SU1479518A1

SU1479518A1 - Способ автоматического управлени многостадийным процессом брожени

Info

Publication number: SU1479518A1
Application number: SU874175851A
Authority: SU
Inventors: Миндаугас Зигмович Милашаускас; Юргис-Казимерас Юргевич Станишкис; Римвидас Юозович Симутис; Гинтаутас Ионович Гваздайтис
Original assignee: Каунасский Политехнический Институт Им.Антаса Снечкуса
Priority date: 1987-01-06
Filing date: 1987-01-06
Publication date: 1989-05-15

Abstract

Изобретение относитс к спиртовой промышленности и может быть использовано дл автоматического управлени процессом биосинтеза этилового спирта из крахмалистого сырь . С целью повышени точности регулировани концетрации питательного субстрата в дображивающем ферментере измер ют скорость потреблени буферного агента микроорганизмами, скорость выделени углекислого газа из ферментера, определ ют концетрацию питательного субстрата в дображивающем ферментере по данным измерени м, а регулирование разбавлением культуральной среды в дображивающем ферментере и возвратом биомассы в головной ферментер осуществл ют таким образом, чтобы концетраци питательного субстрата в отводимой культуральной среде соответствовала заданному значению концетрации питательного субстрата в отводимой культуральной среде из дображивающего ферментера. 1 ил.

Description

(21)4175851/31-13

(22)06.01,87

(46) 15.05.89. Бюл. № 18

(71)Каунасский политехнический институт им.Антанаса Снечкуса

(72)М.З.Милашаускас, Ю-К.Ю.Станиш- кис, Р.Ю.Симутис и Г.И.Гваздайтис

(53)663.1(088.8)

(56)Авторское свидетельство СССР № 1149230, кл. С 12 Q 3/00, 1983.

(54)СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ МНОГОСТАДИЙНЫМ ПРОЦЕССОМ БРОЖЕНИЯ

(57)Изобретение относитс к спиртовой промышленности и может быть использовано дл автоматического управлени процессом биосинтеза этилового спирта из крахмалистого сырь . С целью повышени точности регулировани

концентрации питательного субстрата в дображивающем ферментере измер ют скорость потреблени буферного агента микроорганизмами, скорость выделени углекислого газа из ферментера, определ ют концентрацию питательного субстрата в дображивающем ферментере по данным измерени м, а регулирование разбавлением культуральной среды в дображивающем ферментере и возвратом биомассы в головной ферментер осуществл ют таким образом, чтобы концентраци питательного субстрата в отводимой культуральной среде соответствовала заданному значению концентрации питательного субстрата в отводимой культуральной среде из дображивающего ферментера. 1 ил.

(Л

1

Изобретение относитс к спиртовой промышленности и может быть использовано дл автоматического управлени процессом биосинтеза этанола из крахмалистого сырь .

Цель изобретени - повышение точности регулировани концентрации питательного субстрата в дображивающем ферментере.

Способ автоматического управлени многостадийным процессом брожени заключаетс в следующем.

В непрерывных процессах спиртового брожени важно, чтобы подаваемый питательный субстрат расходовалс экономично, т.е. в отводимой культуральной среде концентраци питатель;ного субстрата должна иметь малые значени (пор дка 0,5-1,0 гс/л).

Технологическа схема непрерывной ферментации спирта состоит из головного ферментера, в который непрерывно подаетс питательный субстрат и синтез этанола производитс в аэробных услови х, и дображивающего ферменте,- ра, в который непрерывно подаетс культуральна среда из головного ферментера и дображивание культуральной среды осуществл етс в анаэробных услови х. По данной технологической схеме также осуществл етс возврат биомассы из дображивающего ферментера в головной ферментер непрерывна ферментаци этанола производитс при

со ел

эо

посто нных скорост х разбавлени питательного субстрата в головной ферментер , культуральной среды в дображивающий ферментер и скорости час- тичного возврата биомассы из дображивающего ферментера в головной фермен- тер.

