SU527472A1

SU527472A1 - The system of automatic control of the process of continuous cultivation of microorganisms

Info

Publication number: SU527472A1
Application number: SU2062629A
Authority: SU
Inventors: Геннадий Михайлович Одиноков; Георгий Михайлович Лоскутов
Priority date: 1974-09-25
Filing date: 1974-09-25
Publication date: 1976-09-05

Description

Изобретение относитс к системам управлени процессами непрерывного выращивани микроорганизмов, например кормовых дрожжей, на субстратах гидролизного произ водства, и может быть использовано в микробиологической промышленности. Известна система автоматического управлени процессом непрерывного выращивани микроорганизмов, содержаща контуры регулировани подачи воздуха, воды, питательных солей, гидролизата, температуры дрожжевой суспензии в аппарате, рВ дрожжевой суспензии и объема биомассы в аппарате , датчик концентрации дрожжевой суспензии, датчики концентрации редуцирую щих веществ в поступающем субстрате и отбираемой культуральной жидкости l. Известна система автоматического управлени не обеспечивает высокой производительности микробиологического синтеза, и, кроме того, эффективности использовани питательного субстрата выращиваемой попу л цией микроорганизмов. Цель изобретени - повышение производительности процесса непрерывного выращивани микроорганизмов. Это достигаетс тем, что система автоматического управлени процессом непрерывного выращивани микроорганизмов снабжена блоком определени экономического коэффициента, блоком сравнени предшествующего значени экономического коэффициента с последующим и блоком времени, при этом вход блока определени экономического коэффициента соединен с датчиками концентрации дрожжевой суспензии и редуцируюших веществ в поступающем субстрате и отбираемой культуральной жидкости, а выходпосредством регул тора соотношений с регул торами контуров регулировани подачи воздуха , воды, питательных солей и гидролизата . На чертеже изображена схема системы автоматического управлени процессом непрерывного выращивани микроорганизмов. Система содержит контуры регулировани подачи воздуха, воды, питательных солей , гидролизата, температуры дрожжевой суспензии в аппарате, рН дрожжевой суспен зии и объема биомассы в аппаратах 1, датчики 2, 3 и 4 концентрации дрожжевой суспензии , редуцирующих веществ в поступающем субстрате и отбираемой культуральной жидкости. Контур регулировани подачи воздуха включает датчик 5 расхода, регул тор 6 и исполнительный механизм 7. Контур регулировани подачи воды включает датчик 8 расхода, регул тор 9 и исполнительный механизм 10. Контур регулировани подачи питательных солей включает датчик 11 расхода, регул тор 12 и исполнительный механизм 13 Контур регулировани подачи гидролизата включает датчик 14 расхода, регул тор 15 и исполнительный механизм 16. Контур регулировани температуры дрожжевой суспензии в аппарате включает датчик 17 температуры, регул тор 18 и испол нительный механизм 19 на линии подачи ох лаждающей воды. Контур регулировани рН дрожжевой суспензии включает датчик 20 рН, регул тор 2 и исполнительный механизм 22 на линии по дачи раствора аммиака в дрожжерастильном аппарате 1. Контур регулировани объема биомассы в аппарате 1 включает датчик 23 объема, регул тор 24 и исполнительные механизмы 25 и 26 на лини х подачи минеральных солей и субстрата. Кроме того система снабжена блоком 27 определени экономического коэффициента, блоком 28 сравнени предществующего значени экономического коэффициента с после дующим и блоком 29 времени, при этом вход блока 27 определени экономического коэффициента соединен с датчиками 4, 2 и 3 концентрации дрожжевой суспензии и реду цирующих веществ в поступающем субстрате и отбираемой культуральной жидкости, а выход - посредством регул тора ЗО соотнощени с регул торами 6, 9, 12 и 15 контуров подачи воздуха, воды, питательных солей и гидролизата. Система автоматического