Устройство для дозирования жидкости в биокультиватор Советский патент 1992 года по МПК G01F13/00 

размещен запорный орган 5 клапана, а его спд. Ю установлено на входном патрубке (штуцере) 6, Мерная камера 3 дозатора 1 жидкости сообщена с узким коленом U-образной трубки, а управляющая камера 2 - со штуцером 22 мембранного клапана 16. Пьезометрическая трубка 27 U-образной трубки 28 сообщена с сопловой полостью 18 мембранного клапана 16, а его управляющая камера 19 - с пьезометрической трубкой 13. 1 ил.

Изобретение относится к системам автоматического дозирооания жидкости по графику функциональной зависимости от времени и может быть использовано в химической, микробиологической и пищевой промышленности, в частности в дрожжевом производстве при подаче жидких компонен2 тов питательной среды в дрожжерастиль- ные аппараты. Цель изобретения состоит в повышении эффективности работы биокуль- тиоатора за счет обеспечения оперативного изменения программы дозирования. Для этого в устройство управления введены мембранный клапан 16, профилированное тело 37, две заполненные жидкостью U-об- разные трубки, которые снабжены пьезометрическими трубками 13 и 27 соответственно, установленными в их расширенных коленах 12 и 34. Дополнительная пьезометрическая трубка 36 установлена в биокультиватор 10, причем в расширенное колено 34 U-образной трубки 28 помещено профилированное тело 37, а другое колено 33 сообщено с пьезометрической трубкой 36. Дозатор 1 жидкости выполнен в виде корпуса, разделенного на мерную 3 и управляющую 2 камеры мембраной 4, на которой Sef fe

Изобретение относится к системам автоматического дозирования жидкостей по графику функциональной зависимости от времени и может быть использовано вхими- чссгой, микробиологической и пищевой промышленности, в частности о дрожжевом производстве при подаче жидких компонентов питательной среды о дрожжера- ciильные аппараты.

Цель изобретения - повышение эффективности за счет обеспечения оперативного изменения программы дозирования.

На чертеже представлено устройство дпя дозирования жидкости в биокультиватор.

Устройство состоит из мембранного дозатора 1 жидкости, выполненного в виде двух камер. Верхняя - управляющая 2.и нижняя мерная 3 камеры,-разделены между гобой мембраной 4 с жестким центром 5.

Мерная камера 3 оснащена штуцером 6 для подвода дозируемой жидкости из магистрального трубопровода 7. Торец 8 штуцера 6, расположенный внутри камеры 3, является седлом клапана, а нижняя прокладка жесткого центра 5 - запорным органом клапана. В днище мерной камеры 3 имеется отверстие 9 для истечения дозируемой жидкости в биокультиватор 10 и шту- г,--ф 11 для присоединения второй U-образной трубки 12 с пьезометрической трубкой 13 внутри.i

Управляющая камера 2 дозатора 1 жид- KociV оснащена штуцером 14 дпя присоединения пнесмопровод-1 15 от-мембранного клапана 16. Кроме того, имеется винт 17 для ручного управления притоком дозируемой жидкости.

Мембранный клапан 16 состоит из двух корпусных элементов, образующих пневмо- камеры (воздушные полости) 10 и 19, разделенные мембраной 20 с жестким центром 21. Пневмокэмеры 18 и 19 оснащены штуцерами 22 и 23 для соединения их пнеомопроводами 15 и 24 соответственно и с пьезометрической трубкой 13 и с управляющей камерой 2 дозатора 1 жидкости, а также штуцером 25 для соединения пнео- мопроиодом 26 с пьезометрической трубкой 27 расширенного колена первой U-образной трубки 28. Штуцеры 22. 23 и 25 служат также для соединения с пневмопроводами 29-31 давления питания. В пневмокамере 18 закреплено сопло 32.

Первая U-образная трубка 28 выполнена в виде двух сообщающихся между собой колен: колена 33 меньшего диаметра и расширенного колена 34 большего диаметра . Колено 33 меньшего диаметра соединена пневмопроводом 35 с дополнительной пьезометрической трубкой 36, установленной о биокультиваторе 10. ЕГколене 34 большего диаметра размещается вставка 37, имеющая форму тела точения криволинейного профиля. Вторая U-образная трубка 12 и колено 34 большего диаметра оснащаются измерительными шкалами 38 и 39 соответственно. Мерная камера 3 дозатора 1 жидкости соединена в верхней Части с второй

U-образной трубкой 12 горизонтальной трубкой 40 для выхода воздуха во вторую U-образную трубку 12.

