Способ автоматического управления процессом непрерывного культивирования микроорганизмов Советский патент 1982 года по МПК C12Q3/00 G05D27/00 

ным, а не среднеинтегральным значениям целевой функции, которая при этом не учитывает количества неутилизированного субстрата, снижает эф фективность управления. Целью изобретения является повышение производительности. Для этого при осуществлении спос ба автоматического управления проце сом непрерывного культивирования мик роорганизмов, преимущественно кормо вых дрожжей, предусматривающего определение экономического коэффициента использования субстрата с последующим регулированием концентрации подаваемого питательного субстр та/ расхода воздуха и раствора минеральных солей, устанавливают величины градиентов среднеинтегральны значений экономического коэффициента использования субстрата, скорости роста микроорганизмов и количества неутилизированного субстрата к изменению концентрации подаваемого питательного субстрата, расхода воз духа и раствора минеральных солей, полученные установленные значения с учетом весовых коэффициентов суммируют, а коррекцию концентрации подаваемого питательного субстрата, расхода воздуха и раствора минераль ных солей осуществляют в зависимости oj полученного суммарного значения установленных величин. На чертеже приведена принципиальная схема систе1 ы, которая служи для осуществления способа. Пример . Для вычисления гра диента среднеинтегрального значения скорости роста микроорганизмов определяют скорость роста микроорганизмов. Известно, что в процессе жизнедеятельности микроорганизмы увеличивают кислотность среды, для колтенсации которой подают нейтрализующий раствор. При этом скорость изменения кислотности характеризует скорость роста микроорганизмов, поэтому расход аммиачной воды также зависит от последней и соответствует ей. Кроме того, на кислотность среды влияет поток субстрата, кислотность которого может отличаться от кислот ности среды. С учетом указанных фак торов скорость роста микроорганизмо в ферментере определяют по формуле V Q - К2(рНкс- рНпс) Qn. С) где - расход нейтрсшизу;ю1цего раствора;df, - скорость протока через фер ментер; . рНц, - кислотность культуральной среды: кислотность питательного субстрата; К,К2 - коэффициенты. Следовательно, для определения скорости роста микроорганизмов согласно .формуле 1 датчиками 1 и 2 измеряют расход нейтрализующего .раствора и скорость протока через ферментер, датчиками 3 и 4-кислотности культуральной среды и питательного субстрата. Измеренные величины поступают в блок 5 определения градиента среднеинтегрального значения скорости роста микроорганизмов к изменению концентрации питательного субстрата и расходов раствора минеральных солей и воздуха. Градиент среднеинтегрального значения неутилизированного субстрата к изменению управляег их величин определяют следующим образом. Блок б определения градиента соединяют с датчиком 2 и датчиком 7 концентрации РВ в культуральной жидкости. Градиент среднеинтегрального зна-. чения экономического коэффициента определяют следующим образом. На блок 8 определения градиента среднеинтегрального значения экономического .коэффициента к из-, менению управляемых переменных . подают сигналы от датчиков 7, 9 и 10 концентрации РВ в культуральной жидкости, концентрации РВ в подаваемом питательном субстрате и концентрации микроорганизмов вкультуральной жидкости соответственно: Затем суммируют среднейнтегральные величины градиентов, для чего сигналы с блоков 5, б и 8 подают в блок 11 управления, где происходит суммирование градиентов и определение величины управляющего воздействия для коррекции концентрации подаваемого питательного субстрата и расходов минеральных солей и воздуха со следующим рекурентным уравнениемU(n) U (n-1)(n-1) + ot.vY(n -1) - o.2VG(n- 1)(2) где n - номер поискового шага; aV,AY;aG- градиенты среднеинтегральных значений скорости роста микроорганизмов, экономического коэффициента использования субстрата и количества неутилизированного субстрата к изменению концентрации питательного субстрата и расходов минеральных солей и воздуха; oL J сС2 - весовые .коэффициенты, определяемые по экономическим расчетам и зависящие от производственных условий, например запаса питательного субстрата;

К - параметр настройки, от которого зависят быстродействие и стабильность систегдл управления.

Периодические преднамеренные изменения концентрации питательного субстрата и расходов минеральных солей и воздуха для определения градиентов осуществляют блоком 11 в соответствии с заложенной программой . Сигналы с этого блока о среднеинтегральных величинах изменения концентрации подаваемого субстрата и расходов минеральных солей и воздуха поступают в блоки 5,6 и 8.

Коррекцию подаваемого питательного субстрата и расходов минеральных солей и воздуха проводят следуюощм образом.

Управляющие сигналы от блока 11 поступают на регулирующие блоки 12, 13 и 14 концентрации питательного субстрата, расхода минеральных солей и расхода воздуха соответственно Необходимое для культивирования количество раствора минеральных солей и аэрирующего воздуха, соответствующее перерабатываемы1 1 РВ находят из уравнения материального баланса.

Требуемое изменение концентрации подаваемого субстрата достигают изменением соотношения между гидролизатом и водой. На выходах блока 12 управлякяцие сигналы подают на исполнительные механизмы 15 и 16, которые установлены на линиях подачи гидролизата и воды. Сигналы с блоков 13 и 14 поступают на исполнительные механизмы 17 и 18 подачи минёральны с солей и воздуха соответственно. На линиях м1атериальных поступлений в ферментер датчики 19, 20, 21 и 22 расхода позволяют контролировать отработку заданных команд При этом сигнал обратной связи с датчика 7 поступает на блок 12.

Способ позволяет оптимизировать процесс путем поддержания оптимальных среднеинтегральных значений скорости роста микроорганизмов, количества неутилизированного субстрата и экономического коэффициента использования субстрата. При эток обеспечиваются повышение производителе ности ферментера по выходу биомассы в среднем на 3-5% и снижение расхода питательных веществ на 2-3%.

Предлагаемый способ может быть использован на предприятиях микробиологической промышленности при культивировании микробных белковых препаратов, аминокислот, жиров, кор- : мовых дрожжей. Способ может также

0 найти применение на тех предприятиях, где на отходах основного производства могут выращиваться кормовые дрожжи, например на предприятиях целлюлозно-бумажной промыишенности.

5

Формула изобретения

Способ автоматического управления процессом непрерывного культивиро0вания микроорганизмов, преимущественно кормовых дрожжей, предусматривакиций определение экономического коэффициента использования субстрата с последующим регулированием концент5рации подаваемого питательного субстрата, расхода воздуха и раствора минеральных солей, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения производительности, устанавли0вают величины градиентов среднеинтегральных значений экономического коэффициента использования субстрата, скорости роста микроорганизмов и количества неутилизированного субстра5та к изменению концентрации подаваемого питательного субстрата, расхода воздуха и раствора минеральных солей, полученные установленные значения с учетом весовых коэффи0циентов суммируют, а коррекцию концентрации подаваемого питательного субстрата, расхода воздуха и раствора минеральных солей осуществляют в зависимости от полученного суммар5|Ного значения установленных величин.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР 522228, кл. С 12 Q 3/00, 1976.

0

2.Авторское свидетельство СССР 507625, кл. С 12 а 3/00, 1976.