Способ автоматического управления процессом выращивания микроорганизмов Советский патент 1982 года по МПК G05D27/00 

(54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ВЫРАЩИВАНИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ

Изобретение относится к микробиолог а именно технике ущэавления процессом выращивания микроогранизмов мицелиаль ных форм - продуцентов антибиотических веществ, и может быть использовано в микробиологической промышленности. Известен способ управления гфоцессом выращивания микроорганизмов, закл чающийся в измерении концентрации растворенного углекислого газа в культуральной жидкости и подаче воздуха на аэрацию 1 и f 2 J. Недостатком известного способа является невысокий выход целевого продук та вследствие невысокой эффективности процесса управления, обусловленной тем, что при изменении подачи воздуха на аэрацию не учитывается действительное содержание растворенного кислорода в культуральной жидкости. Наиболее близким к предлагаемому п технической сущности является способ автоматического управления процессом выращивания микроорганизмов,заключающййся в регулировании давления и температуры в ферменторе, в измерении концентрации растворенного в среде углекислого газа и регулировании подачи воздуха на аэрацию Сз. Однако в известном способе не всегда могут быть обеспечены оптимальные условия процесса вьфащивания микроорганизмов мицелиальных форм, что снижает выход целевого продукта. Цель изобретения - увеличение выхода целевого продукта. Поставленная цель достигается тем, что в способе автоматического управления процессом вьфащивания микроорганизмов, заключающемся в регулировании давления и температуры в ферментере, в измерении концентрации растворенного в среде углекислого газа и регулировании подачи воздуха на аэрацию, измеряют концентрацию растворенного в среде кислорода, а подачу воздуха осуществляют по концентрации растворенного кислорода при концентрации растворенного углекис- 39 лого газа ниже заданной и по величине концентраии|1 растворенного углекислого газа, если эта величина выше заданной, осуществляют максимальную подачу воздуха, если величина концентраци растворенного углекислого газа в среде выше допустимой и значение концентрации pafcTBopeHHoro кислорода ниже крити1ческой. На чертеже изображена схема, поясняющая щ)едлагаемый способ. Схема содержит ферментер 1, датчик 2для измерения концентрации раствс зен ного в культуральной жидкости кислооода рО/2, связанный с регулятором 3, под ключенным к первому переключающему реле 4, датчик 5 для измерения концентрации растворенного в культуральной жидкости углекислого газа рСО,, связанный с регулятором 6 пороговым элементом 7, подключенными также к nejraoMy переключающему реле 4, датчик 8 расхода воздуха, связанный с регулятором 9 стабилизации расхода воздуха на аэрацию, подключенным ко второму переключающему реле Ю и связанным с первым переключающим реле 4, причем Второе переключающее реле Ю связано с релейным 11 и логическим 12 блоками, к последнему подключены второй 13 и третий 14 пороговые элементы, связанные соответственно с датчиками 2 и 5, выход второго переключающего, реле Ю подключен к исполнительному механиз му 15. Кроме того, схема содержит датчик 16 температуры, связанный с регуля тором 17, выход которого подключен к исполнительному механизму 18, и дат чик 19, измеряющий давление в аппарате 1 и связанный с регулятором 20, выход которого подключен к исполнительному механизму 21. Способ осуществляется следующим . образом. В начале процесса выращивания микро организмов концентрация растворенного углекислого газа и культуральной жидкости незначительная в связи с невысокой интенсивностью вьщеления углекислого газа микpoqpгaнизмaми и на выходе датчика 5 сигнал близок к нулю. Этот сигнал поступает на регулятор 6 и подается на первый пороговый 1элемент 7. В данном случае величина этого сигнала нюкв заданного порога срабатывания элемента 7 и сигнал на его выходе отсутствует, при этом переключающее реле 4 коммутирует сигнал с регулятора 3 концентрации растворенного в культурапь0ной жидкости кислорода на регулятор 9 стабилизации расхода воздуха. В этом случае осуществляется регулирование концентрации растворенного в культуральной жидкости кислорода. Изменение концентрации рО воспринимается датчиком 2 и вызывает изменение сигнала на выходе регулятора 3, причем значение концентрации рСО в этом случае ниже допустимого, поэтому величина сигнала на входе порогового элемента 14 ниже заданного его порога срабатывания и сигнал на его выходе отсутствует. Значение концентрации культуральной жидкости выше критического, поэтому величина сигнала на входе порогового элемента 13 ниже заданного его порога срабатывания и сигнал на его выходе также отсутствует, при этом сигнал н выходе логического .