Система автоматического управления процессом выращивания микроорганизмов

Система автоматического управления процессом выращивания микроорганизмов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к микробиологической промышленности и может быть использовано в процессч° непрерывного культивирования микроорганизмов. Цель изобретения - повышение производительности аппарата. Система автоматического управления процессом выращивания микроорганизмов содержит контуры регулирования рН, температуры в аппарате и подачи субстрата в аппарат , датчик уровня, установлеиньй в аппарате,, вычислительное устройство, входы которого соединены с датчиками расхода субстрата и рН, и исполнительный механизмS расположенный на линии подачи воздуха в аппарат и связанньй с регулятором, датчики концентрации субстрата и ингибитора. При этом вычислительное устройство подключено к датчикам концентрации субстрата и ингибитора и датчикам температуры и уровня. Выход вычислительного устройства соединен с исполнительным механизмом контура регулирования пода-- чи субстрата, а датчик уровня - с регулятором подачи воздуха в аппарат,. Датчики и вычислительное устройство позволяют своевременно прогнозировать значение производительности и вырабатывают управляющую команду в исполнительный механизм, что приводит.к оптимальному управлению расходом субстрата V. Увеличение расхода питате.льного субстрата V по сравнению с V приводит к вымыванию культуры, потерям питательного субстрата и в итоге к уменьшению производительности аппарата и выхода биомассы с единицы субстрата , В случае уменьшения расхода питательного субстрата V по сравнению с V создается нехватка питательного субстрата активно размножающимся клеткам и.это также приводит к уменьшению концентрации х и сле,довательно, к уменьшению производительности аппарата . 1 ил. Ьо ел D1

СОЯЭ СОВЕТСНИХ

СОЩ1АЛИСтИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3826804/31 — 13 (22) 20.12,84 (46) 30.04.87. Вюл. - 16 (71) Институт кибернетики с вычислительным центром Научно-производственного объединения "Кибернетика"

АН УЗССР (72) K.Àõìåòîâ, М.А.Исмаилов и А.В.Юлдашев (53) 663.132(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

iY- 1062262, кл. С 12 Q 3/00, 1981, (54) СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ВЫРАЩИВАНИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ (57) Изобретение относится к микробиологической промышленности и может быть использовано в процессе непрерывного культивирования микроорганизмов.

Цель изобретения — повышение производительности аппарата. Система ав томатического управления процессом выращивания микроорганизмов содержит контуры регулирования рН, температуры в аппарате и подачи субстрата в аппарат, датчик уровня, установленный в аппарате, вычислительное устройство, входы которого соединены с датчиками расхода ".óáñòðàòà и рН, и исполнительный механизм, расположенный на

SU ИЛ Л линии подачи воздуха в аппарат и связанный с регулятором, датчики концентрации субстрата и ингибитора. При зтом вычислительное устройство подключено к датчикам концентрации субстрата и ингибитора и датчикам температуры и уровня. Выход вычислительного устройства соединен с исполнительным механизмом контура регулирования подачи субстрата, а датчик уровня — с ре-гулятором подачи Bоздуха в аппарат,.

Датчики и вычислительное устройство позволяют своевременно прогнозировать значение производительности и вырабатывают управляющую команду в исполнительный механизм, что приводит к оптимальному управлению расходом субстрата 1 . Увеличение расхода питательного субстрата V по сравнению с V* приводит к вымыванию культуры, потерям питательного субстрата и в итоге к уменьшению производительности аппарата и выхода биомассы с единицы субстрата. В случае уменьшения расхода питательного субстрата Ч по сравнению с V* создается нехватка питательного субстрата активно размножающимся клеткам и.зто также приводит к уменьшению кокцентрации х и, слецовательно, к уменьшению производительности annapaza. 1 ил.

1306955

Изобретение относится к микробиологической промышленности и может быть использовано в процессе непрерывного культивирования микроорганизмов.

Цель изобретения — повышение производительности аппарата.

На чертеже показана принципиальная схема предлагаемой системы управления.

16

Система автоматического управления процессом выращивания микроорганизмов содержит контур регулирования температуры в аппарате 1. состоящий из датчика 2 температуры, соединенного с регулятором 3, выход которого связан с исполнительным механизмом 4, установленным на лини подачи хлада гента, подаваемого н охладительную рубашку 5, контур стабилизации рН н аппарате, состоящий из датчика 6, соединенного с регулятором 7, к выходу которого подключен исполнительный механизм 8 на трубопроводе аммиачной воды, контур регулирования подачи воздуха на аэрацию н зависимости от уровня культуральной среды в аппарате, состоящий из датчика 9 уровня, соединенного с регулятором 10, выход 30 которого подключен к исполнительному механизму 11, установленному на ноздухопроводе, вычислительное устройство 12, вход которого связан с датчиками 2,6, 13,14 темпера-уры, рН,. кoíцентрации субстрата и ингибитора<датчиками 9 и 15 уровня и расхода субстрата, а выход соединен < исполнительным механизмом 1 <, контура регулирования подачи субстрата н аппарат. 40

Система автоматического управления работает следующим образо,;:.

Температуру н аппарате 1 поддерживают на заданном уронне с помощью контура регулирования температуры,, включающего датчик 2 температуры, подключенный на вход регулятора 3, который после сравнения текущего и заданного значения температур вырабатывает сигнал регулирующего ноздей- 50 ствия, управляющего механизмом 4 на линии подачи хладагента, подаваемого в охладительную рубашку 5.

