Система автоматического управления процессом непрерывного культивирования микроорганизмов

Система автоматического управления процессом непрерывного культивирования микроорганизмов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

<»>981964 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 060231 (2i } 3245390/20-13 с присоединением заявки М(23) Приоритет—

Опубликовано 15.1232. Бюллетень 46

Дата опубликования описания 1 g.1 23 2 (И3 М. Кл.

G 05 0 27/00

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 6 6 3 . 132 (088. 8) 4

Всесоюзный научно-исследовательский институт биосинтеза белковых веществ (71) Заявитель (54) СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ

НЕПРЕРЬ1ВНОГО КУЛЬТ 1ВИРОВАНИЯ МИКРООРГАНИЗМЕL

Изобретение относится к микробиологической промышленности и может быть использовано для управления процессами культивирования микроорганизмов.

Известна система автоматического управления процессом выращивания микроорганизмов, содержащая контур стабилизации температуры, рН, контур регулирования подачи питательных солей, воды и воздуха на азрацию, а также снабженная датчиком плотности теплового потока, датчиками температуры воздуха, охлаждающей воды на входе и выходе и вычислительным устройством, причем регулирование подачи субстрата осуществляют пропорционально балансу, определяемому в биореакторе (11.

Однако при культивировании микроорганизмов необходимо обеспечить наиболее оптимальный режим для возможности максимального выхода биомассы за заданный промежуток време IH.

Известная схема не обеспечивает поддержания в биореакторе заданной концентрации остаточного субстратаодновременно с оптимальным соотношением субстрата, затрачиваемого на ,конструктивный и энергетический об мен в процессе непрерывного культивирования микроорганизмов.

Наиболее близкой по технической сущности к предложенной является система автоматического управления процессом непрерывного выращивания микроорганизмов, содержащая датчик концентрации биомассы микроорганизмов и контуры регулирования подачи субстрата, питательных солей, температуры среды, уровня в -ферментере, рН среды и отбора среды иэ ферментера.

Эта система позволяет осуществлять автоматическое управление процессом выращивания микроорганизмов по основному качественному показателю — концентрации биомассы j2 ).

Недостатком данной системы является отсутствие возможности выбора оптимальной скорости роста микроорганизмов при изменении характера технологического процесса, что препятствует получению максимально возмо>кного выхода биомассы.

Целью изобретения является повышение выхода биомассы.

Цель достигается тем, что в системе автоматического управления процессом непрерывного культивиро981964

40 вания:ликроорганиэмов, содержащий датчик концентрации биомассы микроорганизмов и контуры регулирования подачи субстрата, питательных солей, температуры среди, уровня в ферментере, рН среды и отбора среды из 5 ферментера, .она дополнительно снабжена датчиком плотности теплового потока, датчиками растворенного кислорода и остаточной концентрации субстрата, и логическим блоком, 10 входы последнего соединены с датчиками растворенного кислорода, теплового потока, концентрации остаточного субстрата, и биомассы микроорганизмов, а выходы — через соответ-)g стнующие регуляторы с исполнительными механизмами контуров регулирования подачи субстрата и отбора среды из фсрментера, при этом датчик растворенного кислорода подключен к регулятору подачи субстрата, а датчик концентрации остаточного субстра.та — к регулятору отбора среды из ферментера.

На черте>ке изображена блок-схема предложенной системы управления.

Система содержит ферментер 1 с линиямн подачи минеральных солей, амми=-к;:.„ субстрата, охлаждающей воды и;п<нлй отбора.

Контур регулирования подачи пи- 30 тательных солей нключает датчик 2 уровня, подключенный на вход вторичного прибора 3, и датчик 4 расхода раствора минеральной соли, выход которого соединен с входом регулято- 35 ра 5„- куда также подключен вторичный прибор 3; выход регулятора 5 связан с входом исполнительного механизма 6 на линии подачи раствора ми-r-=pasrseex солей.

Контур регулирования рН з ферментере включает датчик 7 величины рН, связанный с входом регулятора 8, с выходом которого соединен исполнительный механизм 9 на линии подачи раствора амм-.ака.

Контур регулирования температуры включает датчик 10 температуры, подключенный на вход регулятора 11, с выходом которого связан исполнительный механизм 12, установленный на линии подачи охлаждавщей воды.

Контур коррекции времени пребывания биомассы в ферментере включает датчик 13 концентрации биомассы, связанный с входом вторичного прибора 14, и датчик 15 плотности теплового потока, связанный с входом вторичного прибора 16; ныходы вторичных приборов 14, 16 соединены с входом логического блока 17, выход кото-60 рого подключен к входу регулятора 18,а выход регулятора 18 подключен к входу исполнительного ме::анизма 19, установленного на линии отбора из фер>лентера., 65

Контур подачи субстрата в ферментер содержит датчик 20 количества остаточного субстрата, снязанный с входом вторичного прибора 21, а также датчик 22 концентрации растворенного кислорода, связанный с входом вторичного прибора 23; выходы вторичных приборов 21 и 23 связаны с нходом логического блока 17, выход которого подключен к входу регулятора 24, а выход регулятора

24 подключен к входу исполнительного механизма 25, установленного на линии подачи субстрата в ферментер.

