Способ автоматического управленияпРОцЕССОМ НЕпРЕРыВНОгО КульТиВиРОВАНияМиКРООРгАНизМОВ и СиСТЕМА дляЕгО ОСущЕСТВлЕНия Советский патент 1981 года по МПК C12B1/08 

блока умножения связан с одним из входов блока нзменения скоростн нотребления РВ, другой вход последнего через второй блок умножения одновременно подключен к задатчику суммарного расхода воды II сусла, сумматору и блоку определення расхода воды, а выход его при помощи блока определения изменения расхода сусла соединен с одним из входов корректируюн1.его блока, второй вход которого подключен к задатчику расхода РЕ и датчику концентрации РВ, при этом выход корректируюп ;его блока соединен с блоком определения расхода воды, второй вход первого блока умноження связан с датчиком объема, а сумматор подключен к задатчику и датчику концентрацип остаточных РВ. Материальный баланс питательных веществ в ферментере выражается следующим уравнением: ,-V 2 0, (I), QC- С-Л-Q5.- С, где Q с - приток сусла в ферментер; С - концентрация РВ в сусле; Л - скорость потребления РВ растущей биомассой дрожжей; Qoc - отбор дрожжевой суспензии из ферментера; V - объем среды в ферментере; COCT- остаточная концентрация РВ в ферментере. В практических расчетах принимают, что Q.7c Qc+QB,(2) где QB - приток воды на разбавление в ферментер. В случае, если Сост const, то уравнение (2) принимает следующий вид: A Q,- C-(Qe-+- Qe) - С„,, . (3) Однако в производственных условиях даже при постоянной скорости поступления РВ в ферментер (Qc- С const) величина С ост изменяется вследствие различных возмущающих воздействий на процесс. Это указывает на изменение потребления питательных веществ культурой микроорганизмов. Значение этого изменеиия можно представить в следую1цем виде: АЛ - - (Qe -{- QB)- ДСост- , (4) где АСост- измененне концентрации остаточных РВ, кг/м. Знак «- в уравнении (4) показывает, что увеличение Сост происходит при уменьщении скорости потребления питательных веществ микроорганизмами и наоборот. При изменении А необходимо изменять подачу РВ в ферментер таким образом, чтобы поддерживать величину на неизменном уровне. Дополнительное введепне сигнала по скорости отклонения кон центрацпп остаточных РВ в культурной жидкости, т. е. регулирование в соответствии с уравнением (4), значительно ускорит процесс регулирования, за счет чего уменьшаются колебания Сост и произойдет более полное потребление питательных веществ. Это, в свою очередь, приводит к Звеличению выхода микроорганизмов из единицы питательного субстрата. Для устранения колебаний Сост изменяют расход сусла в ферментер таким образом, чтобы изменение,скорости притока питательных веществ равнялось изменений) скорости их потребления: АОе-С ЛЛ.(5) Требуемое значение изменений расхода сусла при этом определяют из уравнения (5): AQc На чертеже изображена структурная схема системы автоматического управления, реализующей предложенный способ. Контур регулирования объема (уровня) среды в ферментере содержит датчик 1 объема, регулятор 2 и исполнительное устройство 3 на линии отбора дрожжевой суспензии из фермептера. Контур регулирования расхода сусла включает Б себя датчик 4 расхода сусла, регулятор 5 и исполнительное устройство 6 на линии подачи сусла в ферментер. В контур регулирования расхода воды входят датчик 7 расхода воды, регулятор 8 и исполнительное устройство 9 на линии подачи воды в ферментер. В ферментере установлен датчик 10 концентрации остаточных РВ в суспензии, соединенный с блоком 11 дифференцирования и сумматором, причем ко в:уоду сумматора 12 также подключеи задатчик 13 концентрации остаточных РВ в суспензии. Выходы блока 11 дифференцирования и датчика 1 объема иодключеиы к первому блоку 14 умножеппя, а выходы сумматора 12 и задатчика 15 суммарного расхода воды и сусла - ко второму блоку 16 умножения, выходы обоих блоков умножения, в свою очередь, соединены с входо.м блока 17 определения изменения скорости потребления РВ биомассой микроорганизмов. Блок 17 и датчик 18 концентрации РВ в сусле подключены к блоку 19 определения изменения расхода сусла, а последний, как и блок 20 определения расхода сзсла, соединен с блоком 21 корректировки расхода сусла. К входу блока 20 определения расхода сусла подключены задатчик 22 расхода РВ в ферментер и датчик 18 концентрации РВ li сусле. Выход блока 21 подключен к регулятору 5 расхода сусла и блоку 23 определентп расхода воды, причем к входу последнего подключен также задатчик 15 суммарного расхода воды и сусла, а выход блока 23 соединен с регулятором 8 расхода воды. Система работает следующим образом. При отклонении объема (уровня) среды, измеренного датчиком 1 от заданного значения, регулятор 2 объема перемещает исполнительное устройство 3 до устранения этого рассогласования. Если вследствие каких-либо возмущений на процесс культивирования изменяется скорость потребления РВ микроорганизмами, го изменяется сигиал от датчика 10 коицентрации остаточных РВ в суспензии. В блоке 1 1 дифференцирования при этом определяется скорость изменения этой величины Сигналы от блока 11 дифференцирования и датчика 1 объема перемножаются в блоке 14 умножения, в результате чего определяется скорость приращения оста. Сигнаточиых РВ в ферментере V лы от датчика 10 концентрации остаточных РВ и задатчика 13 концентрации остаточных РВ вычитаются в сумматоре 12, на выходе которого появляется сигнал, пропорциональный разности входных сигналов: ..Г ост - - ост -о где - заданная концентрация остаточных РВ. Выходные сигналы от сумматора 12 и задатчика 15 суммарного расхода воды я сусла перемножаются в блоке 16 умножения, в результате чего определяют изменение скорости уноса остаточных РВ с дрожжевой суспензией (Qc + QB )А Сост. В результате сложения сигналов ог блоков 14 и 16 умножения в блоке 17 рассчитывается изменение скорости потребления РВ биомассой микроорганизмов в соответствии с уравнением (4). Выходные сигналы от блока 17 и датчика 18 концентрации РВ в сусле ноступают на вход блока 19 определения расхода сусла, в кото ром это изменение определяется по выражению (6). С помощью задатчика 22 расхода РВ в ферментер задается требуемый расход РВ, который бы обеспечил необходимую производительность ферментера. Так как расход РВ Gps определяется как произведение расхода сусла на концентрацию РВ в нем, то в блоке 20 определения расхода сусла рассчитывают необходимый расход сусла, который обеспечил бы требуемый расход РВ при данной концентрации РВ в сусле: Если изменяется концентрация РВ в сусле, измеренная датчиком 18, то соответственно изменится расход сусла таким образом, чтобы значение Gp,, поддерживалось постоянным. За счет введения задатчика 22 расхода РВ и блока 20 определения расхода сусла устраняется возмущенне на нроцесс но изменению концентрации РВ в сусле. В блоке 21 корректировки расхода сусла уточняется значение расхода сусла путем алгебранческого суммнрования сигналов от блока 20 определения расхода сусла и блока 19 определения изменения расхода сусла. Сигнал с выхода блока 21 поступает в линию задания регулятора 5 расхода сусла. Если сигнал от датчика 4 расхода сусла отличается от заданного, определенного в блоке 21, то регулятор 5 перемещением исполнительного устройства 6 приводит расход сусла в соответствии с заданным. При изменениях расхода сусла расход воды должен изменяться таким образом, чтобы суммарный расход воды и сусла в ферментер оставался на заданном уровне, для предотвращения дополнительных возмущений на нроцесс по изменению коэффициента разбавления. Заданное значение суммарного расхода воды и сусла устанавливается с цомощью задатчика 15. требуемый расход воды в ферментер рассчитывают в блоке 23 определения расхода воды как разность между сигналами от задатчика 15 и блока 21 корректировки расхода сусла. Сигнал с выхода блока 23 поступает в линию задания регулятора 8 расхода воды, где сравнивается с действительным расходом, измеренным датчиком 7. Если действительный расход воды отличается от заданного, регулятор 8 воздействует на исполнительное устройство Э, приводя расход в соответствие с заданным. Таким образом, предложенная система автоматического управления поддерживает на заданном уровне концентрацию остаточных РВ, расход РВ в ферментер, суммарный расход воды и сусла и объем среды в ферментере. Введение сигнала по скорости изменения концентрации остаточных РВ позволяет в значительной мере уменьшить инерционность канала регулироваиия этого параметра, за счет чего будет более точно поддерн иваться заданное значение коицентрации остаточных РВ. Кроме того, онределение изменения скорости потребления РВ биомассой микроорганизмов позволяет точнее регулировать необходимое изменение притока РВ в аппарат. Поддержание заданного значения концентрации остаточных РВ и необходнмого расхода сусла, соответствующего йотребленню РВ микроорганизмами, приводит к повышению выхода дрожжей на 2-3%. Для завода производительностью 60000 г кормовых дрожжей в год это должно обеспечивать дополнительный выпуск не менсе 1200 т дрожжей в год.

