SU1073283A1 - Система автоматического управлени процессом непрерывного выращивани микроорганизмов - Google Patents

Abstract

СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ НЕПРЕРЫВНОГО ВЫРАЩИВАНИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ,содержаща  контуры регулировани  подачи воздуха, воды, минеральных солей и гидролизата и контуры стабилизации объему, кислотности и температуры культуральной среды, датчики концентрации дрожжевой суспензии, расхода и концентрации поступающего субстрата и расхода минеральных солей, регул тор соотношений, выход которого соединен с регул торами контуров регулировани  подачи воздуха, воды минеральных солей и гидроли li&iljii: ;, J зата, блок определени , коэффициента технологических затрат питательного субстрата и минеральных солей, приведенных на единицу полученной биомассы, вход которого св зан с датчиками., концентрации дрожжевой суспензии, расхода и концентрации поступающего субстрата и расхода минеральных солей, и блок времени, отличающа с  тем, что, с целью увеличени  производительности и эффективности использовани  питательного, субстрата, она снабжена блоком определени  градиента среднеинтегрального. значени  коэффициента технологических затрат, питательного субстрата и ми неральных солей, приведенных на единицу полученной биомассы, вход которопо соединен с блоком времени и с блоком определени  коэффициента технологических затрат питательного субстрата и минеральных солей, приведенных на единицу полученной биомассы , а выход - с регул тором ,соотношений . VI СО to 00 со

Description

Изо1 ретение относитс  к системам управлени  процессами непрерывного выращивани  микроорганизмов, например кормовых дрожжей, на субстратах гидролизного производства и может быть использовано в микробиологической промышленности.

Известна система автоматического управлени  процессом непрерывного культивировани  микроорганизмов, содержаща  контуры регулировани  подачи воздуха, воды, питательных солей, гидролизата, температуры дрожевой суспензии в аппарате, рН дрожжевой суспензии и объема биомассы в аппарате, датчик концентрации редуцирующих веществ в поступающем субстрате и отбираемой культуральной жидкости, блок определени  экономического коэффициента, блок сравнени  пред1аествующего. значени  экономического коэффициента с последующим и блок времени, при этом вход блока определени  экономического коэффициента соединен с датчиками концентрации дрожжевой суспензии и редуцирующих веществ в поступающем субстрате и отбираемой культуральной жидкости, а выход - посредством регул тора соотношени  с регул торами контуров регулировани  подачи воздуха, воды, минеральных солей и гидролиэата Cl.

Недостатком данной системы  вл етс  высока  себестоимость биомассы , так как экономический коэффициент не оценивает количества неутилизированного субстрата, что снижает эффективность его исполь-зовани . Кроме того, система не оценивает эффективности использовани  минеральных солей, так как экономический коэффициент не оценивает величину их расхода.

Наиболее близкой к изобретению  вл етс  система автоматического управлени  процессом непрерывного выращивани  микроорганизмов, содержаща  контуры регулировани  подачи воздуха, воды, минеральных солей, и гидролизата и контуры стабилизации объема, кислотности, и температуры культуральной среды, датчики концентрации дрожжевой суспензии, расхода и концентрации поступающего субстрата и расхода минеральных солей , регул тор соотношений, выход которого соединен с регул торам контуров регулировани  подачи воздуха , воды, мийеральных солей и гидролизата , блок определени  коэффициента технологических затрат питательного субстрата и минеральных солей, приведенных на единицу полученной биомассы, вход которого соединен с датчиками концентрации дрожжевой суспензии,расхода и концентрации поступающего субстрата и расхода минеральных солей, и блок времени 23.

Недостатком этой системы  вл етс низка  точность управлени , а тем самым и интенсивность процесса выращивани  микроорганизмов, так как управление ведетс  по моментам, а не среднеинтегральным значени м коэффициента технологических затрат питательного субстрата и минеральных солей, приведенных на единицу полученной биомассы, что снижает , качество работы системы. Кроме того, величина поискового шага не зависит от величины изменени  коэф фициента технолоричеСких затрат, вызванного единичным изменением управл ющего воздействи , что увеличивает врем  переходных процессов, а это снижает эффективность исполь .эовани  питательного субстрата.

Эффективность использовани  питательного субстрата увеличивает снижение коэффициента технологических затрат питательного субстрата, приведенного на единицу полученной биомассы.

Целью изобретени   вл етс  увеличение производительности и эффективности использовани  питательного субстрата.

