SU1648981A1

SU1648981A1 - Система автоматического управлени процессом непрерывного выращивани микроорганизмов

Info

Publication number: SU1648981A1
Application number: SU894714658A
Authority: SU
Inventors: Гинтаутас Йонович Гваздайтис; Юргис-Казимерас Юргевич Станишкис; Валерас Владович Кильдишас; Марюс Миколович Манкявичюс
Original assignee: Каунасский Политехнический Институт Им.А.Снечкуса
Priority date: 1989-05-03
Filing date: 1989-05-03
Publication date: 1991-05-15

Abstract

Изобретение относитс к биотехнологии и может быть использовано дл автоматического управлени непрерывным процессом выращивани микроорганизмов. Цель изобретени - повышение выхода биомассы . Система осуществл ет стабилизацию соотношени скорости потреблени кислорода и аммиачной воды, которое однозначно св зано с удельной скоростью роста микроорганизмов, путем управлени подачей субстрата. Система содержит контуры регулировани подачи воды, питательных солей и субстрата, температуры, рН и концентрации растворенного кислорода куль- туральной среды, а также технические средства дл стабилизации удельной скорости роста микроорганизмов. Кроме того, система посредством логического устройства осуществл ет анализ динамики процесса биосинтеза и в неблагопри тных услови х выращивани предотвращает процесс от вымывани . Система позвол ет более точно поддерживать заданный режим биосинтеза в мен ющихс услови х культивировани . Стабилизаци удельной скорости роста микроорганизмов обеспечивает эффективность использовани питательных веществ и повышает выход биомассы. 1 табл. 1 ил.

Description

Изобретение относитс к биотехнологии и может быть использовано дл автоматического управлени непрерывным процессом выращивани микроорганизмов.

Цель изобретени - повышение выхода биомассы.

На чертеже представлена блок-схема система автоматического управлени процессом непрерывного выращивани микроорганизмов .

При непрерывном выращивании микроорганизмов наиболее эффективными вл ютс автоматические системы стабилизации удельной скорости роста, так как они обеспечивают рациональное использование всех компонентов процесса биосинтеза . О интенсивности процесса суд т по косвенным параметрам - скорости титровани и потреблени кислорода:

Qo2 Ki/4X K2X;(1)

QAB ,(2)

где Qo2 скорость потреблени кислорода:

О

ь.

00

о

00

QAB скорость потреблени аммиачной воды;

fji - удельна скорость роста микроорганизмов;

X - концентраци микроорганизмов;

Ki, «2, Кз - коэффициенты пропорциональности .

Удельна скорость роста // выражаетс как функциональна зависимость от соотношени Qo2 /QAB

Qo2/QAB - К5

где К4 К2/Кз и К5 К1/Кз - коэффициенты пропорциональности.

Данна система по ходу процесса поддерживает заданное значение соотношени Qo2 /QAB путем управлени подачей субстрата, одновременно стабилизиру удельную скорость роста микроорганизмов.

Функциональна зависимость и f ( Qo2/QAB ) АЛЯ данного процесса выращивани определ етс заранее. Ввиду нелинейности функциональной зависимости /и f ( Qo2/QAB ) , чтобы обеспечить динамичность и качество управлени на всем рабочем диапазоне, в данной системе предусмотрена коррекци коэффициента усилени регул тора стабилизации соотношени Q02 /Одв в зависимости от величины соотношени Q02 /UAB.

Кроме того, в системе предусмотрены технические средства, защищающие процесс от вымывани , т.е. если даже после увеличени скорости подачи субстрата скорость роста по неизвестным причинам не увеличиваетс или падает, что свидетельствует о вном нарушении технологического регламента, то подача субстрата, а одновременно и скорость протока на соответствующую долю уменьшаютс .

Система содержит контуры регулировани подачи воды, питательных солей и суб- страта, температуры (не показаны), рН и концентрации растворенного кислорода культу рал ь ной среды.

Контур регулировани концентрации растворенного кислорода включает датчик 1 концентрации растворенного кислорода в аппарате, регул тор 2 и исполнительный механизм 3 на линии подачи воздуха, при этом датчиком 4 измер ют расход подаваемого воздуха.

Контур регулировани рН включает датчик 5 рН в аппарате, регул тор 6 и исполнительный механизм 7 на линии подачи аммиачной воды, при этом датчиком 8 измер ют расход аммиачной воды.

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

Контур регулировани подачи субстрата включает датчик 9 расхода субстрата, регул тор 10 и исполнительный механизм 11 на линии подачи субстрата.

Система также содержит последовательно соединенные датчик 12 концентрации кислорода в выход щих газах, блоки 13 и 14 определени текущей и среднеинтег- ральной скоростей потреблени кислорода и блок 15 делени , на второй вход которого через блок 16 определени среднеинтег- ральной скорости подачи аммиачной воды подключен датчик 8 расхода аммиачной воды . Выход блока 15 делени соединен с блоком 17 управлени и.с логическим устройством 18, другие входы последнего св заны с блоками 15 и 17 делени и управлени , а выходы - с блоком 19 переключени . Блок 20 синхронизации подключен к логическому устройству 18 и к блокам 14 и 16 определени среднеиитегральной скорости потреблени кислорода и аммиачной воды , а выход блока 17 управлени через блок 19 переключени соединен с задающим входом регул тора 10 подачи субстрата.

Система работает следующим образом.

