Устройство для измерения теплопродукции микроорганизмов Советский патент 1983 года по МПК G01K17/00 

Ф

Oi

Ф-Изобретение относится к теплометрии и может найти применение при определении теплопродукции микроортанизмов в процессе выращивания, их в фермеитере-; Известно устройство для определения теплопродукции микроорганизмов в промыщленном ферментере по потребленному за тот же отрезок времени в процессе биосинтеза количеству кислорода, содержащее датчик кислорода, связанный с регистратором теплопродукцин 1. При реализации данным устройством способа определения теплопродукции не обеспечивается достаточная точность, поскольку, в соответствии с вторым началом термодинамики, любой необратимый процесс сопровождается образованием теплоты диссипации. В процессе культивирования микроорганизмов систе ма далека от равновесия и скорость образования теплоты диссипации в ней невелика, а поэтому не вся теплота диссипации успевает покинуть пределы системы - ее используется системы. Позтому 1/ V .f и гдеЧ - удельная диссипативная функция системы; 4Q - функция внешней дисс1нпации; и функция внутренней диссипации. И, таким образом, в соответствии с укаэвявым отособом величина VM не учитывается при проведении измерений теплопродукции, что приво дит к значительным погреишостямНаиболее близким по технической сущности является спойоб измерения теплопродз кции микроорганизмов в промышленном ф«рментер путем измерения количества тепла отводимого охлаждающей жидкостью. При этом количество тепла отределяют путем измерения температуры охлаждающей жидкости на выходе из tepмостатирующей рубашки при постоянных значениях расхода жидкости и ее начальной темпе ргауры из соотношения 5иол(, где « гцрдССЬ удельная теш1рпродук1р1я микроорганизмов;6ц - количество воды,затрачиваемое на охлаждегше ферментера; Ср- теплоемкость воды; температура воды на входе в рубашку ферментера; Тл (f) - перемеш1ая во времени температура воды на выходе из рубашки ферментера. Для реализации данного шособа известно устройство, содержащее преобразователи температуры, установленные соответственно на линиях подачи и отвода воды из охлаждаюшей рубаилси ферментера, соединенные посредством блока определения разности температур с блоком умножения, и интегратор, соединенный с регистратором теплопродукции 2. Недостатком устройства является низкая точность измерения теплопродукции микрооргагтэмов, поскольку не учитываются тепловыделения, связанные с работой мешалки и теплопогЛощения, связанные с отдачей теплоты в окружающую среду, с барботнрованием воздуха и с гидролизом питательной среды. Посколь ку указанные величины тепловыделений и теплопоглощений соизмеримы с теплопродукцией v микроорганизмов, то достоверность результатов без учетд этих величин не може быть высОкой. Цель изобретения - повышение точности измерения теплопродукция микроорганизмов в промышленном ферментере в процессе их культивирования. Указанная цель достигается тем, что устройство для измерения теплопродукции мнкроор- / ганизмов, содержащее преобразователи температуры, установленные соответственно на линиях подачи и отвода воды из охлаждающей рубашки ферментера, соеданенные посредством блока определения разносга температур с блоком умножения, и интегратор, соединенный с регистратором теплопродукции, снабжено калориметрическим блоком, служащим i для определения количества теплоты, выделяемой при работе мешалки, поглощаемой при барботировашга воздуха и гидролизе питательной среды в ферментере, тепломером для определения количества теплоты, отводимой в окру- жающую среду, и сумматором, при этом один / из входов последнего.соединен с блоком умножения, а два других входа через дополнительный блок умножения и блок памяти соответственно соегашетл с тепломером и калориметрическим блоком, причем вь(ходы сумматора связаны с регистратором теплопродукции и интегратором. На фиг. 1 представлена блок-схема устройства для измерения теплопродзтсцни микроорганизмов; на фиг. 2 - теплограммы удельных тепловыделений микроскопического грнба Asper ieCus п егТ-33. Устройство для измерения теплопродукции микроорганизмов содержит преобразователи 1 и 2 температуры (фнг. 1), установленные соответственно на линиях подачн и отвода воды из охлаждающей рубашки ферментера,соединенные посредством блока 3 определения разности температур через блок 4 умножения с оданм из входов сумматора S. К второму входу сумматора 5 через блок 6 памяти подключен калорнкютрнческий блок 7, служащий для олределекия количества теплоты, выделяемой при работе мешалки, поглощаемой при барботировании воздуха и гидролизе питательной среды в ферментере, например проточный калори- метр, К третьему входу сумматора 5 через дополнительный блок 8 умножения подсоединен тепломер 9 для определения количества теплоты, отводимой в окружающую среду. Входы сумматора 5 связаны с входами регистратора 10 теплопродукции через интегратор 11 и непосредственно. Сущность способа, положенного в основу работы устройства, заключается в том, что при измерении теплопродукдаи шкроорГанизмов в промышленном ферментере тепловой баланс для ферментера составляет Ч5о1р5 гидр иол jSSft . Тогда . . Я5с(р5 VrMAp. Известно, что теплоотдачас1фот ферментера в окружающую среду/ :РиТ)/ гдеЫф - коэффшдаент теплоотдачи от ферментера в окружающую среду;Л Л Т - разность температ)гр внещней стенки aiHiapata и окружа10щей среды. Поэтому, установив на внешней стенке фер ментера тепломер, мы находим однозначную зависимость NCir)f(.Vcpb где М(С)- переменная во времени величина злектрического сигнала с тепломера.. ™™« ЧмешНбарЯ Ч.ГИАВ определяют проточным калориметром KONOUiek но и в процессе измерения теплопроду|ашн считают их постоянными величинами т. е. 5о|р5 Я гиАР- к«лОр, Таким образом, процесс окрбрцжиия теплопродукции микроорганизмов сводится к pttutmm следующего алгоритма:. 5и6л( «ЛГ2((), VKOIAOp.При этом:. ; до катала измерениж допределяют вели чины:. Cpiconsi ; Rg const iq,,(,,p consi.; в процессе культивирования измеряют: T №v«riT2 ; V«r. Устройство работает следующим образбм. Предварительно до начала измерений калориметрическим блоком 7 определяют комплексно величину Ч квАор Я меш-Ч- арБЯ гиАР и вносят в блок 6 памяти, где она запоминается, а в процессе всего измерения непрерывно подается на один из входов сумматора 5. Используя вспомогательный электронагреватель находят зависимость с{, рг(Г) н в соответствии с ней в процессе измерения теплопродукции лжкроорганизмов преобразуют сигнал с тепломера 9 в ддполнительном блоке 8 умножения. Полученный сигнал непрерьгоно поступает в сумматор 5. В процессе культивирования микроорганизмов, когда происходит измерение теплопродукаия, измеряют температуру воды на входе и выходе из охлаждающей, рубашки и, зная расход воды, ее теплоемкость и разность температуу воды на линиях ее подачи и отвода из охлаждающей рубашки, определяют ее текущее количество отводимой от ферментера теплоты.. В соответствии с полученной величиной в сумматор 5 поступает преобразованный в блоке 4, умножения сигнал. В сумматоре 5 злекгриЧеские сигналы, прсшорциональные количеству отводимой (подводимой) теплоты, складываются и пол5 еиная величина фиксируется регистратором 10 теплопродукции микроорганизмов. Для определения интегральной текущей величины теплопродукции (количество теплоты вьщелившейся за время культивирования) шгнал поступает в интегратор 11, где он непрерывно суммируется, а полученный результат фиксируется во втором канале регистратора Ю теплопродукции. Измерение теплопродукции в соответствин с данным устройством проводили для культуры гриба Asp nig-erТ-33 при глубинном выращивании на среде следующего состава, %: кукурузная мука 7 ; крахмал картофельный 5; БВК 2; (NH) НРО.ОД%; рН 5,2 и б° 9,0. Стерилизация ферментера происходит при 2 ати в течение 1 ч и среды в ферментере - при 1 ати в течение 1ч. Обьем ферментера составлял 30 л.: Посевной материал выращивали на отрубях, он приготовлен в виде водной суспензии спор или прокачивании в течении 2 ч на качалке, количество посевного на 100 мл среды I - 10 или 30 л - 2 10 спор.Условия культивирования: Температура выращивания, С 31 Аэрация, объем среды на объем воздуха 1/1,5 Перемещиванне, об/мин 200

