SU1682395A1 - Способ автоматического управлени многостадийным процессом брожени - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к автоматическому управлению процессами культивировани  микроорганизмов и может быть использовано на предпри ти х спиртовой и микробиологической промышленности. С целью повышени  точности регулировани  концентрации питательного субстрата в головном и дображивающем ферментерах измер етс  температура культуральной среды на выходе из головного ферментера и входе в дображивающий ферментер, определ етс  разница температур, а управление процессом осуществл етс  путем регулировани  расхода питательного субстрата, подаваемого в головной ферментер, и расхода культуральной среды, подаваемой в дображивающий ферментер, с учетом разности температуры культуральной среды на выходе из головного ферментера и на входе в дображивающий ферментер. 1 ил.

Description

Изобретение относитс  к спиртовой промышленности и может быть использовано дл  автоматического /правлени  процессом биосинтеза этанола.

Цель изобретени  - повышение точности регулировани  концентрации питательного субстрата в головном и дображивающем ферментарах.

Способ автоматического управлени  многостадийным процессом брожени  заключаетс  в регулировании скорости разбавлени  питательного субстрата в головной ферментер и культуральной среды в дображивающий ферментер в стационарном режиме ведени  процесса, измерении температуры культуральной среды на выходе из головного ферментера и входе в дображивающий ферментер, при зто.м определ ют разность температур, а управление процессом осуществл ют путем регулировани  расхода питательного субстрата,

подаваемого в головной ферментер, и расхода культуральной среды, подаваемой в дображивающий ферментер, с учетом разности температур культуральной среды на выходе из головного ферментера и на входе в дображивающий ферментер.

Способ заключаетс  в следующем.

В непрерывных процессах спиртового брожени  при стационарном режиме культивировани  важно, чтобы подаваемый питательный субстрат расходовалс  экономично и при этом была бы достигнута максимальна  производительность ферментеров . При длительности времени ведени  непрерывного процесса брожени  возможны изменени  начальной концентрации питательного субстрата в зависимости от используемого сырь  дл  его приготволени , а также возможны изменени  физиологических свойств микроорганизмов -через большой промежуток

Оч 00 ГО W Ч)

ел

времени, что в результате, приводит к отклонени м от технологического регламента непрерывного процесса брожени . Из головного ферментера в дображивающий ферментер поступает культуральна  среда, в которой содержатс  определенные концентрации питательного субстрата, дрожжей и этилового спирта. Концентраци  питательного субстрата в дображивающем ферментере должна быть сравнительно мала и иметь такое значение, чтобы микроорганизмы в дображивающем ферментере не ис- пользовали этиловый спирт как углесодержащий субстрат до отвода куль- туральной среды из него на сепарацию. Ее- ли концентраци  питательного субстрата в дображивающем ферментере становитс  ниже критической, микроорганизмы начинают использовать этиловый спирт как углесодержащий субстрат, что приводит к уменьшению производительности ферментационной батареи по этиловому спирту, Таким образом, концентраци  питательного субстрата в головном ферментере и врем  пребывани  культуральной среды в нем, определ ема  скоростью подачи питательного субстрата и скоростью отвода культуральной среды из него в дображивающий ферментер, определ ют услови  дображи- вани  культуральной среды в дображиваю- щем ферментере.

Оба ферментера оснащены системами охлаждени  культуральной среды и в них поддерживаетс  посто нна  температура культуральной среды согласно технологиче- скому регламенту процесса, а магистраль, соедин юща  головной и дображивающий ферментеры, не имеет системы стабилизации температуры. О интенсивности процесса брожени , можно судить по изменению температуры культуральной среды, так как в процессе брожени  микроорганизмы при использовании питательного субстрата выдел ют определенное количество тепла, соответствующее использованному количеству питательного субстрата. Таким образом, о концентрации питательного субстрата в головном ферментере можно судить по косвеннмоу показателю - измерению температуры культуральной среды в трубопроводе, соедин ющем ферментеры на выходе из головного ферментера и на входе в дображивающий ферментер, и последующему определению разницы температур в начале и конце трубопровода, соедин ющего ферментеры т.е. концентраци  питательного субстрата в головном ферментере пропорциональна разнице температур в начале и конце трубопровода , так как тепло, выдел ющеес  в

процессе синтеза этанола, измен ет температуру культуральной среды, движущейс  по трубопроводу. Так, например, если концентраци  питательного субстрата в культуральной среде, отводимой из головного ферментера, соответствует . техноло-t. гическому регламенту, дображивание культуральной среды во врем  продвижени  культуральной среды по трубопроводу проходит с невысокой интенсивностью и разница температур культуральной среды в начале трубопровода и его конце близка к максимальной и такой процесс обеспечивает экономическое использование питательного субстрата дл  синтеза продукта в дображивающей стадии процесса и целью управлени  процессом  вл етс  поддержание данного технологического режима.

Если же концентраци  питательного субстрата в головном ферментере увеличиваетс  ввиду возмущений технологического пооцесса, в трубопроводе, соедин ющем головной и дображивающий ферментеры во врем  продвижени  культуральной среды по нему, процесс брожени  проходит более интенсивно, выдел етс  большее количество тепла и разница температур культуральной среды в начале и конце трубопровода, соедин ющего ферментеры,уменьшаетс , причем при определенных услови х разница температур может приобрести отрицательное значение по отношению к разнице температур при ведении процесса согласно технологическому регламенту.

