SU1366530A1 - Система автоматического управлени процессом выращивани микроорганизмов - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к микробиологической промышленности и может быть использовано дл  управлени  периодическим процессом выращивани  микроорганизмов, например хлебопекарных дрожжей. Цель изобретени  - повьппение точности управлени . Система снабжена датчиками температуры раствора питательной среды и влажности воздуха, поступающего в ферментер, выходы которых соединены . с вычислительным устройством, датчиками расхода воздуха, поступающего в ферментер, и расхода раствора питательной среды, первые выходы кото- рых соединены с соответствующими регул торами расхода воздуха и раствора питательной среды, а вторые - с вычислительным устройством, выходы которого соединены с регул торами температуры культуральной среды, расходов воздуха и раствора мелассы и программным устройством 25, которое измен ет задание регул торов 19 и 22 расходов воздуха и питательной среды, а вычислительное устройство (ВУ) 24 определ ет количества тепла, поступившее с отработанными газами, количество тепла, поступающее с раствором питательной среды, общее количество тепла и количество биологического тепла. Затем ВУ определ ет количество биомассы в ферментере 1 и нахйдит необходимое количество биомассы, сравнивает расчетное значение с заданием регул тора 22, и ВУ вьщает корректирующий сигнал на изменение задани . За счет этого достигаетс  максимальна  эффективность использовани  питательных веществ мелассы при определенном текущем значении концентрации биомассы в ферментере 1. 1 ил. ,, SS о 01

Description

Изобретение относитс  к микробиологической промышленности и может быть использовано дл  управлени  периодическим процессом вьфащива- ни  микроорганизмов, например хлебопекарных дрожжей.

Целью изобретени   вл етс  повышение точности.

На чертеже представлена структур на  схема системы автоматического уравлени  процессом выращивани  микрорганизмов .

Система содержит объект управлени  ферментер 1, контур регулир вани  температуры культуральной жидкости в ферментере, состо щий из датчика 2 температуры культуральной жидкости, регул тора 3 температуры и исполнительного механизма,4, расположенного на линии подачи охлаждающей воды в рубашку 5 теплообменника , контур регулировани  рН в ферментере, состо щий из датчика 6 рН, регул тора 7 и исполнительного механизма 8, расположенного на линии подачи аммиачной воды, контур автоматического регулировани  пено гашедан , состо щий из датчика 9 урон  пекы, регул тора 10 и исполни- тельного ьзеханизма 1) , расположенного на линии подачи олеиновой кислоты , датчики 12-17 соответственно температуры воздузса, поступающего на , воды, поступающей на охлаждение в рубашку ферментера и выход щей из нее, температуры питательной среды теплового потока и влажности воздуха, поступающего в ферментер., контура регулировани  поршн  воздуха на аэрацию состо щего КЗ датчика 18 расхода воздухаз peryflHTOv a 19 и исполнительного неханизма 20, расположенного на линии подачи воздуха в ферментер, контур регулировани  расхода раствора мела cbtj, содгржашзнй датчик .21 расхода, регул тор 22 расхода и исполнительный механизм 23, расположенньй на линии подачи раствора мелассы в ферментер 1 , соединенными между собой, вычислительное з стройство 24 и прог раммное устройство 25, исполнительные механизмы 26, расположенные на лини х подачи растворов питательных солей из дозаторов 27, при этом вхо вычислительного устройства 2 подклю чен к датчикам 13 и 14 температуры, установленным на входе и выходе теп

5 0 5 О д g где

S

С

0

лообменника, датчикам 16, 12, 17, 18, 2, 15 и 21 теплового потока и температуры , влажности и расхода воздуха, температуры и расхода питательной среды, а выход - к регул торам 22, 19 и 3 контуров регулировани  подачи питательной среды, воздуха и температуры в ферментере 1, причем программное устройство 25 св зано с исполнительными механизмами 23 и 26 подачи питательной среды и солей.

