Система автоматического управления процессом выращивания микроорганизмов Советский патент 1987 года по МПК C12Q3/00 

1

Изобретение относится к микробиологической промышленности и может быть использовано в процессе непрерывного культивирования мргкроорга- низмов.

Цель изобретения - повышение проводительности аппарата.

На чертеже показана принципиальная схема предлагаемой системы упраления.

Система автоматического управления процессом выращивания микроорганизмов содержит контур регулирования температуры в аппарате 1. состоящий из датчика 2 температуры, соединенного с регулятором 3, выход которого связан с исполнительным механизмом 4, установленным на лиии подачи хладагента, подаваемого в охладительную рубашку 5, контур стабилизации рН в аппарате, состоящий из датчика 6, соединенного с регулятором 7, к выходу которого подключен исполнительньш механизм 8 на трубопроводе аммиачной воды, контур регулирования подачи воздуха на азрацию в зависимости от уровня культуральной среды в аппарате, состоящий из датчика 9 уровня. соединенного с регулятором 10, выход которого подключен к исполнительному механизму 11, установленному на воздухопроводе, вычислительное устройство 12, вход которого связан с датчиками 2,6,13,14 температурыS pHj концентрации субстрата и ингибитора,датчиками 9 и 15 уровня и расхода субстрата, а выход соединен с исполнительным механизмом 1, контура регулирования подачи субстрата в аппарат. . Система автоматического управле ния работает следующим образом,.

Температуру в аппарате 1 поддерживают на заданном уровне с помощью контура регулирования температуры, включающего датчик 2 температуры, подключенный на вход регулятора 3, который после сравнения текущего и заданного значения температур вырабатывает сигнал регулирующего воздействия, управляющего механизмом 4 на линии подачи хладагента, подаваемого в охладительную рубашку 5.

Измерение кислотности в аппарате воспринимается датчиком 6 рН, включенным на вход регулятора 7, которьй в зависимости от отклонения рН в ту или, иную сторону подает сигнал на

исполнительный механизм,8 подачи аммиачной воды,

Уровень культуральной среды в аппарате контролируется датчиком 9, сигнал от которого поступает на регулятор 10, воздействующий на исполни- тельньй механизм 11, установленный на линии подачи воздуха на азрацию.

I

Помимо зтого система снабжена датчиками 13 и 14 концентрации субстрата и ингибитора в аппарате и вычислительным устройством 12, которое управляет процессом выращивания микроорганизмов,

При этом вычислительное устройство реализует следующие операции. По текущим значениям Т, рН, Н, 5, I, V, поступающим в вычислительное устройство с датчикоЕ: 2,6,9,13,14,15, производится вычисление удельной скорости роста микроорганизмов в аппара5

температуры и их оптимальные значения соответственно, ед. рН и с;

рн - величины интервалов варьирования показателя водородных ионов и температуры со- ответствбшно, ед, .рН и С.

Скорость разбавления среды в аппарате определяется по формуле

(2)

50

где V - расход субстрата,

Н - уровень культуральной среды в аппарате, м;.

Q - сечение аппарата, м. Значение Q вводится в вычисл-:;тель г ное устройство перед началом процесса. Изменение используемого гатамма микроорганизмов или качества используемого сырья по экспериментальным данным определяется постоянными козффициентами в уравнении (1), которые вводятся в вычислительное устройство.

Хемостатный режим культивирования микроорганизмов проводится при услоBHHjU D, т.е. когда исходная концент-5 Фурола) колебалась в пределе 0,20,5 г/л, концентрация субстрата 10- 15 г/л, рН среды 3,6-4,2, удельная производительность 0,8-1,3 кг/м ч, уровень в аппарате составил 600согласования

б p-D.

В зависимости от значения G вычислительное устройство вырабатывает

на

рация микроорганизмов остается посто- ИННОЙ в течение процесса. Исходя из этого, вычислительное устройство производит вычисление, используя формулы (1) и (2), и определяет величину рас- О 700 Лу концентрация биомассы стабилизировалась в диапазоне 22-26 г/л, выход биомассы составил 48-50%.

До использования данной системы концентрация биомассы в аппарате ко- соответствующие управляющие воздейст - лебалась в диапазоне 10-25 г/л; расход субстрата в пределе 150-250 л/ч, удельная производительность 0,4- 1,5. кг/м- ч, выход биомассы составил 42-45%.

В результате реализации данной системы максимальное отклонение концентрации биомассы от ее среднего

значения составило 2 г/л. При этом отклонение концентрации биомассы от ее среднего значения уменьшалось на 33,7%.

Таким образом, за счет введения в систему датчиков 13, 14 и-формирования управляющих воздействий расходом субстрата в вычислительном устройстве по сигналам, поступающим от датчиков 2, 6, 9, 13, 14 и 15, повышается производительность на 9-12%, Фо рмула изобрете ния Система автоматического управления процессом выращивания микроорганизмов, содержаш.ая контуры регулирования рН, температуры в аппарате и подачи субстрата в аппарат, датчик уров20

25

30

ВИЯ на исполнительный механизм 1 линии подачи субстрата в аппарат, приводящий изменение расхода субстрата на величину

UV G-H Q.