Однако начальна концентраци пи- тательного субстрата может мен тьс во времени в зависимости от используемого начального сырь дл приготовлени питательного субстрата, тем самым имеет место изменение концентрации питательного субстрата в головном и до- браживающем ферментерах. Так как концентраци питательного субстрата в отводимой культуральной среде определ етс процессом дображивани , управление непрерывным процессом бролге ни осуществл ют следующим образом.

Скорость выделени углекислого газа из ферментера пропорциональна скорости роста микроорганизмов, концентрации микроорганизмов и скорости синтеза этилового спирта согласно уравнению

ГСОГ + + (°

где г.. - скорость выделени угле°i ,

кислого газа из ферменте-

ра} /U - удельна скорость роста

микроорганизмов; Ј - удельна скорость выделени этилового спирта; X - концентраци микроорганиз- I мов в ферментере;

коэффициенты пропорциональности .

Скорость потреблени буферного агента микроорганизмами пропорциональна скорости роста микроорганизмов согласно уравнению

ГЦЩ К5(ЧХ7

(2)

где fN - скорость потреблени - буфер-

кого агента микроорганизмами; Kj- коэффициент пропорциональности;

а скорость выделени этилового спирта непосредственно св зана с ростом микроорганизмов

7 - K5fu

О)

I

где К - коэффициент пропорциональности .55 Преобразовав уравнени (1)-(3), получают уравнение (4) дл определени значени удельной скорости роста микроорганизмов

глп- К. г

Чо.

1 -NH,

(4)

K K- -+b-t-K-i- ; К2 1 К3

tr

2 коэффицик3

енты пропорциональности. Так как удельна скорость роста .микроорганизмов имеет однозначную функциональную зависимость по отношению к питательному субстрату дл конкретных микроорганизмов, по определённому значению удельной скорости роста микроорганизмов определ етс концентраци питательного субстрата в дображивающем ферментере, .сравниваетс с минимальным заданным значением концентрации питательного субстрата в нем, а регулирование концентрацией питательного субстрата в дображивающем ферментере производитс путем изменени скорости разбавлени культуральной среды, подаваемой в дображивающий ферментер, и путем изменени скорости возврата биомассы в головной ферментер.

I

На чертеже изображена система, реализующа способ автоматического управлени многостадийным процессом брожени ,

Система состоит из головного ферментера 1, дображивающего ферментера 2, контура регулировани подачей питательного субстрата, включающего датчик 3 расхода питательного субстрата , св занный через регул тор 4 расхода питательного субстрата с исполнительным механизмом 5, установленным на линии подачи питательного субстрата , контура-регулировани подачей воздуха на аэрацию, включающего датчик 6 расхода воздуха, св занный через регул тор 7 расхода воздуха с исполнительным механизмом 8, установленным на линии подачи воздуха на аэрацию, контура регулировани рН культуральной среды в дображивающем ферментере 2, включающего датчик 9 рК культуральной среды, св занный через регул тор 10 рН культуральной среды с исполнительным механизмом 11, установленным на линии подачи буферного агента, контура регулировани скорости разбавлени культуральной среды в дображивающий ферментер 2 и скорости возврата биомассы в головной ферментер 1, включающего датчик 12 скорости потреблени буферного

14795186

с с заданным минимальным значением и формируетс сигнал дл исполнитель- 1 ного механизма 17, который мен ет удельной скорости роста микроорганиз- с расход культуральной среды в дображиагента микроорганизмами, датчик 13 скорости выделени углекислого газа из ферментера, блок 14 определени

мов, блок 15 определени текущего значени концентрации питательного субстрата , св занные через регул тор 16 концентрации питательного субстрата с исполнительным механизмом 17, уста- новленным на линии подачи культуральной среды в дображивающий ферментер 2 и исполнительным механизмом 18, установленным на линии возврата биомассы из отстойника 19.

Система работает следующим образом .

