SU1735371A2

SU1735371A2 - Method for automatic control of concentration of microorganisms

Info

Publication number: SU1735371A2
Application number: SU894757500A
Authority: SU
Inventors: Александр Георгиевич Григорьев; Владимир Валентинович Старицкий
Original assignee: Научно-Производственное Объединение "Промавтоматика"
Priority date: 1989-11-09
Filing date: 1989-11-09
Publication date: 1992-05-23

Abstract

Использование: в микробиологической промышленности дл автоматического управлени концентрацией биомассы микроорганизмов . Сущность изобретени осуществл ют извлечение количества биомассы , возвращаемой после отделени биомассы от жидкой фазы и воздуха на аэрацию, в зависимости от расхода воздуха, концентрации кислорода и углекислого газа в отход щих газах и результата сравнени отклонени величины протока от заданного значени с допустимым значением отклонени . 2 ил.Usage: in the microbiological industry for automatic control of the microbial biomass concentration. The invention provides for extracting the amount of biomass returned after separating the biomass from the liquid phase and air for aeration, depending on the air flow, oxygen and carbon dioxide concentration in the exhaust gases and the result of comparing the deviation of the flow rate from the specified value with the acceptable deviation value. 2 Il.

Description

Изобретение относитс к микробиологической промышленности и может быть использовано дл автоматического управлени концентрацией биомассы микроорганизмов , например кормовых дрожжей , в ферментаторе 1.This invention relates to the microbiological industry and can be used to automatically control the biomass concentration of microorganisms, such as fodder yeast, in the fermenter 1.

Известный способ автоматического управлени концентрацией микроорганизмов предусматривает изменение количества биомассы , возвращаемой после отделени от жидкой фазы, и воздуха на аэрацию в зависимости от расхода воздуха, поступающего на аэрацию, и концентраций кислорода и углекислого газа в отход щих газах.The known method of automatically controlling the concentration of microorganisms involves changing the amount of biomass returned after separation from the liquid phase and air for aeration, depending on the flow of air entering the aeration, and oxygen and carbon dioxide concentrations in the exhaust gases.

Известный способ не обеспечивает высокого выхода биомассы, т.к. при изменении величины протока реакци системы управлени , осуществл ющей способ, недостаточно оперативна вследствие использовани косвенных показателей жизнеде тельности микроорганизмов, изменени которых про вл ютс через достаточно длительный интервал времени. Кроме того, процесс ферментации часто провод т в нестерильных услови х, в результате это го в некоторых случа х возникает необходимость обеззараживани , которое достигаетс резким увеличением протока. При этом рецикл сгущенной биомассы, содержащей вредные микроорганизмы, после сепараторов в ферментатор не желателен.The known method does not provide a high biomass yield, because when the flow rate of the control system changes, the response of the control system that implements the method is not sufficiently operational due to the use of indirect vital signs of microorganisms, changes of which occur after a sufficiently long interval of time. In addition, the fermentation process is often carried out in non-sterile conditions, as a result of which, in some cases, there is a need for disinfection, which is achieved by a sharp increase in flow. While recycling condensed biomass containing harmful microorganisms, after separators in the fermenter is not desirable.

Целью изобретени вл етс увеличение выхода биомассы.The aim of the invention is to increase the biomass yield.

Поставленна цель достигаетс тем, что в известном способе, предусматривающем изменение количества биомассы, возвращаемой после отделени биомассы от жидкой фазы, и воздуха на аэрацию в зависимости от расхода воздуха, поступающего на аэрацию , концентраций кислорода и углекислого газа в отход щих газах, согласно изобретению ввод т заданные значени и допустимое отклонение величины протока, определ ют величину протока и отклонение этой величины от заданного значени и сравнивают последние с допустимым значением отклонени , а количество биомассы, возвращаемой после отделени от жидкой фазы и воздуха на аэрацию корректируют в зависимости от результата сравнени .The goal is achieved by the fact that in a known method involving changing the amount of biomass returned after separating biomass from the liquid phase and air for aeration, depending on the flow rate of air entering the aeration, oxygen and carbon dioxide concentrations in the exhaust gases, according to the invention, t specified values and the permissible deviation of the value of the flow, determine the value of the flow and the deviation of this value from the specified value and compare the latter with the permissible value of the deviation, and the number The biomass recovered after separation from the liquid phase and air for aeration is adjusted depending on the result of the comparison.

Сущность изобретени заключаетс в следующем.The essence of the invention is as follows.