Производительность аппарата определяется на основе выражения

B u-x H-Q V x,

где X - концентрация абсолютно сухой биомассы,

V - расчетное значение расхода субстрата, .

На основе вышеприведенной формулы, снимая показания датчиков 2,6,j9,13 и 14, соответствующие величинам Т, рН, Н, S, I, рассчитываются JU и V при помощи управляющего вычислительного устройства. Величина V определяет производительность аппарата, так как скорость протока равна .скорости стока при непрерывном культивировании. Датчик и вычислительное устройство позволяют своевременно прогнозировать значение В и вырабатывают управляющую команду в исполнительный механизм 16, что приводит к оптимальному управлению расходом субстрата V.

Увеличение расхода питательного субстрата V по сравнению с V приводит к вымыванию культуры, потерям питательного субстрата и в итоге к уменьшению производительности аппарата и выхода биомассы с единицы субстрата. В случае уменьшения расхода питательного субстрата V по сравне- 50 нию с V создается нехватка питательного субстрата активно размножающимися клетками и это тйкже приводит к уменьшению концентрации х и, следо35

40

45

ня, установленный в аппарате, вычислительное устройство, входы которого соединены с датчиками расхода субстрата и рН, и исполнительный механизм, расположенный на линии подачи воздуха в аппарат и связанный с регулятором, отличающаяся тем, что, с целью повышения производительности, она снабжена датчиками концентрации субстрата и, ингибитора, а вычислительное устройство подключено к датчикам концентрации субстрата и ингибитора и датчикам температуры и уровня, выход вычислительного устройства соединен с исполнительным

вательно, к уменьшению производитель-55 механизмом контура регулирования поности аппарата. Пример.

В аппарате объемом

1 м- въфащивали кормовые дрожжи Сапdida robusta Я1(Ь6, Расход субстрата составил 150-200 л/ч, температура среды в аппарате поддерживалась 37 38 С, концентрация ингибитора (фур0,5 г/л, концентрация субстрата 10- 15 г/л, рН среды 3,6-4,2, удельная производительность 0,8-1,3 кг/м ч, уровень в аппарате составил 600700 Лу концентрация биомассы стабили зировалась в диапазоне 22-26 г/л, вы ход биомассы составил 48-50%.

20

25

30

35

Таким образом, за счет введения в систему датчиков 13, 14 и-формирования управляющих воздействий расходом субстрата в вычислительном устройстве по сигналам, поступающим от датчиков 2, 6, 9, 13, 14 и 15, повышается производительность на 9-12%, Фо рмула изобрете ния Система автоматического управления процессом выращивания микроорганизмов, содержаш.ая контуры регулирования рН, температуры в аппарате и подачи субстрата в аппарат, датчик уров

0

ня, установленный в аппарате, вычислительное устройство, входы которого соединены с датчиками расхода субстрата и рН, и исполнительный механизм, расположенный на линии подачи воздуха в аппарат и связанный с регулятором, отличающаяся тем, что, с целью повышения производительности, она снабжена датчиками концентрации субстрата и, ингибитора, а вычислительное устройство подключено к датчикам концентрации субстрата и ингибитора и датчикам температуры и уровня, выход вычислительного устройства соединен с исполнительным

дачи cy6cTpaTaj при этом датчик уровня соединен с регулятором подачи воздуха в аппарат.

w

13

«

5

A

Изобретение относится к микробиологической промышленности и может быть использовано в процессч° непрерывного культивирования микроорганизмов. Цель изобретения - повышение производительности аппарата. Система автоматического управления процессом выращивания микроорганизмов содержит контуры регулирования рН, температуры в аппарате и подачи субстрата в аппарат, датчик уровня, установлеиньй в аппарате,, вычислительное устройство, входы которого соединены с датчиками расхода субстрата и рН, и исполнительный механизмS расположенный на линии подачи воздуха в аппарат и свя- занньй с регулятором, датчики концентрации субстрата и ингибитора. При этом вычислительное устройство подключено к датчикам концентрации субстрата и ингибитора и датчикам температуры и уровня. Выход вычислительного устройства соединен с исполнительным механизмом контура регулирования пода-- чи субстрата, а датчик уровня - с регулятором подачи воздуха в аппарат,. Датчики и вычислительное устройство позволяют своевременно прогнозировать значение производительности и вырабатывают управляющую команду в исполнительный механизм, что приводит.к оптимальному управлению расходом субстрата V. Увеличение расхода питате.ль- ного субстрата V по сравнению с V приводит к вымыванию культуры, потерям питательного субстрата и в итоге к уменьшению производительности аппарата и выхода биомассы с единицы субстрата, В случае уменьшения расхода питательного субстрата V по сравнению с V создается нехватка питательного субстрата активно размножающимся клеткам и.это также приводит к уменьшению концентрации х и сле,довательно, к уменьшению производительности аппарата. 1 ил. Ьо ел D1

l

w

/ N

Редактор M.Бандура

Составитель Г.Богачева

Техред В.Кадар Корректор А.Зимокосов

Заказ 1498/24 Тираж 500Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

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

Производствекно-полиграфическое предприятие, г„Ужгород, ул,Проектная, 4