SU1703980A1 - Устройство дл дозировани жидкости в биокультиватор - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к системам автоматического дозирооани  жидкости по графику функциональной зависимости от времени и может быть использовано в химической , микробиологической и пищевой промышленности, в частности в дрожжевом производстве при подаче жидких компонен2 тов питательной среды в дрожжерастиль- ные аппараты. Цель изобретени  состоит в повышении эффективности работы биокуль- тиоатора за счет обеспечени  оперативного изменени  программы дозировани . Дл  этого в устройство управлени  введены мембранный клапан 16, профилированное тело 37, две заполненные жидкостью U-об- разные трубки, которые снабжены пьезометрическими трубками 13 и 27 соответственно, установленными в их расширенных коленах 12 и 34. Дополнительна  пьезометрическа  трубка 36 установлена в биокультиватор 10, причем в расширенное колено 34 U-образной трубки 28 помещено профилированное тело 37, а другое колено 33 сообщено с пьезометрической трубкой 36. Дозатор 1 жидкости выполнен в виде корпуса, разделенного на мерную 3 и управл ющую 2 камеры мембраной 4, на которой Sef fe

Description

размещен запорный орган 5 клапана, а его спд. Ю установлено на входном патрубке (штуцере) 6, Мерна  камера 3 дозатора 1 жидкости сообщена с узким коленом U-образной трубки, а управл юща  камера 2 - со штуцером 22 мембранного клапана 16. Пьезометрическа  трубка 27 U-образной трубки 28 сообщена с сопловой полостью 18 мембранного клапана 16, а его управл юща  камера 19 - с пьезометрической трубкой 13. 1 ил.

Изобретение относитс  к системам автоматического дозировани  жидкостей по графику функциональной зависимости от времени и может быть использовано вхими- чссгой, микробиологической и пищевой промышленности, в частности о дрожжевом производстве при подаче жидких компонентов питательной среды о дрожжера- ciильные аппараты.

Цель изобретени  - повышение эффективности за счет обеспечени  оперативного изменени  программы дозировани .

На чертеже представлено устройство дп  дозировани  жидкости в биокультиватор .

Устройство состоит из мембранного дозатора 1 жидкости, выполненного в виде двух камер. Верхн   - управл юща  2.и нижн   мерна  3 камеры,-разделены между гобой мембраной 4 с жестким центром 5.

Мерна  камера 3 оснащена штуцером 6 дл  подвода дозируемой жидкости из магистрального трубопровода 7. Торец 8 штуцера 6, расположенный внутри камеры 3,  вл етс  седлом клапана, а нижн   прокладка жесткого центра 5 - запорным органом клапана. В днище мерной камеры 3 имеетс  отверстие 9 дл  истечени  дозируемой жидкости в биокультиватор 10 и шту- г,--ф 11 дл  присоединени  второй U-образной трубки 12 с пьезометрической трубкой 13 внутри.i

Управл юща  камера 2 дозатора 1 жид- KociV оснащена штуцером 14 дп  присоединени  пнесмопровод-1 15 от-мембранного клапана 16. Кроме того, имеетс  винт 17 дл  ручного управлени  притоком дозируемой жидкости.

Мембранный клапан 16 состоит из двух корпусных элементов, образующих пневмо- камеры (воздушные полости) 10 и 19, разделенные мембраной 20 с жестким центром 21. Пневмокэмеры 18 и 19 оснащены штуцерами 22 и 23 дл  соединени  их пнеомопроводами 15 и 24 соответственно и с пьезометрической трубкой 13 и с управл ющей камерой 2 дозатора 1 жидкости, а также штуцером 25 дл  соединени  пнео- мопроиодом 26 с пьезометрической трубкой 27 расширенного колена первой U-образной трубки 28. Штуцеры 22. 23 и 25 служат также дл  соединени  с пневмопроводами 29-31 давлени  питани . В пневмокамере 18 закреплено сопло 32.

Перва  U-образна  трубка 28 выполнена в виде двух сообщающихс  между собой колен: колена 33 меньшего диаметра и расширенного колена 34 большего диаметра . Колено 33 меньшего диаметра соединена пневмопроводом 35 с дополнительной пьезометрической трубкой 36, установленной о биокультиваторе 10. ЕГколене 34 большего диаметра размещаетс  вставка 37, имеюща  форму тела точени  криволинейного профил . Втора  U-образна  трубка 12 и колено 34 большего диаметра оснащаютс  измерительными шкалами 38 и 39 соответственно . Мерна  камера 3 дозатора 1 жидкости соединена в верхней Части с второй

U-образной трубкой 12 горизонтальной трубкой 40 дл  выхода воздуха во вторую U-образную трубку 12.

Работа устройства дл  дозировани  жидкости в биокультиватор лредусматривает два возможных этапа в работе биокульти- ватора.