Система автоматического управления процессом непрерывного культивирования микроорганизмов работает следующим образом.

В процессе непрерывного культивирования микроорганизмов в ферментер

1 подают заданный объем раствора минеральных солей, величину которого поддер>кивают с помощьв датчика 4 ра.схода через вторичный прибор 3 и регулятор 5 с помощьв исполнительного механизма 6, и контролируют датчиком 2 уровня.

Расходом раствора аммиачной воды для поддержания в ферменте 1 заданного рН управляют с помо|цью исполнительного механизма 9, команду на который передает регулятор 8 согласно сигналу с датчика 7 величины рН. Расходом воды на охлаждение ферментера 1 управляет исполнительный механизм 12 по сигналу датчика 10 температуры через регулятор 11.

Сигнал с датчика 13 концентрации биомассы поступает на вторичный прибор 14, с которого преобразованный сигнал поступает на логический блок

17, на который поступает сигнал с датчика 15 плотности теплового потока через вторичный прибор 16. Логический блок 17 производит анализ сигналов с датчиков 13 и 15 и вырабатывает корректирующий сигнал, поступающий на регулятор 18, куда. также поступает сигнал непосредственно с датчика 13 концентрации биомассы через вторичный прибор 14. Регулятор 18 посылает сигнал на исполнительный механизм 19, регулирующий отбор биомассы из биореактора.

Сигнал с датчика 20 количества остаточного субстрата через вторичный прибор 21 поступает также на логический блок 17. Одновременно туда же поступает сигнал с датчика 22 концентрации растворенного кислорода через вторичный прибор 23. Анализируя зти сигналы, логический блок 17 выдает корректирующий сигнал на регулятор 24, на который поступает также сигнал непосредственно с датчика 20 через вторичный прибор 21. Регулятор

24 посылает сигнал на исполнительный

981964 механизм 25, регулирующий подачу субстрата в ферментер 1.

При повышении интенсивности процесса ферментации усиливается сигнал с датчика 15 плотности теплового по тока, который поступает через вторичный прибор 16 в логический блок 17.

Одновременно в логический блок 17 поступает сигнал с датчика 13 концентрации биомассы через вторичный прибор 14, информируя об изменении 10

Величины концентрации биомассы в ферментере. Логический блок 17 выдает на регулятор 18 команду об увеличении отбора биомассы из ферментера 1 через исполнительный механизм 19, кор- 15 ректируемую на регуляторе 18 сигналом непосредственно с датчика 13 концентрации биомассы. При увеличении отбора биомассы из ферментера 1 по команде с датчика 2 уровня увеличи- 20 вается подача раствора минеральных солей для поддержания заданного уровня биомассы в ферментере 1 и удовлетворения потребности ее в минеральном питании. Температуру и рН автома- gg тически поддерживают на заданном уровне. Далее логический блок анализирует сигнал с датчика 22.растворенного кислорода, и если он не ниже критического, то подает сигнал регулятору 24 для регулирующего органа 25 на увеличение подачи субстрата. Одновременно на логический блок 17 поступает сигнал с датчика 20 количества остаточного субстрата, информируя об уровне остаточного субстрата в ферментере. Система поддерживает в ферментере оптимальную скорость роста микроорганизмов, фиксируя изменение концентрации растворенного кислорода, создает оптимальную нагрузку ферментера 1 по субстрату и одновременно, анализируя величину плотности теплового потока, обеспечивает поддержание оптимально- го времени пребывания биомассы в ферментере, оперативно меняя величину отбора биомассы из ферментера 1 чем обеспечивает повышение выхода биомассы от заданного субстрата на

7-10Ъ.

Формула изобретения

Система автоматического управления процессом непрерывного культивирования микроорганизмов, содержащая датчик концентрации биомассы микроорганизмов и контуры регулирования подачи субстрата, питательных солей, температуры среды, уровня в ферментере, . рН среды и отбора среды из ферментера, отличающаяся тем, что, с целью повышения выхода биомассы, она снабжена датчиком плотности теплового потока, датчиками растворенного кислорода и остаточной концентрации субстрата, и логическим блоком, эхо последнего соединены с датчиком растворенного кислорода, теплового потока, концентрации остаточного субстрата и биомассы микроорганизмов, а выходы — через соответствующие регуляторы с исполнительными механизмами контуров регулирования подачи субстрата и отбора среды иэ ферментера, при этом датчик растворенного кислорода подключен к регулятору подачи субстрата, а датчик концентрации остаточного субстрата к регулятору отбора среды из ферментера.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

1;- 661003, кл. С 12 В 1/08, 1979.

2. Авторское свидетельство СССР

9 308060, кл. С 12 В 1/08, 1971.

981964

Составитель Г. Богачева

Редактор A. Долинич Техред N.Коштура Корректор Г. Решетник

Заказ 9710/67 Тираж 914 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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