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

1135

Изобретение относится к микробиологической промьппленности, а именно к системам автоматического управления процессом культивирования микро- .организмов.

Цель изобретения - повышение выхода биомассы.

На чертеже представлена структурная схема предложенной системы автоматического управления процессом культивирования микроорганизмов.

Система содержит объект управления - аппарат 1 для культиви- рования микроорганизмов; датчики концентрации кислорода во входящем в аппарат воздухе 2 и отходящих газах 3; количества 4 воздуха, поступающего в аппарат, концентрации 5 этанола в отходящих газах, концентрации 6 биомассы в аппарате, концентрации 7 сахара в культуральной среде; блок 8 определения разности между количеством кислорода во входящем в аппарат воздухе и отходящих газах, блок 9 количества кислорода, необходимого для эндогенного дыхания и биосинтеза микроорганизмов, блок 10 определения количества сахара в культуральной среде, блок 11 согласования и коррекции, регуляторы 12 и 13, исполнительные механизмы 14 и 15, расположенные соответственно на линиях подачи воздуха и мелассы в аппарат.

Система работает следующим образом.

Сигналы, пропорциональные текущим значениям концентрации кислорода во входящем воздухе и в отработанных газах соответственно от датчиков 2 и 3, поступают в блок 8 определения разности между количеством кислорода во входящем в аппарат воздухе и отходящих газах, куда также поступает сигнал, пропорциональный количеству оздуха, поступающего в аппарат от атчика 4. В блоке 8 определяется разность количества кислорода во вхоящем в аппарат воздухе и в отходящих газах или на основании материального баланса, эта разность равна количеству кислорода, растворенного в культуральной среде. С выхода блока 8 сигнал, пропорциональный разности оличества кислорода во входящем возухе и в отработанных газах, поступат на вход блока 9 определения колиества кислорода, необходимого для ндогенного дыхания и биосинтеза мик62

роорганизмов, на второй вход которого поступает сигнал, пропорциональный текущей концентрации биомассы в аппарате, от датчика 6. Блок 9 вычисляет необходимое количество кислорода для эндогенного дыхания и биосинтеза микроорганизмов в соответствии с текущей концентрацией биомассы в аппарате и

сравнивает эту величину со значением, поступившим с блока 8.

Вырабатывается соответствующая разность, т.е. если G,G, где GH - количество кислорода, необходимое для эндогенного дыхания и биосинтеза микроорганизмов, пропорциональное текущему значению концентрации биомассы в аппарате; Сцт - количество кислорода, растворенного в культуральной среде, то +, и сиг- .нал, пропорциональный величине разности , поступает на один из входов блока согласования и коррекции 11, требуя увеличения расхода воздуха на

аэрацию пропорционально величине + Если же окажется, что -, т.е. выполнялось условие , то с блока 9 на блок 11 поступает сигнал, пропорциональньш величине -,

требуя уменьшения расхода воздуха на аэрацию пропорционально величине -.. Одновременно с этим сигнал, пропорциональный текущему значению кон- . центрации биомассы в аппарате, от датчика 6 поступает на блок 10 определения количества сахара в культуральной среде, на второй вход которого поступает сигнал, пропорциональный значению от датчика 7 концентрации сахара в культуральной среде. В блоке 10 определяется количество сахара, имеющегося в культуральной среде, количество сахара, необходимое для нормального развития культуры микроорганизмов, и их разность, следующим образом:

M-..c,C-V

(1)

где М(. - количество сахара, находящегося в культуральной сре- де, кг;

С - концентрация сахара в культуральной среде, % V - объем культуральной среды,

. ()

где М - количество сахара, необходимого для размножения микроорганизмов, кг;

- текущее значение количества микроорганизмов в куль- туральной среде, кг; С - концентрация микроорганизмов в культуральной среде, кг/м ;

V - объем культуральной среды, м ;

46 - содержание сахара в условной мелассе, %; В - выход микроорганизмов из

условной мелассы, %. Определяется разность, если М , то MT-J- -М сГ, то требуется уменьшение подачи сахара на величину, пропорциональную с/.

