Способ автоматического управления процессом культивирования микроорганизмов

Способ автоматического управления процессом культивирования микроорганизмов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ii>775122

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61} Дополнительное к авт. свид-ву (.22} Заявлено 16.07.78 (21) 2646983/28-1 3 с присоединением заявки HP (23) Приоритет

Опубликовано 301080 Бюллетень М 40

Дата опубликования описания 30.1080 (s>)w K,3

С 12 В 1/08

Государственный комитет

СССР по делан изобретений и открытий (53) УДК 663 14 036 (088.8) (72) Авторы изобретения

С.И. Андреев, В.И. Бобошко, 3.Я. Козаневич и И.С. Долда

Киевский институт автоматики им. ХХН съезда КПСС (71) Заявитель (54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

ПРОЦЕССОМ KYJIbTHBИРОВАНИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ где G,,G - количество дрожжей и субстрата;

30 Q Qb - расход сусла и воды;

Изобретение относится к микробио-, логической промышленности.

Известен способ автоматического управления процессом культивирования микроорганизмов, использующий для выработки управляющего воздействия подстраиваемую математическую модель ферментации.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ автоматического управления процессом культивирования микроорганизмов, предусматривающий определение величины экономического коэффициента использования субстрата через определенные промежутки времени, сравнение с предыдущим значением и в зависимости от результата сравнения корректировку концентрации питательного субстрата и расхода воздуха и раствора питательных солей.

Недостатками известных способов автоматического управления процессом культивирования микроорганизмов является то, что они мало эффективны, так как предлагают управление по статической характеристике процесса, который обладает значительной инер. ционностью и в промежутках времени

4-6 ч (время переходного процесса) 2 является неуправляемым по концейтрации питательного субстрата.

Целью изобретения является интенсификация процесса культивирования микроорганизмов и повышение эффективности использования питательного субстратаа.

Эта цель достигается тем, что коррекцию концентрации субстрата осу10 ществляют в зависимости от величины концентрации питательного субстрата, соответствующей наибольшему усредненному значению коэффициента выхода биомассы.

t5 При этом вычисление коэффициента выхода биомассы производят с учетом динамики процесса, путем периодического определения значений ординат весовой функции, которые используют для

20 приведения количества поступающих питательных веществ к выходу объекта управления — концентрации дрожжей .в дрожжерастильном аппарате. В статике

25 G*p (0c+() b) С*Р САР

npg Э = соп М, (1)

С, (9с+ 0 ) Cc CC

775122

С р, Сс — концентрация дрожжей и питательного субстрата;

D — - скорость разбавления.

С учетом динамических свойств процесса мгновенное значение сд 5 (2)

) Сс :) Ц(- АДЕ .Ь-т где !> (t) - весовая функция, Т вЂ” "память объекта" (время переходного процесса канала Cr. C o при D const); t — текущий момент.

Процессами, которые обладают динамическими свойствами, присущими процес- 5 су культивирования микроорганизмов, необходимо управлять таким-образом, чтобы получить максимальное значение показателя, по которому ведут управление за известный промежуток времени Т, равный в настоящем способе длине "памяти объекта". С учетом этого

1+т ( (ь) ,) С Я)тК- )dc -т или (3) в дискретном виде

c„„ — (41

Х. С . и„ 30

4 О с где N — количество решений задачи на .интервале времени Т;

n — количество ординат весовой функции h(t).

При этом технологические ограничения по концентрации остаточных питательных веществ Сс „ и концентсост. тех Н раций дрожжей C p . „в выходящей из дрожаппарата суспензии представлены как 40

С )

- с.ост.техн - .„ Сс.ост„ (Й

>r

С р.„„„-,„ Сд ., (6)

1=1 Q$ где С и С др — параметры, аналогичные расположенным в левой части неравенств (5) и (6), рассчитываются в вычислительном устройстве.

Реализация предлагаемого способа осуществляется следуюдим образом.