управлени так же содержит блок 31 проверки измеренных концентраций на ограничени и исполнительный механизм 32 на линии отбора урожа из дрожжерастильного аппарата 1. Предлагаема система автоматического управлени основана на информации об экономическом коэффициенте использовани суб страта и обеспечивает поддержание в процессе культивировани максимально допусти мого расхода питательного субстрата и соответствующих ему расходов минеральных солей и воздуха на аэрацию при заданных ограничени х по концентрации отбираемой биомассы и остаточных редуцирующих веществ в культуральной жидкости. Экономический коэффициент Y ) определ етс из формулы Q-(j - количество выращенной биомассу - количество потребл емого субстрата . При этом известно. Qc-(C3-cOVo Cg и С - концентраци биомассы гае в отбираемой культуральной жидкости и поступающем субстрате (причем, как правило , С 0); С, и концентраци питательных веществ в субстрате и культуральной жидкости; - скорость потока. После подставки получаем Таким образом, дл измерени экономического коэффициента использовани субстрата достаточно измерить концентрацию биомассы и редуцирующих веществ (РВ) в поступающем субстрате и отводимой культуральной жидкости. Система работает следующим образом. Датчиками 2,3 и 4 измер ют концентрацию дрожжевой суспензии и редуцирудащих веществ в субстрате и отбираемой биомассе. В блоке 31 измеренные концентрации др лсжевой суспензии и редуцирующих веществ (РВ) в отбираемой биомассе провер ютс на заданные регламентные ограничени и, в случае невыполнени хот бы одного из них, из блока 31 через логическое устройство (на чертеже не показано) на исполнительный механизм 32 поступает команда о перекрытии линии отбора биомассы, что способствует снижению РВ в культуральной жидкости и повыщению концентрации биомассы . При выполнении заданных ограничений соответствующие сигналы измеренных вели JJJH поступают в блок 2 7 определени экономического коэффициента, где после измерени датчиком 3 концентрации РВ в поступающем субстрате осуществл етс автоматическое вычисление экономического коэффициента ( УЛ ) и сравнение его с величинойThe invention relates to process control systems for the continuous cultivation of microorganisms, such as fodder yeast, on hydrolysis production substrates, and can be used in the microbiological industry. The known system of automatic control of the process of continuous cultivation of microorganisms, containing control circuits for the supply of air, water, nutrient salts, hydrolyzate, temperature of the yeast suspension in the apparatus, rV of the yeast suspension and biomass in the apparatus, a sensor of the concentration of yeast suspension, sensors of reducing substances in the incoming substrate and selected culture fluid l. The known automatic control system does not provide high performance of microbiological synthesis, and, moreover, the efficiency of using the nutrient substrate of the cultivated population of microorganisms. The purpose of the invention is to increase the productivity of the process of continuous cultivation of microorganisms. This is achieved by the fact that the system of automatic control of the process of continuous cultivation of microorganisms is equipped with an economic coefficient determination unit, a unit comparing the previous value of the economic coefficient with a subsequent one and a time unit, while the input of the economic coefficient determining unit is connected to sensors of the concentration of yeast suspension and reducing substances in the incoming substrate and selected culture fluid, and the output through the regulator ratios with regulators control circuits for the supply of air, water, nutrient salts and hydrolyzate. The drawing shows a diagram of a system for automatically controlling the process of continuous cultivation of microorganisms. The system contains control loops for