Способ автоматического управления процессом ферментации Советский патент 1988 года по МПК C12Q3/00 

Изобретение относится к способам автоматического управления процессом ферментации, например выращивания дрожжей на н-парафинах, и может быть использовано в микробиологической, хими1 о-фармацевтической и пищевой промьгшленности.

Целью изобретения является повышение производительности ферментато- pa по биомассе.

На чертеже изображена принципиальная схема устройства для осуществления способа автоматического управления процессом непрерывной фермента- ции.

В ферментатор 1 подают разделен- нЬми потоками по трубопроводам 2 и 3 соответственно питательные вещества и воду на разбавление. Из аппарата по трубопроводу 4 непрерьгено откачивают дрожжевую суспензию.

Контур регулирования расхода питательных веществ включает в себя датчик 5 расхода питательных веществ регулятор 6 расхода питательных веществ и исполнительный механизм 7.

Контур регулирования расхода дрожжевой суспензии, отбираемой из ферментатора, содержит датчик 8 расхода дрожжевой суспензии, регулятор 9 расхода дрожжевой суспензии и исполнительный механизм 10.

Контур регулирования уровня жидкости в аппарате содержит датчик 11 уровня жидкости, регулятор 12 уров- ня жидкости и исполнительный механизм 13.

Датчик 14 уровня пены связан с позиционным регулятором 15, который связан с программным задатчиком 16, выход которого связан с первым входо селектора 17 меньшего сигнала, выход последнего соединен с заданием регулятора 12. Датчик 18 тока мешалки связан с позиционным регулятором 19, который связан с программным задатчиком 20, выход которого связан с вторым входом селектора 1.7. меньшего сигнала. Третий вход селектора 17 соединен с блоком 21 выбора режима работы селектора 17.

Устройство работает следующим образом.

Контур регулирования, содержащий датчик 5, рех улятор 6 и исполнительный механизм 7, обеспечивает регулирование расхода питательных веществ в аппарат.

Q

5

0

5

0

с

Q

0

Контур регулирования, соде.ржащий датчик 8, рег улятор 9 и исполнительный механизм 10, обеспечивает регу- лгфование расхода дрожжевой суспензии, выводимой из аппарата.

Контур регулирования, содержащий датчик 11 уровня жидкости, регулятор 12 и исполнительный механизм 13, обеспечивает регулирование уровня жидкости в ферментаторе. Задание на регулятор 12 уровня поступает от программных задатчиков 16 и 20 через селектор 17 меньшего сигнала , который повторяет на выходе меньший из двух входных сигналов. Управление программными задатчиками 16 и 20 осуществляется с помощью позиционных регуляторов 15 и 19, которые осуществляют кoppeкI ю задания регулятору 12 уровня жидкости в зависимости от уровня пены и тока мешалки соотйет- ственно.

Блок 21 выбора режима работы селектора 17 обеспечивает ручное переключение селектора в один из трех режимов работы. В первом режиме селектор 17 пропускает на выход сигнал с программногозадатчика 16, при этом сигнал с программного задатчика 20 не пропускается. В первом режиме работы селектор обеспечивает регулирование уровня жидкости с коррекцией по величине рассогласования между текуш м и заданным значениями уровня пены. Во втором режиме селектор 17 пропускает на выход сигнал с программного задатчика 20, а сигнал с программного задатчика 16 не пропускается. Во втором режиме работы селектор 17 обеспечивает регулирование уровня жидкости с коррекцией по величине рассогласования между текущим и заданным значениями уровня тока двигателя мешалки. В третьем режиме селектор 17 сравнивает между собой сигналы, поступающее с программных задатчиков 16 и 20, выбирает наименьший по величине и пропускает его на выход.. В третьем режиме работы селектор 17. обеспечивает регулирование уровня жидкости с коррекцией по наименьшей из двух величин - рассогласованием между текущими и заданными значениями уровня пень и рассогласованием между текущим и заданным значениями тока двигателя ме1иалки.

В случае, если с помои1ью блока 21 установлен первый режим работИ.

31

селектора 17, то при изменении, например увеличении, уровня пены, в некоторый момент времени значение сигнала от датчика 14 становится больше заданного значения (I- jc, ±4 ), уста- новленного на позиционном регуляторе 15, при этом на выходе последнего появляется сигнал М (меньше), который поступает на программньй задат- чик 16.. При этом сигнал на выходе программного задатчика начинает уменьшаться. Этот сигнал поступает на первый вход селектора 17, который повторяет на выходе сигнал с задат- чика 16. Выходной сигнал с селектора 17 поступает на вход Задание регулятора 12, значит, оно тоже начинает уменьшаться. При этом исполнительный механизм 13 начинает закрьшаться уровень в ферментаторе 1 начинает уменьшаться, а значит, уменьшается уровень пены до тех пор, пока он не станет равным заданному (L зад t А).

При этом на выходе регулятора 15 сигнал М снимается. Сигнал на выходе программного задатчика становится постоянным, а значит, устанавливаетс ноЁое постоянное меньшее задание регулятору 12 уровня.

