Способ автоматического управления процессом выращивания микроорганизмов

Способ автоматического управления процессом выращивания микроорганизмов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Социалистические республик (934460 (6l ) Дополнительное к авт. свнд-ву (22)За»влено 12.OS.80 (2l) 2970869/28-13 с присоединением заявки РЙ (23) Приоритет

Опубликовано 07.06.82. Бюллетень № 21

Дата опубликовани» описания 09.06.S2 (5! )М. Кл.

О 0523 27/00

1Ьаударственньй квинтет

СССР

00 делам нмбветеннй н втерцтнй (53) УДК 663,1 (088. 8) М,д.

H.Р.- : Юеупбекрв

"Ъ., »» ение "" " - -. ма -- ..-. -:-". с:;.т

»е»» (72) Авторы изобретения

В.Ф.Лубенцов, lO.Ã.Êîëïèêoâ, A.В.Бабаянц

Грозненское научно-производственное объе

"Промавтоматика" (7l) Заявитель (54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ

ВЫРАЩИВАНИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ

Изобретение относится к микробиологии, а именно технике управления процессом выращивания микроогранизмов мицелиальных форм» »продуцентов антибиотических веществ, и может быть использовано в микробиологической промышленности.

Известен способ управления процессом выращивания микроорганизмов, заключающийся в измерении концентрации растворенного углекислого газа в культуt0 ральной жидкости и подаче воздуха на аэрацию (11 и 12 j

Недостатком известного способа является невысокий выход целевого продукта вследствие невысокой эффективности

1S процесса управления, обусловленной тем, что при изменении подачи воздуха на аэрацию не учитывается действительное содержание растворенного кислорода в культуральной жидкости.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ автоматического управления процессом выращивания микроорганизмов, заключающийся в регулировании давления и температуры в ферменторе, и измерении концентрации растворенного в среде углекислого газа и регулировании подачи воздуха на аэрацию CSJ.

Спнако в известном способе не всегда могут быть обеспечены оптимальные условия процесса выращивания микроорганизмов мицелиальных форм, что снижает выход целевого продукта.

Цель изобретения — увеличение выхода целевого продукта.

Поставленная цель достигается тем, что в способе автоматического управления процессом выращивания микроорГаниэмов, заключающемся в регулировании давления и температуры в ферментере, в измерении концентрации растворенного в среде углекислого газа и регулировании подачи воздуха на аэрацию, измеряют концентрацию растворенного в среде кислорода, а подачу воздуха осуществляют по концентрации растворенного кислорода при концентрации растворенного углекис3 93446 лого газа ниже заданной и по величине концентрациФ растворенного углекислого газа, если эта величина выше заданной, причем осуществляют максимальную подачу воздуха, если величина концентрации растворенного углекислого газа в среде выше допустимой и значение концентрации растворенного кислорода ниже крити:ческой.

На чертеже изображеНа схема, пояс- 10 няющая предлагаемый способ.

Схема содержит ферментер 1, датчик

2 для измерения концентрации растворенного в культуральной жидкости кислопода рО, связанный с регулятором 3, подключенным к первому переключающему реле 4, датчик 5 для измерения конФ центрации растворенного в культуральной жидкости углекислого газа рСО,, связанный с регулятором 6 первым пороговым элементом 7, подключенными также к первому переключающему реле 4, датчик 8 расхода воздуха, связанный с регулятором 9 стабилизации расхода воздуха на аэрацию, подключенным ко второ- 5 му переключающему реле 10 и связанным с первым переключающим реле 4, причем второе переключающее реле 10 связано с релейным 11 и логическим 12 блоками„к последнему подключены второй

13 и третий 14 пороговые элементы, связанные соответственно с датчиками 2 и 5, выход второго переключающего реле

10 подключен к исполнительному механизму 15. Кроме 1 ого, схема содержит датчик 16 температуры, связанный с регуля-:

35 тором 17, выход которого подключен к исполнительному механизму 18, и датчик 19, измеряюший давление в аппарате 1 и связанный с регулятором 20, 40 выход которого подключен к исполнительному механизму 21, Способ осушествляется следуюшим образом, l3 начале процесса выращивания микроорганизмов концентрация растворенного углекислого газа и культуральной жидкости незначительная в связи с невысокой интенсивностью выделения углекислого газа микроорганизмами и на выходе датчика 5 сигнал близок к нулю. Этот сигнал поступает на регулятор 6 и подается на первый пороговый, элемент 7.

