Способ автоматического управления процессом непрерывного культивирования микроорганизмов

Способ автоматического управления процессом непрерывного культивирования микроорганизмов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ pg

ИЗОБРЕТ НИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

Г с

1,Г -. с

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. саид-ву—

Р М g э

С 12 Q 3У00//

6 05 0 27/00 (22) Заявлено 190181 (21)3288052/28-13 с присоединением заявки М— (23) Приоритет—

Государственный комитет

СССР по делам изобретеиий и открытий

Опубликовано 07.10.82. Бюллетень 1ио 37

Дата опубликования описания 07. 02. 83 (ЯЗ) УДК 663 ° 14 ° .03(088 ° 8) Г

1 .

Ю. IO. Баз яви чус 1 -": -": ° "5

:<аунасский политехнический институт им. анаса Снечкуса

Ь (72) Автор изобретения (71).Заявитель (54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

ПРОЦЕССОМ НЕПРЕРЫВНОГО КУЛЬТИВИРОВАНИЯ

МИКРООРГАНИЗМОВ

Изобретение относится к микробиологической промышленности, а именно к способам оптимизации процессов непрерывного культивирования микроорганизмов, например кормовых дрожжей..

Известен способ автоматического управления процессом непрерывного ,культивирования микроорганизмов 1), осуществляемый в системе, в которой оптимизацию процесса непрерывного выращивания микроорганизмов проводят путем изменения расхода субстрата в зависимости от скорости роста микроорганизмов в ферментере.

Однако способ не дает возможности поискового слежения за оптимальным состоянием процесса при действии внешних возмущающих воздействий, например при изменении концентрации подаваемого питательного субстрата в ферментер, что снижает точность управления,. а следовательно, и интен:сивность процесса выращивания дрожжей. Способ также не оценивает экономического коэффициента и количества неутилизированного субстрата, что не позволяет эффективно использовать питательный субстрат.

Известен также способ автоматического управления процессом непрерывного культивирования микроорганизмов, преимущественно кормовых дрожжей, предусматривающий. определение экономического коэффициента использования субстрата с последующим. регулированием концентрации подаваемого питательного субстрата, расхода воздуха и раствора минеральных солей (2).

При этом величину экономического коэффициента (отношение количества выращенной биомассы к количеству утилизированного субстрата) определяют через определенные промежутки времени, сравнивают величину экономического коэффициента использования субстрата предшествующего определения с величиной экономического коэффициента последующего определения и в зависимости от результата сравнения корректируют концентрацию питательного субстрата и расходы

25 минеральных солей и воздуха.

Однако функционал управления такого способа не оценивает скорости роста микроорганизмов, а это снижает интенсивность процесса. Определе-.

30 ние движения к оптимуму по момент9б4002

К1 (Опр МРНкс РНпс.) Оп) i (2). расход нейтралиэующего ра- 60 створа; скорость протока через ферментер; кислотность культуральной среды:

Q„p

П

Р" кс ным, а не среднеинтегральным значениям целевой функции, которая при этом не учитывает количества неутилизированного субстрата, снижает эффективность управления.

Целью изобретения является повышение производительности.

Для этого при осуществлении способа автоматического управления процессом непрерывного культивирования микроорганизмов, преимущественно кормо 20 вых дрожжей, предусматривающего определение экономического коэффициента использования субстрата с последующим регулированием концентрации подаваемого питательного субстра-25 та, расхода воздуха и раствора минеральных солей, устанавливают величины градиентов среднеинтегральных значений экономйческого коэффициента использования субстрата, скорос- 20 ти роста микроорганизмов и количества неутилизированного субстрата к изменению концентрации подаваемого питательного субстрата, расхода воздуха и раствора минеральных солей, полученные установленные значения с учетом весовых коэффициентов суммируют, а коррекцию концентрации подаваемого питательного субстрата, расхода воздуха и раствора минеральных солей осуществляют в зависимости о-„ полученного суммарного значения установленных величин.

На чертеже приведена принципиальная схема системы, которая служит для осуществления способа. 35

Пример . Для вычисления градиента среднеинтегрального значения скорости роста микроорганизмов определяют скорость роста микроорганизмов. Известно, что в процессе 40 жизнедеятельности микроорганизмы увеличивают кислотность среды, для компенсации которой подают нейтрализующий раствор. При этом скорость изменения кислотности характеризует 45 скорость роста микроорганизмов, поэтому расход аммиачной воды также зависит от последней и соответствует ей.

Кроме того, на кислотность среди влияет поток субстрата, кислотность которого может отличаться от кислотности среды. С учетом указанных факторов скорость роста микроорганизмов в ферментере определяют по формуле рН„ - кислотность питательного субстрата;

К,К 2 — коэффициенты.

Следовательно, для определения скорости роста микроорганизмов согласно-формуле 1 датчиками 1 и 2 измеряют расход нейтрализующего раствора и скорость протока через фер- ментер, датчиками 3 и 4-кислотности культуральной среды и питательного субстрата. Измеренные величины поступают в блок 5 определения градиента среднеинтегрального значения скорости роста микроорганизмов к изменению концентрации питательного субстрата и расходов раствора минеральных солей и воздуха.

