Способ автоматического управления многостадийным процессом брожения

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 2 НИЕ ЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИПРИ ГКНТ СССР К АВТОРСКОМУ СВИ(71) Каунасский политехнический институт им,Антанаса Снечкуса(56) Авторское свидетельство СССРВ 1149230, кл. С 12 Я 3/00, 1983.(54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ МНОГОСТАД 1 ЙНЬК ПРОЦЕССОМ БРОЖЕНИЯ(57) Изобретение относится к спиртовой промышленности и может быть использовано для автоматического управления процессом биосинтеза этиловогоспирта из крахмалистого сырья, С целью повышения точности регулирования Изобретение относится к спиртовоипромышленности и может быть использовано для автоматического управленияпроцессом биосинтеза этанола из крахмалистого сырья,Цель изобретения - повышение точности регулирования концентрации пи"тательного субстрата в дображивающемферментере,Способ автоматического управлениямногостадийным процессом брожения за-ключается в следующем,ФВ непрерывных процессах спиртового брожения важно, чтобы подаваемыйпитательный субстрат расходовался,экономично, т,е, в отводимой культуральной среде концентрация питательконцентрации питательного субстрата в дображивающем ферментере измеряютскорость потребления буферного агента микроорганизмами, скорость выделения углекислого газа из ферментера, определяют концентрацию питательного субстрата в дображивающем ферментере по данный измерениям, а регулирование разбавлением культуральной среды в дображивающем ферментере и возвратом биомассы в головной ферментер осуществляют таким образом, чтобы концентрация питательного субстрата в отводимой культуральной среде соответствовала заданному значению концентрации питательного субстрата в отводи- а мой культуральной среде из дображие вающего ферментера. 1 ил.,ного субстрата должна иметь малые значения (порядка 0,5-1,0 гс/л).Технологическая схема непрерывной ферментации спирта состоит из головно го ферментера, в который непрерывно подается питательный субстрат и синтез этанола производится в аэробных условиях, и дображивающего ферменте;ра, в к оторый непрерывно пода ется культуральная среда из головного ферментера и дображивание культуральной среды осуществляется в анаэробных условиях. По данной технологической схеме также осуществляется возврат биомассы из дображивающего ферментера в головной ферментер непрерывная ферментация этанола производится припостоянных скоростях разбавления питательного субстрата в головной ферментер, культуральной среды в дображивающий ферментер и скорости час 5тичного возврата биомассы ив дображивающего ферментера в головной ферментер.Однако начальная концентрация пи.тательного субстрата может менятьсяво времени в зависимости от используемого начального сырья для приготовления питательного субстрата, тем самым имеет место изменение концентрациипитательного субстрата в головном и дображивающем ферментерах, Так как концентрация питательного субстрата в.отводимой культуральной дреде опре деляется процессом дображивания управление непрерывным процессом брожеОния осуществляют следующим образом.Скорость выделения углекислого газа из ферментера пропорциональна скорости роста микроорганизмов, концентрации микроорганизмов и скорости 25синтеза этилового спирта согласноуравнениюкрх+ кх+ К 4 х (1)со,где г - скорость выделения углесокислого газа из ферментера- удельная скорость ростамикроорганизмов;- удельная скорость выделения этилового спирта 35Х - концентрация микроорганиз 1 мов в ферментере;КФК 1 Е 47 коэффициенты пропорциональности,Скорость потребления буферного 40агентамикроорганизмами пропорциональна скорости роста микроорганизмов согласно уравнению(2)где г - скорость потребления буферин,ного агента микроорганизмами;К- коэффициент пропорциональности 1а скорость выделения этилового спирта непосредственно связана с ростоммикроорганизмов=К,р, (3) где К - коэффициент пропорциональУности55Преобразовав уравнения (1)-(3),получают уравнение (4) для определения значения удельной скорости роста мик" роорганизмовгде Ка чертеже изображена система,реализующая способ автоматическогоуправления многостадийным процессомброжения,Система состоит из головного ферментера 1, дображивающего ферментера 2, контура регулирования подачейпитательного субстрата, включающегодатчик 3 расхода питательного субстрата, связанный через регулятор 4 расхода питательного субстрата с исполнительным механизмом 5, установленным на линии подачи питательного суб 1страта, контура регулирования подачей воздуха на аэрацию, включаощегодатчик б расхода воздуха, связанныйчерез регулятор 7 расхода воздуха сисполнительным механизмом 8, установ"ленным иа линии подачи воздуха нааэрацию, контура регулирования рКкультуральной среды в дображивающемферментере 2, включающего датчик 9 рКкуль гуральной среды, связанный через регулятор 1 О рН культуральной среды с исполнительным механизмом 11,установленным на линии подачи буферного агента, контура регулированияскорости разбавления культуральнойсреды в дображивающий ферментер 2 искорости возврата биомассы в головной ферментер 1, включающего датчик 12 скорости потребления буферного енты пропорциональности.