SU1094027A2

SU1094027A2 - Method of automatic control of process for sterilizing culture medium

Info

Publication number: SU1094027A2
Application number: SU833568583A
Authority: SU
Inventors: Валерий Максимович Холопов; Юрий Григорьевич Лакеев
Original assignee: Грозненское Научно-Производственное Объединение "Промавтоматика"
Priority date: 1983-03-28
Filing date: 1983-03-28
Publication date: 1984-05-23

Abstract

СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ СТЕРИЛИЗАЦИИ ПИТАТЕЛЬНЫХ СРЕД по авт. св. № 913345, отличающийс тем, что, с целью повьшени качества управлени , непрерывно измер ют в зкость стерилизуемой среды перед нагревателем , а подачу острого пара в нагреватель корректируют в зависимости от измеренной в зкости.A METHOD FOR AUTOMATIC CONTROL OF THE STERILIZATION OF THE FOOD MEDIUM OF THE AUTHOR St. No. 913345, characterized in that, in order to improve control quality, the viscosity of the medium to be sterilized is measured before the heater, and the supply of direct steam to the heater is adjusted depending on the measured viscosity.

Description

Изобретение относитс к автоматизации управлени технологическими . Процессами, а именно к способам авто матического управлени процессом сте рилизации питательных сред в микробиологической , медицинской и пищевой промышленности. По основному авт. св. № 913345 известен способ автоматического упра лени процессом стерилизации питател ных сред, заключающийс в регулирова нии температуры нагрева стерилизуемо питательной среды изменением подачи среды и острого вод ного пара в нагреватель , причем подачу острого пар осуществл ют с коррекцией по темпера туре среды после нагревател , а задание на изменение подачи среды корректируют по подаче острого пара, в пусковом режиме изменение подачи сре ды осуществл ют по линейно возрастающему закону. В предпусковом режиме подачу острого пара корректируют в зависимости от температуры после холодильника ll. Недостатком известного способа вл етс недостаточно высокое качест во управлени , вызванное изменением динамических характеристик процесса стерилизации, вследствие изменени физических свойств питательной среды перед нагревателем. Эти изменени обуславливаютс изменением температу ры питательной среды, ее плотности и в зкости, составом и различными физическими свойствами и концентраци ми компонентов, вход щих в состав питательной среды. На динамику проце са в значительной степени вли ет и переход установки от стерилизации пи тательной среды к стерилизации воды. В результате воздействи перечисленных возмущений возможны значительные нарушени температурного режима рабо ты установки, ухудшение качества сте рилизации, что недопустимо особенно дл таких процессов, в которых питательна среда подаетс в ферментационное оборудование непосредственно в процессе биосинтеза. Целью изобретени вл етс повьше ние качества управлени . Поставленна цель достигаетс тем, что согласно способу автоматического управлени процессом стерили зации питательных сред непрерывно измер ют в зкость стерилизуемой среды перед нагревателем, а подачу острого пара в нагреватель корректируют в зависимости от измеренной в зкости. На чертеже представлена схема устройства дл реализации предлагаемого способа. Схема содержит нагреватель 1, выдерживатель 2 , холодильник 3, датчики 4-8 соответственно расхода питательной среды, давлени острого пара, температуры на выходе нагревател , давлени в вьщерживателе, температуры после холодильника, св занные соответственно с регул торами 9-13 расхода питательной среды, давлени острого пара, температуры на выходе нагревател , давлени в выдерживателе и температуры на выходе из холодильника , переключатель 14, св занный своими входами с выходом регул тора 9 расхода тЛтательной среды, генератором 15 линейно возрастающего сигнала,, а выходом - с клапаном 16 на линии подачи питательной среды в нагреватель, переключатели 17 и 18,. подключены своими входами соответственно к регул торам 11 и 13, при этом выход переключател 18 св зан с входом переключател 17 и клапаном 19 на линии подачи охлавдак цей воды в холодильник 3, а выход переключател 17 - с входом регул тора 10 давлени острого пара, выход кдторого соединен с клапаном 20 на линии подачи острого пара в нагреватель 1 и с одним из входов селектора 21 сигналов. Второй вход селектора 21 , сигналов св зан с задатчиком 22, а выход - с одним из входов сумматора 23, второй вход которого подключен к задатчику 22, а выход к одному из входов сумматора 