Способ автоматического управления концентрацией микроорганизмов Советский патент 1992 года по МПК C12Q3/00 

Изобретение относится к микробиологической промышленности и может быть использовано для автоматического управления концентрацией биомассы микроорганизмов, например кормовых дрожжей, в ферментаторе 1.

Известный способ автоматического управления концентрацией микроорганизмов предусматривает изменение количества биомассы, возвращаемой после отделения от жидкой фазы, и воздуха на аэрацию в зависимости от расхода воздуха, поступающего на аэрацию, и концентраций кислорода и углекислого газа в отходящих газах.

Известный способ не обеспечивает высокого выхода биомассы, т.к. при изменении величины протока реакция системы управления, осуществляющей способ, недостаточно оперативна вследствие использования косвенных показателей жизнедеятельности микроорганизмов, изменения которых проявляются через достаточно длительный интервал времени. Кроме того, процесс ферментации часто проводят в нестерильных условиях, в результате это го в некоторых случаях возникает необходимость обеззараживания, которое достигается резким увеличением протока. При этом рецикл сгущенной биомассы, содержащей вредные микроорганизмы, после сепараторов в ферментатор не желателен.

Целью изобретения является увеличение выхода биомассы.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе, предусматривающем изменение количества биомассы, возвращаемой после отделения биомассы от жидкой фазы, и воздуха на аэрацию в зависимости от расхода воздуха, поступающего на аэрацию, концентраций кислорода и углекислого газа в отходящих газах, согласно изобретению вводят заданные значения и допустимое отклонение величины протока, определяют величину протока и отклонение этой величины от заданного значения и сравнивают последние с допустимым значением отклонения, а количество биомассы, возвращаемой после отделения от жидкой фазы и воздуха на аэрацию корректируют в зависимости от результата сравнения.

Сущность изобретения заключается в следующем.

При изменении величины протока в нормальном режиме эксплуатации фермен(Л

С

OJ

ел со

V4

Ю

татора пропорционально ей происходит изменение расхода в рецикле биомассы в ферментатор после отеделения ее от жидкой фазы. Если это воздействие не компенсирует изменение концентрации микроорганизмов в ферментаторе, то спустя некоторое время происходят изменения измеряемых согласно способу 1 величин концентрации кислорода и углекислого газа в отходящих газах, которые приводят к дополнительным изменениям количества микроорганизмов в рецикле биомассы.

Так как выращивание микроорганизмов осуществляют в нестерильных условиях, то в ферментаторе возможно заражение основной культуры, приводящие к снижению ее выхода. В этом случае рецикл биомассы недопустим, т.к. он усиливает ее зараженность в ферментаторе. Одной из наиболее часто применяемых мер борьбы с паразитирующими на основной культуре микроорганизмами, является значительное увеличение протока, которое превышает заранее установленную величину. В этом случае прекращают возврат биомассы в ферментатор.

В результате регулирования расхода биомассы, возвращаемой после отделения жидкой фазы, и воздуха на аэрацию в ферментатор с коррекций по величине протока повышается скорость реакции на изменение величины концентрации биомассы, т.к. изменение величины протока наиболее быстро влияет на концентрацию биомассы в ферментаторе, а прекращение подачи биомассы, возвращаемой после отделения жидкой фазы, и воздуха на аэрацию при промывке ферментатора сокращает необходимо время промывки. Таким образом улучшаются динамические характеристики стабилизации концентрации биомассы в ферментаторе и сокращается время непроизводительной работы ферментатора, вследствие чего увеличивается выход биомассы.

На фиг. 1 изображена схема устройства для автоматического управления концентрацией микроорганизмов; на фиг. 2 - диаграмма работы устройства.

Устройство содержит ферментатор 1, сепаратор 2, датчики 3 и 4 концентрации кислорода и углекислого газа, вторичные приборы 5 и 6, вычислительное устройство 7, датчик 8 количества воздуха и вторичный поибор 9, регулятор 10 расхода воздуха, исполнительный механизм 11 на линии подачи воздуха, регулятор 12 и исполнительный механизм 13 на линии подачи суспензии в ферментатор, датчик 14 величины протока и вторичный прибор 15, регулятор 16 величины протока и вычислительное устройство 17 для сравнения,усиления и инвертирования сигналов.

Способ автоматического управления

концентрацией микроорганизмов осуществляется следующим образом.

В ферментатор 1 подают сусло, воздух и аммиачную воду и выводят суспензию биомассы в сепаратор 2. После сепаратора 2

0 часть ее возвращают в ферментатор 1, а остальную часть выводят на сушку. Концентрацию кислорода и углекислого газа определяют датчиками 3 и 4 и вторичными приборами 5 и 6 соответственно. Сигналы от

5 вторичных приборов 5 и 6 поступают на вычислительное устройство 7, количество воздуха, поступающего на аэрацию, измеряют датчиком 8 количества воздуха и вторичным прибором 9, сигнал с которого поступает на

0 вычислительное устройство 7 и на регулятор

10расхода воздуха, который управляет исполнительным механизмом 11, при помощи которого поддерживается заданный расход воздуха, который определяют в вычисли5 тельном устройстве 7.