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

Система состоит из головного 1 и дображивающего 2 Ферментеров, контура регулировани  температуры культуральной среды в головном ферментере, включающего датчик 3 температуры культуральной среды, св занный через регул тор 4 расхода охлаждающей воды с исполнительным механизмом 5, установленным на линии подачи охлаждающей воды в головной ферментер 1, контура регулировани  температуры культуральной среды в дображивающем ферментере 2, включающего датчик 6 температуры культуральной среды, св занный через регул тор 7 расхода охлаждающей воды с исполнительным механизмом 8, установленным на линии подачи охлаждающей воды в дображивающий ферментер 2, контура регулировани  подачей воздуха на аэрацию в головной ферментер, включающего датчик 9 расхода воздуха, св занный

через регул тор 10 расхода воздуха с исполнительным механизмом 11, установленным на линии подачи воздуха на аэрацию, контура регулировани  подачей расхода дрожжей в головной ферментер 1. включающего датчик 12 расхода дрожжей, св занный через регул тор 13 расхода дрожжей с исполнительным механизмом 14, установленным на линии подачи дрожжей, контура регулировани  подачей питательного субстрата, включающего датчик 15 расхода питательного субстрата, св занный через регул тор 16 расхода с исполнительным механизмом 17, установленным на линии подачи питательного субстрата, датчики 18 и 19 темпе- ратуры культуральной среды в трубопроводе, соедин ющем головной и дображивающий ферментеры, установленные в начале и конце трубопровода, соответственно , св занные через блок 20 определе- ни  разницы температур культуральной среды в начале и конце трубопровода, блок 21 суммировани  и регул тор 16 расхода с исполнительным механизмом 17, установленным на линии подачи питательного суб- страта и исполнительным механизмом 22, установленным на трубопроводе, соедин ющем головной и дображивающий ферментеры 1 и 2 соответственно.

Система работает следующим образом. Сигнал от датчика 3 температуры культуральной среды в головном ферментере 1 поступает на регул тор температуры, который сравнивает заданное.значение температуры культуральной среды в с текущим и формирует сигнал дл  исполнительного механизма 5, измен ющего подачу охлаждающей воды в головной ферментер 1. Сигнал от датчика 6 температуры культуральной среды в дображивающем ферментере 2 по- ступает на регул тор температуры, который сравнивает заданное значение температуры с текущим и формирует сигнал дл  исполнительного механизма 8, измен ющего подачу охлаждающей воды в дображиваю- щий ферментер 2. Сигнал от датчика 9 расхода воздуха подаетс  на регул тор 10 расхода воздуха, который сравнивает заданное значение расхода воздуха с текущим и формирует сигнал дл  исполнительного механизма 11, установленного на линии подачи воздуха в головной ферментер 1. Сигнал от датчика 12 расхода дрожжей подаетс  на регул тор 13 расхода дрожжей, который сравнивает за данное значение расхода дрожжей с текущим и формирует сигнал дл  исполнительного механизма 14. измен ющего подачу дрожжей в головной ферментер 1. Сигнал от датчика 15 расхода

питательного субстрата подаетс  на регул тор 16 расхода питательного субстрата, который сравнивает заданное значение расхода питательного субстрата с текущим и формирует сигнал дл  исполнительного механизма 17, измен ющего подачу питательного субстрата в головной ферментер 1. Сигнал от датчика 18 температуры культуральной среды в трубопроводе, соедин ющем головной и дображивающий ферментеры, установленного в начале трубопровода, и сигнал от датчика 19 температуры культуральной среды в трубопроводе.установленного в конце трубопровода , подаютс  на блок 20 определени  разницы температур культуральной среды в начале и конце трубопровода, в котором определ етс  текущее значение разницы температур культуральной среды в трубопроводе Л Тт.Сигнал от блока 20 определени  разницы температур культуральной среды подаетс  на блок 21 суммировани , в который также подаетс  на блок 21 суммировани  который также подаетс  заданное значение раз- ницы температур культуральной среды в начале и конце трубопровода АТз и определ етс  сумма А(АТз-АТт). Сигнал от блока 21 суммировани  подаетс  на регул тор 16 расхода питательного субстрата, сигнал которого поступает на исполнительный механизм 17, установленный на линии подачи питательного субстрата, и исполнительный механизм 22. установленный на трубопроводе , соедин ющем головной и дображивающий ферментеры, который измен ет расход питательного субстрата в головной ферментер 1 и расход отводимой культуральной среды из него в дображивающий ферментер 2 в соответствии значению разницы Аи этот сигнал  вл етс  корригирующим сигналом по отношению начальных заданных значений расходов питательного субстрата и отводимой культуральной среды из головного ферментера в дображивающий ферментер.

Предлагаемый способ по сравнению с известным, прин тым за базовый объект, позвол ет повысить точность поддержани  концентрации питательного субстрата в головном ферментере в среднем на 1,46 г/л и точность поддержани  концентрации питательного субстрата в дображивающем ферментере в среднем на 0,20 г/л.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Способ автоматического управлени  многостадийным процессом брожени , предусматривающий регулирование подачи питательного субстрата, расхода воздуха, подаваемого на аэрацию, и расхода культуральной среды, подаваемой в дображивающий ферментер, отличающийс  тем,

   что, с целью повышени  точности регулировани  концентрации питательного субстрата в головном и дображивающем ферментерах, измер ют температуру куль- туральной среды на дыходе из головного ферментера и входе в дображивающий ферментер , определ ют разность температур, регулируют подачу дрожжей в головной ферментер и охлаждающей воды на каждую, стадию брожени , а регулирование расхода куль

   туральной среды, подаваемой в дображивающий ферментер, осуществл ют в зависимости от расхода питательного субстрата, поступающего в головной ферментер, при этом регулирование подачи расхода питательной среды в головной ферментер и культуральной среды.в дображивающий ферментер корректируют в зависимости от разности температур, измеренных на выходе из головного ферментера и входе в дображивающий ферментер.

   Г

   f