Поставленна  цель- достигаетс  тем, что система автоматического управлени  процессом непрерывного вырсвдивани  микроорганизмов, содержаща  контуры регулировани  подачи воздуха, воды, минеральных солей и гидролизата и контуры стабилизации объема, кислотности и температуры культуральной среды, датчики концентрации дрожжевой суспензии , расхода и концентрации поступающего субстрата и расхода минеральных солей, регул тор соотношений , выход которого соединен с регул торами контуров регулировани  подачи воздуха, воды,, минеральных солей и гидролизата, блок определени  коэффициента технологических затрат питательного субстрата и минеральных солей, приведенных на единицу полученной биомассы, вход которого св зан с датчиками концентрации дрожжевой суспензии, 1 асхода и концентрации поступакддего субстрата , и расхода минеральных солей и блок времени, снабжена блоком определени  градиента среднеинтегрального значени  коэффициента технологических затрат питательного субстрата и минеральных солей, приведенных на единицу полученной биомассы, вход которого соединен с блоком времени и с блоком определени  коэффициента технологических затрат питательного субстрата и минеральных солей, приведе,нных на единицу полученной биомассы, а выход с регул тором соотношений.

На чертеже изображена система автоматического управлени  процессом непрерывного выращивани  микроорганизмов .

Система содержит контуры регулировани  подачи воздуха, воды, минеральных солей и гидролизата и дл  обеспечени  устойчивости характеристик процесса контура стабилизации объема, кислотности и т.емпературы культуральной среды в ферментере 1, датчики 2-5 соответственно концентрации дрожжевой суспензии расхода и концентрации поступающего в Ферментер субстрата и расхода минеральных солей.

Контур подачи.воздуха включает датчик б расхода, регул тор 7 и исполнительный механизм 8.

Контур регулировани  подачи воды включает датчик 9 расхода, регул тор 10 и исполнительный механизм 11

Контур регулировани  подачи минеральных солей содержит датчик 5 расхода минеральных солей, регул тор 12 и исполнительный механизм 13

Контур регулировани  подачи гидролизата включает датчик 14 расхода , регул тор 15, исполнительный механизм 16.

Контур стабилизации объема дрожжевой суспензии в ферментере состоит из датчика 17, регул тора 18 и исполнительного механизма 19, установленного на линии отбора дрож- жевой суспензии. Контур стабилизации кислотности дрожжевой суспензии включает датчик 20 кислотности/ регул тор 21 и исполнительный ме .ханизм 22 на линии подачи раствора аммиака в ферментер.

Контур стабилизации температуры дрожжевой суспензии в ферментере включает датчик 23 температуры, регул тор 24 и .исполнительный механизм 25 на линии подачи охлаждающей воды.

Кроме того, система содержит регул тор 26 соотношений, выход которого соединен с регул торами 7, 10., 12 и. 15 контуров подачи воздуха , воды, минеральных солей и гидролизата и блок 27 времени.

Система также снабжена блoкcuvш 28 и 29 определени  коэффициента технологических затрат питательного субстрата и минеральных солей, приведенных на единицу полученной биомассы , и определени  градиента среднеинтегрального значени  (коэффи-. циента технологических затрат питательного субстрата и минеральных солей, приведенных на единицу полученной биомассы), при этом вход

блока 29 соединен с блоком 27 времени , а выход - с регул тором 26 соотношений, вход блока 28 св зан с датчиками 2-5 концентрации дрожжевой суспензии, расхода и концентрации поступающего субстрата и расхода минеральных солей, а выход с блоком 29 определени  градиента среднеинтегрального значени  коэффициента технологических затрат питательного субстрата и минеральных солей, приведенных на единицу полученной бирмассы.

Система работает следующим образом .

Датчики 2-5 измер ют концентра;цию дрожжевой суспензии, расход и концентрацию поступающего субстрат и расход минеральных солей. Сигналы измерени  величин поступают в блок 28 определени  коэффициента технологических затрат питательног субстрата и минеральных солей, приведенных на единицу полученг й биомассы , где осуществл етс  автоматичёское вычисление себестоимости биомассы. Полученный результат подают на вход блока 29 определени  градиента среднеинтегрального значени  коэффициента технологических затрат в п-м интервале времени Срр (п) с его среднеинтегральной величной в предшествующем интервале (п-1), от изменени  управл ющего воздействи  в п-1 интервале JU(п-1) (концентрации подавл емого субстрата и расхода минеральных солей) и в зависимости от результатов сравнени  на вход регул тора 26 соотношений поступает сигнал об изменении редуцирующих веществ (РВ) субстрата и соответствующих им подач воды,гидролизата,воздуха и минеральных СОЛ ей. Величину управл ющего сиг нала можно выразить выражением )-С (nnj

ср

ср

:U(nb.U|n-.)-K j, .

