Способ автоматического управления периодическим процессом выращивания клеток животных в ферментаторе с мешалкой Советский патент 1991 года по МПК C12Q3/00 

Изобретение относится к способам управления процессом периодического выращивания клеток животных и может быть использовано в микробиологической, биологической и медицинской мышленности„

Цель изобретений «- увеличение вы- хода целевого продукта за счет повы шения качества управления„

На чертеже представлена схема устройства для реализации предлагаем мого способа автоматического управ ления процессами периодического тивирования клеток„ | Предлагаемый способ выращивания клеток животных в ферментаторе с ме шалкой предусматривает измерение парциального давления растворенного в культуральной жидкости кислорода, изс- мерение расхода воздуха на аэрацию и частоты вращения мешалки, регулиро вание подачи воздуха на аэрацию в висимости от измерененного значения его расхода с коррекцией от измерен - ных значений частоты вращения мешалки и парциального давления растворенного в культуральной жидкости кислорода, регулирование подачи азота, а также измерение расхода азота на аэрацию и давления в ферментаторе, при этом ре«- гулирование подачи азота осуществляют в зависимости от измеренного значения

О О

О

GJ

Ю

3

1666539

10

15

его расхода с коррекцией от парциаль - ного давления растворенного в куйъ туральной жидкости кислорода и давле кия в ферментаторе и регулирование подачи воздуха на аэрацию дополнитель но корректируют в зависимости от ления в ферментаторе

В процессе культивирования клеток возникает необходимость резкого под нятия давления в ферментаторе (при отборе проб, замене культуральной жидкости, выгрузке и т0До)о

Исследования процессов культиви - рования клеток животных показали, что коэффициент передачи объекта по каналу регулирования давление в anrtae- ратё «-1 парциальное давление кислорода в 7 «- 12 раз больше коэффициента редачи объекта по каналу регулировав 20 ния расход воздуха - парциальное дав«- ление кислорода, при этом запаздыва ние по второму каналу составляет 10

12 мии

Эти обстоятельства обусловливают 25 при изменении давления в ферментаторе появление возмущающих воздействий на систему регулирования парциального давления растворенного в культуральной жидкости кислорода, которые могут при зо вести к резкому увеличению значения парциального давления кислорода (при увеличении давления в ферментаторе) и выходу за установленные пределы на длительное время„ Это ухудшает условия,г культивирования, а следовательно, уменьшает выход целевого продукта.

В процессе культивирования клеток животных в 25 литровых ферментаторах при отборе проб, осуществляемом при повышенных значениях давления в ап парате, значение парциального давле - ния кислорода в культуральной жидкос - ти выходит за установленные пределы на 20 г- 25%. Поэтому при изменении давления в ферментаторе заданные чения расхода воздуха и азота необхог- димо определять также с учетом давле«- ния в ферментаторе, что позволит упредить изменение парциального ления растворенного в культуральной жидкости кислорода и выход его за установленные пределы при изменении

тт-гчглэо..

клеток животных в ферментаторе с ме шалкой предусматривает измерение пар«- циального давления растворенного в культуральной жидкости кислорода, мерение расхода воздуха и азота на аэрацию и частоты вращения мешалки, а также измерение давления в фермён«- таторе, регулирование подачи азота в зависимости от измеренного значения его расхода с коррекцией в зависимбс - ти от парциального давления раствос ренного в культуральной жидкости лорода и давления в ферментаторе и регулирование подачи воздуха на аэра«- цию в зависимости от измереннного значения его расхода с коррекцией от измеренных значений частоты вращения мешалки, парциального давления раст воренного в культуральной жидкости кислорода и давления в ферментаторе

Устройство для реализации предла - гаемого способа содержит ферментатор 1, датчик 2 расхода воздуха и датчик 3 расхода азота, связанные с регуля торами 4 и 5 соответственно расхода воздуха и расхода азота, которые заны с исполнительными механизмами 6 и 7, установленными соответственно на линиях подачи воздуха и азота

Устройство содержит также датчики 8 парциального давления кислорода в культуральной жидкости и 9 давления в ферментаторе,связанные с корректирующими регуляторами 10 и 11 соотг- ветственно по парциальному давлению растворенного в культуральной жидкос«- ти кислорода и давлению в фермента - торе, выходы которых связаны с дом сумматора 12, выходной сигнал которого поступает в качестве зада«- ния в регулятор 50

Датчик 8 парциального давления ., кислорода, растворенного в культуральной жидкости, связан также с корректирующим регулятором 13, выход которого соединен с входом сумматора 14. На вход сумматора 14 также посту пает сигнал с корректирующего регу лятора 15, связанного с датчиком 16 скорости вращения мешалки Выход сумматора 14 связан р входом сумма - тора 17,на вход которого поступает

40

50

давления в ферментаторе, также сигнал с корректирующего регу дет к улучшению условии культивировав 55связанного с датчиком 9

ния клеток и, соответственно, к уэе«- личению выхода целевого продукта.