Сигналы от датчика 4 расхода воздуха на аэрацию и датчика 12 концентрации кислорода в выход щих газах поступают на блок 13, в котором текуща скорость потреблени кислорода определ етс по формуле

Qo2 Овозд. ( Со возд-Сод), (4)

где Qo2 скорость потреблени кислорода;

Овозд. - расход воздуха на аэрацию;

Со2возд. концентраци кислорода в воздухе (величина посто нна );

Со„ концентраци кислорода в выход щих газах.

Сигнал текущей скорости потреблени кислорода с выхода блока 13 поступает на блок 14 определени среднеинтегральной скорости потреблени кислорода, а сигнал от датчика 8 расхода аммиачной воды - на блок 16 определени среднеинтегральной скорости подачи аммиачной воды. В блоках 14 и 16 происходит суммирование момент- ных значений входных сигналов за заданный период времени и деление сигналов интегральной суммы на длительность периода интегрировани . Период интегрировани выбираетс таким, чтобы сглаживать нестационарность текущих измерений. Сигналы с выходов блоков 14 и 16 поступают на блок 15 делени . Работой блоков 14 и 16 управл ет блок 20 синхронизации, который задает период интегрировани . После окончани этого периода блок 20 синхронизации формирует управл ющий сигнал, по которому сигналы интегральных сумм в блоках 14

и 16 дел тс на период интегрировани и подаютс на блок 15 делени , а также осуществл етс сброс блоков 14 и 16. Результат делени , который однозначно св зан с удельной скоростью роста микроорганизмов /м - f ( Qo2/QAB ) (где QAB - скорость потреблени аммиачной воды), с выхода блока 15 подаетс на блок 17 управлени . Этот блок формирует управл ющий сигнал согласно выражению

(Q°2/QAB-3aA-) (5) где Зад. - сигнал задани соотношени ;

К - коэффициент усилени , который через блок 19 переключени подаетс на задающий вход регул тора 10 подачи субстрата. Сигналы задани соотношени Qo2 /QAB Зад и коэффициента усилени К ввод тс в блок 17 управлени через за- датчик констант блока. Коэффициент усилени подбираетс по обычной методике отладки контуров регулировани . Согласно выражению (5) коэффициент усилени кор- регируетс в зависимости от величины соот- ношени Qo2 /QAB, что значительно увеличивает качественные показатели контура стабилизации соотношени Qog /Одв, так как функциональна зависимость (Qo2/QAB) нелинейна. Блок 17 управлени коррегирует задание регул тора 10 подачи субстрата, который управл ет подачей субстрата, таким образом, чтобы поддерживать заданное соотношение Qo2 /QAB. Функциональна зависимость /л - f ( Qo2/QAB ) дл данного процесса биосинтеза определ етс заранее.

Логическое устройство 18 служит дл защиты процесса от вымывани , когда по неизвестным причинам даже после увеличени скорости подачи субстрата удельна скорость роста не увеличиваетс . На логическое устройство 18 поступают сигналы средней скорости потреблени аммиачной воды, соотношени Q02 /Одв и управлени Упр. Работой логического устройства 18 управл ет блок 20 синхронизации. Через дискретные интервалы времени, которые равны периоду интегрировани блоков 14 и 16 определени среднеинтегральной скорости потреблени кислорода и аммиачной воды, в блоке пам ти логического устройства 18 запоминаютс значени входных сигналов и сравниваютс с результатами предыдущего запоминани . Логическое устройство 18 анализирует результаты сравнени и управл ет работой блока 19 переключени согласно правилам, представленным в табли це.

Если после увеличени скорости подачи субстрата скорость роста не увеличиваетс , 5 логическое устройство 18 включает сигнализацию о нарушении технологического регламента , а коррегирующий сигнал блока 17 управлени инвертирует и подает сигнал на регул тор 10 субстрата. Таким образом,

) прикрываетс подача субстрата, а одновременно уменьшаетс и проток через ферментер (в аппарате установлено переливное устройство дл отвода культуральной суспензии ), что предотвращает от начала вы5 мывани .

Предлагаема система по сравнению с известной позвол ет более точно поддерживать заданный режим биосинтеза в мен ющихс услови х культивировани .

0 Стабилизаци удельной скорости роста микроорганизмов обеспечивает эффективность использовани питательных веществ и повышает выход биомассы.

Claims

Формула изобретени

5 Система автоматического управлени процессом непрерывного выращивани микроорганизмов, содержаща контуры регулировани подачи воды, питательных солей и субстрата, температуры, рН и

0 концентрации растворенного кислорода культуральной среды, датчики расхода аммиачной воды и воздуха на аэрацию, концентрации кислорода в выход щих газах, а также логическое устройство, отличаю5 щ а с тем, что, с целью повышени выхода биомассы, она снабжена последовательно соединенными блохами определени текущей и среднеинтегральной скорости потреблени кислорода, делени ,

0 управлени и переключени , а также блоками определени среднеинтегральной скорости подачи аммиачной воды и синхронизации, при этом блок определени текущей скорости потреблени кислорода

5 св зан с датчиками концентрации кислорода и расхода воздуха, а датчик расхода аммиачной воды через блок определени среднеинтегральной скорости подачи аммиачной воды св зан с блоком делени и логи0 ческим устройством, другие входы последнего св заны с блоками делени , управлени и синхронизации, а выходы - с блоком переключени , выход которого соединен с задающим входом регул тора пода5 чи субстрата, причем блок синхронизации подключен к блокам определени средне- интегральной скорости потреблени кислорода и аммиачной воды.

Выход щие

Амниоч- ни воЙа

ЦБ страт