Система работает следующим образом .

Все перечисленные контуры регулировани  параметров работают аналогично . Сигнал с датчика, пропорци- онапьньй текущему значению параметра , поступает на регул тор, где сравниваетс  с заданным значением. Регул тор определ ет разность между за- даннь5м и текущим значени ми параметра и вырабатывает в соответствии с полученной разностью и соответствующим алгоритмом управлени  регулирующее воздействие на уменьшение разности между этими значени ми, поступающее на исполнитепьньЕЙ механизм с регулирующим органом, который измен ет подачу соответствующей субстанции .

Растворы питательных солей в ферментер 1 подаютс  в соответствии с заданной программой, реализуемой программным устройством 25 с помощью исполнительных механизмов 26 из дозаторов 27.

Программное устройство 25 измен ет задани  регул торов 19 и 22 расхода воздуха и раствора мелассы в соответствии с технологическим регламентом . Кроме того, подача растворов питательных солей и питательной среды в фермгктер начинаетс  в начале каждого часа, поэтому программное устройство 25 соединено с исполнительными механизмами 23 и 26.

Вычислительное устройство 24 выполн ет .следующие операции.

Определ ют количество тепла, поступившее в ферментер с воздухом и ушедшее с отработанными газами, по уравнению QB Q7 P-Gi V,005/t - + 1,974

x,to - x;t,) + 2499 ( xjj ,,(1)

t 2 - температура воздуха на выходе из аппарата, с;

t: X ,

о

Q

3

температура воздуха на входе в аппарат,С; влагосодержание воздуха на входе и выходе,°С; плотность воздуха, кг/м расход воздуха.

Сигнал, пропорциональный значению расхода воздуха на входе в ферментер 1, поступает от датчика 18, сигнал, пропорциональный температуре воздуха на входе в ферментер t , поступает от датчика 12, сигнал, пропорциональный значению Ьлагосоде жани  воздуха на входе в фермен

тер Ху, поступает от датчика 17, сигнал, пропорциональный значению температуры воздуха на выходе из ферментера, поступает от датчика 2 температуры культуральной среды, . так как в соответствии с известными данными температура воздуха на выходе из ферментера равна температуре культуральной среды, а влагосодержание , -максимальное дп  данной температуры, равно 100%.

Значение плотности р задаетс  заранее и хранитс  в пам ти вычислительного устройства.

Определ ют количество тепла, поступающего с раствором питательной среды по уравнению

QM , 2)

где G - расход раствора питательной среды, пропорциональньй сигнал которого поступает в вычислительное устройство от датчика 21 расхода раствора мелассы;

t, с, температура культуральной среды - от датчика 2; ,

t - температура раствора мелассы - от датчика 15;

| .,С - плотность и удельна  теплоемкость раствора мелассы (задаютс  заранее и их значени  хран тс  в пам ти вычислительного устройства 24).

Воспринимает сигнал от датчика 16 теплового потока, пропорциональный общему количеству тепла, который складываетс  из биологического тепла Q тепла Q, , внесенного воздухом, и тепла Q, внесенного раствором мелассы (питательной среды), т.е.

&иал+

QR + Q.

(3)

-

Вьиислив Q   по уравнению (1),

8

ПО уравнению (2), вычислительное устройство определ ет количество биологического тепла

QMQc Q t - Qo - Snoft. «14

QM

(4)

10

Так как количество биологического тепла определ етс  по уравнению

г- G,

J

(5)

где г

GS- удельное тепловыделение;

количество биомассы, то вычислительное устройство .4 определ ет количество биомассы в аппарате на текущий момент

20

.

(6)

Величина удельного тепловьщеле- ни  задаетс  заранее и хранитс  в пам ти вычислительного устройства.