При зл 1еньшении уровня пены значение сигнала от датчика 14 становится меньше заданного (L „д ° зиционном регуляторе 15 появляется сигнал Б (больше), который поступает на программньй задатчик 16. При этом сигнал на выходе программного задат- чика начинает увеличиваться. Этот сигнал поступает на первый вход селектора 17, которьш увеличивает задани регулятору 12. При этом исполнительный механизм 13 начинает открываться уровень в ферментаторе начинает увеличиваться, а значит, увеличивается уровень пены до тех пор, пока он не станет равным заданному ( )

Лри этом на выходе регулятора 15 сигнал Б снимается. Сигнал на выхо- . де программного задатчика становится постоянным, а значит, устанавливается новое постоянное большее задание регулятору 12 уровня.

Изменение тока двигателя мешалки в первом режиме работы селектора 17 не оказывает никакого влияния на работу регулятора 12 уровня жидкости.

В случае, если с помощью блока 21 вручную установлен второй режим работы селектора 17, то при измене

g g о

5 0

0 g

,.

5

624

НИИ, например увеличении тока двигателя мешалки, которое может быть вызвано увеличением уровня в ферментаторе, значение сигнала от датчика 18 становится больше заданного ( ±й} на позиционном регуляторе 19, на выходе регулятора 19 появляется сигнал М, который поступает на программный задатчик 20. При этом сигнал на выходе программного задатчика начинает уменьшаться. Этот сигнал поступает на второй вход селектора 17, который уменьшает задание регулятору 12. При этом исполнительный механизм 13 начинает закрываться, уровень в ферментаторе начинает уменьшаться, а значит, уменьшается и ток двигателя мешалки до тех пор, пока он не станет равньм заданному (I-jaAi d ) . При этом на выходе регулятора 19 сигнал М снимается. Сигнал на выходе программного задатчика становится постоянным, а значит, устанавливается новое постоянное меньшее задание регулятору 12 уровня.

При уменьшении тока двигателя мешалки, которое может быть вызвано уменьшением уровня в ферментаторе, значение сигнала от датчика 18 становится меньше заданного (I д t .-Д ) на позиционном регуляторе 19, на выходе которого появляется сигнал Б, которьй поступает на программный задатчик 20. При этом сигнал на выходе программного задатчика начинает .увеличиваться . Этот сигнал поступает на второй вход селектора 17, который увеличивает задание регулятору 12. При этом исполнительньй механизм 13 начинает открываться, уровень в ферментаторе начинает увеличиваться, а значит, увеличивается ток двигателя мешалки до тех пор, пока не стй- нет равным заданному (I зад t ) . При этом на выходе регулятора 19 сигнал о снимается. Сигнал на выходе программного задатчика становится постоянным, а значит, устанавливается новое постоянное большее задание регулятору 12 уровня.

Изменение уровня пены в ферментаторе во втором режиме работы селек- тора 17 не оказьюает никакого влияния на работу регулятора 12 уровня жидкости.

В случае, если с помощью блока. 21 вручную установлен третий режим работы селектора, то при изменениях

514А6

уровня пены тока двигателя мешалки на вход селектора поступают два сигнала с выходов задатчиков 16 и 20 соответственно. В селекторе 17 осуществляется их сравнение и наименьший из сигналов повторяется на выходе блока 21. Дальнейшая работа устройства осуществляется аналогично описан- йрму для первого кпи второго режимов ю работы селектора.

Формула изобретения Способ автоматического управления процессом ферментации, заключающийся 15 в регулировании подачи питательных веществ, отбора дрожз.:севой суспензии и- уровня культуральной жидкости по1626

дачей воды, измерении уровня пены и тока двигателя мешалки, о т л и - чающийся тем, что, с целью повышения производительности; ферментатора по биомассе за счет повышения коэффициента заполнения, определяют величину рассогласования между текущим и заданным значениями уровня пены, величину рассогласовани между текущим и заданным значениями toKa двигателя мешалки, сравнивают между собой полученные и нормированные величины рассогласований, а регулирование уровня культуральной жидкости осуществляют с коррекцией по одной из них или с коррекцией по наибольшей из них.

Изобретение касается способов автоматического управления процессом ферментации, например выращивания дрожжей на н-парафинах, и может быть использовано в микробиологической, химико-фармацевтической и пищевой промышленности. Цель изобретения - повьшение производительности ферментатора по биомассе за счет повьше- ния коэффициента заполнения. При этом, коэффициент заполнения определяется уровнем культуральной жидкости в ферЯ/то вещее ментаторе, а уровень ферментатора ограничен уровнем пены -в аппарате и током двигателя мешалки. Определяют величины рассогласования между теку- пщм и заданным значениями уровня пены и тока двигателя мешалки и регулирование уровня культуральной жидкости в ферментаторе осуществляется с коррекцией по одной из них или по наибольшей из них. Блок 21 выбора режима работы селектора 17 обеспечивает ручное переключение селектора в один из трех режимов работы. Первый режим - селектор 17 пропускает на выход сигнал с программного задат- чика 16j при этом сигнал с программно-, го задатчика 20 не пропускается. Вто- S рой режим - селектор 17 пропускает на выход сигнал с программного задатчика 20, а сигнал с программного за.- датчика 16 не пропускается. Третий режим - селектор 17 сравнивает между собой сигналы, поступающие с программных задатчиков 16 и 20, выбирает наименьший по величине и пропускает его на выход. 1 ил. О) зэ 1чд fyexatffae cyaieastei