Измерение кислотности н аппарате 1 воспринимается датчиком 6 рН, включенным на вход регулятора 7, который в занисимости от отклонения рН н ту или,иную сторону подает сигнал на исполнительный механизм 8 подачи аммиачной воды, Уровень культуральной среды в аппарате контр<элируется датчиком 9, сигнал от которого поступает на регулятор 10, воздействующий на исполнительный механизм 11, установленный на линии подачи воздуха на аэрацию. !

Помимо этого система снабжена датчиками 13 и 14 концентрации субстрата и ингибитора н аппарате и вычислительным устройством 12, которое управляет процессом выращивания микроорганизмов, При этом вычислительное устройство реализует следующие операции.

Пс -екущим значениям Т, рН, Н, S, I,

S — кснцентра. ия субстрата в аппарате, г/л;

I — концентрз.ция ингибитора, г/л;

К вЂ” коэффициент насьпцения ингибнтора,, г/л; рН, Т, ч р - о«т

Т „ — показатель водородных ионов, температуры и их оптимальные значения соответственно, c< „ ед, рН и С;

0 Ä,

Скорость разбавления среды в аппарате определяется пс формуле

1„!

D==--p (2) ч где V — расход субстрата„м /ч;

Н вЂ” уровень культуральной среды и аппарате, м;

Я вЂ” сечение аппарата, м2 .

Значение () вводится н вычис-.:те::<ь ное устройство перед началом;<роцесса. Изменение испсльзуемого штамма микроорганизмов или к.-.честна используемого сырья пс экс.-ериментальным данным определяется постоянными коэф-.

1306 фициентами в уравнении (1), которые вводятся в вычислительное устройство.

Хемостатный режим культивирования микроорганизмов проводится при условии p =D, т.е. когда исходная концент- 5 рация микроорганизмов остается посто янной в течение процесса. Исходя из этого, вычислительное устройство производит вычисление, используя формулы (1) и (2), и определяет величину рас- 0 согласования

G =--p-D.

В зависимости от значения б вычислительное устройство вырабатывает соответствующие управляющие воздейст-15 вия на исполнительный механизм 16 на линии подачи субстрата в аппарат, приводящий изменение расхода субстрата на величину

67=б Н Q. 20

Производительность аппарата определяется на основе выражения

В=ш х Н ° Q=V*x

7 где х — концентрация абсолютно сухой биомассы, кг/м ;

Ч вЂ” расчетное значение расхода субстрата, м /ч.

На основе вышеприведенной формулы, снимая показания датчиков 2,6.,9, 13 и 14, соответствующие величинам Т, рН, Н, $, I рассчитываются р и 7* при помощи управляющего вычислительного устройства. Величина 7 определяет производительность аппарата, так как скорость протока равна скорости 35 стока при непрерывном культивировании, Датчик и вычислительное устройство позволяют своевременно прогнозировать значение В и вырабатывают управляющую команду в исполнительный механизм 16, что приводит к оптимальному управлению расходом субстрата V.

Увеличение расхода питательного субстрата V по сравнению с V+ приводит к вымыванию культуры, потерям питательного субстрата и в итоге к уменьшению производительности аппарата и выхода биомассы с единицы субстрата. В случае уменьшения расхода питательного субстрата V по сравне- 0 нию с V* создается нехватка питательного субстрата активно размножающимися клетками и это также приводит к уменьшению концентрации х и, следовательно, к уменьшению производитель- ности аппарата.

Пример. В аппарате объемом

1 мз выращивали кормовые дрожжи Can955 4

dida robusta ЯЮ-6. Расход субстрата составил 150-200 л/ч, температура среды в аппарате поддерживалась 37 38 С, концентрация ингибитора (фуро фурола) колебалась в пределе 0,20,5 г/л, концентрация субстрата 1015 г/л, рН среды 3,6-4,2, удельная производительность 0,8-1,3 кг/мз ч, уровень в аппарате составил 600700 л, концентрация биомассы стабилизировалась в диапазоне 22-26 г/л, выход биомассы составил 48-50Х.

До использования данной системы концентрация биомассы в аппарате колебалась в диапазоне 10- 25 г/л; расход субстрата в пределе 150-250 л/ч, удельная производительность 0,4 l,5. кг/м ч, выход биомассы составил

42-45Х.

В результате реализации данной системы максимальное отклонение концентрации биомассы от ее среднего значения составило 2 г/л. При этом отклонение концентрации биомассы от ее среднего значения уменьшалось на

33,7Х.

Таким образом, за счет введения в систему датчиков 13, 14 и формирования управляющих воздействий расходом субстрата в вычислительном устройстве по сигналам, поступающим от датчиков 2, 6, 9, 13, 14 и 15, повы.шается производительность на 9-12Х, Формула и э обретения

Система автоматического управления процессо выращивания микроорганизмов, содержащая контуры регулирования рН, температуры в аппарате и подачи субстрата в аппарат, датчик уровня, установленный в аппарате, вычислительное устройство, входы которого соединены с датчиками расхода субстрата и рН, и исполнительный механизм, расположенный на линии подачи воздуха в аппарат и связанный с регулятором, отличающаяся тем, что, с целью повышения производительности, она снабжена датчиками концентрации субстрата и ингибитора, а вычислительное устройство подключено к датчикам концентрации субстрата и ингибитора и датчикам температуры и уровня, выход вычислительного устройства соединен с исполнительным механизмом контура регулирования подачи субстрата, при этом датчик уровня соединен с регулятором подачи воздуха в аппарат.

1306955

Составитель Г.Богачева

Редактор M.Áàíäóðà Техред В.Кадар Корректор А.Зимокосов

Заказ 1498/24

Тираж 500 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.. д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная, 4