Система автоматического управления процессом непрерывного культивирования микроорганизмов

(5)5 НЫЙ КОМИТЕТИЯМ И ОТКРЫТИЯМ ГОСУДАРСТВ ПО ИЗОБРЕТ ПРИ ГКНТ СС ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(54) СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ НЕПРЕРЫВНОГОКУЛЬТИВИРОВАНИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ(57) Изобретение относится к микробиологической промышленности, в частности к системам управления процессами культивирования микроорганизмов, Цель изобретения - повышение выхода биомассы и снижение концентрации неиспользовэнно1590480 10 20 25 30 35 40 го субстрата. Система автоматического управления процессом непрерывного культивирования микроорганизмов снабжена датчиком 13 концентрации. углекислого газа в отходящих газах, блоками 16 и 17 определения концентрации питательного субстраИзобретение относится к микробиологической промышленности, в частности к системам управления процессами культивирования микроорганизмов.Целью изобретения является повышение биомассы и снижение концентрации неиспользованного субстрата,На чертеже изображена структурная схема системы автоматического управления процессом непрерывного культивирования микроорганизмов,Система содержит ферментер 1, контур регулирования подачи воздуха на аэрацию, содержащий датчик 2 расхода, регулятор 3 расхода и исполнительный механизм 4, контур регулирования температуры, содержащий датчик 5 температуры, регулятор 6 температуры и исполнительный механизм 7, контур регулирования рН, содержащий датчик 8 кислотности, регулятор 9 и исполнительный механизм 10, а также датчик 11 скорости потребления буферного агента, прибор 12 для измерения скорости потребления буферного агента. датчик 13 концентрации углекислого газа в отходящих газах, датчик 14 концентрации кислорода в отходящих газах, датчик 15 объема культуральной среды в ферментере, блок 16 определения концентрации субстрата, блок 17 определения концентрации биомассы, блок 18 вычисления функционала для определения условной производи;ьльности, экстремальный регулятор 19 и исполнительный механизм 20, установленный на линии подачи субстрата в ферментер.Расход воздуха для аэрации ферментера 1 поддерживается контуром, содержащим датчик 2 расхода, подключенный к регулятору 3 расхода, управляющему исполнительным механизмом 4, Регулятор сравнивает текущее значение расхода воздуха с заданным и формирует управляющий сигнал для исполнительного механизма 4, установленного на линии подачи воздуха в Ферментер.Температура культуральной среды в ферментере поддерживается контуром стабилизации температуры. Этот контур содержит датчик 5 температуры, подключенный та и экстремальным регулятором 19, на вход которого подключены блоки 16 и 17 определения концентрации микроорганизмов и концентрации субстрата, а выход подключен к исполнительному механизму 20, установленному на линии подачи субстрата, 1 ил. на вход регулятора 6 температуры, который путем сравнения измеренного и заданного значений температур формирует управляющий сигнал для исполнительного механизма 7 на линии подачи в рубашку ферментера охлаждающей воды,Кислотность культуральной среды измеряется датчиком 8 кислотности, соединенным с регулятором 9, который путем сравнивания измеренного и заданного значений рН формирует регулирующий сигналдля исполнительного механизма 10, управляющего подачей аммиачной воды в ферментер. Система работает следующим образом В ферментер 1 подают сусло, воздух нааэрацию и аммиачную воду для поддержания кислотности среды пропорционально скорости роста биомассы и скорости потребления субстрата, Скорость потребления аммиачной воды измеряется датчиком 11 скорости потребления буферного агента и прибором 12 для измерения скорости потребления буферного агента, а измеренный сигнал подается на входы блока 16 определения концентрации субстрата и блока 17 определения концентрации биомассы. Концентрация углекислого газа в отходящих газах измеряется датчиком 13 концентрации углекислого газа и измеренный сигнал подается на входы блока 16 и блока 17. Концентрация кислорода в отходящих газах измеряется датчиком 14 концентрации кислорода в отходящих газах, а измеренный сигнал подается на вход блока 16, На входы блоков 16 и 17 также подается сигнал свыхода датчика 2 расхода.