Система автоматического управления процессом выращивания микроорганизмов

ОЯЭ СОВЕТСНИК ЮЕЛИСтИЧЕСНИ СПУБЛИК 4 Я9) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ линии подачи занный с рег рации субстр зтом вычисли в аппарат свянцент улятором,чик ата и гибитора.устройство ычисли- одствен тельноетчикам подсубст мпераключено к да рата и ингиб нце атч тра иторая. Выхоедине ам т уры и уро стройства ыч слительного олнительным с ис контура регулир та, а датчик уро подачи воздуха в вычислительное у своевременно про механизм чи субст ания поданя - с реаппараттройствонозировать СССР 981,гулятором Датчики и позволя(54) НИЯ НИЗМ (57) биол быть СИСТЕМА АВТОМАТ РОЦЕССОМ ВЫРВИ ЕСКОГО УЕ 1 РАВЛЕ НИЯ МИКРООРГАИзобретение отн гической промыш использовано в культивирования изобретения - и ится к микрои и можете непрерыврганизмов.е произваьроце микр Г ль ыше дительности тического у щивания мик ппарата. С авленич пр организмов тема автома ессом вырапаб держит кон пературы в убс в аппа ог вленный в стройство субстрата активно кам и.зто также и концентрации х и,азмножающимся клетводит к уменьшениюлецовательно, кительности аппараельное динень тчиками и исполниоженный на уменьшению произв спо ил ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТ(71) Институт кибернетики стельным центром Научно-произного объединения "КибернетикАН УЗССР(56) Авторское свидетельствоФ 1062262, кл. С 12 Я 300,туры регулированияаппарате и подачират, датчик уровняаппарате, вычислитвходы которого соерасхода субстратательный механизм,значение производительности и выраба тывают управляющую комачду в исполни тельный механизм, что приводит к оптимальному управлению расходом субстрата Ч. Увеличение расхода питател ного субстрата Ч по сравнению с Ч приводит к вымыванию культуры, потерям питательного субстрата и в итоге к уменьшению производитель ап рата и выхода биомассы с е су страта. В случае уменьшени ода питательного субстрата Ч п кени с Ч создается нехватка пин оИзобретение относится к микробиологической промышленности и может быть использовано в процессе непрерывного культивирования микроорганизмов.Цель изобретения - повышение производительности аппарата.На чертеже показана принципиальная схема предлагаемой системы управления.1 ОСистема автоматического управления процессом выращивания микроорганизмов содержит контур регулирования температуры в аппарате 1. состоящий из датчика 2 температуры, соединенного с регулятором 3, выход которого связан с исполнительным механизмом 4, установленным на лини подачи хлад- агента, подаваемого в охладительную рубашку 5, контур стабилизации РН в аппарате, состоящий из датчика 6, соединенного с регулятором 7, к выходу которого подключен исполнительный механизм 8 на трубопроводе аммиачной 25 воды, контур регулирования подачи воздуха на аэрацию в зависимости от уровня культуральной среды в аппарате, состоящий из датчика 9 уровня, соединенного с регулятором 10, выход 30 которого подключен к исполнительному механизму 11, установленному на воздухопроводе, вычислительное устройство 12, вход которого связан с датчиками 2,6, 13,14 температуры, рН,. концентрации субстрата и ингибиторадатчиками 9 и 15 уровня и расхода субстрата, а выход соединенисполнительным механизмом 1, контура регулирования подачи субстрата в аппарат, 40Система автоматического управления работает следующим образом.Температуру в аппарате 1 поддерживают на заданном уровне с помощью контура регулирования температуры включающего датчик 2 температуры, подключенный на вход регулятора 3, который после сравнения текущего и заданного значения температур вырабатывает сигнал регулирующего воздей ствия, управляющего механизмом 4 на линии подачи хладагента, подаваемого в охладительную рубашку 5.Измерение кислотности в аппарате 1 воспринимается датчиком 6 рН, включенным на вход регулятора 7, который в зависимости от отклонения РН в ту или,иную сторону подает сигнал на исполнительный механизм 8 подачи аммиачной воды,Уровень культуральной среды в аппарате контролируется датчиком 9,сигнал от которого поступает на регулятор 10, воздействующий на исполнительный механизм 11, установленныйна линии подачи воздуха на аэрацию.1Помимо этого система снабжена датчиками 13 и 14 концентрации субстрата и ингибитора в аппарате и вычислительным устройством 12, котороеуправляет процессом выращивания микроорганизмов,При этом вычислительное устройство реализует следующие операции.По текущим значениям Т, РН, Н, Б, 1,и, поступающим в вычислительное устройство с датчиков. 