По измеренным величинам концентраций кислорода и углекислого газа в отходящих из ферментатора газах определяют величины, характеризующие процесс фер0 ментации, и при их изменении при помощи вычислительного устройства 7 определяют, какое количество возвращаемой биомассы и воздуха на аэрацию необходимо подать в ферментатор 1. Для осуществления этого

5 выход вычислительного устройства 7 подключают к регуляторам 10 и 12, которые управляют исполнительными механизмами

11и 13.

Величину протока измеряют датчиком

0 14 и вторичным прибором 15. Выход последнего подключают к входу регулятора 16 величины протока. Сигнал с регулятора 16 величины протока, пропорциональный отклонению величины протока от заданного

5 значения, подают на вход вычислительного устройства 17, в котором сравнивают с допустимым значением, и в том случае, когда отклонение не превышает допустимого значения, повторяют с тем же знаком на выходе

0 вычислительного устройства 17, который соединяют с входом регулятора 12. В результате этого при изменении протока регулятором 12 воздействуют на исполнительный механизм 13, расположенный на

5 линии подачи суспензии, возвращаемой после отделения от жидкой фазы и воздуха на аэрацию биомассы в ферментатор 1, изменяя ее расход пропорционально изменению величины протока. В том случае, когда резко увеличивается величина протока для

промывки ферментатора 1 от вредных микроорганизмов, паразитирующих на основной культуре, и сигнал с регулятора 16 величины протока, пропорциональный отклонению величины протока от заданного значения, превышает допустимое значение, его усиливают и инвертируют в вычислительном устройстве 17 таким образом, чтобы в результате этого произошло полное закрытие исполнительного механизма 13, прекращающее нежелательную подачу возвращаемой биомассы в ферментатор 1.

Пример 1. Вследствие изменения подачи сусла и аммиачной воды в ферментатор происходит изменение величины про- тока (это изменение может произойти и вследствие прямого воздействия со стороны, например, оператов установки). Поэтому согласно предлагаемому способу на выходе вторичного прибора 15 появляется новое значение протока 6, которое измеряют датчиком 14. Это значение подают на вход регулятора 16, на выходе которого формируется сигнал, пропорциональный отклонению величины протока от заданного значения ДС. Указанный сигнал поступает на вход вычислительного устройства 17, в котором его сравнивают с допустимым значением отклонения ДСдоп. по соотношению:ДС-ДСдоп. 07, (1) если нет, то на выходе вычислительного устройства 17 повторяется величина AG, которую подают на вход регулятора 12 и по которой корректируют его уставку, вследст- вие чего на выходе регулятора 12 формируется сигнал, который поступает на исполнительный механизм 13, изменяя его положение и вследствие этого количество биомассы, возвращаемой после отделения от жидкой фазы и воздуха на аэрацию. В том случае, когда указанная корректировка согласно предлагаемому способу оказывается недостаточно точной, осуществляется

регулирование количества биомассы, возвращаемой после отделения жидкой фазы, и воздуха на аэрацию, в соответствии с известным способом.

Если результат сравнения по (1) Да, то на выходе вычислительного устройства 17 формируется усиленный (коэффициент усиления - К) и инвертированный сигнал - К AG, который также подают на вход регулятора 12. В результате этого на его выходе формируется сигнал, полностью закрывающий при помощи исполнительного механизма 13 подачу биомассы, возвращаемой после отделения жидкой фазы, и воздуха на аэрацию, в ферментатор. Если в дальнейшем происходит уменьшение величины ДО и в соответствии с (1) получают результат Нет, вновь осуществляется подача биомассы в ферментатор. Описанный пример поясняется диаграммой на фиг. 2.

Экономическая эффективность предлагаемого способа по сравнению с известным достигается за счет повышения эффективности управления концентрацией микроорганизмов путем определения величины протока и коррекции по ней количества биомассы, возвращаемой после отделения от жидкой фазы в ферментатор. Увеличение выхода биомассы достигает 3-4%.

Формула изобретения Способ автоматического управления концентрацией микроорганизмов по авт.св. № 1043167, от л и ч а ю щи и с я тем, что, с целью увеличения выхода биомассы, вводят заданное значение и допустимое отклонение величины протока, определяют величину протока и отклонение этой величины от заданного значения и сравнивают последнее с допустимым значением отклонения, а изменение количества биомассы, возвращаемой после отделения от жидкой фазы и воздуха на аэрацию, корректируют в зависимости от результата сравнения.

Ялходящие lay

Ш

В

wo

If

1735371

ДйЯ&Х

Использование: в микробиологической промышленности для автоматического управления концентрацией биомассы микроорганизмов. Сущность изобретения осуществляют извлечение количества биомассы, возвращаемой после отделения биомассы от жидкой фазы и воздуха на аэрацию, в зависимости от расхода воздуха, концентрации кислорода и углекислого газа в отходящих газах и результата сравнения отклонения величины протока от заданного значения с допустимым значением отклонения. 2 ил.

л5 л 6л

:./

на