Формула изоб1)етеимя

1.Способ автоматического управления процессом непрерывного культивирования микроорганизмов, предусматривающий измереиие расхода сусла, поступаюи,его в ферментер, концентрации РВ в сусле и остаточных РВ в дрожжевой суспензии, регулирование расхода воды и сусла, поступающих в ферментер, и объема среды в ферментере, отличающийся тем, что, с целью стабилизации концентрации остаточных РВ в дрожжевой суспензии и повышення тем самым выхода микроорганизмов, оиределяют скорость изменения концентрации остаточных РВ в дрожжевой су сиенЗИН и изменение скорости потребления РВ культурой микроорганизмов, а ретулироваиие расхода воды и сусла осуществляют с учетом скорости измеиення концентрации остаточных РВ в дрожжевой суспензни и изменения скорости потребления РВ культурой микроорганизмов .

2.Система автоматического управления для осуществления способа, содержащая контуры регулирования объема среды в ферментере и нодачи воды и сусла о ферментер, датчики концентрации РВ в

сусле и дрожжевой суспензии, два блока умножения и блок онределения расхода воды, соединенный с регуляторами конт}ров регулирования нодачи воды и сусла в

ферментер, от л и ч а юи1, а я ся тем, что она снабжена задатчнкам суммариого расхоа воды и сусла, расхода РВ и концентрации остаточных РВ в суспензии, корректирующим блоком, блоком определения измеиеиня скорости потребления РВ н блоком дпффереицировання, выход которого через первый вход блока умножения связан с одннм ьз входов блока изменения скорости иотреблеиия РВ, другой вход носледнего через второй блок умножения одновременно иодключен к задатчику суммариого расхода воды и сусла, сумматору п блоку определения расхода воды, а выход его нрн гюмоиц блока оиределения

цзмецеиия расхода сусла соединен с одним 113 входов корректирующего блока, второй вход которого подключеи к задатчнку расхода РВ н датчику концентрации РВ, при этом выход корректирующего блока соединен с блоком определеиия расхода воды, причем второй вход первого блока умножения связан с датчиком объема, а сумлгатор иодключеи к задатчику и датчику к()нцент) остаточных РВ.

Источники информации, иринятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельетво СССР по заявке N° 2550480/13, кл. С 12 В 1/08,

1977 (прототии).

j Ct/cneffS / l