Способ автоматического управленияпЕРиОдичЕСКиМ пРОцЕССОМ ВыРАщи-ВАНия АэРОбНыХ МиКРООРгАНизМОВ Советский патент 1981 года по МПК G05D27/00 

(54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПЕРИОДИЧЕСКИМ ПРОЦЕССОМ ВЫРАЩИВАНИЯ АЭРОБНЫХ МИКРООРГАНИЗМОВ

Поставленная цель достигается тем, что определяют значение и знак производной концентрации растворенного кислорода в культуральной жидкости, при этом регулирование подачи воздуха на аэрацию в зависимости от концентрации углекислого газа в отработанных газах осуществляют при отрицательном знаке производной концентрации растворенного кислорода, а регулирование подачи воздуха на аэрацию в зависимости от концентрации растворенного кислорода осуществляют при равенстве нулю и положительном знаке производной концентрации растворенного кислорода.

На чертеже схематично изображена блок схема устройства, реализующего предложенный способ автоматического управления периодическим процессом выращивания аэробных микроорганизмов.

Устройство содержит аппарат 1, газоанализатор 2 концентрации углекислого газа, связанный с регулятором 3, служащим для стабилизации концентрации углекислого газа и подключенным к переключающему реле 4, датчик 5, служащий для измерения концентрации растворенного в культуральной жидкости кислорода - рО., связанный с регулятором 6 и блоком дифференцирования 7, подключенным к логическому блоку 8, связанному с переключающим реле 4, с которым также связан регулятор 6; датчик 9 расхода воздуха, связанный с регулятором 10 стабилизации расхода воздуха на аэрацию, подключенным к исполнительному механизму 11 и связанным с переключающим реле 4, датчик 12 температуры, связанный с регулятором 13, выход которого подключен к исполнительному механизму 14, датчик 15, измеряющий давление в аппарате 1 и связанный с регулятором 16, выход которого подключен к исполнительному механизму 17.

На начальной стадии развития - на стадии адаптации микроорганизмов - концентрация углекислого газа в отработанных газах незначительна в связи с отсутствием выделения углекислого газа микроорганизмами и на выходе газоанализатора 2 сигнал близок к нулю. Этот сигнал поступает на регулятор 3, сигнал на выходе которого в рассматриваемом случае отсутствует и далее на. переключающее реле , при этом последний коммутирует сигнал с регулятора 6 концентрации растворенного в культуральной жидкости кислорода на регулятор 10 расхода воздуха. На указанной стадии микроорганизмы приспособливаются к условиям окружающей среды обитания и практически не размножаются, в связи с чем потребность в кислороде невелика и подача воздуха в зависимости от концентрации растворенного в культуральной жидкости кислорода является достаточной, т. е. потребность микроорганизмов в кислороде на стадии адаптации обеспечивается количеством воздуха, необходимого для поддержания концентрации растворенного кислорода на постоянном уровне.

При постоянном значении концентрации растворенного в культуральной жидкости кислорода, измеряемого датчиком 5, скорость изменения концентрации растворенного кислорода, измеряемая с помощью блока дифференцирования 7, равна нулю и сигнал на выходе логического устройства 8 отсутствует, при этом переключающее реле 4 коммутирует сигнал с регулятора 6 концентрации растворенного в культуральной жидкости кислорода на регулятор 10 расхода воздуха. В этом случае осуществляется подача воздуха на аэрацию в зависимости от концентрации растворенного в культуральной

ЖИДКОСТИ кислорода.

Концентрация растворенного в культуральной жидкости кислорода измеряется датчиком 5 и определяет соответствующее значение сигнала на выходе регулятора 6. Регулятор 10 формирует результирующее

° воздействие, изменяющее поток аэрирующего воздуха при помощи исполнительного механизма 11.