Способ автоматического управления периодическим процессом выращивания

давления в ферментаторе, Выходной сигнал сумматора 17 поступает в качестве задания в регулятор 4 с

0

15

20

25 зоя,г

- - г- «-

клеток животных в ферментаторе с ме шалкой предусматривает измерение пар«- циального давления растворенного в культуральной жидкости кислорода, мерение расхода воздуха и азота на аэрацию и частоты вращения мешалки, а также измерение давления в фермён«- таторе, регулирование подачи азота в зависимости от измеренного значения его расхода с коррекцией в зависимбс - ти от парциального давления раствос ренного в культуральной жидкости лорода и давления в ферментаторе и регулирование подачи воздуха на аэра«- цию в зависимости от измереннного значения его расхода с коррекцией от измеренных значений частоты вращения мешалки, парциального давления раст воренного в культуральной жидкости кислорода и давления в ферментаторе

Устройство для реализации предла - гаемого способа содержит ферментатор 1, датчик 2 расхода воздуха и датчик 3 расхода азота, связанные с регуля торами 4 и 5 соответственно расхода воздуха и расхода азота, которые заны с исполнительными механизмами 6 и 7, установленными соответственно на линиях подачи воздуха и азота

Устройство содержит также датчики 8 парциального давления кислорода в культуральной жидкости и 9 давления в ферментаторе,связанные с корректирующими регуляторами 10 и 11 соотг- ветственно по парциальному давлению растворенного в культуральной жидкос«- ти кислорода и давлению в фермента - торе, выходы которых связаны с дом сумматора 12, выходной сигнал которого поступает в качестве зада«- ния в регулятор 50

Датчик 8 парциального давления ., кислорода, растворенного в культуральной жидкости, связан также с корректирующим регулятором 13, выход которого соединен с входом сумматора 14. На вход сумматора 14 также посту - пает сигнал с корректирующего регу лятора 15, связанного с датчиком 16 скорости вращения мешалки Выход сумматора 14 связан р входом сумма - тора 17,на вход которого поступает

40

50

также сигнал с корректирующего регу в 55связанного с датчиком 9

также сигнал с корректирующего регу связанного с датчиком 9

давления в ферментаторе, Выходной сигнал сумматора 17 поступает в качестве задания в регулятор 4 с

Устройство работает следующим разомо

При значении парциального давле ния кислорода выше или ниже заданно - го и при постоянных значениях давле ния в ферментаторе и скорости враще ния мешалки корректирующий регулятор 10 парциального давления кислорода вырабатывает управляющий сигнал, со«- ответствующий текущему значению циального давления кислорода, кото«- рый, поступая в сумматор 12, куда со знаком плюс поступает управляющий сигнал с корректирующего регулятора 11, увеличивает (при увеличении зна« чения парциального давления кислорода от заданного значения) или уменьшает (при снижении значения парциального давления кислорода от заданного) результирующий сигнал сумматора 12, увеличивая или уменьшая задание регулятору 5 расхода азота. Регулятор 5 в соответствии с новым заданием открывает или прикрывает исполни 4 тельный механизм 7, расход азота уве личивается или уменьшается

Одновременно корректирующий pery- лятор 13 вырабатывает управляющий сигнал в соответствии с текущим зна«- чением парциального давления кисло«- рода, который поступает на вход сумма тора 14, куда со знаком минус ступает управляющий сигнал с коррек - тирующего регулятора 15 Результирую ший сигнал сумматора 14 уменьшается (при увеличении значения парциально«- го давления от заданного значения) или увеличивается (при снижении зна«1666539

5

0

торый, поступая в сумматор 14 со ком минус, уменьшает его реэульти«- рующий сигнал и, поступая в сумматор 17, также уменьшает его результирую - ший сигнал, уменьшая задание регуля тору 4 о

Регулятор 4 в соответствии с новым заданием прикрывает исполнительный механизм 6, расход воздуха уменьшает - ся, предотвращая таким образом кое увеличение и выход за установлён - ные пределы парциального давления кислорода при изменении частоты щения мешалки

При увеличении или уменьшении ления в ферментаторе корректирующий регулятор 11 вырабатывает управляющий сигнал, которьй по абсолютному значе«- нию больше (при увеличении давления) или меньше (при снижении давления) предыдущего, это т сигнал, поступая в сумматор 12, увеличивает его результи рующий сигнал (при увеличении давле 5 ния в ферментаторе) или снижает

