Устройство для автоматического управления процессом культивирования микроорганизмов Советский патент 1977 года по МПК C12K1/10 

1

Изобретение относится к устройствам для автоматизации процессов культивирования микроорганизмов, предусматривающих раздельную подачу на вход ферментатора питательного субстрата и воды, и может быть использовано в микробиологической промышленности.

Известны устройства для автоматического унравления процессом культивирования микроорганизмов 1,2.

Ближайшим решением к описываемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является устройство для автоматического управления процессом культивирования микроорганизмов, содержащее датчик концентрации биомассы, контур регулирования уровня культуральной среды и регуляторы расхода на линиях подачи питательного субстрата и технической воды 2.

Известное устройство не обеспечивает поддержания процесса культивирования на экстремальном уровне. С целью поддержания процесса культивирования на экстремальном уровне предлагаемое устройство снабл ено шаговым оптимизатором, расходомером, установленным на линии готового продукта, селектором и датчиком концентрации питательного субстрата, выход которого через делительный блок соединен с регулятором расхода питательного субстрата, второй вход делительного

олока связан с выходом датчика концентрации биомассы, а последний и расходомер па линии отвода готового продукта посредством мнол птельного блока соединены с шаговым оптимизатором, ири этом датчик концентрации биомассы и выход шагового оптимизатора присоединены к входу селектора, выход которого соединен с управляющим входом шагового оптимизатора.

На чертеже изображено схематично предлагаемое устройство для автоматического управления процессом культивирования микроорганизмов.

Устройство содержит датчик 1 концентраци1 биомассы, контур регулирования уровня культуральной среды, регуляторы 2 и 3 расхода на линиях питательного субстрата и технической воды, шаговый оптимизатор 4, установленный на линии готового продукта расходомер 5, селектор 6 и датчик 7 концентрации иитательного субстрата. Контур регулирования уровня культуральной среды включает в себя датчик 8 уровня культуральной

среды в ферментаторе 9 и регулятор 10 величины стока из фермеитатора.

Устройство содержит делительный и мне жительный блоки 11 и 12.

Ферментатор 9 и исиолиительные мехаиизмы 13, 14 и 15 на линиях подачи и расхода

материальных сред из ферментатора в комплект устройства не входят.

Выход датчика 7 концентрации питательного субстрата через делительный блок II соединен с регулятором 2 расхода питательного субстрата, второй вход делительного блока 11 связан с выходом датчика 1 концентрации биомассы. Последний и расходомер 5 на линии готового продукта посредством множительного блока 12 соединены с шаговым оптимизатором 4, при этом датчик 1 н выход оптимизатора 4 присоединены к входу селектора 6, выход которого соединен с управляющим входом оптимизатора 4.

Устройство работает следующим образом.

Сигналы от датчиков 1 и 7 поступают на блок 11, сигнал на выходе которого проиор5

ционален соотношению -- где S - концентJ.

рация питательного субстрата, X - концентрация биомассы в культуральной среде.

В регуляторе 2 иа линии подачи питательного субстрата осуществляется сравнение этого сигнала с заданием (уставкой), н, в случае отклонения его от нормы, формируется сигнал управле}1ия на исполнительный механизм 13 на линии подачи питательного субстрата в ферментатор 9. При превышении величины

соотношения - значения уставки подача пид

тательиого субстрата уменьшается, а умеиьщении значения уставки соотношения ниже нормы-увеличивается.

Когда показателем качества выходного продукта процесса ферментации является не

соотношение- , а величина концентрации S,

X

то с помощью переключателя (не показан) от входа делительного блока 11 отключается выход датчика 1 концентрации биомассы и в.ключается сигнал, эквивалентный «единице концентрации биомассы. Задание уставки иа регуляторе 2 расхода на линии питательного субстрата также соответственно изменяется.

Расходомер 5 слулчит для измерения величины стока Д из ферментатора.

Сигнал с выхода множительного блока 12, пропорциональный величине производительности ферментатора (), поступает на шаговый оптимизатор 4, задающий значение уставки на регулятор 3 подачи технической воды.

Величина рассогласования между значениями уставки и концентрации биомассы на управляющем входе отрабатывается исполнительным механизмом 14 на линии подачи технической воды в ферментатор.

Шаговый оптимизатор 4 осуществляет выход процесса культивирования микрооргаиизмов в зону максимальной ироизводительиости путем направленного изменения уставок концентрации X. Сущность работы шагового оитимизатора заключается в том, что на определенное время стаОилизируется заданное значение концентрации X. с иомощью регулятора о, при этом оптимизатор 4 запоминает величину производительности ферментатора. JaTeM шаговый опти.мизатор осуществляет шаг поиска, при котором изменяет уставку концентрации А на постояпную величину-шаг оптимизации.

После стаоилизации нового значения концентрации А шагавый оптимизатор запоминает новое значение производительности и сравнивает его с предыдущим, причем, если последняя увеличилась, то следующий шаг поиска (изменение уставки) осуществляется в том же направлении, что и на предыдущем шаге, а если уменьшилась, то знак величины изменения уставки меняется на противоположный.

Гак как стабилизация значения осуществляется не мгновенно после изменения уставки, то в устройство введен селектор b переходного режима, который выдает сигнал разрешения на осуществление шага оптимизации после достижения текуще1о значения концентрации Оиомассы величины уставки.

Равенство входных и выходных материальных потоков ферментатора достигается введенным в устройство контуром регулирования уровня, включающим датчик б и регулятор 10 уровня.

Фор м} л а изобретения

X

1. ; строиство для автоматического управления процессом культивирования микроорганизмов, содержащее датчик концентрации оиомассы, контур регулирования уровня культуральноп среды и регуляторы расхода на лиииях нодачи питательного суострата и технической воды, отличающееся тем, что, с целью поддержания процесса культивирования иа экстре.иальном уровне, оно снабжено шаговым оптимизатором, расходомером, установленным на линии отвода готового продукта, селектором и датчиком концентрации иитательного суострата, выход которого через делительный блок соединен с регулятором расхода иитательного субстрата, второй вход делительного блока связан с выходом датчика концеитрации биомассы, а последний и расходомер на линии отвода готового продукта посредством множительного блока соединены с шаговым оптимизатором, при этом датчик концентрации биомассы и выход шагового оптимизатора присоединены к входу селектора, выход которого соединен с управляющим входом шагового оптимизатора.

Источинки информации, принятые во внимание при экспертизе:

1.Авторское свидетельство СССР №365373, М. Кл. С12В 1/08, 1973.

2.Авторское свидетельство СССР №412241, М. Кл.С 12В 1/08, 1974.

/ifKj.fiyi iju illc-cmfluffi

ч/| IvЛ71ЖГ1 ЧГЗаданиеycmaiKu уровня