Если М MM.C. ™ г.с. -. то требуется увеличение подачи сахара в аппарат на величину, пропорциональную значению -сГ,

Значение, пропорциональное (f (с соответствующим знаком) с блока 10 определения количества сахара в культуральной среде, поступает на один из входов блока 11 согласования и коррекции, на второй вход которого поступает сигнал с блока 9 определения количества кислорода, необходимого для эндогенного дыхания и биосинтеза, пропорциональный величине & (с соответствующим знаком). В блоке 11 согласования и коррекции происходит согласование сигналов, поступивших с блоков 9 и 10 таким образом, чтобы выполнялось условие соответствия расхода воздуха и мелассы при известном значении концентрации биомассы микроорганизмов по определенному соотношению для каждой культуры микроорганизмов,

Если отсутствует сигнал от датчика 5 концентрации этанола в отходящих газах, выход которого связан с одним из входов блока 11 согласования и коррекции, что характеризует высокую эффективность процесса культивирования микроорганизмов, то уточненные в соответствии с текущим з начением концентрации микроорганизмов в культуральной среде и согласованные между собой значения корректирующих сигналов с блока 11по своим каналам поступают на соответствующие регуляторы 12 и 13 изменяя в них задания, и с них управляющие сигналы поступают на исполнительные механизмы 14 и 15 для изменения расхода воздуха и мелассы.

Если же на вход блока 11 согласования и коррекции поступает сигнал, пропорциональный концентрации этанола в отходящих газах с датчиков 5, что, характеризует ухудшение эффективности процесса культивирования микроорганизмов, то в блоке 11 согласованные между собой значения количества

0 кислорода, необходимого для эндогенного дыхания и биосинтеза микроорганизмов, и количества сахара в культуральной среде корректируются в зависимости от значения концентрации эта5 нола в отходящих газах (расход кислорода увеличивается, а количество мелассы уменьшается), и только после этого сигналы с блока 11 поступают на соответствующие регуляторы 12и 13.

Q . Таким образом, предлагаемая система автоматического управления процессом культивирования микроорганизмов позволяет управлять расходом воздуха и мелассы в аппарате в зависимости

5 от текущего значения концентрации микроорганизмов в культуральной среде, согласовать между собой значения расхода воздуха и мелассы и скорректировать эти значения в зависимости

Q от концентрации этанола в отходящих газах.

Формула изобретения

Система автоматического управления процессом культивирования микроорганизмов на среде, содержащей мелассу и азотносодержащие соли, включающая датчики концентрации кислорода во

входящем в аппарат воздухе и вотходящих газах, датчик количества воз- дзоса, поступающего в аппарат, датчик концентрации биомассы в аппарате, блок определения разности между коли-

чеством кислорода во входящем в ап- парат воздухе и отходящих газах, блок определения количества кислорода, необходимого для эндогенного дыхания и биосинтеза микроорганизмов, регуляторы расхода воздуха и мелассы и исполнительные механизмы, расположенные на линиях подачи воздуха и мелассы в аппарат, отличающаяся тем, что, с целью повышения выхода

биомассы, она снабжена датчиком концентрации этанола и последовательно соединенными датчиком концентраций . сахара в культуральной среде, блоком определения количества сахара в культуральной среде и блоком согласования и коррекции, два входа которого соединены соответственно с блоком определения количества кислорода, необходимого для эндогенного дыхания и биосинтеза микроорганизмов и датчиком концентрации этанола в отходящих газах, а выходы соединены через соответствующие регуляторы с исполнитель- ig

ными механизмами, расположенными на линиях подачи воздуха и мелассы в аппарат, причем датчик концентрации биомассы соединен одновременно с блоком определения количества сахара в культуральной среде и с блоком определения количества кислорода, необходимого для эндогенного дыхания и биосинтеза микроорганизмов.

Меласса

ufrjyaff ufue ffff3ffi

Изобретение относится к микробиологической промьшленности, а именно к системам автоматического управления процессом культивирования микроорганизмов. Целью изобретения является повьшение выхода биомассы. Известные системы автоматического управления процессом культивирования микроорганизмов не учитывают информацию о количестве сахара в культуIральной среде и количестве этанола в отходящих газах, в результате чего не согласуются между собой оптимальные соотношения расходов питательной среды и аэрирующего воздуха. Предлагаемая система устраняет отмеченные недостатки. Это достигается тем, что система автоматического управления процессом культивирования микроорганизмов снабжена последовательно соединенными датчиком концентрации сахара в культуральной среде и блоком согласования и коррекции, второй и третий входы которого соединены с блоком определения количества кислорода, необходимого для эндогенного дыхания и биосинтеза микроорганизмов, и датчиком концентрации этанола в отходящих газах, а выходы через управляю- щий блок - с исполнительными механизмами, расположенными на линиях подачи воздуха и мелассы в аппарат, причем датчик концентрации биомассы соединен одновременно с блоком определения сахара в культуральной среде и с блоком определения количества кис- лорода, необходимого для эндогенного дыхания и биосинтеза микроорганизмов. 1 ил. с (Л со СП со о