Система автоматического управления процессом непрерывного выращивания микроорганизмов Советский патент 1976 года по МПК C12B1/08 

Изобретение относится к системам управления процессами непрерывного выращивания микроорганизмов, например кормовых дрожжей, на субстратах гидролизного произ водства, и может быть использовано в микробиологической промышленности. Известна система автоматического управления процессом непрерывного выращивания микроорганизмов, содержащая контуры регулирования подачи воздуха, воды, питательных солей, гидролизата, температуры дрожжевой суспензии в аппарате, рВ дрожжевой суспензии и объема биомассы в аппарате, датчик концентрации дрожжевой суспензии, датчики концентрации редуцирую щих веществ в поступающем субстрате и отбираемой культуральной жидкости l. Известная система автоматического управления не обеспечивает высокой производительности микробиологического синтеза, и, кроме того, эффективности использования питательного субстрата выращиваемой попу ляцией микроорганизмов. Цель изобретения - повышение производительности процесса непрерывного выращивания микроорганизмов. Это достигается тем, что система автоматического управления процессом непрерывного выращивания микроорганизмов снабжена блоком определения экономического коэффициента, блоком сравнения предшествующего значения экономического коэффициента с последующим и блоком времени, при этом вход блока определения экономического коэффициента соединен с датчиками концентрации дрожжевой суспензии и редуцируюших веществ в поступающем субстрате и отбираемой культуральной жидкости, а выходпосредством регулятора соотношений с регуляторами контуров регулирования подачи воздуха, воды, питательных солей и гидролизата. На чертеже изображена схема системы автоматического управления процессом непрерывного выращивания микроорганизмов. Система содержит контуры регулирования подачи воздуха, воды, питательных солей, гидролизата, температуры дрожжевой суспензии в аппарате, рН дрожжевой суспен зии и объема биомассы в аппаратах 1, датчики 2, 3 и 4 концентрации дрожжевой суспензии, редуцирующих веществ в поступающем субстрате и отбираемой культуральной жидкости. Контур регулирования подачи воздуха включает датчик 5 расхода, регулятор 6 и исполнительный механизм 7. Контур регулирования подачи воды включает датчик 8 расхода, регулятор 9 и исполнительный механизм 10. Контур регулирования подачи питательных солей включает датчик 11 расхода, регулятор 12 и исполнительный механизм 13 Контур регулирования подачи гидролизата включает датчик 14 расхода, регулятор 15 и исполнительный механизм 16. Контур регулирования температуры дрожжевой суспензии в аппарате включает датчик 17 температуры, регулятор 18 и испол нительный механизм 19 на линии подачи ох лаждающей воды. Контур регулирования рН дрожжевой суспензии включает датчик 20 рН, регулятор 2 и исполнительный механизм 22 на линии по дачи раствора аммиака в дрожжерастильном аппарате 1. Контур регулирования объема биомассы в аппарате 1 включает датчик 23 объема, регулятор 24 и исполнительные механизмы 25 и 26 на линиях подачи минеральных солей и субстрата. Кроме того система снабжена блоком 27 определения экономического коэффициента, блоком 28 сравнения предществующего значения экономического коэффициента с после дующим и блоком 29 времени, при этом вход блока 27 определения экономического коэффициента соединен с датчиками 4, 2 и 3 концентрации дрожжевой суспензии и реду цирующих веществ в поступающем субстрате и отбираемой культуральной жидкости, а выход - посредством регулятора ЗО соотнощения с регуляторами 6, 9, 12 и 15 контуров подачи воздуха, воды, питательных солей и гидролизата. Система автоматического управления так же содержит блок 31 проверки измеренных концентраций на ограничения и исполнительный механизм 32 на линии отбора урожая из дрожжерастильного аппарата 1. Предлагаемая система автоматического управления основана на информации об экономическом коэффициенте использования суб страта и обеспечивает поддержание в процессе культивирования максимально допусти мого расхода питательного субстрата и соответствующих ему расходов минеральных солей и воздуха на аэрацию при заданных ограничениях по концентрации отбираемой биомассы и остаточных редуцирующих веществ в культуральной жидкости. Экономический коэффициент Y ) определяется из формулы Q-(j - количество выращенной биомассу - количество потребляемого субстрата. При этом известно. Qc-(C3-cOVo Cg и С - концентрация биомассы гае в отбираемой культуральной жидкости и поступающем субстрате (причем, как правило, С 0); С, и концентрация питательных веществ в субстрате и культуральной жидкости; - скорость потока. После подставки получаем Таким образом, для измерения экономического коэффициента использования субстрата достаточно измерить концентрацию биомассы и редуцирующих веществ (РВ) в поступающем субстрате и отводимой культуральной жидкости. Система работает следующим образом. Датчиками 2,3 и 4 измеряют концентрацию дрожжевой суспензии и редуцирудащих веществ в субстрате и отбираемой биомассе. В блоке 31 измеренные концентрации др лсжевой суспензии и редуцирующих веществ (РВ) в отбираемой биомассе проверяются на заданные регламентные ограничения и, в случае невыполнения хотя бы одного из них, из блока 31 через логическое устройство (на чертеже не показано) на исполнительный механизм 32 поступает команда о перекрытии линии отбора биомассы, что способствует снижению РВ в культуральной жидкости и повыщению концентрации биомассы. При выполнении заданных ограничений соответствующие сигналы измеренных вели JJJH поступают в блок 2 7 определения экономического коэффициента, где после измерения датчиком 3 концентрации РВ в поступающем субстрате осуществляется автоматическое вычисление экономического коэффициента ( УЛ ) и сравнение его с величиной