При изменении величины протока в нормальном режиме эксплуатации фермен (ЛWhen changing the size of the duct in normal operation, the fermen (L

СWITH

OJOj

ел соate with

V4V4

ЮYU

татора пропорционально ей происходит изменение расхода в рецикле биомассы в ферментатор после отеделени ее от жидкой фазы. Если это воздействие не компенсирует изменение концентрации микроорганизмов в ферментаторе, то спуст некоторое врем происход т изменени измер емых согласно способу 1 величин концентрации кислорода и углекислого газа в отход щих газах, которые привод т к дополнительным изменени м количества микроорганизмов в рецикле биомассы.In proportion to it, the flow rate in the recycling of biomass to the fermenter occurs after separation from the liquid phase. If this effect does not compensate for the change in the concentration of microorganisms in the fermenter, then after some time, changes in the concentrations of oxygen and carbon dioxide measured in exhaust gases occur, resulting in additional changes in the amount of microorganisms in the biomass recycling.

Так как выращивание микроорганизмов осуществл ют в нестерильных услови х, то в ферментаторе возможно заражение основной культуры, привод щие к снижению ее выхода. В этом случае рецикл биомассы недопустим, т.к. он усиливает ее зараженность в ферментаторе. Одной из наиболее часто примен емых мер борьбы с паразитирующими на основной культуре микроорганизмами , вл етс значительное увеличение протока, которое превышает заранее установленную величину. В этом случае прекращают возврат биомассы в ферментатор.Since the cultivation of microorganisms is carried out under non-sterile conditions, the infection of the main culture in the fermenter is possible, leading to a decrease in its yield. In this case, biomass recycling is not allowed, since it enhances its infection in the fermenter. One of the most commonly used control measures for parasitic microorganisms in the main culture is a significant increase in duct that exceeds a predetermined value. In this case, stop the return of biomass to the fermenter.

В результате регулировани расхода биомассы, возвращаемой после отделени жидкой фазы, и воздуха на аэрацию в ферментатор с коррекций по величине протока повышаетс скорость реакции на изменение величины концентрации биомассы, т.к. изменение величины протока наиболее быстро вли ет на концентрацию биомассы в ферментаторе, а прекращение подачи биомассы , возвращаемой после отделени жидкой фазы, и воздуха на аэрацию при промывке ферментатора сокращает необходимо врем промывки. Таким образом улучшаютс динамические характеристики стабилизации концентрации биомассы в ферментаторе и сокращаетс врем непроизводительной работы ферментатора, вследствие чего увеличиваетс выход биомассы .As a result of controlling the flow rate of biomass returned after separation of the liquid phase and air for aeration into the fermenter, corrections to the value of the biomass increase due to corrections in the duct value, since Changing the size of the flow path most quickly affects the concentration of biomass in the fermenter, and stopping the supply of biomass returned after separating the liquid phase and air for aeration during washing of the fermenter shortens the washing time. In this way, the dynamic characteristics of the stabilization of the biomass concentration in the fermenter are improved and the unproductive work time of the fermenter is reduced, as a result of which the biomass yield is increased.

На фиг. 1 изображена схема устройства дл автоматического управлени концентрацией микроорганизмов; на фиг. 2 - диаграмма работы устройства.FIG. 1 shows a diagram of an apparatus for automatically controlling the concentration of microorganisms; in fig. 2 is a diagram of the operation of the device.

Устройство содержит ферментатор 1, сепаратор 2, датчики 3 и 4 концентрации кислорода и углекислого газа, вторичные приборы 5 и 6, вычислительное устройство 7, датчик 8 количества воздуха и вторичный поибор 9, регул тор 10 расхода воздуха, исполнительный механизм 11 на линии подачи воздуха, регул тор 12 и исполнительный механизм 13 на линии подачи суспензии в ферментатор, датчик 14 величины протока и вторичный прибор 15, регул тор 16 величины протока и вычислительное устройство 17 дл сравнени ,усилени и инвертировани сигналов.The device contains a fermenter 1, a separator 2, sensors 3 and 4 of oxygen and carbon dioxide concentration, secondary devices 5 and 6, a computing device 7, a sensor 8 of air quantity and a secondary device 9, an air consumption regulator 10, an actuator 11 on the air supply line , a controller 12 and an actuator 13 on the suspension supply line to the fermenter, a flow sensor 14 and a secondary device 15, a flow controller 16 and a calculator 17 for comparing, amplifying and inverting signals.

Способ автоматического управлени Automatic control method

концентрацией микроорганизмов осуществл етс следующим образом.the concentration of microorganisms is carried out as follows.

