Способ автоматического управления процессом брожения Советский патент 1987 года по МПК C12Q3/00 

11286627

Изобретение относится к бродильной промьшшенности, а именно к производству спирта из крахмалистого сьфья, и частично может быть использовано в производстве спирта из других видов j сырья.

Цель изобретения - повьпнение выхода целевого продукта.

.Сущность изобретения заключается в следующем.

В течение процесса биосинтеза скорость вьщеления углекислого газа, связанная с синтезом биомассы и про /r f.;;-.

Qtt.

(6)

где K,K,K,j - коэффициенты пропор15;и- ональности, определяемые из соотношений

к,, К,

.-

V N v Kj

г Используя измеряемые величины

, QN и ОП, соотношение /|u определяют по уравнению (6) и по его велиiS

чине осуществляют регулирование температуры брожения в ферментере таким образом, чтобы соотношение /(4 бьшо максимальным.

На чертеже изображена система, реализующая предлагаемый способ.

Система соЪтоит из ферментера 1, контура регулирования рН культуральной связанная с синтезом продук- 20 среды в ферментере, включающего дат- та и биомассы;чик 2 рН культуральной среды, который

связан через регулятор 3 рН с исполнительным механизмом 4, установленным на линии подачи буферного агента, контура регулирования температуры в ферментере, содержащего блок 5 измерения расхода буферного агента, блок 6 измерения скорости вьщеления углекислого газа в процессе микробиологического

дукта, определяется соотношением

QCO.C к.,г (1)

где X - концентрация микроорганизмов;

Qf-n f- часть выделяющегося углекис-

лого газа из ферментера.

К,К - коэффициенты пропорциональности.

Когда в ферментере накапливается большое количество биомассы, что характерно для периодических процессов брожения и непрерывных процессов брожения с малой скоростью разбавления, увеличивается часть вьщеляющегося

25

,углекислого газа, связанного с жизне- - синтеза, блок 7 определения оптической

плотности культуральной среды в ферментере, блок 8 определения окончания лаг-фазы роста микроорганизмов, блок 9 определения соотношения, экстремаль деятельностью микроорганизмов QCO

,Qco,(2)

где К - коэффициент пропорциональ- кости;

QCO iK часть вьщеляющегося углекис-35 ный регулятор 10 температуры брожё- лого газа, связанного с жиз- ния в ферментере, который связан с недеятельностью микроорганизмов . Если во время ферементации опреде40

исполнительным механизмом 11, установленным на линии подачи охлаждающей воды.

лять оптическую плотность (ОП) культуральной среды в ферментере, тогда QCO можно определять из выражения

of

к,- 0. (3)

40

Система работает следующим образом.

Сигнал от датчика 2 рН культуральной среды подается на регулятор 3 рН культуральной среды, который сравнигде Kj - коэффициент цропорционально- 5 вает заданное значение рН в ферментере с текущим и формирует сигнал для исполнительного механизма 4, изменяющего подачу буферного агента в ферментер. Скорость подачи буферного агента измеряют блоком 5 измерения расхода буферного агента, сигнал которого подается в блок 8 определения окончания лаг-фазы роста микроорганизмов . В блоке 8 во время ферментасти.

Суммарное вьщеление углекислого га- за из ферментера, таким образом, определяется из выражения (4)

Qco,, «pX-fK,Z °

+KjOir(4)

Скорость роста микроорганизмов пропорциональна скорости потребления азота микроорганизмами

ре с текущим и формирует сигнал для исполнительного механизма 4, изменяющего подачу буферного агента в ферментер. Скорость подачи буферного агента измеряют блоком 5 измерения расхода буферного агента, сигнал которого подается в блок 8 определения окончания лаг-фазы роста микроорганизмов . В блоке 8 во время ферментаQv,K.(uX,

(5) 55 ции определяют скорость роста микрогде К - коэффициент пропорциональности. Из уравнения (4) и (5) получаем:

организмов из следующей зависимости:

, . X(tK-,)-X(tK) jUX(t,)

.;;-.

Qtt.

(6)

где K,K,K,j - коэффициенты пропор15;и- ональности, определяемые из соотношений

к,, К,

.-

V N v Kj

г Используя измеряемые вели

, QN и ОП, соотношение деляют по уравнению (6) и по плотности культуральной среды в ферментере, блок 8 определения окончания лаг-фазы роста микроорганизмов, блок 9 определения соотношения, экстремальный регулятор 10 температуры брожё- ния в ферментере, который связан с

исполнительным механизмом 11, установленным на линии подачи охлаждающей воды.

Система работает следующим образом.

Сигнал от датчика 2 рН культуральной среды подается на регулятор 3 рН культуральной среды, который сравнивает заданное значение рН в ферментевает заданное значение рН в ферментере с текущим и формирует сигнал для исполнительного механизма 4, изменяющего подачу буферного агента в ферментер. Скорость подачи буферного агента измеряют блоком 5 измерения расхода буферного агента, сигнал которого подается в блок 8 определения окончания лаг-фазы роста микроорганизмов . В блоке 8 во время ферментаорганизмов из следующей зависимости:

, . X(tK-,)-X(tK) jUX(t,)

де uX(t) - скорость роста микроор- ганизмов в момент времени t.

XCt.KM)X(t)

ut -k

концентрация микроорганизмов в момент времени .5

k-1

концентрация микроорганизмов в момент времени

Ьк;

интервал времени между Ю

измерениями.

Когда uX(t) превьшает заранее заданную величину А, блок 8 выдает сиг-, нал на блок 9 определения соотношения 1-5 и начинает управление температурного режима в ферментере.

В то же время блоком 6 измерения скорости вьщеления углекислого газа измеряют скорость выделения углекислого газа из ферментера и блоком 7 определения оптической плотности ку- льтуральной среды измеряют оптическую

плотность культуральной среды. Сигна- лы из блоков 6 и 7 измерения соответственно подают на блок 9 определения соотношения, в котором формируют сигнал, пропорциональный соотношению удельной скорости вьщеления целевого продукта с удельной скоростью роста микроорганизмов, который поступает в экстремальный регулятор 10 температуры брожения в ферментере, которьй формирует сигнал для исполнительного механизма 11, установленного на линии подачи охлаждакицей воды.

5

-5

0

Формула изобретения

Способ автоматического управления процессом брожения, включающий регулирование температуры брожения в фер- ментере, отличающийся тем, что, с целью повышения выхода целевого продукта, дополнительно измеряют скорость выделения углекислого газа, вьщеляющегося из ферментера, скорость потребления азота микроорганизмами в ферментере, оптическую плотность куль- туральной среды и определяют окончание ЛАГ-фазы роста микроорганизмов путем-, сравнения скорости потребления азота микроорганизмами с заданной, а регулирование температуры брожения производят по окончании ЛАГ-фазы роста микроорганизмов таким образом, чтобы максимизировать соотношение, определяемое из следующей зависимости:

0

5

//W

к г

ЧМ2

If

р;,

к„

где JK - удельная скорость роста микроорганизмов; - удельная скорость вьщепения

целевого продукта;

QCO скорость вьщеления углекислого газа; Q к, скорость потребления азота

микроорганизмами; 015 - оптическая плотность культуральной среды в ферментере;

К, ,К, К

- коэффициенты пропорциональности.

Углекислый газ

BytpepHb/u агент

f f

Редактор Н.Горват

Составитель В.Новиков

Техред Л,СердюковаКорректор Т.Колб

Заказ 7684/26Тираж 500 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 ,

Охлатдающай дода