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

Изобретение относится к микробиологической промышленности, а именно автоматическому управлению процессом культивирования микроорганизмов на среде, содержащей мелассу и азотсоде жащие соли, и может быть использован при производстве дрожжей, в частност хлебопекарных.

Цель изобретения - повьшение вы- хрда биомассы.

На чертеже представлена структурная схема системы автоматического управления процессом культивирования микроорганизмов,

Система автоматического управления процессом культивирования микроорганизмов на среде, содержащей мелассу и азотсодержащие соли,,включает ферментер 1, датчики 2 и 3 концентрации кислорода, установленные на линии подачи воздуха в ферментер 1 и линии отработанных газов, блок 4 определения разности между измеренными величинами концентраций кислоро да в.поступающем в ферментер воздухе и.в отработанных газах, датчик 5 для определения количества воздуха, постпающего на аэрацию, датчик 6 концентрации кислорода в культуральной среде, блок 7 для определения количеств кислорода, необходимого для эндогенного дыхания микроорганизмов, блок 8 адаптивной модели, датчики 9-12 соответственно рН, температуры, уровня культуральной среды в ферментере и текущей концентрации биомассы, датчики 13-15 соответственно количества мелассы и концентраций азотсодержащих солей и углеводсодержащих субстратов в мелассе, блок 16 обработки управляющих воздействий, программный блок 17, регуляторы 18-20 подачи со ответственно воздуха на аэрацию, ам- ами чной и охлаждающей воды, исполнительные механизмы 21-26, с регулирующими органами, расположенные соответственно на линиях подачи воздуха на аэрацию, аммиачной и охлаждающей воды, мелассы, азотсодержащих солей и линии слива, при этом входы блока 8 адаптивной модели связаны с датчиками 9, 10, 12, 14 и 15 соответственно рН, температуры, концентраций биомассы, азотсодержащих солей и углеводсодержащих субстратов в мелассе, датчиком 13 количества мелассы и блоком 7 определения количества кислорода, необходимого для эндогеи

15

0

0

д

25 5

0

5

0

5

ного дыхания, а выход посредством блока 16 отработки управляющих воздействий подключен к программному блоку 17 и регуляторам 19, 20 и 18, причем второй вход программного блока 17 связан с датчиком 11 уровня.

Система работает следующим образом.

Сигналы от Датчиков 2 и 3 поступают на входы блока 4, на выходе которого отрабатывается сигнал, пропорциональный разности концентраций кислорода во входящем в ферментер 1 воздухе и в отработанных газах, и этот сигнал поступает на первый вход блока

7.На второй и третий входы блока 7 поступает сигнал от датчика 5, пропорциональный количеству воздуха, поступающего на аэрацию, и датчика 6, пропорциональный величине концентрации кислорода в культуральной среде. На выхоле блока 7 отрабатывается сигнал, пропорциональный количеству кислорода, необходимого для эндогенного дыхания микроорганизмов, который поступает на один из входов блока 8 -адаптивной модели. На другие входы блока 8 поступают сигналы от датчиков 9, 10, 12-13, пропорциональные соответственно текущим значениям рН, температуры культуральной среды, концентрации биомассы в ферментере, количества мелассы, концентраций азотсодержащих солей и углеводсодержащих субстратов в мелассе. В блоке

8,основу которого составляет управляющая вычислительная мащина, заранее задается математическая модель процесса культивирования микроорганизмов, учитывающая важнейщие параметры процесса. Получая информацию

о текущих значениях параметров, блок 8 в соответствии с заданным алгоритмом идентифицирует коэффициенты математической модели, рассчитывает оптимальные значения управляющих параметров и посредством блока 16 отработки управляющих воздействий корректирует программу блока 17 и зада ния регуляторов 18-20 так, что в ферментере создаются условия, благоприятные для интенсивного процесса культивирования микроорганизмов. Слив . культуральной среды из ферментера 1 осуществляется по команде программного блока 17. I

При реализации предлагаемой системы при введении коррекции на подачу мелассы, азотсодержащих солей и ам3135

миачной воды в ферментере может возникнуть ситуация, при которой уровень культуральной среды в ферментере достигнута верхнего предельного значения раньше, чем поступает команда от блока 17 на открытие линии слива. Поэтому в системе предусмотрен датчик 11 уровня, сигнал с которого поступает на управляющий вход программ- ноге блока 17, который выдает команду на исполни тельный механизм 26 для слива определенного количества культуральной среды.