Градиент среднеинтегрального значения неутилизированного субстрата к изменению управляемых величин определяют следующим образом.

Блок б определения градиента соединяют с датчиком 2 и датчиком 7 концентрации PB в культуральной жидкости.

Градиент среднеинтегрального значения экономического коэффициента определяют следующим образом.

На блок 8 определения градиента среднеинтегрального значения экономического коэффициента к изменению управляемых переменных подают сигналы от датчиков 7, 9 и

10 концентрации PB в культуральной жидкости, концентрации PB в подаваемом питательном субстрате и концентрации микроорганизмов в культуральной жидкости соответственно.

Затем суммируют среднеинтегральные величины градиентов, для чего сигналы с блоков 5, б и 8 подают в блок 11 управления, где происходит суммирование градиентов и определение величины управляющего воздействия для коррекции концентрации подаваемого питательного субстрата и расходов минеральных солей и воздуха со следующим рекурентным уравнением

U(n) = О (n-2)+Kty V(n-l)+d„gY(n -2)—

- 2- C(n- 2)) (2)

1 где n — номер поискового шага;

2hYbY;6G- градиенты среднеинтегральных значений скорости роста микроорганизмов, экономического коэффициента использования субстрата и количества неутилизированного субстрата к изменению концентрации питательного субстрата и расходов минеральных солей и воздуха; с(.2,а(2 — весовые .коэффициенты, определяемые по экономическим расчетам и зависящие от производственных ус1

964002 ловий, например запаса питательного субстрата;

К вЂ” параметр настройки, от которого зависят быстродействие и стабильность системы управления.

Периодические преднамеренные изменения концентрации питательного субстрата и расходов минеральных солей и воздуха для определения градиентов осуществляют блоком 11 в соответствии с заложенной программой. Сигналы с этого блока о среднеинтегральных величинах изменения концентрации подаваемого субстрата и расходов минеральных солей и воздуха поступают в блоки 5,6 и 8.

° Коррекцию подаваемого питательного субстрата и расходов минеральных солей и воздуха проводят следующим образом. управляющие сигналы от блока 11 поступают на регулирующие блоки 12, 13 и 14 концентрации питательного субстрата, расхода минеральных солей и расхода воздуха соответственно

Необходимое для культивирования количество раствора минеральных солей и аэрирующего воздуха, соответствующее перерабатываемым PB находят из уравнения материального баланса.

Требуемое изменение концентрации подаваемого субстрата достигают изменением соотношения между гидролиь затом и водой. На выходах блока 12 управляющие сигналы подают на исполнительные механизмы 15 и 16, которые установлены на линиях подачи гидролизата и воды. Сигналы с блоков 13 и 14 поступают на исполнительные механизмы 17 и 18 подачи минеральных солей и воздуха соответственно. На линиях материальных поступлений в ферментер датчики 19, 20, 21 и 22 расхода позволяют контролировать отработку заданных команд

При этом сигнал обратной связи с датчика 7 поступает на блок 12.

Способ позволяет оптимизировать процесс путем поддержания оптимальных среднеинтегральных значений скорости роста микроорганизмов, количества неутилизированного субстрата и экономического коэффициента использования субстрата. При этом обеспечиваются повыаение производителГ-" ности ферментера по выходу биомассы в среднем на 3-5Ъ и снижение расхода питательных веществ на 2-3Ъ.

Предлагаемый способ может быть использован на предприятиях микробиологической промышленности при культивировании микробных белковых препаратов, аминокислот, жиров, кор-: мовых дрожжей. Способ может также

10 найти применение на тех предприятиях, где на отходах основного производства могут выращиваться кормовые дрожжи, например на предприятиях целлюлозно-бумажной промышленности.

t5

Формула изобретения

Способ автоматического управления

2О процессом непрерывного культивирования микроорганизмов, преимущественно кормовых дрожжей, предусматривающий определение экономического коэффициента использования субстрата

25 с последующим регулированием концентрации подаваемого питательного субстрата, расхода воздуха и раствора минеральных солей, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повыЗО шения производительности, устанавливают величины градиентов среднеинтегральных значений экономического коэффициента использования субстрата, скорости роста микроорганизмов и количества неутилизированного субстрата к изменению концентрации подаваемого питательногО субстрата, расхода воздуха и раствора минеральных солей, полученные установленные значения с учетом весовых коэффи40 циентов суммируют, а коррекцию концентрации подаваемого питательного субстрата, расхода воздуха и раствора минеральных солей осуществляют в зависимости от полученного суммар45 ного значения установленных величин.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

5О Р 522228, кл. С 12 Q 3/00, 1976.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 507625, кл. С 12 Q 3/00, 1976.

964002

Заказ 263/2 Тираж 505

BHHHIIH Государственного комитета СССР по .делам изобретений и открытий

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

Подписное

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

I Составитель H. Арцыбашева

Редактор 3. Бородкина Техред Ж.Кастелевич Корректор > Макаренко