Допустимую область изменения концентрации питательного субстрата раз.бивают на ряд значений. Каждому из этих значений при моделировании на адаптивной динамической модели соот. ветствует определенная траектория дви- жения процесса по концентрации дрожжей и остаточным питательным веществом в дрожжевой суспензии, выходящей иэ дрожаппарата, и вычисленное по со- 60 ответствующей формуле значение коэффициента выхода биомассы, которые усредняются на интервале времени, равном длине "памяти объекта". Среди полученного .ряда траекторий, удовлетворяющих ограничениям, выбирая ту, которая имеет наибольшее усредненное значение коэффициента выхода биомассы, а соответствующее ей значение концентрации питательного субстрата используют для коррекции текущего значения концентрации питательного субстрата на промежутках времени, меньших длинМ переходного процесса.

На чертеже представлена блок-схема способа автомати еского управления процессом культивирования микроорганизмов.

Используя информацию о процессе выращивания дрожжей в дрожаппарате 1, поступающую от датчика 2 концентраций остаточных питательных веществ и датчи= ка 3 концентрации дрожжей на линии дрожжевой суспензии,.выходящей из дрожаппарата,а также от датчика 4 и 5 расхода питательных веществ и воды на линиях материальных потоков сусла и воды. на разбавление, датчика 6 концентрации питательного субстрата на линии подачи в аппарат и датчика

7 объема культуральной жидкости в аппарате, блок 8 адаптивной модели, представляющий собой систему дифференциальных уравнений, периодически подстраивают, приводят к адекватности процессу в аппарате. Используя блок

8, блок 9 определяет значения ординат весовой функции h(t),применяемой в формуле(2)для учета динамики процесса.

Моделируя в блоке 8 процесс культивирования микроорганизмов при различных значениях концентрации питательного субстрата, получают соответствующий ряд траекторий движения системы (процесса), каждой из точек .которых соответствуют определенные значения концентрации дрожжей и .концентрации остаточных питательных веществ в выходящей из дрожаппарата дрожжевой суспензии и вычисляемые в блоке 10 по формуле (2) значения коэффициента выхода биомассы. Вычисленные в блоках 8 и 9 значения концентрации дрожжей, остаточных питательных веществ и коэффициента выхода биомассы поступают в блок 11, где их усредняют по формулам (4), (5), (6) и одновременно проверяют на ограничения — формулы (5), (6) °

Если ни одна иэ траекторий не удовлетворяет заданным ограничениям, то сигнал об этом из блока 11 поступает на исполнительный орган 12 на линии дрожжевой суспенэии, выходящей из дрожаппарата, на частичное перекрытие.

При выполнении ограничений Частью траекторий либо всеми среди них в блоке 11 находят траекторию с наибольшим усредненным значением коэффициента выхода биомассы и соответствующее ему значение концентрации питательного субстрата. Сигнал, соответствующий найденному значению концент775122

Формула изобретения

Составитель Г. Богачева

Редактор Г. Прусова Техред A.Щепанская Корреткор Г. Решетник

Заказ 7б57/32 Тираж 522 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и отрытий

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

Филиал ППП "Патент", г ° Ужгород, ул. Проектная, 4 рации питательного субстрата, иэ блока 11 поступает в блок 13 регулирования соотношения между суслом и водой с целью достижения требуемого изменения .концентрации подаваемого в дрожаппарат питательного субстрата. На выходе блока появляются сигналы, управляющие исполнительными механизмами 14 и 15, соответственно на линиях подачи сусла и воды на разбавление °

На линии поступления питательного субстрата в аппарат установлен датчик

16 расхода питательного субстрата, который совместно с датчиками 4 и 5 позволяет блоку 13. контролировать от- . работку заданных команд. Требуемый объем культуральной жидкости в дрож- 35 аппарате поддерживают контуром регулирования, состоящим из датчика 7, регулятора 17 и исполнитель ного механизма 18,установленного на,линии подачи питательного субстрата в аппарат. Щ

Использование способа на дрожжерастительных аппаратах емкостью

1300 м3 на одном из биохимических заводов приводит к увеличению коэффициента выхода дрожжей на 2,1% (в среднем эа год) или к снижению себестоимости выпускаемых за год дрожжей на сумму в размере 19850 руб, на один дрожаппарат.

Способ автоматического управления процессом культивирования микроорганизмов, предусматривающий коррекцию концентрации подаваемого питательного субстрата, о т л и ч- а ю щ и й— с я тем, что; с целью повышения эф- фективности использования питательного субстрата,-коррекцию его концентрации осуществляют в зависимости от.величины концентрации питательного субстрата, соответствующей наибольшему усредненному значению коэффициента выхода биомассы.