Таким образом, предлагаемая систе- ма автоматического управления процессом культивирования микроорганизмов позволяет учитывать текущие значения основных технологических параметров процесса, качественный состав и коли- чество мелассы и азотсодержащих солей и, тем самым, создавать благоприятные условия для культивирования микроорганизмов, повьшая выход биомассы по сравнению с известной системой на 7-8%.

Формула изобретения

Система автоматического управления процессом культивирования микроорганизмов на среде, содержащей мелассу и азотсодержащие соли, включающая датчики концентрации кислорода в поступающем в ферментер воздухе и в отработанных газах, соединенные с блоком определения разности между измеренными величинами, датчики температуры культуральной жидкости, концентраций биомассы, установленные

ор Н. Гунько 5671/25

Составитель Г. Богачева Техред Л.Сердюкова

Кор Под

Тираж 500 ВНИИПЙ Государственного комитета СССР

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

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

Q

,, 5

0

5

104 .

в ферментере, и датчик количества воздуха, поступающего на аэрацию, блок определения количества кислорода, необходимого для эндогенного дыхания, один из входов которого соединен с блоком определения разности, а другой - с датчиком количества воздуха, поступающего на аэрацию, блок обработки управляющих воздействий и исполнительные механизмы,установленные на линиях подачи мелассы, азотсодержащих солей и воздуха, отличающаяся тем, что, с целью повышения выхода биомассы,она снабжена датчиками уровня, рН и концентрации кислорода в культуральной среде, датчиками количества мелассы и концентраций углеродсодержащих субстратов в мелассе и азотсодержащих солей, блоком адаптивной модели, программным блоком, регуляторами подачи аммиачной и охлаждающей воды, соединенные с соответствующими исполнительными механизмами, при этом входы адаптивной модели связаны с датчиками рН, температуры, концентраций биомассы, азотсодержащих солей и уг- леводсодержащих субстратов в мелассе, датчиком количества мелассы и блоком определения разности, а выход посредством блока отработки управляющих воздействий подключен к программному блоку и регулятором подачи аммиачной и охлаждающей воды и воздуха на аэрацию, причем второй вход программного блока связан с датчиком уровня, а выходы - с исполнительными механизмами, установленными на линиях слива, подачи азотсодержащих солей и мелассы.

Корректор Г. Решетник Подписное

Изобретение относится к микробиологической промышленности, к автоматическому управлению процессом культивирования микроорганизмов на среде, содержащей мелассу к азото- содержащие соли, и может быть использовано при управлении производством дрожжей, в частности хлебопекарных, и направлено на повышение выхода биомассы. Система автоматического ynpaie- ленйя процессом снабжения датчиками 6, 9, 11, 13 и 14 соответственно конМеласса. Азотзеад. соли АнмиОчная 8оЬа , W Отитдал- 1яая вода 6oj азрацию центрации кислорода в культуральной среде., рН, уровня культуральной среды в ферментере, расхода мелассы и азотсодержащих солей, регуляторами 18, 22 и 23 подачи соответственно воздуха на аэрацию, аммиачной и охлаждающей воды, датчики 15 определения концентрации углеводсодержащих субстратов в мелассе и исполнительными механизмами 21-23 соответственно на линиях подачи воздуха на аэреацию, аммиачной н охлаждающей воды. При этом с помощью блока 8 адаптивной модели определяют ожидаемую концентрацию культивируемых микроорганизмов и сравнивают это расчетное значение с текущим значением. В зависимости от рассогласования стабилизируют соответственно расходы воздуха на аэрацию, подачу аммиачной и охлаждающей воды или же устанавливают новые значения расхода воздуха, подачи аммиачной и охлаждающей воды и корректируют задание регуляторов и программного блока 17.1 ил. S (Л оэ ее 00