Система автоматического управления концентрацией продукта на выходе колоночного биореактора при синтезе аминокислот Советский патент 1990 года по МПК B01J19/00 G05D27/00 

Изобретение относится к биотехнологии, а именно к управлению процессом биокаталитического синтеза аминокислот, и может быть использовано в технологии получения аминокислот хи- мико-энзиматическин способом в химической и микробиологической промышленности.

Целью изобретения является стабилизация концентрации получаемого продукта в течение времени работы биокатализатора.

На чертеже представлена структур- най схема системы автоматического

управления концентрацией продукта на выходе колоночного биореактора.

Система автоматического управления содержит биореактор 1, датчики рН 2 и 3, рН-метры 4 и 5, фильтры 6 и 7 низкой частоты (ФНЧ), вычислительный блок 8, регулятор рН 9 и исполнительный механизм 10. Биореактор должен работать в узком диапазоне изменения конечной концентрации продукта. Концентрация продукта в конечной части синтеза, т.е. на выходе биореактора и в конечной его части, выражается формулой

сд

Р - а«

«it ,

(1)

где

а, и а,

- коэффициенты; р - концентрация продукта} t - время контактирования субстрата с биокатализатором (время реакции) Значения коэффициентов а„ и а, определяют из экспериментальной зависимости накопления продукт а от времени реакции в случае работы реактора периодического действия. При постоянной концентрации фермента и скорости подачи субстрата время реакции в биореакторе непрерывного действия прямо пропорционально как длине биореактора, так и времени контактирования субстрата с биокатализатором.

Зависимость йрН от количества образовавшегося продукта выражается фор мулой

дрН Ь0 + b

(2)

где Ь0 и bj- коэффициенты, подсчитанные из зависимости йрН от р.

В течение технологического процесса меняется активность биокаталиэа- тора, и для достижения заданной кон- .центрации продукта необходимо увеличить или уменьшить время реакции.

Так как длина биореактора является постоянной, то

vct 0 ... , L , (3) где v - линейная скорость подачи

субстрата-, t - время реакции; L - длина биореактора; i - момент измерения. Из формул (1)-(3) получают выражение, позволяющее подсчитать скорость подачи субстрата в случае изменения активности биокатализатора:

0

д

5

5

ков рН 2 и 3 через рН-метры 4 и 5 и через ФНЧ 6 и 7 поступают в вычислительный блок 8, который вычисляет разницу сигналов дрН и коэффициент К. Сигнал из вычислительного блока 8 поступает в регулятор рН 9, где сравнивается с заданным.

Если сигнал не отличается от заданного (К 1), в исполнительный механизм не поступает управляющий сигнал из регулятора 9 и скорость подачи субстрата не изменяется.

Если активность биокатализатора начинает меняться, величина рН изменяется, регулятор 9 формирует сигнал исполнительному механизму 10, который пропорционально значению К изменяет скорость подачи субстрата, ЛрН меняется до заданной величины и на выходе колоночного биореактора концентрация продукта стабилизируется.

Сравнительные данные испытаний приведены в таблице, причем статистика подсчитана из данных за каждые 10 ч.

Изобретение относится к химической и микробиологической промышленности, может быть использовано в технологии получения аминокислот химико-энзиматическим способом и позволяет стабилизировать концентрацию получаемого продукта на выходе колоночного биореактора при синтезе аминокислот. Во время работы биокатализатора измеряют PH на входе и на выходе биореактора, сигналы фильтруют и сравнивают в сумматоре в вычислительном блоке. При разности сигналов /ΔРН/ меньше заданной, регулятор, воздействуя на исполнительный механизм, уменьшает скорость подачи субстрата на колоночный биореактор, так чтобы величина ΔРН достигла заданного значения. 1 ил., 1 табл.

L-C

ЛрН

с,

(4)

где

С0 Ь.а

ч ° i С1 Ь о - а 0Ь .

Из формулы (4) подсчитывают коэффициент изменения скорости подачи субстрата К:

V; K .V;.,,(5)

- - If ;-§;

Система автоматического управления работает следующим образом.

В начале реакции гетерогенного синтеза аминокислот, когда нет изменения активности биокатализатора или она незначительна, сигналы от датчи

Примечание. Среднее квадратное отклонение в известной системе 29,9%, а в предлагаемой 4,8%.

Формула изобретения

Система автоматического управления концентрацией продукта на выходе

колоночного биореактора при синтезе аминокислот, включающая датчик рН, связанный через регулятор рН с исполнительным механизмом, установленным на линии подачи субстрата, отличающаяся тем, что, с целью стабилизации концентрации получаемого продукта на выходе биореактора, она дополнительно содержит второй датчик

рН, два рН-метра, два фильтра низкой частоты и сумматор, при этом датчики рН соединены через рН-метры с фильтрами низкой частоты, выходы которых подключены к входам сумматора, выход которого подключен к регулятору рН, управляющему исполнительным механизмом на линии подачи субстрата.

V