air, water, nutrient salts, hydrolyzate, temperature of the yeast suspension in the apparatus, pH of the yeast suspension and biomass in apparatus 1, sensors 2, 3 and 4 of the concentration of yeast suspension, reducing substances in the incoming substrate and the culture liquid being taken . The air flow control loop includes a flow sensor 5, a regulator 6 and an actuator 7. The water flow control loop includes a flow sensor 8, a regulator 9 and an actuator 10. The feed salt control loop includes a flow sensor 11, a regulator 12 and an actuator 13 The hydrolyzate supply control loop includes a flow sensor 14, a regulator 15 and an actuator 16. The temperature control circuit of the yeast suspension in the apparatus includes a temperature sensor 17, a regulator 18 and isp The cooling mechanism 19 on the cooling water supply line. The pH control circuit of the yeast suspension includes a pH sensor 20, regulator 2, and an actuator 22 on the line for supplying ammonia solution in a yeast-growing apparatus 1. The biomass volume regulating circuit in apparatus 1 includes a volume sensor 23, regulator 24, and actuators 25 and 26 on supply lines of mineral salts and substrate. In addition, the system is equipped with an economic coefficient determination unit 27, a unit 28 comparing the existing economic coefficient value with a subsequent and a time unit 29, and the input of the economic coefficient determining unit 27 is connected to sensors 4, 2 and 3 of the concentration of yeast suspension and reducing substances in the incoming the substrate and the selected culture fluid, and the output is through the regulator AOR ratio with regulators 6, 9, 12 and 15 contours of the air, water, nutrient salts and hydrolyzate. The automatic control system also contains a unit 31 for checking the measured concentrations for limits and an actuator 32 on the harvest line from the yeast plant 1. The automatic control system proposed is based on information about the economic coefficient of substrate utilization and ensures that the maximum nutrient flow rate is maintained during cultivation. of the substrate and the corresponding costs of mineral salts and air for aeration under given restrictions on the concentration Traction of selected biomass and residual reducing substances in the culture fluid. The economic coefficient Y) is determined from the formula Q- (j is the amount of biomass grown — the amount of substrate consumed. It is known. Qc- (C3-cOVo Cg and C is the concentration of biomass heath in the culture fluid to be taken and the incoming substrate (and rule, C 0); C, and the concentration of nutrients in the substrate and the culture fluid; - flow rate. After the stand we obtain Thus, to measure the economic coefficient of the use of the substrate, it is enough to measure the concentration of biomass and reducing substances. TV (PB) in the incoming substrate and the withdrawn culture liquid. The system works as follows. Sensors 2,3 and 4 measure the concentration of yeast suspension and reducing substances in the substrate and selected biomass. In block 31, the measured concentrations of the other suspension and reducing substances (PB ) in the selected biomass, they are checked for specified regulatory restrictions and, in the event that at least one of them is not fulfilled, from block 31 through the logic device (not shown) the actuator 32 receives a command adjournment of biomass selection line, which contributes to reduction of the CM in the culture fluid and the Enhance biomass concentration. When the specified limits are fulfilled, the corresponding signals measured by JJJH enter the block 2 7 for determining the economic coefficient, where after measuring with sensor 3 the concentration of PB in the incoming substrate, the economic coefficient (UL) is automatically calculated and compared with the value of

