Система автоматического управления процессом культивирования микроорганизмов

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН А 3 ОО ННЫЙ НОМИТЕТ СССРЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ГОСУДАРСТ ПО ДЕЛАМ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) Авторское свидетелВ 1027209, кл. С 12 Я 3 42огический щенко ьство СССР(54) СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ КУЛЬТИВИРОВАНИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ(57) Изобретение относится к микрбиологической промьппленности, ано к системам автоматического управления процессом культивирования микроорганизмов. Целью изобретения является повьппение выхода биомассы. Известные системы автоматического управления процессом культивированиямикроорганизмов не учитывают информацию о количестве сахара в культуральной среде и количестве этанола вотходящих газах, в результате чегоне согласуются между собой оптимальные соотношения расходов питательнойсреды и аэрирующего воздуха. Предлагаемая система устраняет отмеченныенедостатки. Это достигается тем, чтосистема автоматического управленияпроцессом культивирования микроорганизмов снабжена последовательно соединенными датчиком концентрации сахара в культуральной среде и блоком согласования и коррекции, второй и третий входы которого соединены с блоком определения количества кислорода,необходимого для эндогенного дыханияи биосинтеза микроорганизмов, и датчиком концентрации этанола в отходящих газах, а выходы через управляющий блок - с исполнительными механизмами, расположенными на линиях подачи воздуха и мелассы в аппарат, причем датчик концентрации биомассы соединен одновременно с блоком определения сахара в культуральной средеи с блоком определения количества кислорода, необходимого для эндогенногодыхания и биосинтеза микроорганизмов.1 ил.Изобретение относится к микробиологической промышленности, а именнок системам автоматического управления процессом культивирования микро.организмов.Цель изобретения - повышение выхода биомассы.На чертеже представлена структурная схема предложенной системы автоматического управления процессом культивирования микроорганизмов,Система содержит объект управления - аппарат 1 для культиви,рования микроорганизмов; датчикиконцентрации кислорода во вхо 1дящем в аппарат воздухе 2 и отходящих газах 3; количества 4 воздуха,.поступающего в аппарат, концентрации5 этанола в отходящих газах, концентрации 6 биомассы в аппарате, концентрации 7 сахара в культуральной среде;блок 8 определения разности между количеством кислорода во входящем в аппарат воздухе и отходящих газах, блок9 количества кислорода необходимогодля эндогенного дыхания и биосинтезамикроорганизмов, блок 10 определенияколичества сахара в культуральнойсреде, блок 11 согласования и коррекции, регуляторы 12 и 13, исполнительные механизмы 14 и 15, расположенныесоответственно на линиях подачи воздуха и мелассы в аппарат.Система работает следующим образом.Сигналы, пропорциональные текущимзначениям концентрации кислорода вовходящем воздухе и в отработанныхгазах соответственно от датчиков 2и 3, поступают в блок 8 определенияразности. между количеством кислородаво входящем в аппарат воздухе и отходящих газах, куда также поступаетсигнал, пропорциональный количествувоздуха, поступающего в аппарат стдатчика 4. В блоке 8 определяетсяразность количества кислорода во входящем в аппарат воздухе и в отходящихгазах или на основании материальногобаланса, эта разность равна количеству кислорода, растворенного в культуральной среде. С выхода блока 8сигнал, пропорциональный разностиколичества кислорода во входящем воздухе и в отработанных газах поступает на вход блока 9 определения количества кислорода, необходимого дляэндогенного дыхания и биосинтеза микроорганизмов, на второй вход которогопоступает сигнал, пропорциональныйтекущей концентрации биомассы в аппарате, от датчика 6. Блок 9 вычисляетнеобходимое количество кислорода дляэндогенного дыхания и биосинтеза микроорганизмов в соответствии с текущейконцентрацией биомассы в аппарате и1 п сравнивает эту величину со значением,поступившим с блока 8,Вырабатывается соответствующаяразность, т.е. если СС, гдеС - количество кислорода, необходи 15 мое для эндогенного дыхания и биосинтеза микроорганизмов, пропорциональное текущему значению концентрациибиомассы в аппарате; С - количество кислорода, растворенного в культу 2 О ральной среде, то С -С, =+1, и сиг.нал, пропорциональный величине разности 1, поступает на один из входовблока согласования и коррекции 11,требуя увеличения расхода воздуха на25 аэрацию пропорционально величине + 1.Если же окажется, что С,н Скт =т.е. выполнялось условие С ) Стос блока 9 на блок 11 поступает сигнал, пропорциональный величине -Я,ЗО требуя уменьшения расхода воздуха нааэрацию пропорционально величинеОдновременно с этим сигнал, пропорциональный текущему значению кон- .центрации биомассы в аппарате, отдатчика 6 поступает на блок 10 определения количества сахара в культуральной среде, на второй вход которого поступает сигнал, пропорциональный значению от датчика 7 концентрации сахара в культуральной среде.