SU1747492A1

SU1747492A1 - Способ автоматического управлени процессом выращивани микроорганизмов

Info

Publication number: SU1747492A1
Application number: SU904854242A
Authority: SU
Inventors: Мирхалил Агзамович Исмаилов; Эркин Магрупович Якубов; Абдурахман Вахабович Юлдашев; Асатулла Алимджанович Муминджанов; Ускин Туляганович Худайберганов
Priority date: 1990-07-27
Filing date: 1990-07-27
Publication date: 1992-07-15

Abstract

Использование: микробиологическа промышленность, в частности производство кормовых дрожжей. Сущность: способ автоматического управлени процессом выращивани микроорганизмов предусматривает регулирование расходов питательной среды, аэрирующего газа, хладагента, аммиачной воды и их коррекцию путем реализации адаптивной модели, а также измерение концентрации растворенного кислорода в ферментере, а регулирование питательной среды с коррекцией расхода аммиачн ой воды, хладагента и воздуха на аэрацию осуществл ют в зависимости от удельной скорости роста микроорганизмов.

Description

Изобретение относитс к микробиологической промышленности, а именно к способам управлени процессами непрерывного культивировани микроорганизмов , например кормовых дрожжей,

Цель изобретени - повышение точности регулировани и экономи расхода питательной среды.

Способ автоматического управлени процессом непрерывного выращивани микроорганизмов заключаетс в том, что измер ют концентрацию растворенного кислорода в ферментере, а регулирование расходов воздуха на аэрацию и питательной среды с коррекцией расхода аммиачной воды и хладагента осуществл ют по описанию удельной скорости микроорганизмов с помощью адаптивной модели

Предлагаемый способ автоматического управлени процессом непрерывного выращивани микроорганизмов реализуетс устройством с использованием штамма Candida robusia ЯЮ-6 в ферментере.

Устройство автоматического управлени процессом непрерывного выращивани микроорганизмов содержит датчики дл измерени температуры, рН, концентрации ингибитора, растворенного кислорода и субстрата, уровн питательной среды, выходы которых через преобразователи сигналов подключены к вычислительному устройству, состо щему из блока реализации адаптивной модели и блока обработка управл ющих сигналов, соединенных с задающими входами регул тора подачи субстрата , воздуха, аммиачной воды и хладагента.

В блок реализации адаптивной модели закладывают математическое описание

VI

4 Ч 4 Ю ГО

процесса и необходимые услови и режимы культивировани микроорганизмов.

Далее ферментер заполн ют культу- ральной средой с микроорганизмами и начинают процесс выращивани . В процессе выращивани температуру в аппарате поддерживают на заданном уровне с помощью контура регулировани температуры, подключённого на вход регул тора, который после сравнени текущего и заданного значений температур вырабатывает сигнал регулируемого воздействи , управл ющего механизмом нгГ литйии подачи хладагента, подаваемого в охладительную рубашку.

Измерение кислотности в аппарате воспринимаетс датчиком рН, включенным на выход регул тора, который в зависимости от отклонени рН в ту или иную сторону подает сигнал на исполнительный механизм подачи аммиачной воды.

Уровень культуральной среды в аппарате контролируетс датчиком, сигнал от кото- рого поступает на регул тор, воздействующий на исполнительный механизм , установленный на линии подачи воздуха нэ аэра цию.

Вычислительное устройство реализует следующие операции.

По текущим значени м Т, рН, S. I, Со2 Vs, H. поступающим в вычислительное устройство с дэтчиков,производитс вычисление удельной скорости роста микроорганизмов1

ftmS . Со2 . fi Ks + S К02 + С02 К| + I вХР (PH-PHopt)2(T-Top,)2

Is2л21 ч Ч

5рНOJ

где fim - максимальна удельна скорость роста, ч ;

Ks - субстратна посто нна , г/л,

S - концентраци субстрата в аппарате;

Ко2 константа по кислороду, г/л; концентраци растворенного кислорода в аппарате, г/л;

I - концентраци ингибитора, г/л;

К| - коэффициент насыщени , г/л;

рН, pHopt, T, T0pt - показатели водородных ионов, температуры и их оптимальные значени , соответствующие ед рН и С°.