Так как удельная скорость роста,микроорганизмов имеет однозначнуюфункциональную зависимость по отношению к питательному субстрату дляконкретных микроорганизмов, по определенному значению удельной скорости роста микроорганизмов определяется концентрация питательного субстрата в дображивающем ферментере,:сравнивается с минимальным заданнымзначением концентрации питательногосубстрата в нем, а регулирование концентрацией питательного субстратав дображивающем ферментере производится путем изменения скорости разбавления культуральной среды, подаваемой в дображивающий ферментер, и путем изменения скорости возврата био-.массы в головной ферментер, 14795185 1 О 15 20 25 30 35 40 45 50 агента микроорганизмами, датчик 13 скорости выделения углекислого газа 1 1 из ферментера, блок 14 определения удельной скорости роста микроорганиз- мов, блок 15 определения текущего значения концентрации питательного субстрата, связанные через регулятор 16 концентрации питательного субстрата с исполнительным механизмом 17, установленным на линии подачи культураль - ной среды в дображивающий ферментер 2 и исполнительным механизмом 18, установленным на линии возврата биомассы из отстойника 19.Система работает следующим образом.Сигнал от датчика 3 расхода питательного субстрата подается на регу" лятор 4 расхода питательного субст" рата, который сравнивает заданное значение расхода питательного субстрата с текущим и формирует сигнал для исполнительного механизма 5 изменяющего подачу питательного субстрата в головной ферментер 1, Сигнал от датчика 6 расхода воздуха подается на регулятор 7 расхода воздуха, который сравнивает заданное значение расхода воздуха с текущим и формирует сигнал для исполнительного механизма 8, установленного на линии подачи воздуха в головной ферментер 1. Сигнал от датчика 9 рН культуральной среды подается на регулятор 10 рН культуральной среды в дображивающем Ферментере 2, который сравнивает заданное значение рН культуральной среды в дображивающем ферментере с текущим и формирует сигнал для исполнительного механизма 11, установленного на линии подачи буферного агента. Сигналы от датчика 12 скорости потреб" ления буферного агента микроорганизмами и от датчика 13 скорости выделения углекислого газа из дображивающего ферментера 2 подаются на блок 14 определения удельной скорости роста микроорганизмов, сигнал которого подается на блок 1 5 определения текущего значения концентрации питательного субстрата. Сигнал от блока 15 подается на регулятор 16 концентрации питательного субстрата. Сигнал . от блока 15 подается на регулятор 16 концентрации питательного субстрата, в котором текущее значение концентрации питательного субстрата в дб,браживающем ферментере 2 сравнивается с заданным минимальным значениеми формируется сигнал для исполнительного механизма 7, который меняетрасход культуральной среды в дображивающий ферментер 2 таким образом,чтобы поддержать заданное минимальное значение концентрации питательно"го субстрата в отводимой культуральной среде, т,е, при наличии разницы(8 - 8), где Я " текущее значениеконцентрации питательного субстратав отводимой культуральной средеБ - заданное значение концентрацииьо.питательного субстрата в отводимойкультуральной среде, разбавление культуральной среды уменьшается путем изменения расхода кулътуральной средыв дображивающий ферментер 2, Тот жесигнал регулятора 16 концентрации питательного субстрата подается наисполнительный механизм 18, меняющийскорость возврата биомассы в головной ферментерпо отношению к изменению значения начальной концентрации питательного субстрата, подаваемого в головной ферментер 1, т,е.при увеличении концентрации питательного субстрата скорость возвратабиомассы увеличивается, а при уменьшении уменьшается,Данный способ позволяет повысить точность поддержания концентрации питательного субстрата в дображивающем ферментере в среднем на 0,24 гс/л,формула изобре тенияСпособ автоматического управления многостадийным процессом брожения, предусматривающий регулирование подачи субстрата и расхода аэрирующего воздуха на первой стадии процесса брожения, о т л и ч а ю щи й с я тем, что, с целью повышения точности регулирования концентрации питательного субстрата в дображивающем ферментере, осуществляют подачу буферного агента на вторую стадию процесса брожения, измеряют его расход и расход выходящего углекислого газа на этой стадии, определяют удельную ско-. рость роста микроорганизмов по изме-ренным параметрам, устанавливают текущее значение концентрации питатель" ного субстрата по величине удельной скорости роста микроорганизмов, сравнивают текущее значение концентрации1479518 Составитель Г,Богачеваактор М,Недолуженко Техред Л.Сердюкова Корректор М,Васильев аказ 2505/26 Тираж 501 Подписное НИИЗШ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 твенно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород,роизво агарина питательного субстрата с заданнымзначением и осуществляют регулирование концентрации питательного субстрата в отводимой культуральной средев зависимости от результата сравнения путем одновременного изменениярасхода возвращаемой биомассы на первую стадию процесса брожения и подачикультуральной среды на вторую стадиюпроцесса брожения.