SU909663A1 - Система автоматического управлени периодическим процессом ферментации - Google Patents

Description

I

Изобретение относитс  к медицинской технике и может быть использовано дл  автоматического управлени  аэробными процессами микробиологического синтеза, а также в микробиологической и химико-фармацевтической про-, мышленности.

Известна система управлени  периодическим процессом ферментации, содержаща  контуры стабилизации температуры , аэрации и кислотности среды в аппарате, включающие соответственно датчик измер емого парамьтра, регул тор и исполнительный механизм, а также блок обработки управл ющих воздействий и блоки реализации адаптивной модели, служащий дл  определени  разности расчетного и текущего значений концентрации микроорганизмов , при этом на вход блока реализа-. ции адаптивной модели подключены датчики измер емых параметров, а выход подключен к задающим входам регул торов при помощи блока отработки управл ющих воздействий 1,

Недостаток данной системы заключаетс  в невысокой эффективности управлени  процессом, обусловленной тем, что в ней отсутствует коррекци  подаваемого , на аэрацию воздуха по концентрации растворенного кислорода в культуральной жидкости и концентрации углекислого газа в отход щих

10 газах, отражающих потребности микроорганизмов в кислороде на различных стади х процесса, в св зи с чем подача воздуха не всегда соответствует оптимальной, что тем самым приводит