Начало размножения вегетативных клеток характеризуется понижением концентрации растворенного в культуральной жидкости кислорода, что обуславливает отрицательный знак производной рО, и выделением углекислого газа, при этом его концентрация в отработанных газах увеличивается, что воспринимается газоанализатором 2 и

0 вызывает возрастание его выходного сигнала, Дальнейщая подача воздуха на стадии интенсивного развития микроорганизмов в зависимости от рОд является нецелесообразной в связи с тем, что концентрация растворенного кислорода на этой стадии не отражает действительную потребность микроорганизмов в кислороде.

Понижение концентрации растворенного кислорода воспринимается датчиком 5 и вызывает появление сигнала на выходе блока

0 дифференцирования 7. Снижение концентрации растворенного кислорода обуславливает отрицательный знак производной на выходе блока дифференцирования 7. В связи с чем логический блок 8 выдает управляющий сигнал, воздействующий на переключаю щее реле 4.

В этом случае переключающее реле 4 коммутирует на регулятор 10 сигнал с регулятора 3 концентрации углекислого газа. При этом осуществляется подача возд,уха

0 на аэрацию в зависимости от концентрации углекислого газа в отработанных газах. При увеличении концентрации углекислого газа в отработанных газах в связи с интенсивным развитием микроорганизмов происходит возрастание сигнала на выходе регулятора 3 концентрации углекислого газа, который поступает на регулятор 10, где формируется результирующее воздействие, направленное на увеличение потока аэрируюшего воздуха с помощью исполнительного механизма 11.

Понижение концентрации выделяющегося углекислого газа характеризует снижение скорости развития микроорганизмов, которое сопровождается понижением содержания растворенного кислорода в культуральной жидкости. В свою очередь, повыщение концентрации рО,в культуральной жидкости означает повыщение скорости изменения концентрации растворенного кислорода, измеряемой с помощью блока дифференцирования 7. При положительном знаке производной изменения рО, логический блок 8 выдает управляющий сигнал, воздействующий на переключение реле 4. В этом случае переключающее реле 4 коммутирует на регулятор 10 сигнал с регулятора 6 концентрации растворенного в культуральной жидкости кислорода.

При этом осуществляется регулирование концентрации растворенного в культуральной жидкости кислорода.

Подача воздуха в зависимости от концентрации pOi осуществляется и в том случае, когда вследствие дальнейщего снижения скорости развития микроорганизмов скорость изменения рО j уменьщается и становится равной нулю, а в культуральной жидкости устанавливается определенный уровень рО. При этом переключающее реле 4 продолжает коммутировать на регулятор 10 сигнал с регулятора 6 концентрации растворенного в культуральной жидкости кислорода, обеспечивая регулирование его концентрации.

Стабилизация температуры и давления в аппарате 1 осуществляется соответственно с помощью регуляторов 13, 16 и исполнительных механизмов 14, 17, воздействующих на подачу хладагента в рубашку аппарата 1 и сброс отходящего воздуха.

Использование предлагаемого способа для автоматического управления периодическим процессом выращивания аэробных микроорганизмов по сравнению с известным способом повысит качество управления, за счет чего обеспечивается повыщение выхода целевого продукта на 4%.

Кроме того, применение этого способа поз волит сократить расход стерильного воздуха на 8-10°/о.

10

Формула изобретения

Способ автоматического управления процессом периодического выращивания аэробных микроорганизмов, заключающийся в стабилизации температуры и давления в аппарате и в регулировании подачи воздуха на аэрацию в зависимости от концентрации углекислого газа в отработанных газа и от концентрации растворенного кислорода в культуральной жидкости, отличающийся тем, что, с целмо повыщения выхода целевого продукта, определяют значение и знак производной концентрации растворенного кислорода в культуральной жидкости, при

этом регулирование подачи воздуха на аэрацию в зависимости от концентрации углекислого газа в отработанных газа осуществляют при отрицательном знаке производной концентрации растворенного кислорода, а регулирование подачи воздуха на аэрацию в зависимости от концентрации растворенного кислорода осуществляют при равенстве нулю и положительном знаке концентрации растворенного кислорода.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 602541, кл. С 12 В 1/08, 1976.

2.Авторское свидетельство СССР № 535340, кл. С 12 В 1/08, 1974.