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

Изобретение, относится к способам автоматического управления процессами непрерывного выращивания микроорганизмов, например выращивания микробной биомассы на природном газе, и может быть использовано в микробиологический химико-фармацевтической и химической промышленности,

Цепь изобретения - повышение производительности по биомассе за повышения точности поддержания температуры в Ферментаторе на заданном оптимальном значении.

На чертеже изображена схема устройства дня реализации предлагаемого способа.

Способ автоматического управления процессом непрерывного выращивания микроорганизмов предусматривает регулирование расходов природного (аза, кислорода, технологической воды и питательных солей в ферментатор, температуры в ферментаторе путем изменения подачи охлаждающей воды в теплообмен- , .к ферментатора, уровня жидкости в ферментаторе путем изменения ее отбора из Ферментатора а также измерение температуры природного газа, кислорода, питагглть- ных солей, технологической води с. последующим определением величины удельного количества тепла, вводимого в ферментатор этими потоками. Регулирование температуры в ферментаторе осуществляют с коррекцией по рассчитанной величине удельного количества тепла.

Устройство содержит ферментатор 1, подающие трубопроводы 2-5 для природного газа, кислорода, технологической воды и питательных солей соответственно, отводящий бактериальную биомассу трубопровод 6, теплообменник 7, в который подается охлаждающая вода, датчик 8 расхода природного газа, регулятор 9 расхода природною 1аза, исполнительный механизм 10, датчик 11 расхода кислорода, регулятор 12 расхода кислорода, ислолни- тсльнмй механизм 13, датчик 14 расхода

технологической воды, регулятор 15, исполнительный механизм 16, датчик 17 расхода питательных солей, регулятор 18 расхода питательных солей, исполнительный меxaHi:.JM 19, датчик 20 уровня жидкости в ферментаторе, регулятор 21 уровня, исполнительный механизм 22, датчик 23 темпера- туры в ферментаторе, регулятор 2,4 юмпературы в ферментаторе, выход которого связан с вторым входом сумматора 25, выход которого в свою очередь связан с исполнительным механизмом 26, вычислительный блок 27 для определения удельного количества тепла, первый вход которого

связан с выходом датчика 28 температуры пит-пельных солей, второй вход - с датчиком 17 расхода питательных солей, третий вход -- с датчиком 14 расхода технологической воды, четвертый - с датчиком 29 температуры технологической воды, пятый - с датчиком 30 температуры природного газа, шестой - с датчиком 8 расхода природного газа, седьмой - с датчиком 31 температуры кислорода, восьмой -сдатчиком 11 расхода

киолс { v i, десятый - с датчиком 23 температуры в ферментаторе, а выход связан с первым входом сумматора 25.

Устройство работает следующим обра- ом

i Контур регулирования, включающий датчик 8 расхода природного газа, регулятор 9 расхода природного газа и исполнительный механизм 10, обеспечивает стабилизацию расхода природного газа в

ферментаюр. Контур регулирования, включающий датчик 11 расхода кислорода, регулятор 12 расхода кислорода и исполин тельный механизм 13, обеспечивает стабилизацию расхода кислорода вфермен0 татор.

Контур регулирования, включающий датчик 17 расхода питательных солей, регулятор 18 раскола питательных солей и исполни гельпый механизм 19, обеспечивает

5 стабилизацию расхода питательных солей в ферментатор, Контур регулирования, включающий датчик 20 уровня жидкости в ферментаторе, регулятор 21 уровня и исполнительный механизм 22, обеспечивает стабилизацию уровня жидкости в ферментаторе.

В сумматоре 25 осуществляется суммирование двух величин - управляющего воздействия с выхода регулятора 24 температуры в ферментаторе и промасштабиро- ванной величины удельного количества тепла по формуле

U U24 + kQ, где U - выходной сигнал сумматора, %;

U24 - выходной сигнал регулятора, %;

k- масштабный коэффициент, % -ч/Дж;

Q - удельное количество тепла, Дж/ч.

