Система автоматического управления процессом выращивания микроорганизмов Советский патент 1988 года по МПК C12Q3/00 

(21)387136J/3J-13

(22)22.03.85

(46) 23.03.88. Бюл. № JJ

(71)Киевский технологический инсти тут пищевой промышленности, Научно- производственное гидролизное объединение Гидролизпром и Бобруйский гидролизньш завод

(72)Б.Г.Трегуб, Е.Л.Календро,

А.А.Орехов, Е.Е.Дмитриев, Э.И.Литвин

и В.Н.Барташевич

(53) 663.1(088.8)

(56) Авторское свидетельство СССР

№ 810802, кл. С 12 М J/36, 1979.

(34) СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ВЫРАЩИВАНИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ

(57) Изобретение относится к процессам управления синтезом биомассы микроорганизмов, в частности кормовых дрожжей. Цель изобретения - повышение выхода биомассы. Для этого в ферментер и в помещенную в ферментер трубу, имеющую сужения в верхней и(или) нижней частях, устанавливают датчики 22 и 10 рН, выходы которых подключены к дифференциаторам 24 и 23.

(Л

со эо

N5 ЭО

сл

ю

По разности скоростей снижения рН в | ерментере и трубе в вычислительном устройстве 25, подключенном к выходам дифференциаторов 23 и 24, определяется требуемый расход сусла. В случае превышения концентраций остаточных РВ предельного значения изменения расхода сусла определяют в другом вь числительном устройстве 17, к ;Которому подключены задатчик 15 РВ, |датчик 1 объема среды и дифференциа- |тор 16, к входу которого подключен |датчик 14 РВ. Выходы обоих вычисли1

Изобретение относится к процессам управления синтезом биомассы микроорганизмов в микробиологической и пи щевой промьшшенности, в частности кормовых дрожжей, культивируемых на гидролизатах древесины в ферментерах непрерывного действия.

Цель изобретения - повышение выхода биомассы дрожжей.

На чертеже изображена система автоматического управления процессом выращивания микроорганизмов.

Контур регулирования объема состоит из датчика 1 объема, регулятора 2 и исполнительного устройства 3 на линии отбора среды из ферментера. Контур регулирования подачи воды содержит датчик 4 расхода воды, регулятор 5 и исполнительное устройство 6 на трубопроводе воды. Контур регулирования подачи сусла имеет датчик 7 расхода сусла, регулятор 8 и исполнительное устройство 9 на трубопроводе рН среды в ферментере, датчик 10 рН среды, двухпозиционный регуля;- тор Ни исполнительное устройство 12 на трубопроводе аммиачной воды. На трубопроводе сусла установлен датчик 13 концентрации РВ в сусле, а в ферментере - датчик 14 концентрации остаточных редуцирующих веществ (РВ) в сусле. Система содержит также задатчик 15 предельной концентрации остаточных РВ в ферментере, дифференциатор 16, вычислительное устройство 17, в котором определяетсй изменение задания расхода РВ по выражению

тельных устройств через логический блок 18 соединены с блоком 19 определения задания по расходу сусла, к входу которого подключен также датчик 13 концентрации РВ, а к выходу - блок 20 определения задания по расходу воды, к которому подключен также задатчик 21 суммарного расхода сусла и воды. Выходы обоих блоков определения заданий подключены к соответствующим регуляторам 8 и 5 контуров регулирования расхода сусла и воды. 1 ил.

G-, -( +QJ)(C,,- О (1)

V атг

где QP + Qj., - задание по суммарному расходу сусла и воды в ферментере; ост ост. - текущее и заданное

значения концентрации . остаточных РВ;

V - объем среды в ферментере;

- время,

Выход устройства 17 соединен с ло- гическим блоком J8, В блоках 19 и 20 определяют задания по расходам сусла и воды по следующим выражениям

п - Gpso + УС с

(2)

где Q - задание по расходу сусла; G - номинальное (предыдущее)

задание по расходу РВ;. С - концентрация РВ в сусле

Q

(Q; + Q; ) - QC (3)

где Q - задание по расходу воды. Блок 21 ( задатчик) задает сум- марньй расход сусла и воды в ферментере, В помещенной в ферментер трубе

установлен датчик 22 рН среды. Выходы датчиков JO и 22 подключены соответственно к дополнительным дифференциаторам 23 и 24, а последний - к вычислительному устройству 25, где определяется изменение задания расхода РВ по выражению

йСД К (V

рНф - VpH

где

&G

Р&

+ А), задания по

(М

К, А

VpH,

VpH,

.-

- изменение

расходу РВ; коэффициенты

скорости снижения рН соответственно в ферментере и трубе, определено после отключения подачи аммиачной воды. При этом входы вычислительного устройства для определения приращения РВ в ферментере связаны с дифференциатором, датчиком объема среды задатчиком 15 концентрации остаточ- ных РВ, датчиком 14 концентрации остаточных РВ и задатчиком 21 суммарного расхода воды и сусла, при этом датчик 14 концентрации остаточных РВ в сусле связан с дифференциаторомJ6 и логическим блоком 18, а датчик 13 концентрации РЕ в сусле связан с блоком 19 определения задания по расхо ду сусла, .последний и блок 20 задания по расходу воды соединен с регу ляторами 8 и 5 контуров регулировани подачи сусла и воды.