предшествующего измерения ( Y. -1), В зависимости от результатов сравнения на вход регулятора ЗО соотношений и блока 28 сравнения предшествующего значения экономического коэффициента с последующим поступает сигнал об изменении РВ субстрата и соответствующих им подач воды, воздуха и минеральных солей. При этом, если Yf Yf, --I, то логическое устройство блока 27 определения экономического коэффициента выдает сигнал об увеличении подачи РВ, а если - то об уменьшении ее.

Блок 29 времени, включающий кварцевый генератор и делитель частоты (на чертеже не показаны), позволяет измерить время от секунд до 24 часов и выдает на вход блоков 27 и 28 код времени, служащий для задания промежутков времени, через которые осуществляется измерение и сраанение экономических коэффициентов в блоке 27, а также через блок 28, направленные изменения концентрации РВ в подаваемом субстрате.

С выходов блока 28 и регулятора 30 соотношения на входы задание регуляторов 15, 9, 6 и 12 поступают сигналы, изменяющие величину задание, что приводит к рассогласованию текущих значений измеряемой величины, поступающей с датчиков 14, 8, 5 и 11, соответственно, и заданием. Определяемые этим рассогласованием команды с регуляторов 15, 9, 6 и 12 поступают на исполнительные механизмы 16, 10, 7 и 13 контуров регулирования подачи гидролизата, воды на разбавление, воздуха и питательных болей.

В случае превышения заданного объема культуральной жидкости в аппарате 1 возникает рассогласование в регуляторе 24 между заданием и текущим значением объема биомассы, измеряемым посредством датчика 23. В результате этого на исполнительные механизмы 25 и 26 поступает сигнал о прекращении подачи солей в аппарат. Снижение объема до заданного приводит к сигналу о возобновлении подачи субстрата и питательных солей.

Термостатирование процесса культивирования осуществляется регулятором 18 посредством воздействия на исполнительный механизм 19, установленный на линии подачи охлаждающей воды в змеевик, или на наружную поверхность аппарата при наличии рассогласования между заданием и текущим значением температуры, измеряемой датчиком 17.

Регулирование рН культуральной жидкости осуществляется регулятором 21 посредством исполнительного механизма 22. Сигналом регулирования служит рассогласование между заданным и текущим значением рН, измеряемым датчиком 20.

Предлагаемая система автоматического управления процессом непрерывного выращивания микроорганизмов проста в изготовлении и по сравнению с известной позволяет регулировать тexнoлoniчecкиe параметры процесса таким образом, чтобы обеспечить повышение производительности микробиологического синтеза и эффективность использования питательного субстрата вырдщиваемой популяции микроорганизмов.

Формула изобретения

Система автоматического управления процессом непрерывного выращивания микро организмов, содержащая контуры регулирования подачи воздуха, воды, питательных солей, гидролизата, температуры дрожжевой суспензии в аппарате,рН дрожжевой суспензии и объема биомассы в аппарате, датчик концентрации дрожжевой суспензии, датчики концентрации редуцирующих веществ в поступающем субстрате и отбираемой культуральной жидкости, отличающаяс я тем, что, с целью повышения производительности, она снабжена блоком определения экономического коэффициента, блоком сравнения предшествующего значения экономического коэффициента с последующим и блоком времени, при этом вход блока определения экономического коэффициента соединен с датчиками концентрации дрожжевой суспензии и редуцирующих веществ в поступающем субстрате и отбираемой культуральной жидкости, а выход-посредством регулятора соотношения с регуляторами контуров регулирования подачи воздуха, воды, питательных солей и гидролизата.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Авторское свидетельство N° 308060 по МКИ С 12 В 1/08 от 23.01. 1969 г.