Способ автоматического регулирования уровня пены в ферментере для аэробного культивирования микроорганизмов Советский патент 1983 года по МПК G05D27/00 

Изобретение относится к микробиологической про еФшенности, в частности к устройствам регулирования уровня пены, образующейся в процессе аэробного культивирования микроорганизмов..

.Известно устройство регулирования уровня пены с автоматической защитой реактора от выбросов реакционной массы, состоящее из двух включенных дифференциально термочувствительных элементов, заключенных в теплоизоляционный материал-, установленных на одном уровне в газовом пространстве биореактора и соединенных со схемой его защиты, при этом один из чувствительных элементов закреплен непосредственно у стенки чехла, другой в толще заполняющего чехол теплоизоляционного материала

Недостатком данного устройства является то, что при заполнении газового пространства пеной температура в нем повьлиается и изменяется температура первого датчика, а второй датчик не успевает среагировать, в результате получается разностный сигнал, управляющий системой защиты, а устройство срабатывает только при равномерном заполнении сечения .

биореактора пеной и не предотвраицает отдельных выбросов сильно турбулированной пены, поскольку рыхлые пены обладают пониженной теплопроводностью, по сравнению с плотными (пенами) , то изменения температуры первого датчика не будут четко выражены при заполнении буферного газового пространства рыхлой пеной.

10

Известно также устройство регулирования уровня пены с автоматической подачей реагента для подавления пенообразования, содержащее импуль-. сный генератор, установленный в по15плавке, и подающее химический пеногаситель в- зависимости от высоты слоя пены 12.

Недостатком этого устройства явля2Q ется то, что при использовании такОй системы регулирования уровня пены не имеется возможности перевести все содержимое реактора в гомогенное турбулентное пенообразное состояние, т.е. в условие наиболее интенсивной

25 массопередачи,

Наиболее близкой к изобретению по технической сущности является система автоматического регулирования уровня пены в ферментере для

30 аэробного культивирования микроорганизмов, включающая механический пеногаситель с электроприводом, пускатель электропривода, измеритель мощности электропривода, блок сравнения один из выходов которого связан с регулятором подачи химического пеногасителя 3}и 4. Недостатком дранной системы являет ся то, что она инерционна, так как интенсивность пенообразования преобразуется в нагрузку на механический пеногаситель, а не измеряется непосредственно унос культуральной жидкости из ферментера. Кроме того, система не обеспечивает оптимальных условий культивирования. Цель изобретения - повышение выхода целевого продукта. Указанная цель достигается тем, что система автоматического регулирования уровня пены в ферментере для аэробного культивирования микроорганизмов, включающая механический пеногаситель с электроприводом, пускатель электропривода, измеритель мощности и блок сравнения, один из выходов которого связан с регулятором подачи химического пеногасителя, дополнительно снабжена соединенной посредством трубопровода с ферментером .измерительной камерой с установленными в ней по ходу движения воздушного потока двумя датчиками температуры, между которыми расположен нагр ватель , и датчиком относительной влажности воздуха, размещенным за вторым датчиком температуры, схемой сравнения и двумя взаимосвязггнными вычислительными блоками, выходы кото рых подключены к блоку срав нения, при этом входы одного из них связаны с датчиком относительной влажности воздуха, а вход другого - через измеритель мощности - с нагревателем и схемой сравнения, входы последней подключены к датчикам температуры. Начертеже представлена функци-- ональная схема устройства. Система автоматического регулирования уровня пены включает установленный в ферментере 1 механический пеногаситель 2 с электроприводом 3, связанный с пускателем 4, Один из выходов блока 5 сравнения связан с регулятором б подачи химического пеногасителя из мерника 7 , другой выход блока 5 сравнения соединен с пускателем 4. В измерительной камере 8, связанной с ферментером 1 посредством трубопровода 9 выхода воздуха, установлены по ходу движения воздушного потока первый датчик 10 температуры, нагреватель 11, второй датчик 12 температуры, датчик 13 относительной влажности. Датчики 10 и 12 температу ры подключены к входам блока 14 срав нения, выход которого соединен с клю чевым элементом 15, включенным в цепь питания нагревателя 11. Датчик 13 относительной влажности связан с входом первого вычислительного блока 16, первый выход которого соединен с одним из входов блока 5 сравнения,- а второй выход подключен к первому входу второго вычислительного блока 17, выход которого связан с BToptJM входом блока 5 сравнения. Второй вход вычислительного блока 17 подключен к выходу измерителя 18 мощности, связанного с нагревателем 11. Система работает следующим образом. Выходящий из ферментера 1 через трубопровод 9 воздух, несущий с собой капли жидкости, направляется-в измерительную камеру 8, где подогревается с целью испарения капель жидкости и определения расхода воздуха. Степень нагрева воздуха регулирует блок 14 сравнения, причем поддерживаемая разность температур задается перед началом процесса культивации, в зависимости от заданной разности температур и от расхода влаги и воздуха из ферментера .изменяется мощность, подводимая к нагревателю 11 и затраченная на нагрев воздуха, жидкости и испарение капель жидкости. Количество подведенной мощности определяет измеритель 18 мощности. Длительность открытого и закрытого состояния ключевого элемента, включенного в цепь питания нагревателя 11, регулирует блок 14 сравнения, на вход которого поступают сигналы от датчиков 10 и 12 температуры. При уменьшении разности температур ниже заданного значения блок 14 сравнения увеличивает время открытого состояни$ ключевого элемента 15, что приводит к увеличению подводимой мощности к нагревателю 11, последний восстанавливает заданную разность температур. При превышении заданной разности происходит запирание ключевого элемента 15, что приводит к отключению подаваемого к нагревателю питания и, тем самым, к снижению разницы температур до заданного значения. Значение мощности, измерен1 ое измерителем 18 мощност, поступает на один из входов вычислительного блока 17, Значение относительной влажности воздуха на выходе измерительной камеры 8 определяется датчиком 13 и передается в вычислительный блок 16, в который также вводится поправка на атмосферное давление воздуха. Вычислительный блок 16 по значению относительной влажности воздуха и атмосферному давлению воздуха рассчитывает значение влагосодержания возуха. Полученное значение влагосоержания воздуха подается навторой вход другого вычислительного блока 17и на первый вход блока 5 сравнения. Вычислительный блок 1J7 по значению измеренной мощности, подводимой к нагревателю 11, рассчитывает расход влаги в единицу времени из ферментера 1. Рассчитанное значение расхода влаги подается на второй вход блока 5 срав1нения. . Дополнительно в блоке 5 сравнения перед началом процесса культивации устанавливаются два порога, срабатывания блока сравнения по расходу влаги в единицу времени из ферментера 1, При превышении расхода влаги из ферментера свыше первого уровня срабатывания блок 5 сравнения вырабатывает сигнал на включение пускателя 4 электропривода 3 механического пеногасителя 2.

