чего выходной сигнал усили теля 18 математически можно представить как сумму двух токов , i8-- f / ::Kc, . f« .V.V где - коэффициент пропорциональности. Аналогично можно шлразить и выходной сигнал операционного усилителя 7 как сумму двух сигналов плотности и концентрсщии раствора питательного субстрата fcve..cvE..c Электрический сигнал с выхода усилителя 7 поступает на вход 19 вычитающего устройства 21, а выходной сигнал усилителя 18 поступает на вход 20 того же вычитающего устройства 21. В результате сравнения и вычитания двух электрических сигналов вычитающим устройством 21 получается ток разности f Kj6,K,x Рс 5Ч -ЛдЬк.с.Эр + (:ЗцхОу), где )-,V-f(pj Соответственно на выходе вычитающего устройства 21 получается электрический сигнсш разности, котормй эквивалентен концентрации клеток хлореллы в воде с учетом веса клеток, приходявдагося йа единицу объема выращенных клеток хлореллы. Размерность концентрации и плотности клеток хлореллы .Х ЛхЧ3 Когда в культиватор 9 заливают раствор питательного субстрата, концентрация клеток хлореллы незначительна и электрический сигнал разности с выхода вычитающего устройства 21 близок к нулю. Следовательно, от эадатчика 26 на сравнивающее устройство 25 поступает электрический сигнал и через усилитель 24 на исполнительные механизмы 23 и 27, заблокированные датчиком 10 уровня суспензии хлореллы. В результате исполнительные механизмы 23 и 27 удерживают запорное устройство 15 и вентиль 28 в закрытом состоянии,. С течением времени в культиваторе 9 под действием освещения, температуры и углекислого газа происходит интенсивное деление клеток хлореллы с выделением кислорода и усвоением угJJepoдa клетками хлореллы, в результате чего плотность суспензии хлореллы увеличивается, а концентрация субстрата, входящего в состав суспензии, значительно уменьшается за счет усвоения из раствора субстрата питательных веществ клетками хлореллы. Следовательно, вес единицы объема клеток и общее их количество увеличиваются , а созревшие клетки опускаются в нижнюю часть культиватора. Так как электрические сигналы от датчиков 2 и 3, контролирующих раствор питательного субстрата, остаются постоянными, то постоянным остается и выходной сигнал операционного усилителя 7, который поступает на вход 19 сравнивающе-вычитающего устройства 21. В результате сравнения и вычитания двух электрических сигнгшов получается сигнал разности плотности суспензии хлореллы с учетом концентрации соли и хлореллы в воде и плотности

1

-ix

Фиг.2

28

fS paicTBopa питательного субстратас учетом его концентрации, который поступает на сравнивающее устройство 25. Когда электрические сигналы от вычитающего устройства 21 и задатчика становятся равными, электрический сигнал с выхода сравнивающего устройства 25 становится равным нулю Усилитель мощности 24 обесточивается и исполнительный механизм 23 приходит в действие и открывает запорное устройство 15, в результате чего через сливной патрубок 14 в сборник 22 поступает готовая продукция. При разгрузке культиватора от датчика 10 уровня суспензии хлореллы культиватора 9 поступает электрический сигнал на исполнительные механизмы 23 и 27, в результате чего закрывается запорное устройство 15 и открывается запорный вентиль 28. В культиватор 9 поступает новая порция раствора питательно-, го субстрата через трубопровод 8. Когда уровень раствора в культиваторе 9 достигает своего заданного значения, исполнительный механизм 27 закрывает запорное устройство.. Таким образом, происходит непрерывный процесс выращивания хлореллы, автоматическое определение ее степени готовности по концентрации и удельному весу, полное использование раствора питательного субстрата и автоматическая разгрузка и загрузка культиватора 9. Предлагаемое изобретение позволяет повысить качество биомассы на выходе.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССС НЕПРЕРЫВНОГО ВЫРАЩИВАНИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ, содержащее контур стабилизации уровня в аппарате, контур регулирования расхода питательного субстрата и контур регулирования времени пребывания биомассы в аппарате, состоящий из 4:(атчика концентрации суспензии, исполнительного механизма, запорного вентиля и вычислительного устройства, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью поилшения качества биомассы на выходе, оно дополнительно снабжено датчиком концентрации питательного субстрата, датчиксиии плотности раствора питательно- го субстрата и суспензии и сравнивающим устройством с задатчиксм, при этом датчик концентрации питательного субсртата и датчики плотности раствора питательного субстрата и суспензии посредством операционных усилителей соединены с входом вычислительного s устройства, выход которого соединен (П со сравнивающим устройством с задатчиком. с