Ш «нагаз теологрикт фяг- ) 9Щад, чг()-9/Соответствии с яэ естшм texioniSi cKKr )pRjtf«Mi. 0

ieii -y l f:/OV3Sp

wi jfiit Ш теши в

П{щрссв ее йад кумв (2), noiiy imoil ftomoaobio данйогь Э|от пйдайверждаётся tcpffisoft (3) itotpie лпош я(уй турой pactBt etntoro в «сушт шпюйсреле Кислорода в Я роцессе eft В| фва1юаяпя «фврмениере,. Твкэш )ИЕ, ycTp)iCT$Q дав оп|1« л Шй teimonp3j ttn|i

кйяйшенном ф рмав№е1 позаояяепр увелй«(ь точности из 4ереийяг10пйбв н йуквш пяизмрв в процес) кх r ii enmiorO кут ввяjxrtfflfaiw дасчет учет теплояыЛёАеУОй, 81Ь131Й1 Мйых MOiOantcn, л тёплсйтоглбпсеякй, j6M3BaimMX Теплоотдачей в окружающу среду барботяровавием воздуха рез куяьту аяьную жндкость я гядролязом {ттатблыюй средаь

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕШЮПРОЛУЮЦИИ МИКРООРГАНИЗМОВ, ; содаржицее преобразователи температуры, установленные соогаетствеияо на линиях подачи и отвода |«оды из охлаждающей фер («астера, соединенные посредством блока esttpes делешш разности темие|№15 с блоком у1йиО жения, и интегратор, соединенный с регтстратором теплопрощгкции, отличающееся тем, что, с .целью повышения точности, оно снабжено калориметрическим блоком служащим для определения количества тепло ты, выделяемой при работе меошпси, notnoшаемой прн барботировании воздуха и гидро лизе питательной среды в ферментере, тепломером для определения соличества теплоты отводимой в окружающую среду, и сумма ром, при этом одт из входов последнего соедашен с блоксш умножения, а два кругах. входа через допошопельный блок умйо ктоия § и блок памяти соответственно соединеюа с тепломером и калориметрическим блоком, tfi причем выходы с лматора связаш с региС стратором теплопрокукоуш и интегратором.

q,K9m:f 4-Kr ЛВС)

/

. /

Ч Х..--..

75

«f

r,v Фм1