Система автоматического управления процессом непрерывного выращивания микроорганизмов

Система автоматического управления процессом непрерывного выращивания микроорганизмов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Clwo3 Co99YcIo4x

Реса ублнм (и) 52222S (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 30.10.74 (21) 2071261/13 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 25 07 76 Бюллетень № 27 (45) Дата опубликования описания 21.12.76 (51) М. Кл. С12В1/08

Геерврстненнна кемнтет

CeNta Мнинетрен ССбр не диан изобретений и еткрытий (53) УДК 663.132(088.8) Э. И. Литвин, Б. И. Токарев, И. И. Балашевич, Д. Д. Савельев, P. Штамм и В. Я. Якушкин (72) Авторы изобретения (71) Заявитель Всесоюзное научно — производственное и проектно — конструкторское объединение микробиологической промышленности (54) СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ

НЕПРЕРЫВНОГО ВЫРАЩИВАНИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ

Изобветение относится к микробиологической промышленности и может быть использовано для автоматического управления процессом выращивания биомассы кормовых дрожжей в ферментере, Известна система автоматического управления процессом непрерывного выращивания микроорганизмов, содержащая контур стабилизации температуры дрожжевой биомассы, контуры регулирования рН дрожжевой биомассы, объема дрожжевой биомассы в ферментере и подачи субстрата, а также датчики расхода воздуха и редуцирующих веществ в отходящей бражке, датчик концен рации растворенного кислорода, блок определения дыхательного коэффициента и логический блок, вход которого соединен с блоком определения дыхательного коэффициента и датчиками концентрации растворенного кислорода, редуцирующих веществ в отходящей бражке и расхода воздуха, а выход — с исполнительным механизмом, установленным на линии подачи субстрата в ферментеп.

Однако в такой системе автоматического управления процессом непрерывного выращивания микроорганизмов основная информация об интенсивности процесса может быть обеспечена при использовании датчика концентрации растворенного кислорода, который весьма чувствителен к колебаниям температуры и другим не измеряемым параметрам.

Кроме того, потребление растворенного кислорода связано с подачей воздуха нелинейной зависимостью, так как зависимость скорости массообмена от количества подаваемого в ферментер воздуха нелинейная.

Это приводит к тому, что система не обеспечивает оптимизации процесса выращивания микроор1р гани змов.

С целью оптимизации процесса предложенная система снабжена контуром регулирования рН субстрата, блоком деления величины сигнала, пропорционального расходу субстрата, на постоянный коэффициент и

1б сумматором, при этом последний соединен с логическим блоком при помощи оптимизатора.

На чертеже изображена схема системы автоматического управления процессом непрерывного выращивания микроорганизмов, например биомассы кормовых дрожжей, в ферментере.

Система содержит контур стабилизации температуры дрожжевой биомассы, контуры регулирования рН дрожжевой биомассы, объема дрожжевой биомассы в ферментере и подачи субстрата, блок определения дыхательного коэффициента, контур регулирова522228 ния рН субстрата, датчики 1 и 2 расхода воздуха и редуцирующих веществ в отходящей бражке, датчик

3 концентрации растворенного кислорода, логический блок 4, исполнительный механизм 5, блок 6 деления величины сигнала, пропорШ1онального расходу субстрата, иа постоянный коэффициент и сумматор 7, который соединен с логическим блоком 4 при помощи оптимизатора 8.

Вход логического блока 4 соединен с блоком определения дыхательного коэффициента, датчиками 1 и 2 расхода воздуха и редуцирующих веществ в отходящей бражке и датчиком 3 концентрации растворенного кислорода, а его выход — с исполнительным механизмом 5, установленным на линии подачи субстрата в ферментер.

Контур стабилизации температуры дрожжевой биомассы состоит из датчика 9 температуры, регулятора

10 и исполнительного механизма 11, установленного на линии подачи воды на охлаждение, при этом датчик 9 температуры соединен с выходом регулятора 10, ъО а последний — с исполнительным механизмом 11.

Контур регулирования рН дрожжевой биомассы включает регулятор 12, связанный с исполнительным механизмом 13, установленным на линии подачи аммиачной воды в ферментер 14, при этом последний соединен со входом, регулятора 12.

Контур регулирования объема дрожжевой биомассы в ферментере включает датчик 15 объема, регулятор 16 и исполнительный механизм 17, установленнь1й на линии выхода бражки, при этом датчик 15 соединен 80 со входом регулятора 16, который подключен к исполнительному механизму 17.

Контур регулирования подачи субстрата состоит из расходомера 18 аммиачной воды и расходомера 19 субстрата, при этом выход последнего соединен с 86 блоком 6 деления величины сигнала, пропорционального расходу субстрата, на постоянный коэффициент, а выходы расходомера 18 аммиачной воды и блока

6 деления соединены со входом сумматора 7.