15 к снижению выхода целевого продукта.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому  вл етс  известна  система автоматического управлени  пе20 риодическим процессом ферментации, содержаща  контуры регулировани  температуры , давлени  и аэрации, датчики растворенного кислорода и угле390 кислого газа, соединенные с регул тором контура аэрации, блок дифферен цировани , логический блок и переключающее реле С23, Однако в известном способе качест во управлени  периодическим процессом ферментации в св зи с его нестационарностью при использовании та кой системы невысокое, так как заданием посто нных настроечных параметров регул торам концентрации растворенного кислорода в культураль . ной жидкости и концентрации углекислого газа в отход щих газах не может быть обеспечено поддержание указанных параметров процесса с минимальны ми отклонени ми от их оптимальных значений, что в конечном итоге приводит к снижению выхода целевого продукта . Цель изобретени  - увеличение выхода целевого продукта. Поставленна  цель достигаетс  тем что система автоматического управлени  периодическим процессом ферментации , содержаща  контуры регулировани  температуры, давлени  и аэрации, датчики растворенного кислорода и углекислого газа, соединенные с регул тором контура аэрации, блок дифференцировани , логический блок и переключающее реле, снабжена регулирующим блоком адаптации, подключенным через соответствующие переключающие реле к датчику растворенного кислорода и углекислого газа и их задатчикам раст воренного кислорода и углекислого газа , а выход - к задающему входу регул тора контура аэрации, при этом переключающие реле св заны посредством логического блока и блока дифференцировани  с датчиком растворенного кислорода. На чертеже представлена схема системы автоматического управлени  периодическим процессом ферментации. Система содержит контуры регулировани  аэрации, температуры и давлени  в ферментере 1, датчик 2 растворенного кислорода в культуральной жидкоети , датчик 3 углекислого газа в отход щих газах, подключенные ко входу первого переключающего реле , блок 5 дифференцировани , вход которого под .ключен к выходу датчика 2 растворенного кислорода, а выход подключен ко входу логического блока 6, св занного с первым переключающим реле А и вторым переключающим реле 7, ко входам которого подключены задатчики 8 и 9 растворенного кислорода и углекислого газа соответственно, выход первого переключающего реле и выход второго переключающего реле 7 подключены соответственно к переменному входу и к задающему входу регулирующего блока 10 адаптации. Контур регулировани  аэрации состоит из датчика 11 расхода, подключенного к переменному входу регул тора 12, к задающему входу которого подключен выход регулирующего блока 10 адаптации, регулирующего концентрацию кислорода и углекислого газа, выход регул тора 12 подключен к исполнительному механизму 13, установленному на линии подачи воздуха на аэрацию . Контур регулировани  температуры включает датчик k температуры, выход которого подключен ко входу регул тора 15, св занного с исполнительным механизмом 16, установленным на линии подачи охлаждающей воды. Контур регулировани  давлени  содержит датчик 17, подключенный ко входу регул тора 18, св занного с исполнительным механизмом 19, установленным на линии отход щих из ферментера 1 газов. Устройство работает следующим образом . 6 начале процесса концентраци  углекислого газа в отход щих газах незначительна, при этом сигнал от датчика 3, поступающий на переключающее реле 4, близок к нулю. На вход переключающего реле k поступает также сигнал от датчика 2 растворенного кислорода в культуральной жидкости. Этот же сигнал поступает на вход блока 5 дифференцировани . В данной фазе процесса потребность микроорганизмов в кислороде невелика и подача воздуха в зависимости от концентрации кислорода  вл етс  достаточной, при этом последн   в культуральной жидкости устанавливаетс  на определенном уровне. При посто нном значении концентрации растворенного в культуральной жидкости кислорода скорость изменени  растворенн{эго кислорода, измер ема  с помощью блока дифференцировани  5 равна нулю, и сигнал на выходе логического блокч 6 отсутствует. При этом первое переключающее реле Ч коммутирует сигнал с датчика 2 растворенного кислорода на переменный вход регулирующего блока 10 адаптации , а второе переключающее реле 7 коммутирует сигнал с задатчика 8 растворенного кислорода в культураль ной жидкости на задающий вход блока 10. Выходной сигнал блока 10 поступает на задающий вход регул тора 12, который формирует результирую щее воздействие на исполнительный механизм 13, обеспечива  при помощи его подачу воздуХа на аэрацию в зависимости от концентрации растворенного в культуральной жидкости кислорода . По мере дальнейшего развити  микроорганизмов потребность их кислорода увеличиваетс , концентраци  растворенного кислорода в культуральной жидкости снижаетс , а концентраци  углекислого газа в отход щих газах, отражающа  дыхательный метаболизм культуры, увеличиваетс . Подача воздуха в этом случае в зависимости от концентрации растворенного кислорода становитс  нецелесообразной . Понижение концентрации растворенного кислорода воспринимаетс  датчиком 2 и вызывает по вление сигнала на выходе блока 5 дифференци ровани , поступающего на вход логического блока 6. При отрицательном значении скорости изменени  концентрации растворенного кислорода на вхо де логический блок 6 выдает управл ющий сигнал, воздействующий одновременно на переключающие реле Ц и 7 В этом случае первое переключающее реле 4 коммутирует на переменный вхо регулирующего блока 10 адаптации сиг нал от датчика 3 углекислого газа в отход щих газах, а второе переключаю щее реле 7 коммутирует на задающий вход блока 10 сигнал с выхода задатчика 9 углекислого газа. При увеличе нии концентрации углекислого газа в отход щих газах в св зи с повышением интенсивности протекани  метаболичес ких процессов происходит возрастание сигнала на выходе блока 10, который поступает на регул тор 12, где форми руетс  результирующее воздействие, направленное на увеличение подачи аэрирующего воздуха с помощью исполнительного механизма 13С понижением интенсивности метаболических -процессов происходит снижение концентрации углекислого газа в отход щих газах и повышение содержани  растворенного кислорода в культуральной жидкости, что приводит к возрастанию величины скорости изменени  концентрации растворенного кислорода . При положительной величине скорости измене чи  концентрации кислорода, измер емой блоком 5 дифференцировани ,, логический блок 6 выдает управл ющий сигнал, воздействующий на переключающие реле и 7, с помощью которых происходит обратна  смена регулируемых параметров на входе блока 10, корректирующего подачу воздуха на аэрацию. В этом случае переключающее реле k вновь коммутирует сигнал от датчика 3 на переменный вход регулирующего блока 10 адаптации, а второе переключающее реле 7 коммутирует на задающий вход блока 10 сигнал от задатчика 8 концентрации кислорода. В зависимости от величины сигнала рассогласовани  между переменной и заданием блок 10 формирует корректирующее воздействие на изменение подачи воздуха на аэрацию, которое поступает на регул тор 12, формирующий результирующее воздействие, направленное в этом случае на уменьшение подачи аэрирующего воздуха с помощью исполнительного механизма 13, при этом осуществл етс  регулирование концентрации растворенного в культуральной жидкости кислорода в соответствии с потребност ми микроорганизмов . Подача воздуха в зависимости от концентрации кислорода осуществл етс  также и в том случае, когда вследствие дальнейшего снижени  скорости развити  микроорганизмов концентраци  кислорода в культуральной жидкости повышаетс  и в-среде устанавливаетс  определенный посто нный уровень концентрации кислорода. В этом случае скорость изменени  концентрации растворенного кислорода уменьшаетс  и становитс  равной нулю, при этом выходной сигнал блока 5 дифференцировани  также равен нулю, и работа корректирующего контура аналогична рассмотренному выше. Стабилизаци  температуры и давлени  в,ферментере 1 осуществл етс 

соответственно с помощью регул торов 15t 18 и исполнительных механизмов 1б, 19, воздействующих на подачу хладагента и сброс отход щих газов.

Предлагаема  система автоматического управлени  периодическим процессом ферментации обеспечивает увеличение выхода целевого продукта по сравнению с известным техническим решением той же задачи.

Claims (2)

1.Авторское свидетельство СССР № , кл. G 05 D 27/00, 1975/

2.Авторское свидетельство СССР по за вке № 2769236/13,

кл. G 05 D 27/00, 1980.

t

}(лодагент

Воздух

у

f