24. Второй вход последнего св зан с адатчиком 25 расхода питательной среы , а выход - с входом регул тора 9 асхода питательной среды. Регул тор 12 давлени в выдерживателе 2 св зан клапаном 26 на линии передачи питаельной среды из выдерживател 2 в олодильник 3. Схема содержит также датчик 27 зкости стерилизуемой среды на вхое в нагреватель 1, св занный с форирователем 28 сигнала управлени араметрами настройки регул тора 10 авлени острого пара на входе в нареватель 1, св занный с формироватеем 28 сигнала управлени параметрами астройки регул тора 10 давлени острого пара на входе в нагреватель 1, переключатель 29, которьй своими входами св зан с задатчиком 30 параметров настройки и формирователем 28 а выходом - с входом регул тора 10, Кроме того, схема содержит программно-логический блок 31, соединен ный с входами переключателей 14, 17, 18, 29 и генератора 15 линейно-возрастающего сигнала, а также с Б jccoдом датчика 4. Схема функционирует следующим образом . В случае изменени температуры на выходе нагревател 1, например ее снижении, сигнал от датчика 6 тем пературы поступает на вход регул тора 11 и далее через переключатель 17 в виде корректирующего сигнала посту пает на вход регул тора 10 давлени острого пара. При этом положение переключател 17 определено сигналом от программно-логического блока 31. Результирующий сигнал, отработанный регул тором 10, воздействует на клапан 20, обеспечива тем самым увеличение подачи острого пара в нагреватель 1. Если при этом сигнал на выходе регул тора 10, определ ющий положение клапана 20, не превышает значение, заданное задатчиком 22 селектор 21 большего сигнала пропускает на положительный вход сумматора 23 сигнал от задатчика 22, Отрицательный вход сумматора 23 непосред ственно св зан с задатчиком 22, позтому сигнал на выходе сумматора 23 равен нулю, и задание регул тору 9 расхода питательной среды определ ет с только величиной сигнала, установ ленного задатчиком 25 расхода питательной среды. При превышении сигналом на клапане 20 значени , заданного задатчиком 22, что свидетельствует об ограничении возможности увеличени подачи па ра, селектор 21 пропускает на вход сумматора 23 сигнал с выхода регул тора 10, где из последнего вычитаетс величина сигнала от задатчика 22, Вы численна величина разности, умножен на в блоке на посто нный коэффициент , определ ющий глубину коррекции задани , поступает на сумматор 24, где вычитаетс из сигнала, формируемого задатчиком 25 расхода питатель ной среды. При этом регул тор 9 чере переключатель 14 воздействует на клапан 16, уменьша подачу питатель274 ной среды. Положение переключател 14при этом определено сигналом от программно-логического блока 31, При уменьшении степени открыти клапана 20 описанный цикл работы осуществл етс в обратном пор дке. Давление после вьщерживател 2 поддерживаетс контуром стабилизации , включающим датчик 7 давлени , регул тор 12 и клапан 26. Температура после холодильника 3 поддерживаетс контуром регулировани , включа- ющйь датчик 8 температуры, регул тор 13 и клапан 19 на линии подачи охлаждающей воды в холодильник 3, при этом подключение регул тора 13 к клапану 19 зависит от положени переключател 18, который управл етс сигналом от программно-логического блока 31, В пусковом режиме сигналом от блока 31 включаетс генератор 15 линейно возрастающего сигнала и одновременно через переключатель 14 генератор 15подключаетс к клапану 16, обеспечива подачу питательной среды в нагреватель 1 по линейно возрастающему закону. Увеличивающийс поток питательной среды через нагреватель 1 снижает температуру на его выходе, что вызьшает увеличение сигнала на выходе регул тора 11. Этот сигнал через переключатель 17 поступает в виде корректирующего воздействи на вход регул тора 10 давлени острого пара, в результате чего регул тор 10, воздейству /и на клапан 20, увеличивает подачу острого пара в нагреватель 1. При достижении расходом питательной среды заданного значени программно-логический блок 31 формирует сигнал, воздействующий на переключатель 14, который подключает выход регул тора 9 к клапану 16, обеспечива регулирование расхода питательной среды в нагреватель 1. В предпусковом режиме программнологический блок 31 через переключатели 18 и 17 коммутирует сигнал с выхода регул тора 13 к регул тору 10 давлени острого пара. При этом обеспечиваетс стабилизаци температуры стерилизации технологического оборудовани в наиболее удаленной точке путем коррекции давлени пара перед нагревателем 1 по температуре