В случае дальнейшего роста расхода влаги в единицу времени из ферментера выше второго порога cpa6iaтывания заданного в блоке 5 сравнения, последний вырабатывает сигнал, поступающий-на вход регулятора 6 подачи химического пеногасителя из мерника 7 ферментера 1,

При снижении расхода влаги в единицу времени из ферментера ниже второго порога срабатывания в блоке 5 сравнения регулятор 6 подачи химического пеногасителя прекращает подачу химического пеногасителя из мерника 7, -а при дальнейшем снижении расхода влаги в единицу времени из ферментера ниже первого порога . срабатывания блока 5 сравнения пускатель 4 отключает электропривод 3 механического пеногасителя 2.

В результате реализации данной систе ы регулирования уровня пены вместо сущёствуквдего автомата импульсной подачи пеногасителя типа АИПП-1 при производст зе лизина ожидаемый экономический эффект составит примерно 45 тыс. руб. на систему, в том числе экономия химического пеногаситейя состав т 8 тыс,, руб. в год, сокращение расхода наэлектропривод механического пеногасителя - 5,1 тыс

руб. в год и увеличится выход целевого продукта с одного ферментера до 31,9 тыс. руб. в год.

Формула изобретения

Система автоматического регулирования уровня пены в ферментере для аэробного культивирования микроорганизмов , включающая механический пеногаситель с электроприводом, пускатель электропривода, измеритель мощности и блок сравнения, один из выходов которого связан с регулятором подачи химического пеногасителя,

5 отличающаяся тем, что, с целью повышения выхода целевого (продукта, она дополнительно снабжена соединенной посредством трубопровода с ферментером измерительной камерой

0 с установленными в ней по ходу движения воздушного потока двумя датчиками температуры, между которыми расположен нагреватель, и датчиком относительной влажности воздуха, разме5 щенным за вторым датчиком температуры, схемой сравнения и двумя взаимосвязанными вычислительными блоками, выходы которых подключены к блоку сравнения, при этом входы одного из

Q них связаны с датчиком относительной влажности воздуха, а вход другого - через измеритель, мопшости с нагревателем и схемой сравнения, : входы последней подключены к датчи- кам температуры.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР 578095, кл. В 01 J 19/00, 1977. 0 2. Заявка Японии № 55-8205, кл. В 01 D 19/02, опублик. 1980.

3.Виестур У. Э. и др. Культивирование микроорганизмов. М., Пище- вая промышленность, с. 190-195, 5 1980.

4.Пена в технологических процессах. Обзор современных проблем химии и химической промышленности. М.„ Изд-во НИИТЭХИМ. 2.04.81, вып. 5(107),с. 43-47.