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

Изобретение относится к микробио логической промышленности, а именно к способам автоматического управления процессом непрерывного культиви рования микроорганизмов, например кормовых дрожжей. Известен способ автоматического управления процессом непрерывного культивирования микроорганизмов, предусматривающий регулирование кон центрации подаваемого субстрата, расходов раствора минеральных солей и воздуха 1.. Однако при данном способе недостаточно эффективно используются пи тательный субстрат и питательные со ли, так как экономический коэффициент не учитывает количество только неутилизированного субстрата, в связи с этим увеличивается концентрация неутилизированного субстрата. на выходе ферментера, а это снижает эффективность его использования. Кроме того, данный способ не оценивает эффективность использования минергшьных солей. Целью изобретения является снижение себестоимости биомассы. Указанная цель достигается тем, что согласно способу автоматического управления процессом непрерывного культивирования микроорганизмов, предусматривающее регулирование концентрации подаваемого субстрата, расходов раствора минеральных солей и воздуха, осуществляют корр«акцию концентрации питательного субстрата и расходов раствора минеральных солей и воздуха в зависимости от результата сравнения предшествующего значения величины соотношения расходов субстрата и минеральных солей с учетом ихстоимости к единице полученной биомассы с последующим. На чертеже представлена принципиальная схема устройства, реализующего, данный способ. П р и м е р. Из технологических затрат на непрерывное культивирование кормовых дрожжей 78% составляет питательный, субстрат РВ), 19% - питательные минеральные соли и 3% другие составляющие. Таким образом, себестоимость выращенных дрожжей почти полностью определяется стоимостью потока РВ. и минеральных солей. Коэффициент технологических затрат питательного субстрата и минеральных солей, приведенных на единицу полученной биомассы, без условно постоянных затрат можно определить по следующему уравнению:

-1 + UaGa

С

G:

причем G

CoD,

где.С -расход РВ, подаваемого в ферментер;

и - цена РВ;

G - расход минеральных солей, подаваемых в ферментер;

О - цена минеральный солей;

С. - концентрация РВ в питательном субстрате;

С2 - концентрация биомассы в культуральной жидкости; О - скорость протока через ферментер.

Следовательно, для определения коэффициента технологических затрат питательного субстрата и минеральных солей, приведенных на единицу полученной биомассы, достаточно измерить концентрацию РВ в поступающем субстрате, концентрацию биомассы в отходящей культуральной жидкости, скорость протока и расход питательных солей и знать цену минеральных солей и питательного субстрата.

Необходимые для культивирования количества раствора минеральных солей и аэрирующего воздуха, соответствующие перерабатываемым РВ,находят из уравнения материального баланса.

Датчики 1 и 2 измеряют концентрацию РВ и расход подаваемого питателного субстрата, датчиками 3 и 4 концентрацию РВ и микроорганизмов в культуральной жидкости, датчиком 5расход питательных солей.

Измеренные величины поступают в блок б, где концентрация РВ и микроорганизмов в культуральной жидкости сравнивается с заданными ограничениями, и в случае выхода одной из величин за пределы ограничения сигнал из блока б поступает на исполнительный механизм .7, который перекрывает линии отбора дрожжевой суспензии из ферментера. При выполнении о раничений, на основании измеренных значений,по уравнению вычисляют коэффициент технологических затрат питательного субстрата и минеральных солей, приведенных на единицу полученной биомассы, и сравнивают с предшествующим измерением, поступающим из блока 8 памяти. Если величина коэффициента технологических затрат питательного субстрата и минеральных солей, приведенных на единицу полученной биомассы, последующего измерения меньше предшествующего, то изменение концентрации подаваемого субстрата и расхода минеральных солей было целесообразным в противном случае следует возвратиться к исходному состоянию. Тем самым, РВ перерабатываемого субстрата и расходы минеральных солей увеличиваются лишь в том случае, если выполняются заданные ограничения и себестоимость дрожжей оказывается , чем на низкоконцентрированном субстрате.

Сигнал результата сравнения подается в блок 9 регулирования расхода воздуха, выход которого соединен с исполнительным; механизмом 10, изменяющим подачу воздуха в соотве,тствии с величиной С. и значением выходного сигнала с блока б.

Сигнал с блока б также поступает на вход блока 11 регулирования концентрации питательного субстрата и расхода питательных солей. Требуемое изменение концентрации подаваемого субстрата достигается изменение соотношения между гидролизатом и водой. На выходах блока 11 управляющие сигналы подаются на исполнительные механизмы 12 - 14, которые установлены на линиях подачи гидролизата, воды и минеральных солей. На линиях материальных поступлений в ферментер датчики 5, 15-17 расхода позволяют регулирующим блокам 9 и 11 контролировать отработку заданных команд. Требуемый объем культуральной жидкости в аппарате поддерживают контуром регулирования, который состоит из датчика 18 объема, подключенного на вход регулятора 19, выход которого связан с исполнительным механизмом 20.

Периодическое изменение концентрации питательного субстрата и расхода питательных солей осуществляют блоком 21 посредством воздействия на регулирующий блок 11 импульсами заданной продолжительности через определенные проме кутки времени в соответствии с заложенной программой, С блока 21 также поступает сигнал на блок 8 памяти для фиксации нового noncf OBoro шага.

Данный способ регулирования позволяет осуществлять технологический процесс непрерывного культивирования микроорганизмов при максимально возможных концентрациях потребляемогр субстрата без увеличения себетоимости продукции, так как. процесс поддерживается в области экстремальной точки себестоимости дрожжей по использованию питательного субстрата и питательных солей.

Экспериментальные данные показали, что в результате реализации данного способа по сравнению с известным обеспечивается снижение расхода РВ на 3%, снижение расхода минеральных солейна 1,8% и снижение себестоимости дрожжей на 2,8%.

Формула изобретения

Способ автоматического управления процессом непрерывного культивирования микроорганизмов, предусматривающий регулирование концентрации подаваемого субстрата, расходов раст.вора минеральных солей и воздуха, отличающийся тем, что, с целью снижения себестоимости биомассы, осуществляют коррекцию концентрации питательного субстрата и расходов раствора минеральных солей и воздуха в зависимости от результата сравнения предшествующего значения величины соотношения расходов субстрата и минеральных солей с учетом их стоимости к единице полученной биомассы с последующим.

10 Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР .№ 507625, кл, С 12 Q 3/0.0, 1976.