Способ автоматического управления процессом выращивания микроорганизмов Советский патент 1991 года по МПК C12Q3/00 

Изобретение относится к микробиологической промышленности и может быть использовано при автоматическом управлении процессом выращивания микроорганизмов в ферментере.

Цель изобретения - увеличение производительности процесса выращивания микроорганизмов.

Максимальная производительность конкретного процесса культивирования, соответствующая максимальной удельной скорости роста /Ммакс достигается при постоянстве удельной скорости роста i Const в пределах определенной области концентраций растворенных субстратов. Поэтому, предсказывая при каждом значении концентрации биомассы X эту область концентраций и поддерживая ее путем дозирования субстратов, увеличивается производительность процесса выращивания микроорганизмов.

На чертеже представлена схема устройства для осуществления способа автоматического управления процессом выращивания микроорганизмов. Устройство содержит ферментатор 1, буферную емкость 2, датчик 3 растворенного кислорода, датчик 4 растворенного метана (растворенного газообразного углеводорода), датчик 5 концентрации биомассы микроорганизмов, аналого-цифровой преобразователь 6, арифметико-логический блок 7, электропневмоклапаны 8 и 9, дозирующие кислород и метан соответственно в буферную емкость 2.

Арифметико-логический блок 7 может выполнять функции подпрограммы, входящей в состав программного обеспечения управляющей вычислительной машины (не показана).

Способ осуществляют следующим образом.

В ферментер 1 загружают засевныв микроорганизмы и питательную среду. На вход ферментера 1 из буферной емкости 2 непрерывно подают газовую смесь, состоящую из газообразного углеводорода (метана) и кислорода. В ферментере 1 устанавливают датчик 3 растворенного кислорода So2, датчик 4 растворенного метана ScH4 . датчик 5 концентрации X биомассы организмов. Сигналы датчиков 3 сл

с

о

00 XI

ю о

5 после преобразования в аналого-цифровом преобразователе 6 поступают в арифметико-логический блок 7. При отсутствии датчиков в арифметико-логический блок 7 могут вводиться данные лабораторного анализа X, Sea .Scm .

Арифметико-логический блок 7 вычисляет удельную скорость роста микроорганизмов // из системы балансовых уравнений (1-3) и уравнения кинетики роста (4)

KL K2, fim , So2 . заранее определяют

и вводят в арифметико-логический блок 7.

Для измеренных значений X, Soa Зсщарифметико-логический блок 7 вычисляют. Затем арифметико-логический блок с помощью вычислительной процедуры находит область So2 . и ScH4 ПРИ которых 4 const и формирует импульсы управления

электропневмоклапанами 8 и 9, длительности которых равны соответственно

Изобретение может быть использовано в микробиологическом производстве. Цель изобретения - увеличение производительности процесса выращивания микроорганизмов. Способ автоматического управления процессом выращивания микроорганизмов предусматривает изменение подачи газовой смеси кислород - метан, причем для данной концентрации микроорганизмов рассчитывают соотношение расходов растворенный кислород - растворенный метан и поддерживают это соотношение путем изменения подачи газовой смеси. 1 ил.

Ј-

0)

-KQ2(S&-So2)-cJVX: (2)

dt

KCH4(SЈH4-SCH4)- dt

-aCHVX;(3)

-г d U „Soa SCH4

I

dt r (Ki+So2)(Ka+ScH4)

-м«)

где t - текущее время;

Ко2 объемный коэффициент массопе- редачи кислорода из газовой фазы;

So2 равновесная концентрация кислорода в культуральной среде;

Soa концентрация растворенного кислорода в культуральной среде, соответствующая процентному содержанию (парциальному давлению) кислорода в подаваемой газовой смеси;

or2- стехиометрический коэффициент по кислороду;

Ксщ - объемный коэффициент массопередачи метана;л

равновесная концентрация метана в культуральной среде;

ScH - концентрация растворенного метана в культуральной среде, соответствующая процентному содержанию (парциальному давлению) метана в подаваемой газовой смеси;

асН4 стехиометрический коэффициент по метану;

Т - значение постоянного времени, характеризующего инерционность влияния Soa и ScH4 на изменение ц ;

yum.Ki, Ka - кинетические константы;

Значения кинетических и массообменных коэффициентов Коз . Ксщ , а°2,«СН4 ,

So2

О2 - - -го .

SO2 +SCH4 SCH4

(5)

tCH4

S02 +ScH4

;to, (6)

где to - длительность импульса, соответст- вующая 1% единичной дозы Go газового компонента.

При этом в буферную емкость 2 поступает газовая смесь в количестве

GCM G02 + GCH4 G0(t02 + tCH4) (7)

в каждом периоде Т0 дозирования.

Для нахождения области концентраций растворенных метана и кислорода и выбора соотношений вычислительная процедура может использовать различные численные методы (двумерная последовательность равномерно распределенных случайных значений Soa и 5сн4- метод полного перебора областей изменения Зоз и 5сщ и

АР-)В буферной емкости 2 газовая смесь выравнивается по объему и непрерывно подается в ферментатор 1.

При изменении концентрации биомассы X в арифметико-логическом блоке 7 определяется новое соотношение SCM Soa по описанной процедуре и так продолжается до тех пор, пока концентрация микроорганизмов не достигнет заданного значения,

после чего процесс выращивания микроорганизмов прекращается.

Результаты уравнения культивирования производственной метанокисляющей культуры в среде с одинаковым начальным соотношением (67% метана и 33% кислорода) и одинаковой единичной дозой без применения и с применением данного способа показало, что при культивировании по предложенному способу выход биомассы за

12ч ферментации повысился в 2,4 раза. Формула изобретения Способ автоматического управления процессом выращивания микроорганизмов, предусматривающий изменение подачи газовой смеси кислород - метан, о т- личающийся тем, что, с целью увеличения производительности, для данной концентрации микроорганизмов рассчитывают соотношение расходов растворенный кислород - растворенный метан и поддерживают это соотношение путем изменения подачи газовой смеси.