блока 12 также отсутствует и переключающее реле 10 коммутирует сигнал с регулятора 9, формирующего результирующее воздействие на исполнительный механизм 15, с помощью которого осуществляется изменение подачи воздуха на аэрацию. Дальнейшее развитие микроорганизмов характеризуется повышением интенсивности дыхания микроорганизмов и сопровождается выделением углекислого газа, прн этом его концентрация в культуральной жидкости увеличивается, что восгфи- нимается датчиком 5 и вызывает возрастание его выходного сигнала. При достижении заданного значения концентрации pCOg, характеризующего момент наступления ингибнрующего воздействия повышенной концентрации рСО на процесс выращивания микрофганизмов, происходит срабатывание порогового элемента 7, На Выходе которого появляется управляющий сигнал, воздействующий на переключающее реле 4. В этом случае переключающее реле 4 коммутирует на регулятор 9 сигнал с регулятора 6 концентрации растворенного углекислого газа в культуральной жидкости. Значение концентрации рСО, вызвавшее срабатывание порогового элемента 7, остается ниже допустимого, а значение концентрации рО превышает критическое значение, вследствие чего сигналы на выходе пороговых элементов 14 и 13 отсутствуют, и логический блок 12 не вьщает- команды на переключение реле 10. Переключающее реле 10 продолжает коммутировать сигнал с выхода регулятора 9 на исполнительный механизм 15i при этом осуществляется регулирование концентрации рСО. в культуральной жид кости изменением подачи воздуха на аэрацию. При повышении интенсивности дыхания гроисходит увеличение концентрации растворенного углекислого газа в культуральной жидкости, что приводит к возрас танию сигнала на выходе регулятора 6, который поступает на регулятор 9, где формируется результирующее воздействие направленное на увеличение,потока аэрирующего воздуха с помощью исполнитель ного механизма 15. Увеличение подачи воздуха в аппарат позволяет за счет уве личения оттока углекислого газа из куль туральной жидкости уменьшить концентра цию рСО до заданного значения, не ока зывающего ингибирующего влияния на процесс биосинтеза. По мере дальнейшего развития микроqpram«3MOB концентрация растворенного .в культуральной жидкости кислорода в связи с возрастающей потребностью микроорганизмов в кислороде продолжает уменьшаться, а концентрация растворенного углекислого г;аза в культуральной зкидкости в связи с интенсификацией метаболических процессов и ухудшением массообмённых Характеристи аппарата увеличивается. В некоторый мо мент времени концейтрация pOj стайовится ниже критической, а концентрация pCO/j становится выше допустимой. Умен шение концентрации рО,2 вызывает снижение сигнала на выходе датчика 2, а повьпцение концентрации рСО вызывает увеличение сигнала на выходе датчика 5 При достижении значения концентрации рОя ниже критического происходит сраба тывание порогового элемента 13, на выходе котсфого появляется сигнал, поступающий на логический блок 12, а 1ФИ достижении значения рСО вьпяе допустимого происходит срабатывание порогового элемента 14, на выходе которого появляется сигнал, поступающий также на логический блок 12. В этом случае логический блок 12 выдает управ ляющий сигнал, воздействующий на лере ключающее реле 1О, которое прекращает коммутировать сигнал с выхода регулятора 9 и коммутирует сигнал с выхода релейного блока 11 на исполнительный механизм 15. За счет угфавляющего воздействия релейного блока 11 подача воздуха на аэрацию осуществляется на максимальном уровне в течение не которого времени, обеспечивающем по- выщение концентрации рОа и снижение концентрации рСО до заданных уровней. При уменьшении концентрации раствс енного углекислого газа ниже допустимой величины происходит срабатывание порогового элемента 14, выходной сигнал контсрого при этом обнуляется. В этом случае сигнал с выхода пс огового элемента 14 на вход логического блока 12 не поступает, при этом логический блок 12 г эекращает подачу угфавляющего сигнала, на переключающее реле 1О, 1фекращает коммутировать сигнал с выхода релейного блока 11 и коммутирует вновь сигнал с выхода регулятора 9 на исполнительный механизм 15. Если в рассматриваемом случае конце1гграция рСОл 1фОдолжает оставаться выше заданного значения, установленного на пороговом элементе 7, то на его выходе остается сигнал, воздействующий на переключающее реле 4, которое коммутирует на регулятор 9 сигнал с регулятора 6 концентрация растворенного углекислого газа в купьтуральной жидкости, пря этом осуществляется регулирование концентрации рСО и культуральной жидкости изменением подачи воздуха на аэрацию, i Подача воздуха на максимальном уровне и последующий переход к регулированию концентрации рСО. обеспечивает повьпыение концентра- ции рО в культуральной жидкости и при уменьшении концентрации рСО- до заданного .биосинтеза, происходит срабатывание порогового элемента 7, что обуславливает отсутствие сигнала на его выходе. Переключающее реле 4 прекращает коммутировать сигнал с регулятора 6 концентрации pCO/j на регулятор 9 и коммутирует сигнал с регулятора 3 концетра- ции рО на регулятор 9, который формирует результирующее воздействие на исполнительный механизм 15, с помощью которого осуществляется подача воздуха на аэрацию в соответствии с потребностями микроорганизмов в киcлqpoдe. Стабилизация температуры и давлення в ферментере 1 осуществляется ссютветственно с помощью регуляторов 17 н 20 и исполнительных механизмов 18 и 21, воздействующих на подачу воды на охлаждение и сбор отходящих газов. Использование предлагаемого способа по сравнению с известным повышает эффективность угфавления, за счет чего достигается повьш1ение выхода целевого гфодукта на 1-1,5%. Формула изобретения Способ автоматического управления гфоцессом выращивания микроорганизмов.