SU1590480A1 - Система автоматического управлени процессом непрерывного культивировани микроорганизмов - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к микробиологической промышленности, в частности к системам управлени  процессами культивировани  микроорганизмов. Цель изобретени  - повышение выхода биомассы и снижение концентрации неиспользованного субстрата. Система автоматического управлени  процесом непрерывного культивировани  микроорганизмов снабжена датчиком 13 концентрации углекислого газа в отход щих газах, блоками 16 и 17 определени  концентрации питательного субстрата и экстремальным регул тором 19, на вход которого подключены блоки 16 и 17 определени  концентрации микроорганизмов и концентрации субстрата, а выход подключен к исполнительному механизму 20, установленному на линии подачи субстрата. 1 ил.

Description

о

|Ь.

00

го субстрата. Система автоматического управлени  процессом непрерывного культивировани  микроорганизмов снабжена датчиком 13 концентрации углекислого газа в отход щих газах, блоками 16 и 17 определени  концентрации питательного субстрата и экстремальным регул тором 19, на вход которого подключены блоки 16 и 17 определени  концентрации микроорганизмов и концентрации субстрата, а выход подключен к исполнительному механизму 20, установленному на линии подачи субстрата. 1 ил.

Изобретение относитс  к микробиологической промышленности, в, частности к системам управлени  процессами культивировани  микроорганизмов.

Целью изобретени   вл етс  повышение биомассы и снижение концентрации неиспользованного субстрата.

На чертеже изображена структурна  схема систем-ы автоматического управлени  процессом непрерывного культивировани  микроорганизмов.

Система содержит ферментер 1, контур регулировани  подачи воздуха на аэрацию, содержащий датчик 2 расхода, регул тор 3 расхода и исполнительный механизм 4, контур регулировани  температуры, содержа- .щий датчик 5 температуры, регул тор 6 температуры и исполнительный механизм 7, контур регулировани  рН, содержащий датчик 8 кислотности, регул тор 9 и исполнительный механизм 10, а также датчик 11 скорости потреблени  буферного агента, прибор 12 дл  измерени  скорости потреблени  буферного агента, датчик 13 концентрации углекислого газа в отход щих газах, датчик 14 концентрации кислорода в отход щих газах, датчик 15 объема культураль- ной среды в ферментере, блок 16 определени  концентрации субстрата, блок 17 определени  концентрации биомассы. блок 18 вычислени  функционала дл  опре- делени условной производи .-ельности, экстремальный регул тор 19 и исполнительный механизм 20, установленный на линии подачи субстрата в ферментер.

Расход воздуха дл  аэрации ферментера 1 поддерживаетс  контуром, содержащим датчик 2 расхода, подключенный к регул тору 3 расхода, управл ющему исполнительным механизмом 4. Регул тор сравнивает текущее значение расхода воздуха с заданным и формирует управл ющий сигнал дл  исполнительного механизма 4, установленного на линии подачи воздуха в ферментер.

Температура культуральной среды в ферментере поддерживаетс  контуром стабилизации температуры. Этот контур содержит датчик 5 температуры, подключенный

на вход регул тора 6 температуры, который путем сравнени  измеренного и заданного значений температур формирует управл ющий сигнал дл  исполнительного механизма 7 на линии подачи в рубашку ферментера охлаждающей воды.

Кислотность культуральной среды измер етс  датчиком 8 кислотности, соединенным с регул тором 9, который путем

0 сравнивани  измеренного и заданного значений рН формирует регулирующий сигнал

дл  исполнительного механизма 10, управл ющего подачей аммиачной воды в ферментер .

5 Система работает следующим образом.

В ферментер 1 подают сусло, воздух на

аэрацию и аммиачную воду дл  поддержани  кислотности среды пропорционально скорости роста биомассы и скорости по0 треблени  субстрата. Скорость потреблени  аммиачной воды измер етс  датчиком 11 скорости потреблени  буферного агента и прибором 12 дл  измерени  скорости потреблени  буферного агента, а измеренный 5 сигнал подаетс  на входы блока 16 определени  концентрации субстрата и блока 17 определени  концентрации биомассы. Концентраци  углекислого газа в отход щих газах измер етс  датчиком 13 концентрации 0 углекислого газаи измеренный сигнал подаетс  на входы блока 16 и блока 17. Концентраци  кислорода в отход щих газах измер етс  датчиком 14 концентрации кислорода в отход щих газах, а измеренный 5 сигнал подаетс  на вход блока 16. На входы блоков 16 и 17 также подаетс  сигнал с- выхода датчика 2 расходу. ;..,.