В ферментатор 1 подают сусло, воздух и аммиачную воду и вывод т суспензию биомассы в сепаратор 2. После сепаратора 2The wort, air and ammonia water are fed to the fermenter 1 and the biomass suspension is transferred to separator 2. After separator 2

0 часть ее возвращают в ферментатор 1, а остальную часть вывод т на сушку. Концентрацию кислорода и углекислого газа определ ют датчиками 3 и 4 и вторичными приборами 5 и 6 соответственно. Сигналы от0, part of it is returned to fermenter 1, and the rest is taken out for drying. The concentration of oxygen and carbon dioxide is determined by sensors 3 and 4 and secondary devices 5 and 6, respectively. Signals from

5 вторичных приборов 5 и 6 поступают на вычислительное устройство 7, количество воздуха , поступающего на аэрацию, измер ют датчиком 8 количества воздуха и вторичным прибором 9, сигнал с которого поступает на5 secondary devices 5 and 6 arrive at the computing device 7, the amount of air entering the aeration is measured by the sensor 8 of the amount of air and the secondary device 9, the signal from which arrives at

0 вычислительное устройство 7 и на регул тор0 computing device 7 and controller

10расхода воздуха, который управл ет исполнительным механизмом 11, при помощи которого поддерживаетс заданный расход воздуха, который определ ют в вычисли5 тельном устройстве 7.10 air flow, which controls the actuator 11, by which a given air flow rate is maintained, which is determined in the calculating device 7.

По измеренным величинам концентраций кислорода и углекислого газа в отход щих из ферментатора газах определ ют величины, характеризующие процесс фер0 ментации, и при их изменении при помощи вычислительного устройства 7 определ ют, какое количество возвращаемой биомассы и воздуха на аэрацию необходимо подать в ферментатор 1. Дл осуществлени этогоFrom the measured values of oxygen and carbon dioxide concentrations in the gases leaving the fermenter, the values characterizing the fermentation process are determined, and when they are changed using a computing device 7, it is determined how much biomass and air is returned to aeration to the fermenter 1. For doing this

5 выход вычислительного устройства 7 подключают к регул торам 10 и 12, которые управл ют исполнительными механизмами5 The output of the computing device 7 is connected to the regulators 10 and 12, which control the actuators.

11и 13.11 and 13.

Величину протока измер ют датчикомThe amount of flow is measured by a sensor.

0 14 и вторичным прибором 15. Выход последнего подключают к входу регул тора 16 величины протока. Сигнал с регул тора 16 величины протока, пропорциональный отклонению величины протока от заданного0 14 and the secondary device 15. The output of the latter is connected to the input of the controller 16 for the magnitude of the duct. The signal from the flow rate controller 16 is proportional to the deviation of the flow rate from the specified

5 значени , подают на вход вычислительного устройства 17, в котором сравнивают с допустимым значением, и в том случае, когда отклонение не превышает допустимого значени , повтор ют с тем же знаком на выходе5 values, are fed to the input of the computing device 17, in which they are compared with the allowable value, and in the case when the deviation does not exceed the allowable value, repeat with the same sign on the output

0 вычислительного устройства 17, который соедин ют с входом регул тора 12. В результате этого при изменении протока регул тором 12 воздействуют на исполнительный механизм 13, расположенный на0 of the computing device 17, which is connected to the input of the regulator 12. As a result, when the flow is changed, the regulator 12 acts on the actuator 13 located on

5 линии подачи суспензии, возвращаемой после отделени от жидкой фазы и воздуха на аэрацию биомассы в ферментатор 1, измен ее расход пропорционально изменению величины протока. В том случае, когда резко увеличиваетс величина протока дл 5, the feed lines of the suspension returned after separation from the liquid phase and air to aerate the biomass into the fermenter 1, changing its flow rate in proportion to the change in the size of the flow. In the event that the flow

промывки ферментатора 1 от вредных микроорганизмов, паразитирующих на основной культуре, и сигнал с регул тора 16 величины протока, пропорциональный отклонению величины протока от заданного значени , превышает допустимое значение, его усиливают и инвертируют в вычислительном устройстве 17 таким образом, чтобы в результате этого произошло полное закрытие исполнительного механизма 13, прекращающее нежелательную подачу возвращаемой биомассы в ферментатор 1.washing the fermenter 1 from harmful microorganisms parasitizing on the main crop, and the signal from the flow rate controller 16, proportional to the flow rate deviation from the set value, exceeds the allowable value, it is amplified and inverted in the computing device 17 so that this results in a complete closing the actuator 13, stopping unwanted feed return biomass in the fermenter 1.