(при уменьшении давления в аппарате)s увеличивая или уменьшая задание регу лятору 5 В соответствии с новым данием регулятор 5 приоткрывает или

0 прикрывает исполнительный механизм 7 Расход азота увеличивается (при увеличении давления) или уменьшается (при уменьшении давления)„

Одновременно корректирующий лятор 18 вырабатывает управляющий сигнал, который по абсолютному зна чению больше (при увеличении давле ния) или меньше (при снижении давле ния) предыдущего Этот сигнал, по

5

Изобретение позволит увеличить выход целевого продукта за счет повышения качества управления. Цель изобретения - увеличение выхода целевого продукта. Датчиком 8 измеряют парциональное давление растворенного в культуральной жидкости кислорода, датчиком 2 расход воздуха на аэрацию, датчиком 16 скорость вращения мешалки. Измеряют датчиком 3 расход азота на аэрацию и датчиком 9 - давление в ферментаторе. В зависимости от измеренного значения расхода воздуха регулируют подачу воздуха на аэрацию. Подачу воздуха корректируют в зависимости от измеренных значений скорости вращения мешалки и парциального давления растворенного в культуральной жидкости кислорода, при этом подачу воздуха на аэрацию дополнительно корректируют в зависимости от давления в ферментаторе. Подачу азота регулируют в зависимости от измеренного значения его расхода с коррекцией от парциального давления растворенного в культуральной жидкости кислорода и давления в ферментаторе. 1 ил.

чения парциального давления от задан - 40 ступая в сумматор 17 со знаком ми ного значения) и, поступая на вход сумматора 17, уменьшает или увеличив вает его результирующий сигнал, уменьшая или увеличивая задание регу- лятору 4 расхода воздуха„ Регулятор 4 в соответствии с новым заданием прикрывает или приоткрывает исполни тельный механизм 6, установленный на линии подачи воздуха в ферментатор0 Расход воздуха уменьшается (при уве« личении парциального давления кисло - рода от заданного значения) или увег- личивается (при уменьшении парциаль - ного давления от заданного значения)

При переключении частоты вращения мешалки в сторону увеличения коррёк - тирующий регулятор 15 вырабатывает управляющий сигнал, по абсолютному значению превышающий предыдущий, , уменьшает или увеличивает его результирующий сигнал, уменьшая или увеличивая задание регулятору 4 гулятор 4 в соответствии с новым данием прикрывает или приоткрывает исполнительный механизм 6„ Расход воздуха уменьшается (при увеличении давления) или увеличивается (при снижении давления)„

50 Одновременное увеличение расхода азота и уменьшение расхода воздуха при увеличении давления или умень шение расхода азота и увеличение расхода воздуха при снижении давле 55 ния приводят к упреждению изменения и выхода за установленные пределы парциального давления кислорода в культуральной жидкости при изменении давления в ферментаторе„ Это в свою

нус , уменьшает или увеличивает его результирующий сигнал, уменьшая или увеличивая задание регулятору 4 гулятор 4 в соответствии с новым за данием прикрывает или приоткрывает исполнительный механизм 6„ Расход воздуха уменьшается (при увеличении давления) или увеличивается (при снижении давления)„

Одновременное увеличение расхода азота и уменьшение расхода воздуха при увеличении давления или умень шение расхода азота и увеличение расхода воздуха при снижении давле ния приводят к упреждению изменения и выхода за установленные пределы парциального давления кислорода в культуральной жидкости при изменении давления в ферментаторе„ Это в свою

очередь приводит к улучшению условий куйьтивирования клеток и, соответст - вйнно, к повышению производительное т« процесса на 5%„ Формула изобретения

Способ автоматического управления периодическим процессом выращивания клеток животных в ферментаторе с ме«- шайкой, предусматривающий измерение парциального давления растворенного в Культуральной жидкости кислорода, нзйерение расхода воздуха на аэрацию и частоты вращения мешалки, регулиро« ваше подачи воздуха на аэрацию в зависимости от измеренного значения его расхода с коррекцией от измерен

ных значений частоты вращения мешал ки и парциального давления растворён ного в культуральной жидкости кисло рода и регулирование подачи азота, отличающийся тем, что, с целью увеличения выхода целевого продукта, измеряют расход азота на аэрацию и давление в ферментаторе, а регулирование подачи азота осуществи ляют в зависимости от измеренного значения его расхода с коррекцией от парциального давления растворенного в культуральной жидкости кислорода и давления в ферментаторе и регулиро вание подачи воздуха на аэрацию полнительно корректируют в зависимое - ти от давления в ферментаторе