5рн , т - величины интервалов варьи- оовани показател водородных ионов и температуры соответственно, ед рН и С°

Скорость разбавлени среды в аппарате определ етс по формуле

где Vs - расход субстрата, м3/ч,

0

5

0

5

0

Н - уровень культуральной среды в аппарате , м;

Q - сечение аппарата, м2.

Значение Q и начальные значени коэффициентов уравнени (1) ввод тс в блок реализации адаптивной модели вычислительного устройства перед началом процес- са, и происходит их коррекци в зависимости от текущих значений /г, рН, Т, S, Со2 , I, V, Н. В блоке обработки управл ющих сигналов вычислительного устройства производитс определение оптимальных значений /г , рН, Т, S, Со2 и соответствующие задани регул торам этих показателей. Корректируема величина дл расхода определ етс по формуле

AVs()H-Q.(3)

При расходе кислорода важное значение имеет концентраци микроорганизмов в аппарате, котора определ етс по формуле

Х Х0е(- .(4)

Необходима скорость потреблени растворенного кислорода, расходуемого на рост и поддержание жизнеде тельности рассчитываемой концентрации дрожжевых культур, определ етс по следующей формуле

dCo2

dt

(ац + m)X

(5)

5

0

5

0

5

где Со2 количество кислорода, потребленного на рост дрожжевой массы, г/л;

а - коэффициент, учитывающий часть расхода кислорода на рост единицы дрожжей , г/л;

m - константа.

Расход воздуха, подаваемого в аппарат, определ етс по величине уровн питательной среды и величине рассогласовани Утек и Vpac в аппарате по формуле

Vo6ut K-Q-H + Vpac-VTeK,(6)

где К - коэффициент пропорциональности, ч ;

г

Утек -текущий расход воздуха м /ч;

Vpac - расход воздуха, определ емый согласно рассчитываемого значени С02 в аппарате по формуле (5).

Экспериментально установленна зависимости между расходом воздуха и вели- чиной растворенного кислорода дл соответствующих условий культивировани заранее в виде табличных значений вводитс в пам ть вычислительного устройства По этой зависимости определ етс Vpac соответствующий величине Со2 , по которому вычислительное устройство вырабатывает

управл ющий сигнал и осуществл ет корректировку расхода воздуха по формуле (6).

Данный способ позвол ет своевременно и оптимально регулировать микробиологическим процессом,когда устанавливаетс математическа функциональна зависимость в виде (1) и основные параметры процесса контролируютс без случайных помех.

Пример. Данный способ реализован в опытном ферментере объемом 1 м3. При расчете по уравнению оптимальные значени переменных принимали следующие значени : .31 рН 4,1; Т 37°С; S 1,6 г/л: Со2 6 мг/л. Корректируема величина расхода питательного субстрата колебалась в пределе AVS 20-50 л/ч, а расход воздуха на аэрацию принимал значени из интервала У0бщ 20-30 м3/м3,ч. В результате использовани адаптивной модели расход питательной среды в среднем уменьшилс со 180 до 164 л/г при текущем рабочем объеме 700 л. Точность регулировани расхода воздуха на аэрацию в среднем составл ет 6-8%.

0 5

5

0

Claims

Формула изобретени Способ автоматического управлени процессом выращивани микроорганизмов , предусматривающий определение удельной скорости роста микроорганизмов в аппарате регулировани подачи аммиачной воды, хладагента, питательного субстрата и воздуха, поступающего на аэрацию, отличающийс тем, что, с целью экономии расхода питательного субстрата (среды), измер ют концентрацию растворенного кислорода в аппарате, а удельную скорость роста микроорганизмов корректируют в зависимости от концентрации растворенного кислорода, при этом определ ют оптимальные значени удельной скорости роста микроорганизмов, рН и температуры в аппарате, концентрации субстрата и растворенного кислорода и в зависимости от оптимальных значений параметров рассчитывают соответствующее задание дл регулировани подачи аммиачной воды, хладагента, питательного субстрата и воздуха, поступающего на аэрацию.