Способ автоматического управления процессом брожения Советский патент 1989 года по МПК C12Q3/00 

1

Изобретемте относится к биоинженерии и может быть использовано в микробиологической и спиртовой промышленности.

Цепь изобретения - повышение точности поддержания температуры куль- туральной среды в ферментер е.

Способ автоматического управления процессом брожения заключается в том, что определяют условия ведения процесса брожения и корректируют регулирование температуры в ферментере. При этом указанную коррекцию осуществляют по скорости потребления микроорганизмами растворенного кислорода при аэробном процессе брожения или по скорости вьщеления углекислого газа при анаэробном процессе брожени;. Кроме того, способ предусматривает регулирование рН среды расхода воздуха, температуры в ферментере и измерение расхода воздуха.

а также измерение скорости вьщеления углекислого газа и скорости потребле- s ния микроорганизмами растворенного кислорода.

Скорость образования теплоты, выделяющейся в процессе роста и жизнедеятельности микроорганизмов, пропорциональна скорости потребления растворенного кислорода микроорганизмами.

сд 0

СП

Q K,|U,X к,,

-ь к.х K,QO

(1)

j где т скорость образования

теплоты, вьщеляющейся в процессе за счет роста и жизнедеятельности микроорганизмов , скорость потребления

О,

растворенного кислорода микроорганизмамиJ

31

- удельная скорость роста микросргайизмов X - концентрадая микроорга. низмов

K,Kj,K, -коэффициенты пропорциональности.

Таким образом, в аэробной фазе ведения процесса брожения, когда преобладает рост микроорганизмов, регулирование температуры в ферментере проводится с коррекцией по величине скорости образования теплоты, вьзде- ляющейся в процессе за счет роста и жизнедеятельности микроорганизмов, определяемой путем измерения скорости потребления кислорода микроорганизмами.

При ведении процесса брожения в анаэробной фазе, т.е. в анаэробных условиях, основным параметром, характеризующим ход процесса, является скорость вьщеления углекислого газа I из ферментера.

со.

к,м„х +

4|UaX -,1,

(2)

О

сог

скорость вьщеления углекислого газа из фермен

р.

тера;

удельная скорость роста микроорганизмов при ведении процесса брожения в анаэробных условиях - удельная скорость вьзде- ления этилового спирта при ведении процесса брожения в анаэробных условиях J

К, KS- коэффициенты пропорциональности

Так как скорость образования тепла в процессах роста микроорганизмов и синтеза продуктов микроорганизмами пропорциональна кинетике процессов,в анаэробной фазе ведения процесса брожения скорость образования тепла QT пропорциональна скорости вьщеления углекислого газа Q(.,j, из ферментера, причем она является одним из чувствительных параметров, характеризующих кинетику процесса,, и определяется по выражению

Qr KbQco,

к;,хч-к5гх,

(3)

где .Кв,

Kg - коэффициенты пропор- и ональности.

Kj-Kj

0

5

0

5

0

0

5

0

5

В анаэробной фазе процесса брожения, когда преобладает синтез этилового спирта, регулирование температуры в ферментере проводится с кор- рекцией по величине скорости выделения углекислого газа из ферментера согласно вьфажению (3). .

Таким образом, в аэробно-анаэробных процессах брожения в аэробной фазе ведения процесса поддержание заданного значения температуры культу- ральной среды осуществляется с коррекцией по величине скорости потребления растворенного кислорода микроорганизмами, а в анаэробной фазе ведения процесса поддержание заданного значения температуры культуральной среды осуществляется с коррекцией по величине скорости вьщеления углекислого газа из ферментера,

На чертеже изображена система, реализующая предлагаемый способ автоматического управления процессом брожения.

Система состоит из ферментера 1, контура регулирования рН культуральной среды, включающего датчик 2 рН культуральной среды, связанный через регулятор 3 рН культуральной среды с исполнительным меХ;анизмом 4,установленным на линии подачи буферного агента, контура регулирования расхода воздуха, подаваемого на аэрацию, включающего датчик 5 расхода воздуха, связанный через регулятор 6 расхода воздз а с исполнительным механизмом 7, установленным на линии подачи воздуха, контура измерения скорости потребления растворенного кислорода микроорганизмами, включающего измерительную ячейку 8 скорости потребления растворенного кислорода микроорганизмами и прокачивающее устройство 9 культуральной среды через измерительную ячейку 8, датчика 10 скорости вьщеления углекислого газа из ферментера 1, логического блока 11 и контура регулирования температуры культуральной среды в ферментере 1, включающего задатчик 12 темперйтуры, датчик 13 температуры культуральной среды в ферментере и регулятор 14 температуры, связанный с исполнительным механизмом 15, установленным на линии подачи охлаждающей воды.