Блок 17 рпределени  концентрации микроорганизмов, работает следующим об- 40 разом.

На вход блока 17 подаетс  сигнал с датчика 2 расхода воздуха на аэраци,ю,.латчика 13 концентраций углекислого газа в отход щих газах, датчика 14 концентрации.кирло- 45 роДа в отход щих газах, датчика 15 обьема культуральной среды и прибора 12 дл  измерени  скорости потреблени  буферного агента. На выходе блока 17 формируетс  сигнал в соответствии с уравнением

Ki/F

Q

C02

Q

02

- K2 QN ,

где X - концентраци  микроорганизмов;

Qo2 скорость потреблени  кислорода;

Qco2 скорость выделени  углекислого газа;

QN - скорость потреблени  азота;

KI, К - коэффициенты пропорциональности;

Qco2

.- ,-функци  вариации путем меQo2 )

таболизма.

Блок 16 определени  концентрации субстрата работает следующим образом.

На вход блока 16 подаютс  сигнапы с датчика 2 расхода воздуха на аэрацию, датчика 13 концентрации углекислого газа в отход щих газах, датчика 15 объема культу- ральной среды и прибора 12 дл  измерени  скорости потреблени  буферного агента. На выходе блока 1 б формируетс  сигнал в соответствии с уравнением

-

(ТЛКГОТ

(, ) 0,2 - К2 (

кз (т)

где S - концентраци  углеводов в ферментере;

Ks(T) субстратна  посто нна ;

/Имакс(Т) - максимальна  удельна  скорость роста на данном субстрате;

QN - скорость потреблени  азота;

Qo2 скорость потреблени  кислорода;

Ki(T); К2(Т); Кз(Т) - коэффициенты пропорциональности .

Сигналы с блока 16, блока 17 и экстремального регул тора 19 подаютс  на сзход блока 18 вычитани  функционала. Через каждые 5 мин он вычисл ет разницу между концентрацией биомасы Xi и концентрацией субстрата Si и в течение 30 мин суммирует эти разницы по формуле

1 2 (Xi-ASO D.

i 1

где D - скорость разбавлени ; i Я-коэффициент пропорциональности:; Si - концентраци  субстрата в ферментере;

Х| - концентраци  биомассы в ферментере .

Значение функционала подаетс  на вход экстремального регул тора 19, кото- рый, мен   скорость разбавлени  на определенный шаг, поддерживает значение функционала на максимальном уровне.

В результате применени  предлагае- системы обеспечиваетс  снижение рас- хода питательных веществ на единицу синтезьфуемой биомассы в сре мем на 1.5- 2% и повышение концентраций Зиомассы в ферментере на 1,2-1,5%.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Система автоматического управлени  процессом непрерывного культивировани  микроорганизмов, содержаща  датчик объема культуральной среды в ферментера,

   блок определени  концентрации субстрата в ферментере, контуры регулировани  температуры , рН и подачи воздуха в ферментер , каждь1й из которых включает датчик, регул тор и исполнительный механизм, отл и ч а ю щ а   с   тем, что, с целью повыше- ни  выхода биомассы и снижени  концентрации неиспользованного субстрата, она дополнительно снабжена датчиками концентрации кислорода и углекислого газа в

   отход щих газах, прибором дл  измерени  скорости потреблени  буферного агента с датчиком и последовательно соединенные блок определени  концентрации биомассы, блок определени  условной производительности , экстремальный регул тор и исполнительный механизм, установленный на линии подачи субстрата в ферментер, при этом второй выход экстремального регул тора подключен к входу блока определени 

   условной производительности, два других входа которого св заны с выходами блоков определени  концентрации субстрата и биомассы , а входы последних соединены с прибором дл  определени  скорости потреблени  буферного агента и датчиками концентрации углекислого газа в отход щих газах, расхода аозду)са.-;-лоступа«зщего. в ферментер, и объема культуральной среды в ферментере, причем датчик концентрации

   кислорода в отход щих газах св зан с блоком определени  концентрации субстрата.