на выходе холодильника 3, обеспечива тем самым качественную стерилизацию оборудовани при минимальном расходе острого пара.This invention relates to process control automation. The processes, in particular, the methods of automatic control of the process of sterilization of nutrient media in the microbiological, medical and food industries. According to the main author. St. No. 913345 discloses a method for automatically controlling the process of sterilizing nutrient media, which consists in controlling the heating temperature of a sterilized nutrient medium by changing the supply of the medium and the sharp water vapor to the heater, where the supply of the sharp steam is carried out with correction for the temperature of the medium after the heater, and the task The change in the medium supply is adjusted by the supply of live steam; in the starting mode, the change in the medium supply is carried out according to a linearly increasing law. In the pre-start mode, the supply of live steam is adjusted depending on the temperature after the refrigerator ll. The disadvantage of this method is that the control quality is not high enough due to a change in the dynamic characteristics of the sterilization process, due to a change in the physical properties of the nutrient medium before the heater. These changes are caused by changes in the temperature of the nutrient medium, its density and viscosity, the composition and the various physical properties and concentrations of the components that make up the nutrient medium. The dynamics of the process are largely influenced by the transition of the installation from the sterilization of the nutrient medium to the sterilization of water. As a result of the impact of the above disturbances, significant disturbances in the temperature of the installation can occur, deterioration of the sterilization quality, which is unacceptable especially for such processes in which the nutrient medium is fed into the fermentation equipment directly during the biosynthesis process. The aim of the invention is to increase the quality of control. This goal is achieved by the fact that, according to the method of automatic control of the sterilization process of nutrient media, the viscosity of the sterilized medium in front of the heater is measured continuously, and the supply of direct steam to the heater is adjusted depending on the measured viscosity. The drawing shows a diagram of the device for implementing the proposed method. The circuit contains heater 1, heater 2, cooler 3, sensors 4-8, respectively, of the flow rate of the nutrient medium, the pressure of direct steam, the outlet temperature of the heater, the pressure in the holder, the temperature after the cooler, associated respectively with the flow rate regulators 9-13, the pressure of the direct steam, the temperature at the outlet of the heater, the pressure in the reactor and the temperature at the outlet from the refrigerator, switch 14 connected by its inputs to the output of the flow rate controller 9 of the supply medium, the generator 15 is linear About the increasing signal, and the output - with the valve 16 on the supply line of the nutrient medium to the heater, switches 17 and 18 ,. they are connected by their inputs to the regulators 11 and 13, respectively, while the output of the switch 18 is connected to the input of the switch 17 and the valve 19 on the supply line for cooling water to the refrigerator 3, and the output of the switch 17 is connected to the input of the direct steam pressure regulator 10, output The second is connected to the valve 20 on the steam supply line to the heater 1 and to one of the inputs of the selector 21 of the signals. The second input of the selector 21, the signals is connected to the setting device 22, and the output is connected to one of the inputs of the adder 23, the second input of which is connected to the setting device 22, and the output to one of the inputs of the adder 24. The second input of the last is connected to the adductor 25 of the nutritional flow , and the output - with the input of the regulator 9 ashod nutrient medium. The pressure regulator 12 in the controller 2 is connected by a valve 26 on the transmission line of the supply medium from the controller 2 to the refrigerator 3. The circuit also contains a sensor 27 of the sterilized medium inlet to the heater 1, which is connected to the former 28 of the