2, 6, 9,13, 14, 15,производится вычисление удельной скорости роста микроорганизмов в аппарат 1( Т-Тт )Этгде р - максимальная удельная скоРость роста, чК - субстрат;ая постоянная, г/л;Я - концентрация субстрата ваппарате, г/л;1 - концентрация ингибитора, г/л;К - коэФФициент насыщения ингибнтора г/л;РН, Т,ц Р" опт з Т- показатель водородных ионов,температуры и их оптимальные значения соответственно,оед, РН и С;О ,т - величины интервалов варьирсвания показателя водородных ионов и температуры соответственно, ед, РН и С.Скорость разбавления среды в аппарате определяется по ФормулеП== 2)чгде 1 - Расход субстрата м/ч;Н - уровень культуральной средыв аппарате, м;сечение аппарата, м 2,Значение ( вводится в вычис-,.".тень ное устройство перед началом процесса. Изменение используемого штамма микроорганизмов или к.:.честна используемого сырья по экснериментальным данным определяется постоянными коэф-.1306 фициентами в уравнении (1), которые вводятся в вычислительное устройство,Хемостатный режим культивирования микроорганизмов проводится при условии ш =О, т.е. когда исходная концент рация микроорганизмов остается постоянной в течение процесса. Исходя из этого, вычислительное устройство производит вычисление, используя формулы (1) и (2), и определяет величину рассогласованияй =р-П.В зависимости от значения б вычислительное устройство вырабатывает соответствующие управляющие воздействия на исполнительный механизм 16 на линии подачи субстрата в аппарат, приводящий изменение расхода субстрата на величину6 Ч=б Н Я. 20Производительность аппарата определяется на основе выраженияВ=р х Н Я=Чх)где х - концентрация абсолютно сухойбиомассы, кг/м;Ч - расчетное значение расходасубстрата, м /ч.На основе вышеприведенной формулы, снимая показания датчиков 2,6.,9, 13 и 14, соответствующие величинам Т, РН, Н, Б, 1, рассчитываются р и Ч при помощи управляющего вычислительного устройства. Величина Ч определяет производительность аппарата, так как скорость протока равна скорости 35 стока при непрерывном культивировании, Датчик и вычислительное устройство позволяют своевременно прогнозировать значение В и вырабатывают управляющую команду в исполнительный 40 механизм 16, что приводит к оптимальному управлению расходом субстрата Ч.Увеличение расхода питательного субстрата Ч по сравнению с Ч приводит к вымыванию культуры, потерям питательного субстрата и в итоге к уменьшению производительности аппарата и выхода биомассы с единицы субстрата. В случае уменьшения расхода питательного субстрата Ч по сравне нию с Ч создается нехватка питательного субстрата активно размножающимися клетками и это также приводит к уменьшению концентрации х и, следовательно, к уменьшению производительности аппарата.П р и м е р. В аппарате объемом 1 мз выращивали кормовые дрожжи Сап 955 461 а гоЬизга ЯЮ. Расход субстратасоставил 150-200 л/ч, температурасреды в аппарате поддерживалась 3738 С, концентрация ингибитора (фурофурола) колебалась в пределе 0,20,5 г/л, концентрация субстрата 1015 г/л, рН среды 3,6-4,2, удельнаяпроизводительность 0,8-1,3 кг/и ч,уровень в аппарате составил 600700 л, концентрация биомассы стабилизировалась в диапазоне 22-26 г/л, выход биомассы составил 48-507.Доиспользования данной системыконцентрация биомассы в аппарате колебалась в диапазоне 10-25 г/л; расход субстрата в пределе 150-250 л/ч,удельная производительность 0,41,5. кг/м ч, выход биомассы составил42-45 Х.В результате реализации даннойсистемы максимальное отклонение концентрации биомассы от ее среднегозначения составило 2 г/л. При этомотклонение концентрации биомассы отее среднего значения уменьшалось на33,%,Таким образом, за счет введенияв систему датчиков 13, 14 и формирования управляющих воздействий расходом субстрата в вычислительном устройстве по сигналам, поступающим отдатчиков 2, 6, 9, 13, 14 и 15, повы.шается производительность на 9-127.,Формула и э обретенияСистема автоматического управленияпроцессо выращивания микроорганизмов, содержащая контуры регулирования рН, температуры в аппарате и подачи субстрата в аппарат, датчик уровня, установленный в аппарате, вычислительное устройство, входы которогосоединены с датчиками расхода субстрата и рН, и исполнительный механизм, расположенный на линии подачивоздуха в аппарат и связанный с регулятором, о т л и ч а ю щ а я с ятем, что, с целью повышения производительности, она снабжена датчикамиконцентрации субстрата и ингибитора,а вычислительное устройство подключено к датчикам концентрации субстратаи ингибитора и датчикам температурыи уровня, выход вычислительного устройства соединен с исполнительныммеханизмом контура регулирования подачи субстрата, при этом датчик уровня соединен с регулятором подачи воздуха в аппарат,1306955 Составитель Г.Богачеваура Техред В.Кадар Корректор А.Зимокосо дактор М,Б Заказ 1498/24 Тираж 500 ВНИИПИ Государственного по делам изобретений 113035, Москва, Н(-35, РаПодписноеомитета СССР открьшская б 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул,Проектная,