В блоке 10 определяется количествосахара, имеющегося н культуральнойсреде, количество сахара, необходимое для нормального развития культуры микроорганизмов, и их разность,следующим образом;М =С Ч (1)где Мгс - количество сахара, находящегося в культуральной сре 50 де, кг;С - концентрация сахара в культуральной среде, 7 мэ;7 - объем культуральной среды,мзР.100.4655 М (2)й.с В фгде М - количество сахара, необходимого для размножениямикроорганизмов, кг;3135П=С Ч - текущее значение количества микроорганизмов в культуральной среде, кг;С - концентрация микроорганизмов в культуральной среде,кг/мЗЧ - объем культуральной среды мз.46 - содержание сахара в условной мелассе, Ж;В - выход микроорганизмов изусловной мелассы, 7.Определяется разность, если ММ то М, -М =д, то требуетсяуменьшение подачи сахара на величину,пропорциональную сГ.Если Мг (Мцто Мтс -Мне = 4т.с ц.с фто требуется увеличение подачи сахарав аппарат на величину, пропорциональную значению -с(,Значение, пропорциональное К (с соответствующим знаком) с блока 10 определения количества сахара в культуральной среде, поступает на один1из входов блока 11 согласования икоррекции, на второй вход которогопоступает сигнал с блока 9 определения количества кислорода, необходимого для эндогенного дыхания и биосинтеза, пропорциональный величине(с соответствующим знаком). В блоке11 согласования и коррекции происходит согласование сигналов, поступивших с блоков 9 и 10 таким образом,чтобы выполнялось условие соответствия расхода воздуха и мелассы при известном значении концентрации биомассы микроорганизмов по определенному соотношению для каждой культурымикроорганизмов,1976 35 40 4550 55 Если отсутствует сигнал от датчика 5 концентрации этанола в отходящих газах, выход которого связан с одним из входов блока 11 согласования и коррекции, что характеризует высокую эффективность процесса культивирования микроорганизмов, то уточненные в соответствии с текущим значением концентрации микроорганизмов в культуральной среде и согласованные между собой значения корректирующих сигналов с блока 11 по своим каналам поступают на соответствующие регуляторы 12 и 13 изменяя в них задания, и с них управляющие сигналы поступают на исполнительные механизмы 14 и 15 для изменения расхода воздуха и мелассы. 5 10 15 20 25 30 Если же на вход блока 11 согласования и коррекции поступает сигнал, пропорциональный концентрации этанола в отходящих газах с датчиков 5, что,характеризует ухудшение эффективности процесса культивирования микроорганизмов, то в блоке 11 согласованные между собой значения количества кислорода, необходимого для эндогенного дыхания и биосинтеза микроорганизмов, и количества сахара в культу- ральной среде корректируются в зависимости от значения концентрации этанола в отходящих газах (расход кислорода увеличивается, а количество мелассы уменьшается), и только после этого сигналы с блока 11 поступают на соответствующие регуляторы 12 и 13.Таким образом, предлагаемая система автоматического управления процессом культивирования микроорганизмов позволяет управлять расходом воздуха и мелассы в аппарате в зависимости от текущего значения концентрации микроорганизмов в культуральной среде, согласовать между собой значения расхода воздуха и мелассы и скорректировать эти значения в зависимости от концентрации этанола в отходящих газах. Формула изобретения Система автоматического управления процессом культивирования микроорганизмов на среде, содержащей мелассу и азотносодержащие соли, включающая датчики концентрации кислорода во входящем в аппарат воздухе и в отходящих газах, датчик количества воздуха, поступающего в аппарат, датчик концентрации биомассы в аппарате,блок определения разности между количеством кислорода во входящем в аппарат воздухе и отходящих газах, блокопределения количества кислорода,необходимого для эндогенного дыханияи биосинтеза микроорганизмов, регуляторы расхода воздуха и мелассы и исполнительные механизмы, расположенные на линиях подачи воздуха и мелассы в аппарат, о т л и ч а ю щ а я с ятем, что, с целью повышения выходабиомассы, она снабжена датчиком концентрации этанола и последовательносоединенными датчиком концентраци% .сахара в культуральной среде, блоком определения количества сахара в кульСоставитель В.НовиковРедактор И.Сегляник Техред Л.Сердюкова ректор Л,Пилипен Заказ 5541/23ВНИИП Тираж 500И Государственногделам изобретени5, Москва, Ж,Подписнокомитета СССРи открытийаушская наб., д 113 дственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная, ч Про 5 13519766туральной среде и блоком согласования ными механизмами, расположенными на и коррекции, два вхоца которого сое- линиях подачи воздуха и мелассы в апдинены соответственно с блоком опре- парат, причем датчик концентрации деления количества кислорода необ-биомассы соединен одновременно с блоЭ6ходимого для эндогенного дыхания и ком определения количества сахара в биосинтеза микроорганизмов и датчиком культуральной среде и с блоком опреконцентрации этанола в отходящих га- деления количества кислорода, необхозах, а выходы соединены через соот- димого для эндогенного дыхания и био" ветствующие регуляторы с исполнитель синтеза микроорганизмов.