control parameter settings of controller 10 of steam at the input to the heater 1 connected to the generator 28 of the parameter control signal for setting the regulator 10 of the pressure of the steam at the entrance to the heater 1, a switch 29 which is connected with the inputs of 30 parameters to triples and the driver 28 and the output to the input of the controller 10. In addition, the circuit contains a program-logic block 31 connected to the inputs of the switches 14, 17, 18, 29 and the generator 15 of the linear-increasing signal, as well as the B 4. The scheme operates as follows. If the temperature at the output of the heater 1 changes, for example, it decreases, the signal from the temperature sensor 6 enters the input of the controller 11 and then through the switch 17 as a correction signal to the input of the regulator 10 of the steam pressure. The position of the switch 17 is determined by a signal from the program-logic unit 31. The resulting signal, processed by the regulator 10, acts on the valve 20, thereby providing an increase in the supply of direct steam to the heater 1. If the signal at the output of the regulator 10, determining the position of the valve 20 does not exceed the value specified by the setting device 22; the selector 21 of the larger signal passes a signal from the setting device 22 to the positive input of the adder 23; The negative input of the adder 23 is directly connected to the setting device 22, therefore al at the output of the adder 23 is zero and the task controller 9 torus nutrient medium flow is determined from only the signal value setting unit 25 SET lennogo nutrient medium flow. When the signal on the valve 20 exceeds the value set by the setting device 22, which indicates the limitation of the possibility of increasing the steam supply, the selector 21 passes a signal from the output of the controller 10 to the input of the adder 23, where the value of the signal from the setting device 22 is subtracted. multiplied by in the block by a constant coefficient that determines the depth of the correction task, is fed to the adder 24, where it is subtracted from the signal generated by the setpoint 25 flow medium. In this case, the regulator 9 through the switch 14 acts on the valve 16, reducing the supply of the feeder274 medium. The position of the switch 14 is determined by the signal from the program-logic unit 31. When reducing the degree of opening of the valve 20, the described operation cycle is carried out in the reverse order. The pressure after heater 2 is maintained by a stabilization circuit including a pressure sensor 7, a regulator 12 and a valve 26. The temperature after the refrigerator 3 is maintained by a control loop, including a temperature sensor 8, a regulator 13 and a valve 19 on the cooling water supply line to the refrigerator 3, the connection of the regulator 13 to the valve 19 depends on the position of the switch 18, which is controlled by the signal from the soft-logic unit 31. In the starting mode, the signal from the unit 31 turns on the generator 15 of the linearly increasing signal a and at the same time through the switch 14, the generator 15 is connected to the valve 16, ensuring the supply of the nutrient medium to the heater 1 according to a linearly increasing law. The increasing flow of the nutrient medium through the heater 1 reduces the temperature at its outlet, which causes an increase in the signal at the output of the regulator 11. This signal through the switch 17 comes in the form of a corrective influence on the input of the regulator 10 of the steam pressure, resulting in / and the valve 20, increases the flow of hot steam to the heater 1. When the flow rate of the nutrient medium reaches the set value, the program-logic unit 31 generates a signal acting on the switch 14, which is connected It outputs regulator 9 to valve 16, providing control of the flow of the nutrient medium to heater 1. In the pre-start mode, the programological unit 31 through the switches 18 and 17 switches the signal from the output of regulator 13 to the regulator 10 of the steam pressure. At the same time, the sterilization temperature of the process equipment is stabilized at the most distant point by adjusting the vapor pressure upstream of heater 1 according to the outlet temperature of the refrigerator 3, thereby ensuring high-quality sterilization of equipment with minimal steam consumption.

