Способ автоматического управления процессом выращивания аэробных микроорганизмов Советский патент 1981 года по МПК G05D27/00 

Изобретение относится к .автоматическому управлению процессом выращивания аэробных микроорганизмов и может быть использовано в производствах, основанных на микробиологическом синтезе. Известен способ автоматического уп равления процессом выращивания микроорганизмов, заключающийся в подаче воздуха на аэрацию с коррекцией по величине концентрации углекислого газа в отходящих газах 1 . Однако в способе не учитываются концентрация углекислого газа во входящем воздуха и скорость изменения концентрации углекислого газа во входящем и выходящем воздухе, вследствие чего подача воздуха не является оптимальной, а следовательно, уменьшается выход целевого продукта. Наиболее близким к изобретению является способ автоматического управления процессом культивирования микроорганизмов, предусматривающий регулирование расхода воздуха на аэрацию и измерение разности концентрации углекислого газа во входящем и выходящем воздухе и стабилизацию температуры и давления в аппарате 2 . Недостаток известного способа заключается в невысокой эффективности управления подачей аэрирующего воздуха из-за отсутствия в нем управления по параметру, характеризующему интенсивность дыхания микроорганизмов - скорости выделения углекислого газа, что приводит к снижению выхода целевого продукта. Цель изобретения - повышение выхода целевого продукта. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу автоматического управления процессом выращивания аэробных микроорганизмов, предусматрив-чющем регулирование расхода воздуха на аэрацию, измерениеразности концентраций углекислого газа во входящем и выходящем воздухе и стабилизацию температуры и давления в аппарате, определяют значение производной от разности концентраций углекислого газа во входящем и выходящем воздухе, а регулирование расхода воздуха на аэрацию корректируют в зависимости от значения производной. На чертеже представлена схема устройства, реализующая предлагаемый спо соб. Схема содержит аппарат 1, датчик 2 давления в аппарате 1, связанный с ре гулятором 3 стабилизации давления в аппарате, выход которого подключен к исполнительному механизму k, датчик 5, измеряющий температуру в аппарате и связанный с регулятором 6, выход которого подключен к исполнительному механизму 7 газоанализаторы 8 и 9 служащие для измерения концентрации углекислого газа во входящем и выходящем из аппарата 1 воздухе соответственно, выходы которых подключены к блоку 10 определения разности, связанному с блоком 11 дифференцирования, выход которого подключен к регу лятору 12 производной разности концентраций углекислого газа, формирующего величину коррекции регулятору 13 стабилизации расхода воздуха на аэрацию, измеряемого с помощью датчика Н выход регулятора 13 подключен к исполнительному механизму 15. Функционирование схемы происходит следующим образом. Стабилизацию давления и температу ры в аппарате 1 осуществляют с помощью регуляторов 3 и 6 и исполнительных механизмов k и 7, воздействую щих на сброс отходящих из аппарата 1 газов и подачу воды на охлаждение. В начале процесса выращивания мик роорганизмов интенсивность дыхания микроорганизмов невелика и концентра ция углекислого газа в отходящих газах, измеряемая газоанализатором 9 постоянна, практически равна концентрации углекислого газа во входящем в аппарат 1 воздухе, измеряемой газс анализатором 8. Разность концентраций COj при этом, измеряемая с помощью блока 10, равна нулю и сигнал на выходе его, а также сигнал на выходе блока 11 дифференцирования и ре гулятора 12, формирующего величину коррекции регулятору 13. равен нулю. В данном случае осуществляется стаби лизация расхода воздуха на аэрацию с помощью регулятора 13 и исполнитель84 ного механизма 15, установленного на линии входящего воздуха. По мере дальнейшего развития микроорганизмов вследствие повышения интенсивности дыхания происходит увеличение концентрации COj в выходящем воздухе, что воспринимается газоанализатором 9 и вызывает появление сигнала на выходе блока 10. Скорость изменения разности концентрации СО дпределяется блоком 11 дифференцирования и приводит к появлению сигнала на выходе регулятора 12, который формирует величину сигнала, корректирующеНо задание регулятору 13 стабилизации расхода воздуха. Регулятор 1 3 с помощью исполнительного механизма 1 5 осуществляет увеличение подачи воздуха на аэрацию таким образом, чтобы коиценграция COj в отходящих газах установилась постоянной, что свидетельствует об удовлетворении потребностей микроорганизмов в кислороде. В данном случае разность концентраций COj на выходе блока 10 не равна нулю, но постоянна, а сигнал на выходе блока 11 дифференцирования принимает нулевое значение : и корректирующий сигнал с выхода регулятора 12 на регулятор 13 не поступает. Дальнейшее повышение интенсивности дыхания вновь приводит к возрастанию СО в отходящих газах, что воспринимается газоанализатором 9 и приводит к изменению разности концентраций СО,, определяемой с помощью блока 10 во входящем и выходящем из аппарата Т воздухе, что вызывает появление сигнала на выходе блока 10 и сигнала, отличного от нуля на выходе блока 11 дифференцирования. Выходной сигнал последнего поступает на регулятор 12, формирующий величину корректирующего сигнала регулятору 13, который изменяет подачу воздуха на аэрацию до появления нулевого сигнала на выходе блока 11 дифференцирования. Понижение интенсивности дыхания микроорганизмов по аналогии с рассмотренным выше, приводит к у меньше-. нию концентрации СО в отходящих га3325 и к появлению сигнала на выходе блока 10, изменение которого устанавливается получением производной на выходе блока 11 дифференцирования, формированмю корректирующего сигнала регулятору 13 стабилизации расхода воздуха на аэрацию и уменьшения последнего с помощью исполнительного механизма 15 до получения нулевого значения производной на выходе блока 11.

Поддержание нулевого значения производной от разности концентраций СО2 во входящем и выходящем воздухе путем изменения расхода на аэрацию обеспечивает условия для поддержания экстремума по интенсивности дыхания ми кроор гани змов.

В результате реализации способа обеспечиваются оптимальные условия жизнедеятельности микроорганизмов, что приводит к увеличению выхода целевого продукта по сравнению с известным способом на 1-1,5.

Формула изобретения

Способ автоматического управления процессом выращивания аэробных микроорганизмов, предусматривающий регулирование расхода воздуха на аэрацию, и.змерение разности концентраций углекислого газа во входящем и выходящем воздухе и стабилизацию температуры и давления в аппарате, отличающийся тем, что, с целью повышения выхода, определяют значение производной от разности концентраций углекислого газа во входящем и выходящек воздухе, а регулирование расхода воздуха на аэрацию корректируют в зависимости от значения производной.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1,Авторское свидетельство СССР weOZSil, кл. С 12 В 1/08, 1378.

2.Авторское свидетельство СССР № 355213, кл. С 12 В 1/08.

rajb