Система работает следующим обрат зом.

Сигнал от датчика 2 рН культу- ральной среды подается на регулятор 3 рН культуральной среды, который сравнивает заданное значение рН культуральной среды с текущим и формирует сигнал для исполнительного механизма 4, установленного на линии подачи буферного агента. Сигнал от датчика 5 расхода воздуха подается на регулятор 6 расхода воздуха,который сравнивает заданное значение расхода воздуха с текупрм и формирует сигнал для исполнительного механизма 7, установленного на линии подачи воздуха. Культуральная среда из ферментера 1 через измерительную ячейку 8 скорости потребления растворенного кислорода микроорганизмами прокачивается с помощью прокачивающего устройства 9. Сигналы от датчика 5 расхода воздуха, измерительной ячейки 8 и датчика 10 скорости вьзде- ления углекислого газа из ферментера подаются на логический блок 11, выходной сигнал которого подается на регулятор 14 температуры культуральной среды в ферментере 1. Логический блок 11 служит для определения условий ведения процесса брожения. Если процесс ведется в аэробных условиях, т.е. подается воздух на аэрацию,сигнал от датчика 5 расхода воздуха поступает на логический блок 11,ко- торый отключает сигнал, поступающий из д атчика 10 скорости выделения углекислого газа из.ферментера 1, и- . подключает сигнал от измерительной ячейки 8 скорости потребления растворенного кислорода микроорганизмами, по которому осуществляется коррекция регулирования температуры в ферментере 1 в аэробной фазе ведения процесса брожения.Если процесс брожения ведется в анаэробных условиях,т.е. воздух на аэрацию не подает.ся и выходной сигнал датчика 5 расхода воздуха равен нулю, логический блок 11 переключается и отключает сигнал от измерительной ячейки 8 скорости потребления растворенного кислорода микроорганизмами и подключает сигнал от датчика 10 скорости вьщеления углекислого газа из ферментера 1, по которому осуществляется коррекция регулирования температуры в ферментере при ведении процесса брожения в анаэ0 робных условиях. Сигналы от задат- чика 12 температуры и датчика.13 температуры культуральной среды подаются на регулятор 14 температ уры культуральной среды в ферментере 1,

5 который сравнивает заданное значение температуры культуральной среды с текущим и формирует сигнал для исполнительного механизма 15, установленного на линии подачи охлаждающей

0 воды, с учетом корректирующего сигнала, поступающего из измерительной ячейки 8 скорости потребления растворенного кислорода микроорганизмами или датчика 10 скорости выделения

5 углекислого газа из ферментера через логический блок 11.

Формула изобретения

ч

Способ автоматического управления 0 процессом брожения, предусматриваю- шли регулирование рН среды, расхода воздуха, температуры в ферментере и измеренн-е расхода воздуха, а также измерение скорости выделения углекислого газа и скорости потребления микpoopгaнизмa и растворенного кислорода, отличающийся тем, что, с целью повыщения точности поддержания температуры культуральной Q среды в ферментере, дополнительно определяют условия ведения процесса брожения и корректируют регулирование температуры в ферментере, при этом коррекцию осуществляют по скорости потребления микроорганизмами растворенного кислорода при аэробном, процессе брожения или по скорости выделения углекислого газа при анаэробном процессе брожения.

5

5

бисрерньш агент

Изобретение относится к биоинженерии и может быть использовано в микробиологической и спиртовой промышленности. Цель изобретения -. повышение точности поддержания .пературы культуральной среды в ферментере. Дополнительно определяют услория ведения процесса броже {ия и корректируют регулирование температуры в ферментере по скорости потребления микроорганизмами растворенного кислорода при аэробном процессе брожения или по скоро.сти вьщеления углекислого газа при анаэробном процессе брожения. 1 ил.