если Cj. (n)-Cgp (п-1)0,

U(n);U(n.2/-K-V± 5 :: .. .. лиСпгИ . если С (n) (n-l)0,

где Г - среднеинтегральна  . Q величина себестоиJ мости в интервале С . времени Т; 4и(п-1)

и(п-1)-и(п-2)- величина измерени  управл ющего воздействи  в п-1 интервале времени;

К - коэффициент, усилени от величины которого завис т динамические свойст.ва системы.

Блок времени 27 служит дл  задани  промежутков времени/ через которые осуществл етс  определение градиента среднеинтегрального значени  коэффициента технологических затрат питательного субстрата и минеральных солей, приведенные на единицу полученной биомассы.

С выходов регул тора 26 соотношений на входы Задание регул торов 7, ГО, 12 и 15 поступают сигналы , измен ющие величину Задание , что приводит к рассогласованию текущих значений измер емой величины, поступающей с датчиков 6, 9, 5 и 14, соответственно и заданием . Определенные этим, рассогласованием команды с регул торов 7, 10,12 и 15 поступают на исполнительные механизмы 8, 11, 13 и 16 контуров регулировани  подачивоздуха , минеральных солей, воды И гидролизата, . .

В случае превышени  заданного объема культуральной жидкости в ферментере 1 возникает рассогласование в регул торе 18 между заданньлм и текущим .значени ми объема дрожжевой суспензии, измер емым посредством датчика 1.7. В результате этого исполнительный механизм 19 на линии отбора дрожжевой суспензии восстанавливает заданный объем дрожжевой суспензии.

Регулирование кислотности куль- туральной жидкости осуществл етс  регул тором 21 посредством исполнительного механизма 22 на линии подачи аммиачной воды в ферментере. Сигналом регулировани  служит рассогласовани  между заданным и текущим .значени ми кислотности, измер емыми

датчиком 20.

Термостатирование процесса культивировани  осуществл етс  регул то ром 24 посредством воздействи  на исполнительный механизм 25, уста0 новленный на линии подачи охлаждающей воды в змеевик, или на наружную поверхность ферментера при наличии рассогласовани  между заданием и текущим значением темпера5 туры, измер емой датчиком 23.

Предлагаема  система управлени  JDtaeT снижение себестоимости биомассы по сравнению с прототипом 6%.

Q Также уменьшаетс  отклонение концентрации биомассы и субстрата от оптимальной величины на 5-7%, что повышает точность управлени  системы . Это достигаетс  за счет под5-Д Рж чи  себестоимости биомассы в области оптимума и управлени  по среднеинтегральному значению целевой функции. Данна  система управлени  может быть использована в первую очередь на предпри ти х, где на отходах основного производства могут выращиватьс  кормовые дрожжи. Реализаци  системы управлени  может быть осуществлена на серийно выпускаемой .Аппаратуре, а также с

5 использованием ЭВМ.

Claims (1)

1. СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ НЕПРЕРЫВНОГО ВЫРАЩИВАНИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ,содержащая контуры регулирования подачи · воздуха, воды, минеральных солей и гидролизата и контуры стабилизации объему, кислотности и температуры культуральной среды, датчики концентрации дрожжевой суспензии, расхода и концентрации поступающего субстрата и расхода минеральных солей, регулятор соотношений, выход которого соединен с регуляторами контуров регулирования подачи воздуха, воды, минеральных солей и гидроли зата, блок определения коэффициента технологических затрат питательного субстрата и минеральных солей, приведенных на единицу полученной биомассы, вход которого связан с датчиками.концентрации дрожжевой суспензии, расхода и концентрации поступающего субстрата и расхода минеральных солей, и блок времени, отличающаяся тем, что, с целью увеличения производительности и эффективности использования питательного субстрата, она снабжена блоком определения градиента среднеинтегрального.значения коэффициента технологических затрат питательного субстрата и ми- $ неральных солей, приведенных на единицу полученной биомассы, вход которого соединен с блоком времени и с блоком определения коэффициента технологических затрат питательного субстрата и минеральных солей, при- 2 веденных на единицу полученной биомассы, а выход - с регулятором соотношений.