B данном случае величина этого сигнала ниже заданного порога срабатывания элемента 7 и сигнал на его выходе отсутствует, при этом переключающее реле

4 коммутирует сигнал с регулятора 3 концентрации растворенного в культураль0 ной жидкости кислорода на регулятор 9 стабилизации расхода воздуха. В этом случае осуществляется регулирование концентрации растворенного в культуральной жидкости кислорода. Изменение концентрации рО. воспринимается датчиком 2 и вызывает изменение сигнала на выходе оегчлятора 3, причем значение концентрации рСО в этом случае ниже допустимого, поэтому величина сигнала на входе порогового элемента 14 ниже заданного его порога срабатывания и сигнал на его выходе отсутствует. Значение концентрации рО в культуральной жидкости выше критического, поэтому величина сигнала на входе порогового элемента 13 ниже заданного его порога срабатывания и сигнал на его выходе также отсутствует, при этом сигнал на выходе логического блока 12 также отсутствует и переключающее реле 10 коммутирует сигнал с регулятора 9, формирующего результирующее воздействие на исполнительный механизм 15, с помощью которого осуществляется изменение подачи воздуха на аэрацию.

Дальнейшее развитие микроорганизмов характеризуется повышением интенсивности дыхания микроорганизмов и сопровождается выделением углекислого газа, при этом его концентрация в культуральной жидкости увеличивается, что воспри- нимается датчиком 5 и вызывает возрастание его выходного сигнала. При достижении заданного значения концентрации рСО, характеризующего момент наступления ингибирующего воздействия повышенной концентрации рСО на процесс выращивания микроорганизмов, происходит срабатывание порогового элемента 7, на выходе которого появляется управля-. вший сигнал, воздействующий на переключающее реле 4. В этом случае переключающее реле 4 коммутирует на регулятор 9 сигнал с регулятора 6 концентрации растворенного углекислого газа в культуральной жидкости. Значе- . ние концентрации рСО, вызвавшее срабатывание порогового элемента 7, остается ниже допустимого, а значение концентрации рО превышает критическое значение, вследствие чего сигналы на выходе пороговых элементов 14 и 13 отсутствуют, и логический блок 12 не выдает команды на переключение реле 10.

Переключающее реле 10 продолжает коммутировать сигнал с выхода регулятора

9 на исполнительный механизм 15, при этом осуществляется регулирование кон034460

5 центрации рСО в культуральной жид— кости изменением подачи воздуха на аэрацию.

При повышении интенсивности дыхания происходит увеличение концентрации рас- % творенного углекислого газа в культуральиой жидкости, чтоприводит к возрастанию сигнала на выходе регулятора 6, который поступает на регулятор 9, где формируется результирующее воздействие, 10 направленное на увеличение, потока аэрирующего воздуха с помощью исполнительного механизма 15. Увеличение подачи воздуха в аппарат позволяет за счет увеличения оттока углекислого газа из куль- IS туральной жидкости уменьшить концентрацию рСО до заданного значения, не оказывающего ингибирующего влияния на . процесс биосинтеэа.

По мере дальнейшего развития микро- щ организмов концентрация растворенного .в культуральной жидкости кислорода в связи с возрастающей потребностью микроорганизмов и кислороде продолжает уменьшаться, а концентрация раст- 2S воренного углекислого газа в культуральной жидкости в связи с интенсификацией метаболических процессов и ухудшением массообменных характеристик аппарата увеличивается. В некоторый мо- 0 мент времени концентрация pOZ становится ниже критической, а концентрация рСОа становится выше допустимой. Уменьшение концентрации рО вызывает снижение сигнала на выходе датчика 2, а

35 повышение концентрации рСО вызывает увеличение сигнала на выходе датчика 5.