Работа устройства для дозирования жидкости в биокультиватор лредусматривает два возможных этапа в работе биокульти- ватора.

Первый этап характеризуется отсутствием в биокультиваторе 10 культуральной среды. При этом возможность притока в него компонентов питательной среды исключается благодаря соблюдению следующих условий:

35

УЖ Г1ж0 уп.у hn.y.o

РПИТЗ Рэф i

где уж и уп.у - плотность жидкости соответ- ственно в мембранном дозаторе 1 жидкости и в первой U-обрэзной трубке 28;

Ьж0 и hn.xo - начальная глубина погружения пьезометрических трубок 13 и 27 со

ответственно в дозаторе 1 и в первой

U- образной трубке 28;

РПШЗ давление питания в пневмоси- стеме 15 и в управляющей камере 2;

Рж - давление дозуфуемой жидкости на клапан дозатора 1 жидкости;

РЭф - эффективная площадь мембраны 4 дозатора 1 жидкости;

Fc -- площадь седла 8 клапана дозатора 1 жидкости.

В этом случае усилие пневматического давления в правой пневмокэмере 19 Рпр мембранного клапана 16, определяемое выражением РПр Хж пжо. будет превышать усилие пневматического давления в его левой пневмокамере 19 Рл, определяемое как Рл Хп.у. пп.уо- Поэтому прогнувшаяся мембрана 20 своим жестким центром 21 (запорным органом клапана) перекрывает сопло 32 в мембранном клапане, исключая тем самым истечение воздуха через пьезометрическую трубку 27 первой U-образной трубки 28. Мембрана 4 дозатора 1 своим клапаном под воздействием давления воздуха с усилием, равным

Мп Рпитз Рэф РЖ FC

перекроет доступ жидкости в мерную каме- РУЗ.

Второй этап работы устройства определяется началом поступления в биокультиватор 10 засевной или маточной культуры. Изменение уровня жидкости в биокультиваторе 10 посредством дополнительной пьезометрической трубки 36 преобразуется в пневматическое давление (при продувке воздуха или инертного газа через эту пьезсг- метрическую трубку), понижающее уровень жидкости в колене 33 меньшего диаметра первой U-образной трубки. Одновременно с этим повышается уровень жидкости в колене 34 большего диаметра, вследствие чего увеличивается пневматическое давление в левой пневмокамере 18 мембранного клапана 16.

Благодаря криволинейному профилю вставки 37 в колене 34 большего диаметра изменение уровня жидкости hn.y. происходит пропорционально квадратному корню из величины перепада давления. Под воздействием пневматического давления в левой пневмокамере 18. ставшим большим по величине, чем пневмодавление в правой камере 19, мембрана 20 прогнется в сторону меньшего давления и обеспечит возможг ность через сопло 32 и пьезометрическую трубку 27 первой У-о Зразной трубки 28 сбросить давление из управляющей камеры 2 дозатора 1 жидкости до величины, равной величине гидростатического давления над пьезометрической трубкой 27 в первой Li- образной трубке. При этом конструктивно обеспечиваемая зависимость

РЖ FC Хп У. hn.y.i РЭф + G

позволит приоткрыться запорному органу 5 в дозаторе 1 жидкости. Здесь G - усилие от воздействия масс деталей мембраны 4. Жидкость начинает поступать в мерную

5 камеру 3 и вытекать из нее в биокультипатор 10 через отверстие 9. При этом уровень жидкости над отверстием 9 истечения поднимается до отметки hxi и устанавливается равенство уж hxi Хп.у. пп у.1. поскольку

О такие элементы как сопло 32 и мембрана 20 в мембранном клапане 16, а также седло 8 клапана и мембрана 4 в дозаторе 1 жидкости обеспечивают функции пропорциональных регуляторов давления.

5 При дальнейшем увеличении уровня жидкости в биокультиваторе 10 приток дозируемой жидкости возрастает.

Приток любого компонента питательной среды определяется из математической

0 зависимости

Q ,

где Q - обьемный расход жидкости, вытгкз- ющей из отверстия истечения; 5ее- коэффициент расхода;

f - площадь отверстия истечения; g - ускорение силы тяжести и находится в квадратичной зависимости от уровня жидкости над отверстием истечения.