Блок определения дыхательного коэффициента состоит из делителя 20, газозаборного устройства 21, газоанализаторов 22 и 23 на С02 и 02, при этом выходы последнего соединены с делителем.

На выходе целителя 20 дыхательный коэффициент (Д Я ) определяется уравнением со м-с,„ где Rg — дыхательный коэффициент; 50

Cco2 — концентрация углекислоты в отходящих газах, об. % ;

Со2 — концентрация кислорода в отходящих газах, об. %; 55

21 — концентрация кислорода в воздухе, поступающем в аппарат, об. %;

Контур регулирования рН субстрата содержит датчик 24 рН, установленный на линии подачи субстрата, регулятор 25 и исполнительный механизм 26, установ-6О ленный на линии подачи аммиачной воды в линию подачи субстрата, при этом датчик 24 рН соединен со входом регулятора 25, а последний подключен на исполнительный механизм 26.

Датчик 3 концентрации растворенного кислорода соединен со входом регулятора 27, подключенного на исполнительный механизм 28, установленный на линии подачи воздуха.

Система автоматического управления процессом непрерывного выращивания микроорганизмов работает следующим образом.

В процессе жизнедеятельности микроорганизмы увеличивают кислотность среды, для компенсации которой подается нейтрализующий раствор. При этом скорость изменения рН характеризует скорость .роста микроорганизмов, поэтому расход аммиачной воды также зависит от последней и соответствует ей.

Кроме того, на рН среды влияет поток субстрата, значение рН которого может отличаться от рН среды, при этом, поскольку влияние на рН среды одинаковых количеств аммиачной воды и субстрата неодинаково, то они суммируются в соотношении, зависящем от степени их влияния на процесс. Таким образом, на выходе сумматора 7 получается сигнал, пропорциональный скорости изменения рН, т.е. скорости роста микроорганизмов.

Сигнал с сумматора 7 поступает на вход оптимизатора 8, который выдает сигнал в зависимости от реакции скорости роста на изменение подачи субстрата.

Если изменение подачи субстрата не вызывает существенного, экономически целесообразного, значения скорости роста, то поступает команда на уменьшение подачи субстрата, а в другом случае — на дальнейшее увеличение подачи субстрата. Однако эта команда поступает не непосредственно на исполнительный механизм 5, а на логический блок 4 ("ИЛИ"), на вход которого поступает также двухпозиционная информация с выходов делителя 20 блока определения дыхательного коэффициента, датчика 3 концентрации растворенного кислорода и датчика 2 редуцирующих веществ в отходящей бражке. цслучае,,если с оптимизатора 8 поступит команда на увеличение подачи субстрата, значение дыхательного коэффициента не превысит заданной величины, концентрация растворенного кислорода не будет ниже заданного значения и концентрация редуцирующих веществ в бражке не превысит допустимого значения, то с выхода логического блока 4 ("ИЛИ") на исполнительный механизм 5 поступит команда на увеличение подачи субстрата.

В случае поступления на один или несколько входов логического блока 4 противоположных команд с его выхода на исполнительный механизм 5 поступает команда на уменьшение подачи субстрата, Таким образом, процесс биосинтеза проводится на уровне максимально целесообразной интенсивности с ограничением по степени использования субстрата, по дыхательному коэффициенту, по концентрации редуцирующих веществ в последрожжевой бражке и

522228 по концентрации растворенного кислорода в культуральиой среде. формула изобретения

Система автоматического управления процессом непрерывного выращивания микроорганизмов, например, биомассы кормовых дрожжей в ферментере, содержащая контур стабилизации температуры дрожжевой биомассы, контуры регулирования рН дрожжевой биомассы, объема дрожжевой биомассы в фермен. тере и подачи субстрата, а также датчики расхода воздуха и редуцирующих веществ в отходящей бражке, 6 датчик концентрации растворенного кислорода, блок определения дыхательного коэффициента и логическое устройство, вход которого соединен с блоком определения дыхательного коэффьщиента и датчиками концентрации растворенного кислорода, редуцирующих веществ в отходящей бражке и расхода воздуха, а выход — с исполнительным механизмом, установленным на линии подачи субстрата в ферментер, о тличающ аяся тем,что, сцельюоптимизациипроцесса, она снабжена контуром регулирования рН субстрата, блоком деления величины сигнала, пропорционального расходу субстрата, на постоянный коэффициент и сумматором, при этом последний соединен с логическим блоком посредством оптимизатора.

522228

Редактов А. Бер

Заказ 4561/314

Составитель А. Бражникова

Терщед Н. АидРейчУк КорректорД. Мельниченко

Тираж 575 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР ло делам изобретений и открытий

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

Финал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4