предшествующего измерени ( Y. -1), В зависимости от результатов сравнени на вход регул тора ЗО соотношений и блока 28 сравнени предшествующего значени экономического коэффициента с последующим поступает сигнал об изменении РВ субстрата и соответствующих им подач воды, воздуха и минеральных солей. При этом, если Yf Yf, --I, то логическое устройство блока 27 определени экономического коэффициента выдает сигнал об увеличении подачи РВ, а если - то об уменьшении ее.the previous measurement (Y. -1). Depending on the results of the comparison, the input of the regulator of the ratio of ratios and the unit 28 of the comparison of the previous value of the economic coefficient followed by a signal about the change of the substrate RO and the corresponding water, air and mineral salts. At the same time, if Yf Yf, --I, then the logical device of the economic coefficient determining unit 27 gives a signal to increase the supply of PB, and if - then to decrease it.

Блок 29 времени, включающий кварцевый генератор и делитель частоты (на чертеже не показаны), позвол ет измерить врем от секунд до 24 часов и выдает на вход блоков 27 и 28 код времени, служащий дл задани промежутков времени, через которые осуществл етс измерение и сраанение экономических коэффициентов в блоке 27, а также через блок 28, направленные изменени концентрации РВ в подаваемом субстрате .A time block 29, including a crystal oscillator and a frequency divider (not shown), measures the time from seconds to 24 hours and outputs to the blocks 27 and 28 a time code used to specify the time intervals through which measurement and timing are performed. economic factors in block 27, as well as through block 28, directed changes in the concentration of PB in the supplied substrate.

С выходов блока 28 и регул тора 30 соотношени на входы задание регул торов 15, 9, 6 и 12 поступают сигналы, измен ющие величину задание, что приводит к рассогласованию текущих значений измер емой величины, поступающей с датчиков 14, 8, 5 и 11, соответственно, и заданием. Определ емые этим рассогласованием команды с регул торов 15, 9, 6 и 12 поступают на исполнительные механизмы 16, 10, 7 и 13 контуров регулировани подачи гидролизата, воды на разбавление , воздуха и питательных болей.From the outputs of the unit 28 and the controller 30, the ratios that change the value of the task, which leads to a mismatch of the current values of the measured value, coming from the sensors 14, 8, 5 and 11, are fed to the inputs of the reference of the regulators 15, 9, 6 and 12, respectively, and the task. Determined by this mismatch, the teams from the regulators 15, 9, 6 and 12 arrive at the actuators 16, 10, 7 and 13 of the control loop for controlling the hydrolyzate, water for dilution, air and nourishing pains.

В случае превышени заданного объема культуральной жидкости в аппарате 1 возникает рассогласование в регул торе 24 между заданием и текущим значением объема биомассы, измер емым посредством датчика 23. В результате этого на исполнительные механизмы 25 и 26 поступает сигнал о прекращении подачи солей в аппарат . Снижение объема до заданного приводит к сигналу о возобновлении подачи субстрата и питательных солей.If the specified volume of culture liquid in the device 1 is exceeded, a mismatch occurs in the controller 24 between the task and the current value of the biomass volume measured by the sensor 23. As a result, the actuators 25 and 26 receive a signal to stop the salt supply to the device. Reducing the volume to a predetermined level leads to a signal that the substrate and nutrient salts are resumed.

Термостатирование процесса культивировани осуществл етс регул тором 18 посредством воздействи на исполнительный механизм 19, установленный на линии подачи охлаждающей воды в змеевик, или на наружную поверхность аппарата при наличии рассогласовани между заданием и текущим значением температуры, измер емой датчиком 17.The cultivation process is thermostatically controlled by the regulator 18 by acting on the actuator 19 installed on the cooling water supply line to the coil, or on the outer surface of the apparatus in the presence of a mismatch between the reference and the current temperature value measured by the sensor 17.

Регулирование рН культуральной жидкости осуществл етс регул тором 21 посредством исполнительного механизма 22. Сигналом регулировани служит рассогласование между заданным и текущим значением рН, измер емым датчиком 20.Adjusting the pH of the culture liquid is carried out by the regulator 21 by means of the actuator 22. The adjustment signal is the mismatch between the target and the current pH value measured by the sensor 20.

Предлагаема система автоматического управлени процессом непрерывного выращивани микроорганизмов проста в изготовлении и по сравнению с известной позвол ет регулировать тexнoлoniчecкиe параметры процесса таким образом, чтобы обеспечить повышение производительности микробиологического синтеза и эффективность использовани питательного субстрата вырдщиваемой попул ции микроорганизмов.The proposed system for automatic control of the process of continuous cultivation of microorganisms is easy to manufacture and, in comparison with the known, allows adjusting the technological parameters of the process in such a way as to ensure an increase in the productivity of microbiological synthesis and the efficiency of using the nutrient substrate of the population of microorganisms.

Claims

1. Copyright certificate N ° 308060 for MKI S 12 V 1/08 dated January 23. 1969