В вычислительном блоке 27 расчета удельного количества тепла осуществляется расчет удельного (в единицу времени) количества тепла, вводимого в ферментатор потоками природного газа, кислорода, технологической воды и питательных солей, по формуле

4 / ГСсН4 -FCH4(tCH4 - Тф) + СЭ2Х

о L

X Fo2(t02 - 1ф)Ст.В. FT.B.T.B. - Тф) +

х f-02(t02 - 1ф;иг.в. гтшгт. + Ch.c.-Fn.c.(tn.c. -1ф)1аЧ;

где Сен, Со2, Ст.в., Сп.с. - теплоемкость соответственно природного газа, кислорода, технологической воды и питательных солей, Дж/кг-град;

FcH4 . FT.B., Fn.c. - расход соответственно природного газа, кислорода, технологической воды и питательных солей, кг/ч;

tcH4 . tO2i tT.B., tn.c., Ц - температура соответственно природного газа, кислорода, технологической воды, питательных солей и в секторе выращивания, град;

Т - интервал времени, на котором осуществляется расчет, ч.

Контур регулирования, включающий датчик 23 температуры в ферментаторе, регулятор 24 температуры в ферментаторе, сумматор 25 и исполнительный механизм 26, обеспечивает стабилизацию температуры в ферментаторе. Сигнал, поступающий с выхода вычислительного блока 27 на первый вход сумматора 25 расчета удельного количества тепла, обеспечивает коррекцию подачи охлаждающей воды а теплообменник в зависимости от величины удельного количества тепла, вводимого в аппарат, таким образом компенсируя влияние скачкообразных изменений расходов природного газа или кислорода, или технологической воды, или питательных солей в ферментатор, а также изменения температуры технологической воды и обеспечивает тем самым точное поддержание температуры в секторе выращивания на заданном значении.

Изменение, -например увеличение, рас- 5 хода природного газа (или кислорода, или технологической воды, или питательных солей) приводит к увеличению сигнала, поступающего на шестой (или восьмой, или третий, или второй) вход блока 27, при этом

0 подача охлаждающей воды в теплообменник 7 увеличивается до тех пор, пока не станет соответствовать новому значению величины удельного тепла, вводимого в ферментатор этими потоками.

5 При уменьшении расхода природного газа (или кислорода, или технологической воды, или питательных солей) устройство работает аналогично, но в обратном порядке.

0 Изменение температуры технологической воды (или природного газа, или питательных солей, или кислорода) приводит к изменению сигнала, поступающего на третий (или пятый, или седьмой, или первый)

5 вход вычислительного блока 27 расчета теплового количества тепла, что приводит к изменению сигнала на выходе сумматора 25, в результате подачи охлаждающей воды в теплообменник 7 будет изменяться до тех

0 пор, пока не станет соответствовать новому значению величины удельного тепла, вводимого в ферментатор этими потоками.

Таким образом, при реализации предлагаемого способа управления произво5 дительность аппарата по биомассе увеличивается на 0,5%.

Формула изобретения Способ автоматического управления про0 цессом непрерывного выращивания микроорганизмов, предусматривающий регулирование расходов природного газа, кислорода, технологической воды и питательных солей в ферментатор, а также регулирова5 ние температуры в ферментаторе путем изменения подачи охлаждающей воды в теплообменник ферментатора, уровня жидкости в ферментаторе путем изменения ее отбора из ферментатора, отличающий0 с я тем, что, с целью повышения производительности по биомассе, измеряют температуру потоков природного газа, кислорода, питательных солей и технологической воды и определяют величину

5 удельного количества тепла, вводимого в ферментатор этими потоками, а регулирование температуры в ферментаторе осуществляют с коррекцией в зависимости от величины удельного количества тепла.

Изобретение позволяет повысить производительность по биомассе за счет измерения температуры природного газа, кислорода и технологической воды. Регулирование температуры в ферментере осуществляют с коррекцией по рассчитанной величине удельного количества тепла. В ферментатор 1 подают природный газ, кислород, технологическую воду и питательные соли. Бактериальная биомасса непрерывно откачивается по трубопроводу 6, охлажденная вода подается в теплообменник 7. Способ автоматического управления процессом непрерывного выращивания микроорганизмов осуществляется контуром регулирования расхода природного газа, контуром регулирования расхода кислорода, контуром регулирования расхода питательных солей, контуром регулирования уровня жидкости, контуром регулирования температуры. Данный способ предусматривает также определение величины удельного количества тепла, вводимого в ферментатор, при этом регулирование температуры в ферментаторе осуществляют с коррекцией в зависимости от величины удельного количества тепла. 1 ил.