Система работает следуюищм образом.

При всех отклонениях от заданных значений объема среды, измеряемого датчиком 1, расхода воды, измеряемого датчиком 4, или сусла, контролируемого датчиком 7, соответствующий регулятор 2, 5 или 8 перемещает испол- нительное устройство 3,6 или 9 с целью приведения отклонившегося параметра к заданному значению. При снижении рН среды, измеряемой датчиком 10, до минимального значения ре- гулятор 11 вырабатьшает воздействие, за счет чего скачкообразно открывается исполнительное устройство 12 подачи аммиачной воды. При достижении максимального значения рН регуля- тор 11 скачко м закрывает исполнительное устройство 12, осуществляя двух- позиционное регулирование рН.

После прекращения подачи аммиачной воды в дифференциаторах 23 и 24 определяются скорости снижения рН в ферментере и трубе соответственно по следующим выражениям.

-,7 тг Р °Р

,

pHт VpH-rJ-J-- .

Выходные сигналы дифференциаторов поступают на вычислительное устройст

5 20

во 25, в котором определяется приращение расхода РВ в ферментер по выражению (4).

В вычислительном устройстве 17 определяется требуемое изменение расхода РВ в аппарат:

0

5 0

-(Q

V , dr

+ Q )

где

С„.г

Сое, .

с„„,V ост

разность текущего значения концентрации остаточных РВ и заданного ограничения на дтот параметр;

объем среды в ферментере.

25

5 20

30 354045

50

55

Для реализации зависимости (, 5 ) к вычислительному устройству 17 подключены выходы датчика 1 объема и датчика 14 концентрации остаточных РВ, задатчика 15 концентрации остаточных РВ, дифференциатора 16 и задатчика 21 суммарного расхода сусла и воды.

Сигналы от вычислительных устройств 17 и 25 поступают на логическое устройство 18, к входу которого подключен также датчик 14 концентрации остаточных РВ. Если сигнал датчика 14 не превьщ1ает максимально возможного ограничения, это свидетельствует о нормальном течении процесса и логическое устройство 18 пропускает далее на блок 19 сигнал от вычис лительного устройства 25. Если концентрация остаточных РБ превьопает (равна) максимальное ограничение, через логическое устройство проходит сигнал от вычислительного устройства 17.

В блоке 19 по сигналам от датчика 13 и логического устройства 18 определяется задание по расходу сусла, обеспечивающее требуемый приток РВ в аппарат, по выражению (4).

Сигналы от блока 19 и задатчика 21 суммарного расхода сусла и воды поступают на блок 20, в котором определяется заданный расход воды в ферментер по выражению (З).

Сигналы от блоков J9 и 20 поступают в линии задания регуляторов 8 и 5 соответственно расходов сусла и воды. При отклонении текущих значений зтих расходов от заданных эти регуляторы, воздействуя на исполнительные устройства 9 и 6, устраняют рассогласование,

Таким образом, данная система автоматического управления позволяет повысить производительность ферментера по биомассе дрожжей на основе информации о разности скоростей сни - жения рН в ферментере и в трубе, помещенной в ферментере, путем изменения расхода РВ (субстрата) в ферментер. В случае, если по каким-либо причинам происходит увеличение концентрации остаточных РВ, система управления осуществляет переход на режим регулирования этого параметра, что позволяет увеличить утилизацию субстрата в ферментере и поддерживать на высоком уровне выход биомассы дрожжей из субстрата.

Повышение производительности ферментера на 2% для завода мощностью 60000 т кормовых дрожжей в год обеспечивает дополнительный выпуск не менее 1200 т дрожжей в год,

Формула изобретения

Система автоматического управления процессом выращивания микроорганизмов, содержащая контуры регулирования объема в ферментере, подачи воды и сусла, датчики концентрации РВ в сусле, концентрации остаточных редуцирующих веществ в сусле, дифференциатор, задатчики концентрации остаточных редуцирующих веществ и суммарного расхода воды и сусла, отличающаяся тем, что, с целью повыщения выхода, она снабжена по-

5

0

следовательно соединенньл-1И вычислит тельным устройством для определения скорости потребления редуцирующих веществ биомассой дрожжей, логическим блоком и блоками определения заданий соответственно по расходу сусла и воды, контуром регулирования рН среды в ферментере, вычислительным устройством для определения приращения расхода редуцирующих веществ в ферментере, датчиком рН среды, установлен- Hbw в трубе, размещенной в ферментере, двумя дополнительными дифференциаторами, входы которых соединены с датчиками рН среды, выходы - с вычислительным устройством для определения приращения расхода редуцирующих веществ в ферментере, вход последнего подключен к логическому блоку, причем входы вычислительного устройства для определения скорости потребления редуцирующих веществ биомассой дрожжей связаны соответственно с 5 дифференциатором, датчиком объема среды, задатчиком концентрации остаточных редуцирующих веществ, датчиком концентрации остаточных редуцирующих веществ и задатчиком суммарного расхода воды и сусла, при- этом датчик концентрации остаточных редуцирующих веществ в сусле связан с дифференциатором и логическим блоком, а датчик концентрации редуцирующих веществ в сусле связан с блоком определения задания по расходу сусла последний и блок задания по расходу воды соединены с регуляторами контуров регулирования подачи сусла и воды.

0

5