Определив количество биомассы в

ферментере, вычислительное устройство определ ет необходимое количество питательной среды по уравнению

30 м -2i-i22- 6 в. с

(7)

5

0

5

0

5

46 В Г

где М - количество исходной питательной среды;

количество биомассы в ферментере;

содержание сахара в условной мелассе;

выход дро окей из условной мелассы;

содержание сахара в исходной мелассе.

Сравнива  расчетное значение необходимого количества раствора мелассы с заданием регул тора 22, вычислительное устройство 24 выдает корректирующий сигнал на изменение зада- ;ни  в случае несоответстви  заданного значени  расхода мелассы необходимому . Тем самым достигаетс  мак- симальна  эффективность использовани  питательных веществ мелассы при определенном текущем значении кон- центрации биомассы в ферментере.

Дл  каждого заданного значени  : температуры культуральной жидкости в ферментере 1 задаетс  соответствующий расход охлаждающей воды. Вычислив , пропорциональное тепловому потоку

(сигнал от датчика 16)

вычислительное устройство 24 опреде- л ет необходимое количество воды дл  отвода тепла по уравнению

..

CJ%. V

(8)

воЗм

- расход воды на охлаждегде G ние;

tjjj - температура воды на выходе из рубашки 5 (сигнал от датчика температуры 14),

t - температура воды на входе в рубашку 5 (сигнал от датчика температуры 13);

С , р - удельна  теплоемкость и плотность воды, значени  которых задаютс  заранее и хран тс  в пам ти вычислительного устройства 24.

Если расчетное значение расхода охлаждающей воды отличаетс  от заданного , то вычислительное устройство в соответствии с вычисленной разностью вьщает корректирующий сигнал на задатчик регул тора 3 температуры .

Так как в соответствии с технологическим регламентом задание регул тора 3 температуры культуральной среды может быть изменено, что повлечет за собой изменение температуры отработанного воздуха, то возникнет необходимость при том же значении количества тепла, внесенного в ферментер- с воздухом и ушедшего с отработанным воздухом, скорректировать задание на расход воздуха, поступающего на аэрацию. Вычислительное устройство по уравнению ( 1) рассчитает но вое. значение расхода воздуха, поступающего в ферментер, н скорректирует задание регул тора 19 расхода воздуха .

Так как количество биомассы в каждый момент времени вычислительное устройство рассчитьшает в соответствии с уравнением (6) и это значение может отличатьс  от ожидаемого, то вычислительное устройство пересчитает необходимое количество растворов питательных солей по соответствующим

уравнени м и выдаст корректирующий - сигнал на программное устройство 25, которое увеличит или уменшит врем  истечени  соответствующих растворов питательных солей через исполнительные механизмы 26 из дозаторов 27, обеспечива  тем самым нормальные физиологические услови  выращивани  микроорганизмов.

Таким образом, данна  система автоматического управлени  процессом выращивани  микроорганизмов учитьша ет по сравнению с известным большинство внешних и внутренних возмущений , компенсирует их соответствующие ми корректирующими воздействи ми, что повьш1ает точность управлени .

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   0

   5

   Система автоматического управлени  процессом выращивани  микроорганизмов , содержаща  контуры регули- 5 ровани  температуры в ферментере, пеногашени , подачи воздуха, рН, подачи питательной среды и солей, датчики температуры, установленные на входе и выходе -теплообменника, и датчик расхода питательной среды, отличающа с  тем, что, с целью повышени  точности, она снабжена датчиком теплового потока, датчиками температуры, влажности и расхода поступающего воздуха, датчиком температуры мелассы и соединенными между собой программным и вычислительньП устройствами, при этом вход последнего подключен к датчикам температуры, установленным на входе и выходе теплообменника, датчикам теплового потока, температуры , влажности и расхода воздуха, температуры и расхода питательной среды, а выход - к регул торам контуров регулировани  подачи питательной среды, воздуха и температуры в ферментере, причем программное устройство св зано с исполнительными механизмами контуров подачи питательной среды и солей.

   0

   5

   0