Первый этап характеризуетс  отсутствием в биокультиваторе 10 культуральной среды. При этом возможность притока в него компонентов питательной среды исключаетс  благодар  соблюдению следующих условий:

35

УЖ Г1ж0 уп.у hn.y.o

РПИТЗ Рэф i

где уж и уп.у - плотность жидкости соответ- ственно в мембранном дозаторе 1 жидкости и в первой U-обрэзной трубке 28;

Ьж0 и hn.xo - начальна  глубина погружени  пьезометрических трубок 13 и 27 со

ответственно в дозаторе 1 и в первой

U- образной трубке 28;

РПШЗ давление питани  в пневмоси- стеме 15 и в управл ющей камере 2;

Рж - давление дозуфуемой жидкости на клапан дозатора 1 жидкости;

РЭф - эффективна  площадь мембраны 4 дозатора 1 жидкости;

Fc -- площадь седла 8 клапана дозатора 1 жидкости.

В этом случае усилие пневматического давлени  в правой пневмокэмере 19 Рпр мембранного клапана 16, определ емое выражением РПр Хж пжо. будет превышать усилие пневматического давлени  в его левой пневмокамере 19 Рл, определ емое как Рл Хп.у. пп.уо- Поэтому прогнувша с  мембрана 20 своим жестким центром 21 (запорным органом клапана) перекрывает сопло 32 в мембранном клапане, исключа  тем самым истечение воздуха через пьезометрическую трубку 27 первой U-образной трубки 28. Мембрана 4 дозатора 1 своим клапаном под воздействием давлени  воздуха с усилием, равным

Мп Рпитз Рэф РЖ FC

перекроет доступ жидкости в мерную каме- РУЗ.

Второй этап работы устройства определ етс  началом поступлени  в биокультиватор 10 засевной или маточной культуры. Изменение уровн  жидкости в биокультиваторе 10 посредством дополнительной пьезометрической трубки 36 преобразуетс  в пневматическое давление (при продувке воздуха или инертного газа через эту пьезсг- метрическую трубку), понижающее уровень жидкости в колене 33 меньшего диаметра первой U-образной трубки. Одновременно с этим повышаетс  уровень жидкости в колене 34 большего диаметра, вследствие чего увеличиваетс  пневматическое давление в левой пневмокамере 18 мембранного клапана 16.

Благодар  криволинейному профилю вставки 37 в колене 34 большего диаметра изменение уровн  жидкости hn.y. происходит пропорционально квадратному корню из величины перепада давлени . Под воздействием пневматического давлени  в левой пневмокамере 18. ставшим большим по величине, чем пневмодавление в правой камере 19, мембрана 20 прогнетс  в сторону меньшего давлени  и обеспечит возможг ность через сопло 32 и пьезометрическую трубку 27 первой У-о Зразной трубки 28 сбросить давление из управл ющей камеры 2 дозатора 1 жидкости до величины, равной величине гидростатического давлени  над пьезометрической трубкой 27 в первой Li- образной трубке. При этом конструктивно обеспечиваема  зависимость

РЖ FC Хп У. hn.y.i РЭф + G

позволит приоткрытьс  запорному органу 5 в дозаторе 1 жидкости. Здесь G - усилие от воздействи  масс деталей мембраны 4. Жидкость начинает поступать в мерную

5 камеру 3 и вытекать из нее в биокультипатор 10 через отверстие 9. При этом уровень жидкости над отверстием 9 истечени  поднимаетс  до отметки hxi и устанавливаетс  равенство уж hxi Хп.у. пп у.1. поскольку

О такие элементы как сопло 32 и мембрана 20 в мембранном клапане 16, а также седло 8 клапана и мембрана 4 в дозаторе 1 жидкости обеспечивают функции пропорциональных регул торов давлени .

5 При дальнейшем увеличении уровн  жидкости в биокультиваторе 10 приток дозируемой жидкости возрастает.

Приток любого компонента питательной среды определ етс  из математической

0 зависимости

Q ,

где Q - обьемный расход жидкости, вытгкз- ющей из отверсти  истечени ; 5ее- коэффициент расхода;

f - площадь отверсти  истечени ; g - ускорение силы т жести и находитс  в квадратичной зависимости от уровн  жидкости над отверстием истечени .

0

Посто нное увеличение притока продиктовано математическим выражением закона развити  микроорганизмов , так как важнейшим условием при непрерыв5 ном и полунепрерывном культивировании микроорганизмов  вл етс  соответствие скорости их роста и скорости разбавлени  среды культивировани  D, т.е. /г D, в свою

гч V - V° 0 очередь ,

где Х - концентраци  биомассы в биокультиваторе; ,

Х0- начальна  концентраци  биомассы; 5 I основание натурального логарифма;

ft- удельна  скорость роста;

D- скорость разбавлени  среды;

V - обьем культуральной среды в биокультиваторе;

0 Vo - начальный обьем культуральной среды в биокультиваторе.

Таким образом, биокультиватор 10 совместно с первой U-образной трубкой 28 и мембранным клапаном 16 выполн ют функ- 5 Цию программного устройства и управл ют расходными характеристиками мембранного дозатора 1 жидкости в устройстве дл  дозировани  жидкости в биокультиваторе (в соответствии с требовани ми закона развити  микроорганизмов).