Сигнал от датчика 3 расхода питательного субстрата подаетс на регул тор 4 расхода питательного субст- рата, который сравнивает заданное значение расхода питательного субстрата с текущим и формирует сигнал

дл исполнительного механизма 5 измен ющего подачу питательного субстрата в головной ферментер 1. Сигнал от датчика 6 расхода воздуха подаетс на регул тор 7 расхода воздуха, который сравнивает заданное значение

расхода воздуха с текущим и формирует 30 биомассы увеличиваетс , а при уменьсигнал дл исполнительного механизма 8, установленного на линии подачи воздуха в головной ферментер 1. Сигнал от датчика 9 рК культуральной среды подаетс на регул тор 10 рК культуральной среды в дображивающем ферментере 2, который сравнивает заданное значение рН культуральной среды в дображивающем ферментере с текущим и формирует сигнал дл исполнительного механизма 11, установленного на линии подачи буферного агента. Сигналы от датчика 12 скорости потреблени буферного агента микроорганизмами и от датчика 13 скорости выделе- 45 брожени , о тличающ ийс

ни углекислого газа из дображивающего ферментера 2 подаютс на блок 14 определени удельной скорости роста микроорганизмов, сигнал которого подаетс на блок 15 определени текущего значени концентрации питательного субстрата. Сигнал от блока 15 подаетс на регул тор 16 концентрации питательного субстрата. Сигнал от блока 15 подаетс на регул тор 16 концентрации питательного субстрата, в котором текущее значение концентрации питательного субстрата в до- .браживающем ферментере 2 сравниваеттем , что, с целью повышени точн регулировани концентрации питат ного субстрата в дображивающем ф ментере, осуществл ют подачу буф

50 го агента на вторую стадию проце брожени , измер ют его расход и ход выход щего углекислого газа этой стадиигопредел ют удельную рость роста микроорганизмов по из

55 ренным параметрам, устанавливают кущее значение концентрации пита ного субстрата по величине удель скорости роста микроорганизмов, нивают текущее значение концентр

вающий ферментер 2 таким образом, чтобы поддержать заданное минимальное значение концентрации питательного субстрата в отводимой культуральной среде, т.е. при наличии разницы (ST- 8эад)) где S - текущее значение

0

концентрации питательного субстрата в отводимой культуральной среде; SJO|,- заданное значение концентрации 5 питательного субстрата в отводимой

культуральной среде, разбавление культуральной среды уменьшаетс путем изменени расхода культуральной среды в дображивающий ферментер 2. Тот же сигнал регул тора 16 концентрации питательного субстрата подаетс на исполнительный механизм 18, мен ющий скорость возврата биомассы в головной ферментер 1 по отношению к изменению значени начальной концентрации питательного субстрата, подаваемого в головной ферментер 1, т.е. при увеличении концентрации питательного субстрата скорость возврата

5

шении уменьшаетс .

Данный способ позвол ет повысить точность поддержани концентрации пи- тательного субстрата в дображивающем ферментере в среднем на 0,24 гс/л.

Claims

Формула изобретени

Способ автоматического управлени многостадийным процессом брожени , предусматривающий регулирование подачи субстрата и расхода аэрирующего воздуха на первой стадии процесса

тем, что, с целью повышени точности регулировани концентрации питательного субстрата в дображивающем ферментере , осуществл ют подачу буферного агента на вторую стадию процесса брожени , измер ют его расход и расход выход щего углекислого газа на этой стадиигопредел ют удельную скорость роста микроорганизмов по изме-

ренным параметрам, устанавливают текущее значение концентрации питательного субстрата по величине удельной скорости роста микроорганизмов, сравнивают текущее значение концентрации

7 1

питательного субстрата с заданным значением и осуществл ют регулирование концентрации питательного субстрата в отводимой, культуральной среде в зависимости от результата сравне

8

ни путем одновременного изменени расхода возвращаемой биомассы на первую стадию процесса брожени и подачи культуральной среды на вторую стадию процесса брожени .