0

Постоянное увеличение притока продиктовано математическим выражением закона развития микроорганизмов , так как важнейшим условием при непрерыв5 ном и полунепрерывном культивировании микроорганизмов является соответствие скорости их роста и скорости разбавления среды культивирования D, т.е. /г D, в свою

гч V - V° 0 очередь ,

где Х - концентрация биомассы в биокультиваторе;,

Х0- начальная концентрация биомассы;5 I основание натурального логарифма;

ft- удельная скорость роста;

D- скорость разбавления среды;

V - обьем культуральной среды в биокультиваторе;

0 Vo - начальный обьем культуральной среды в биокультиваторе.

Таким образом, биокультиватор 10 совместно с первой U-образной трубкой 28 и мембранным клапаном 16 выполняют функ- 5 Цию программного устройства и управляют расходными характеристиками мембранного дозатора 1 жидкости в устройстве для дозирования жидкости в биокультиваторе (в соответствии с требованиями закона развития микроорганизмов).

Необходимость функционального преобразования до требуемого номинального значения величины пневматического давле- ния, управляющего расходными характеристиками дозатора жидкости в зависимости от постоянно меняющегося объема и уровня культуралыюй среды в биокультиваторе и определяемого из совместного решения уравнений для расчета Q и Xi, реализуется конструкцией первой U-обрэзной трубки 28 посредством вставки 37, имеющей форму тела точения криволинейного профиля и пьезометрической трубки 27, размещенной в колене 34 большего диаметра, а также мембранным клапаном 16.

Поскольку в процессе оыращивания дрожжей D биокультиоаторе нужно подавать целый ряд компонентов питательной среды, каждая жидкость подается своей системой автоматического дозирования. Количество пьезометрических трубок, введенных в колено 34 большего диаметра, соответствует числу компонентов питательной среды.

При продувке воздуха через пьезометрическую трубку 27 пневматическое давление преобразуется в сигнал, в соответствии с которым объемы вытекающих из дозатора 1 жидкости в биокультиватор в единицу времени жидких компонентов, находящихся в зависимости от гидростатического дэсле- ния жидкости в мерной камере 3 над отверстием 9 истечения, равнозначны тем обьемным расходам, которые соответствуют основополагающему требованию математического выражения закона развития популяции микроорганизмов.

При использовании устройства для дозирования жидкости о биокультиватор имеется возможность также оперативного изменения программы притока кбмпонен- тов питательной среды в зависимости от технологических показателей работы биокультиватора путем ручного управления (изменением глубины погружения пьезометрической трубки 27).Такое управление легко реализуется в автоматическое путем

включения а контроль и управление технологическим процессом электроннооичнсГ И- Тельной машины,

Таким образом, предлагаемое устройстDO для дозирооапия жидкости в биокульти- оатор обеспечивает приток компонентов питательной среды в соответствии с математическим выражением закона развития микроорганизмов, дает возможность оперативного изменения программы доэирова- ния при возможных отклонениях в технологических показателях работы аппарата, обеспечивает увеличение выхода и съема дрожжей.

Ф о р м у л а и э о б р е т е н и я

Устройство для дозирования жидкости в биокультиватор, содержащее дозатор, мерная камера которого сообщена входным патрубком через клапан с входной магистралью, а выходным - с биокультиватором, и

узел управления, отличающееся тем,

что, с целью повышения эффективности за

счет обеспечения оперативного изменения

программы дозирования. в узел управления

введены мембранный клапан, профилированное тело, две заполненные жидкостью U-ofoasHbiefтрубки, каждая из которых вы- пользна с расширенным коленом с пьезометрической трубкой, и дополнительная

пьезометрическая трубка, установленная в биокультиваторе, причем в расширенном колене первой U-оСразной трубки размещено профилированное тело, а ее другое колено сообщено с дополнительной пьезометрической трубкой, дозатор выполнен в виде корпуса, разделенного на мерную и управляющую камеры мембраной, на которой расположен запорный орган клапана, а его седло установлено на входном патрубке,

при этом мерная камера дозатора сообщена с узким коленом второй U-образной трубки, а управляющая камера - с соплом мембранного клапана, пьезометрическая трубка первой U-образной трубки сообщена с сопловой полостью мембранного клапана, а его управляющая полость - с пьезометрической трубкой второй U-образной трубки.