Необходимость функционального преобразовани  до требуемого номинального значени  величины пневматического давле- ни , управл ющего расходными характеристиками дозатора жидкости в зависимости от посто нно мен ющегос  объема и уровн  культуралыюй среды в биокультиваторе и определ емого из совместного решени  уравнений дл  расчета Q и Xi, реализуетс  конструкцией первой U-обрэзной трубки 28 посредством вставки 37, имеющей форму тела точени  криволинейного профил  и пьезометрической трубки 27, размещенной в колене 34 большего диаметра, а также мембранным клапаном 16.

Поскольку в процессе оыращивани  дрожжей D биокультиоаторе нужно подавать целый р д компонентов питательной среды, кажда  жидкость подаетс  своей системой автоматического дозировани . Количество пьезометрических трубок, введенных в колено 34 большего диаметра, соответствует числу компонентов питательной среды.

При продувке воздуха через пьезометрическую трубку 27 пневматическое давление преобразуетс  в сигнал, в соответствии с которым объемы вытекающих из дозатора 1 жидкости в биокультиватор в единицу времени жидких компонентов, наход щихс  в зависимости от гидростатического дэсле- ни  жидкости в мерной камере 3 над отверстием 9 истечени , равнозначны тем обьемным расходам, которые соответствуют основополагающему требованию математического выражени  закона развити  попул ции микроорганизмов.

При использовании устройства дл  дозировани  жидкости о биокультиватор имеетс  возможность также оперативного изменени  программы притока кбмпонен- тов питательной среды в зависимости от технологических показателей работы биокультиватора путем ручного управлени  (изменением глубины погружени  пьезометрической трубки 27).Такое управление легко реализуетс  в автоматическое путем

включени  а контроль и управление технологическим процессом электроннооичнсГ И- Тельной машины,

Таким образом, предлагаемое устройстDO дл  дозирооапи  жидкости в биокульти- оатор обеспечивает приток компонентов питательной среды в соответствии с математическим выражением закона развити  микроорганизмов, дает возможность оперативного изменени  программы доэирова- ни  при возможных отклонени х в технологических показател х работы аппарата , обеспечивает увеличение выхода и съема дрожжей.

Ф о р м у л а и э о б р е т е н и  

Устройство дл  дозировани  жидкости в биокультиватор, содержащее дозатор, мерна  камера которого сообщена входным патрубком через клапан с входной магистралью , а выходным - с биокультиватором, и

узел управлени , отличающеес  тем,

что, с целью повышени  эффективности за

счет обеспечени  оперативного изменени 

программы дозировани . в узел управлени 

введены мембранный клапан, профилированное тело, две заполненные жидкостью U-ofoasHbiefтрубки, кажда  из которых вы- пользна с расширенным коленом с пьезометрической трубкой, и дополнительна 

пьезометрическа  трубка, установленна  в биокультиваторе, причем в расширенном колене первой U-оСразной трубки размещено профилированное тело, а ее другое колено сообщено с дополнительной пьезометрической трубкой, дозатор выполнен в виде корпуса, разделенного на мерную и управл ющую камеры мембраной, на которой расположен запорный орган клапана, а его седло установлено на входном патрубке,

при этом мерна  камера дозатора сообщена с узким коленом второй U-образной трубки, а управл юща  камера - с соплом мембранного клапана, пьезометрическа  трубка первой U-образной трубки сообщена с сопловой полостью мембранного клапана, а его управл юща  полость - с пьезометрической трубкой второй U-образной трубки.

Claims (1)

15 Формула изобретения

Устройство для дозирования жидкости в биокультиватор, содержащее дозатор, мерная камера которого сообщена входным патрубком через клапан с входной магист20 ралью, а выходным - с биокультиватором, и • узел управления, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности за счет обеспечения оперативного изменения программы дозирования, в узел управления 25 введены мембранный клапан, профилированное тело, две заполненные жидкостью U-обоазные трубки, каждая из которых выполнена с расширенным коленом с пьезометрической трубкой, и дополнительная пьезометрическая трубка, установленная в биокультиваторе, причем в расширенном колене первой U-образной трубки размещено профилированное тело, а ее другое колено сообщено с дополнительной пьезо35 метрической трубкой, дозатор выполнен в виде корпуса, разделенного на мерную и управляющую камеры мембраной, на которой расположен запорный орган клапана, а его седло установлено на входном патрубке, 40 при этом мерная камера дозатора сообщена с узким коленом второй U-образной трубки, а управляющая камера - с соплом мембранного клапана, пьезометрическая трубка первой U-образной трубки сообщена с со45 пловой полостью мембранного клапана, а его управляющая полость - с пьезометрической трубкой второй U-образной трубки.