Пример 1. Вследствие изменени подачи сусла и аммиачной воды в ферментатор происходит изменение величины про- тока (это изменение может произойти и вследствие пр мого воздействи со стороны , например, оператов установки). Поэтому согласно предлагаемому способу на выходе вторичного прибора 15 по вл етс новое значение протока 6, которое измер ют датчиком 14. Это значение подают на вход регул тора 16, на выходе которого формируетс сигнал, пропорциональный отклонению величины протока от заданного значени ДС. Указанный сигнал поступает на вход вычислительного устройства 17, в котором его сравнивают с допустимым значением отклонени ДСдоп. по соотношению: ДС-ДСдоп. 07, (1) если нет, то на выходе вычислительного устройства 17 повтор етс величина AG, которую подают на вход регул тора 12 и по которой корректируют его уставку, вследст- вие чего на выходе регул тора 12 формируетс сигнал, который поступает на исполнительный механизм 13, измен его положение и вследствие этого количество биомассы, возвращаемой после отделени от жидкой фазы и воздуха на аэрацию. В том случае, когда указанна корректировка согласно предлагаемому способу оказываетс недостаточно точной, осуществл етс Example 1. Due to the change in the supply of wort and ammonia water to the fermenter, a change in the magnitude of the flow occurs (this change may also occur as a result of direct action from, for example, installation operations). Therefore, in accordance with the proposed method, a new value of channel 6 appears at the output of the secondary device 15, which is measured by sensor 14. This value is fed to the input of controller 16, at the output of which a signal is generated that is proportional to the deviation of the value of the channel from the specified DC value. This signal is fed to the input of a computing device 17, in which it is compared with a valid deviation value DSdop. by the ratio: DS-DSdop. 07, (1) if not, then the output of the computing device 17 repeats the value AG, which is fed to the input of the regulator 12 and according to which its setpoint is adjusted, as a result of which the output of the regulator 12 forms a signal that goes to the actuator 13 by changing its position and, consequently, the amount of biomass returned after separation from the liquid phase and air for aeration. In the case when the specified adjustment according to the proposed method is not sufficiently accurate, is carried out

регулирование количества биомассы, возвращаемой после отделени жидкой фазы, и воздуха на аэрацию, в соответствии с известным способом.controlling the amount of biomass returned after separation of the liquid phase and air for aeration, in accordance with a known method.

Если результат сравнени по (1) Да, то на выходе вычислительного устройства 17 формируетс усиленный (коэффициент усилени - К) и инвертированный сигнал - К AG, который также подают на вход регул тора 12. В результате этого на его выходе формируетс сигнал, полностью закрывающий при помощи исполнительного механизма 13 подачу биомассы, возвращаемой после отделени жидкой фазы, и воздуха на аэрацию, в ферментатор. Если в дальнейшем происходит уменьшение величины ДО и в соответствии с (1) получают результат Нет, вновь осуществл етс подача биомассы в ферментатор. Описанный пример по сн етс диаграммой на фиг. 2.If the result of the comparison with (1) Yes, then the output of the computing device 17 forms an amplified (gain factor - K) and an inverted signal - K AG, which is also fed to the input of the regulator 12. As a result, at its output a signal is generated that completely closes by means of an actuator 13, the supply of biomass returned after separation of the liquid phase and air for aeration to the fermenter. If there is a further decrease in the TO value and, in accordance with (1), the result is No, the biomass is fed back to the fermenter. The example described is illustrated in FIG. 2

Экономическа эффективность предлагаемого способа по сравнению с известным достигаетс за счет повышени эффективности управлени концентрацией микроорганизмов путем определени величины протока и коррекции по ней количества биомассы , возвращаемой после отделени от жидкой фазы в ферментатор. Увеличение выхода биомассы достигает 3-4%.The economic efficiency of the proposed method as compared to the known one is achieved by increasing the efficiency of controlling the concentration of microorganisms by determining the size of the flow and adjusting the amount of biomass returned to the fermenter after separation from the liquid phase. The increase in biomass yield reaches 3-4%.

Claims

The invention The method of automatic control of the concentration of microorganisms auth.St. No. 1043167, from l and h and with the fact that, in order to increase the biomass yield, enter the specified value and the permissible deviation of the value of the flow, determine the value of the flow and the deviation of this value from the specified value and the change in the amount of biomass returned after separation from the liquid phase and air to aeration is adjusted depending on the result of the comparison.

Young lay

Sh

AT

wo

If

1735371

DYa & X

l5 l 6l

: ./

on