Блок 17 определения концентрации микроорганизмов, работает- следующим образом.На вход блока 17 подается сигнал с датчика 2 расхода воздуха на аэрацию,датчика 13 концентрации углекислого газа в.отходящих газах, датчика 14 концентрации кислорода в отходящих газах, датчика 15 объема культуральной среды и прибора 12 для измерения скорости потребления буферного агента, На выходе блока 17 формируется сигнал в соответствии с уравнением10 15 Формула изобретенияСистема автоматического управленияпроцессом непрерывного культивирования микроорганизмов. содержащая датчик объема культуральной среды в ферментере, 20 блок определения концентрации субстратав ферментере, контуры регулирования температуры, рН и подачи воздуха в ферментер, каждый иэ которых включает датчик, регулятор и исполнительный механизм, о т личающа яся тем,что,сцелью повышения выхода биомассы и снижения концентрации неиспользованного субстрата, она дополнительно снабжена датчиками концентрации кислорода и углекислого газа в 0 отходящих газах, прибором для измеренияскорости потребления буферного агента с датчиком и последовательно соединенные блок определения концентрации биомассы, блок определения условной производитель ности, экстремальный регулятор и исполнительный механизм, установленный на линии подачи субстрата в ферментер, при этом второи выход экстремального регулятора подключен к входу блока определения 0 условной производительности, два другихвхода которого связаны с выходами блоков определения концентрации субстрата и биомассы, а входы последних соединены с прибором для определения скорости потребления буферного агента и датчиками концентрации углекислого газа в отходящихгазах, расхода. воздуха,:.:иссякающего,.вферментер, и объема культуральной среды в ферментере, причем датчик концентрации 50 кислорода в отходящих газах связан с блоком определения концентрации субстрата. т) Ъй-о,Ггж-ь К,(Т) - субстратная постоянная; 3смакс(Т) - максимальная удельная ско. рость роста на данном субстрате;Ои - скорость потребления азота;Оо 2 - СКОрОСтЬ ПОтрЕбЛЕНИя КИСЛОрОда: .К 1 Щ: К 2 Щ; КЗЩ - коэффициенты про порциональности.Сигналы с блока 16, блока 17 и экстремального регулятора 19 псдаются на вход блока 18 вычитания функционала, Через каждые 5 мин он вычисляетразницу между 4 концентрацией биомасы Х и концентрацией субстрата Я 1 и в течение 30 мин суммирует эти разницы по формуле1=(Х - АЯ) О, 451 стименОсо 2Х - Оо 2 К 1/Р К 2 Ои,Оо 2 где Х - концентрация микроорганизмов;Оо 2 - скорость потребления кислорода; Осо 2 - скорость выделения углекислого газа;Ом - скорость потребления азота;К 1, К - коэффициенты пропорциональности;Осо 2Е -- функция вариации путем меОо 2таболизма.Блок 16 определения концентрации субстрата работает следующим образом.На вход блока 16 подаются сигналы с датчика 2 расхода воздуха на аэрацию, датчика 13 концентрации углекислого газа в отходящих газах, датчика 15 объема культу- ральной среды и прибора 12 для измерения скорости потребления буферного агента, На выходе блока 16 формируется сигнал в соответствии с уравнением где Я - концентрация углеводов в ферме де 0 - скорость разбавления; А - коэффициент пропорциональ Я 1 - концентрация субстрата в фе Х - концентрация биомассц в ферментере,Значение функционала подается на вход экстремального регулятора 19, который, меняя скорость разбавления на определенный шаг, поддерживает значение функционала на максимальном уровне.В результате применения предлагаемой системы обеспечивается снижение расхода питательных веществ на единицу синтеэируемай биомассы в срег нем на 1,52 и повышение концентраци 5 иомассы вферментере на 1,2-1,5 О.