В случае изменени физических свойств стерилизуемой питательной среды, обусловленного различным составом питательной среды и различными концентраци ми вход щих в ее состав компонентов, а также в случае перехода от стерилизации питательной среды к стерилизации воды или обратно , сигнал от датчика 27 в зкости поступает на вход формировател 28 управл ющего сигнала, который через переключатель 29 поступает на вход регул тора 10 давлени пара в виде сигнала коррекш1И его параметров настройки (пределы пропорциональности и врем интегрировани ), характеризующих быстроту и скорость срабатывани клапана 20 на линии подачи острого пара в нагреватель 1. Положение переключател 29 при этом определено сигналом от программно-логического блока 31.In the event of a change in the physical properties of the sterilized nutrient medium, due to different nutrient medium composition and different concentrations of its constituent components, as well as in the case of a transition from sterilization of the nutrient medium to water sterilization or vice versa, the signal from the viscosity sensor 27 is fed to the imager 28 of the control signal, which through the switch 29 is fed to the input of the regulator 10 of the vapor pressure in the form of a correction signal of its settings (proportional limits and integration time i) characterizing the speed and the speed of actuation of the valve 20 on the supply line a live steam into the heater 1. The position of the switch 29 when this signal is determined by software and logic unit 31.

В пусковом режиме переключатель 29 пропускает на вход регул тора 10 давлени .пара сигнал от задатчика 30 формирующего заданные значени параметров настройки регул тора 10, а в рабочем режиме на вход регул тора 10 через переключатель 29 поступает сиг нал от формировател 28, корректирующий параметры настройки регул тора 10 в зависимости от в зкости стерилизуемой среды. При этом обеспечиваетс плавный переход от стерилизации питательной среды к стерилизации воды (и обратно), значительно отличающийс по в зкости от питательной среды, а также плавна перестройка регул тора 10 вод ного пара при изменении физических свойств стерилизуемой питательной среды.In the start-up mode, the switch 29 passes a signal from the regulator 10 to the regulator 10 setting parameters to the input of the pressure regulator 10. In the operating mode, the regulator input 10 through the switch 29 receives a signal from the generator 28, which corrects the regulator settings torus 10 depending on the viscosity of the medium being sterilized. This ensures a smooth transition from sterilization of the nutrient medium to sterilization of water (and vice versa), which is significantly different in viscosity from the nutrient medium, as well as a smooth restructuring of the water vapor regulator 10 when the physical properties of the sterilized nutrient medium change.

Таким образом, использование предлагаемого способа автоматического управлени процессом стерилизации питательных сред по сравнению с известньм решением повысит качество управлени процессом стерилизации питательной среды (воды), а именно точность поддержани температуры на выходе из нагревател 1 в заданных пределах в переходных режимах и в ходе процесса.Thus, the use of the proposed method for automatically controlling the sterilization process of nutrient media as compared to limestone solution will improve the quality of sterilization process control of the nutrient medium (water), namely, the accuracy of maintaining the temperature at the outlet of heater 1 within specified limits in transient conditions and during the process.

Экономический эффект от использовани изобретени составит пор дка 30 тыс.руб в год на одну установку непрерывной стерилизации питательных сред средней мощности за счет более качественного регулировани температуры стерилизуемых сред на выходе из нагревательной колонки и, как следствие, сокращение потерь за счет соблюдени регламентного теплового режима стерилизации.The economic effect of using the invention will be on the order of 30 thousand rubles per year for one installation of continuous sterilization of medium nutrient media due to better control of the temperature of sterilized media at the outlet of the heating column and, as a consequence, reduction of losses due to compliance with the regulatory thermal sterilization regime .

Непрерывное измерение в зкости стерилизуемой среды перед нагревательной колонкой и автоматическа коррекци параметров настройки регул тора давлени острого пара обеспечивает услови достижени заданной цели. Обеспечение стабилизации температуры стерилизуемой среды на выходе из нагревател строго на заданных регламентных значени х способствует сокращению и даже ликвидации потерь питательной среды из-за ее перегрева или недогрева и, как следствие , сокращению потерь целевого продукта биосинтеза в процессе последующей ферментации.The continuous measurement of the viscosity of the sterilized medium before the heating column and the automatic correction of the parameters of the pressure regulator of the live steam ensures that the target is attained. Ensuring the stabilization of the temperature of the sterilized medium at the exit of the heater strictly at prescribed established values helps to reduce and even eliminate losses of the nutrient medium due to its overheating or underheating and, consequently, to reduce losses of the target product of biosynthesis during subsequent fermentation.

CmepuMHafnuma 1пель ма t-CmepuMHafnuma 1pel ma t-

Claims

METHOD OF AUTOMATIC CONTROL OF NUTRIENT MEDIUM STERILIZATION PROCESS by ed. St. No. 913345, characterized in that, in order to improve the quality of control, the viscosity of the medium to be sterilized in front of the heater is continuously measured, and the supply of sharp steam to the heater is adjusted depending on the measured viscosity.