При достижении значения концентрации рО,, ниже критического происходит срабатывание порогового элемента 13, на выходе которого появляется сигнал, поступающий на логический блок 12, а при достижении значения рСО> выше допустимого происходит срабатывание порогового элемента 14, на выходе которого появляется сигнал, поступающий также на логическии блок 12. В этом случае логический блок 12 выдает управ:ляющий сигнал, воздействующий на лере ключающее реле 10, которое прекращает коммутировать сигнал с выхода регулятора 9 и коммутирует сигнал с выхода релейного блока 11 на исполнительный механизм 15. 3а счет управляющего воздействия релейного блока 11 по- дача воздуха на аэрацию осуществляет5S ся на максимальном уровне в течение некоторого времени, обеспечивающем повышение концентрации рОр. и снижение концентрации рСО до заданных уровней.

При уменьшении концентрации раствореного углекислого газа ниже допустимой

I величины происходит срабатывание порогового элемента 14, выходной сигнал которого при этом обнуляется. В этом случае сигнал с выхода порогового элемента 14 на вход логического блока 12 не поступает, при этом логический блок 12 прекращает подачу управляющего сигнала. на переключающее реле 10, которое прекращает коммутировать сигнал с выхода релейного блока ll и коммутирует вновь сигнал с выхода регулятора 9 на исполнительный механизм 15. Если в рассматриваемом случае концентрация рСО, продолжает оставаться выше заданного значения, установленного на пороговом эле- менте 7, то на его выходе остается сигнал, воздействующий на переключающее реле 4, которое коммутирует на регулятор

9 сигнал с регулятора 6 концентрация растворенного углекислого газа в культуральной жидкости, при этом осуществля» ется регулирование концентрации рСО и культуральной жидкости изменением подачи воздуха на аэрацию.:Подача воздуха на максимальном уровне и последующий. переход к регулированию концентрации рСОд обеспечивает повышение «онцентрации рО в культуральной жидкости и при уменьшении концентрации рСО, до заданного .биосинтеза, происходит срабатывание порогового элемента 7, что обуславливает отсутствие сигнала на его выходе.

Переключающее реле 4 прекращает коммутировать сигнал с регулятора 6 концентрации рСО на регулятор 9 и коммутирует сигнал с регулятора 3 концентрации рО на регулятор 9, который формирует результирующее воздействие на исполнительный механизм 15, с помощью которого осуществляется подача воздуха на аэрацию в соответствии с потребностями микроорганизмов в кислороде.

Стабилизация температуры и давления в ферментере 1 осуществляется comaeTственно с помощью регуляторов 17 и 20 и исполнительных механизмов 18 и 21, воздействующих на подачу воды на охлаждение и сбор отходящих газов.

Использование предлагаемого способа по сравнению с известным повышает эффективность управления, за счет чего достигается повышение выхода целевого продукта на 1-1,5%. формула изобретения

Способ автоматического управления процессом выращивания микроорганизмов, 93 эакамяающийся в регулировании давления

iH темаературы в ферментере, в измерении концентрации растворенного в среде .углекислого газа и регулировании подачи воздуха на аэрацию, о т л и ч а ю— щ и и с н тем, что, с целью увеличе° ния выхода целевого продукта, измеряют концентрацию растворенного в среде кислорода, а -подачу воздуха осуществляют по концентрации растворенного кис лорода при концентрации растворенного углекислого газа ниже заданной и по величине концентрации растворенного углекислого газа, если эта величина выше заданной, причем осуществляют максимальную подачу воздуха, если ве. личина концентрации растворенного угле4460 8 кислого газа в среде выше допустимой и значение концентрации растворенного кислорода ниже критической.

5 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Зинатис. Оснащение ферментеров.

Сборник статей МАН Латвийской ССР, Рига, 1980.

2. Авторское свидетельство СССР

N. 535340, кл. С 12 В 1/08, 15. 11.76.

3. Бирюков В. В., Ицыгин С. Б.

Растворенный углекислый гаэ как пара1 метр управления в процессах ферментации. — "Химико-фармацевтический журнал", 1976, 14 4, с. 122-126 (поототип).

ВНИИПИ Заказ 3935/44 Тираж 914 Подписное

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