Система автоматического управления полупериодическим процессом культивирования аэробных микроорганизмов

ОЮЗ СОВЕТСНИХ ОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 19) 111 2 О 3/ОО 51 О ОБРЕТЕНИЯ ЛЬ ТВ(56) Авторское свидетельство СГСРР 1493674, кл. С 12 О 3/ОО, 1986,(54) СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПОЛУПЕРИОЛИЧЕСКИМ ПРОР,ССОМКУЛЬТИВИРОВАНИЯ АЭРОБНИХ МИКРООРГАНИВИОВ(57) Изобретение относитсяляемому культивированию минизмов и направл овпроизводитечьнос т,В.Бумялигишкис к управ- крооргаьшениеера по би ено на п ти Аермен Изобретение относится к автоматическому управлению процессом куль"тивирования микроорганизмов и можетбыть использовано на предприятияхмикробиологической промьппленности,например, при производстве биомассы микроорганизмов,Целью изобретения является повышение производительности Аерментера периодическ ования микр по биомассе в асе культиви проц низм хемания ражена блок- ского управл процессом ку микрооргани т контур ста чертеже изомы автоматич ист ьтимов. полупериодическимвирования аэробныхГистема включае не величины ции на заданно ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЭОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ ОНТ СССР ВТОРСНОМУ СВИ массе при полупериодическом процессекультивирования аэробных микроорганизмов. В процессе культивированиястабилизируют температуру и рН культуральной жидкости, а также расходвоздуха на аэрацию, Контролируютпарциальное давление культуральнойяядкости, концентрацию микроорганизмов, объем культуральной жидкости ичисло оборотов мешалки. При стабили"зации расхода воздуха и величинерО, отношение числа оборотов мешалки к биомассе микроорганизмов характеризует скорость роста микроорганизмов, поэтому подачу питательного субстрата регулируют таким образом, чтобы поддерживать это отнонение на максимальном уровне, 1 ил,с датчиком 1 рН культуральной среды, связанным через регулятор 2 рН с исполнительным механизмом 3, установленчым на линии подачи буферного агента, контур стабилизации температуры культуральной среды в Аерментере 4, включающий датчик 5 температуры культуральной среды, связанный через регулятор б температуры с испол нительным механизмом 7, установленным на линии подачи охлаждающей воды, контур управления оборотами мешалкиУ содержащий электропривод 8 мешалки, вход которого подключен к выходу регулятора 9 оборотов мешалки, а выход связан с датчиком 10 оборотов мешалки, датчик 11 концентрации растворенного кислорода, контур управления подачей пи315994 тательного субстрата, включающий датчик 12 расхода питательного субстрата, связанный через регулятор 13 питательного субстрата с исполнительным механизмом 14, установленным на - 5 линии подачи питательного субстрата, при этом вход регулятора 13 питательного субстрата посредством экстремального регулятора 15 связан с выходом блока 16 деления, один из входов которого посредством блока 17 умножения связан с датчиком 18 концентрации микроорганизмов и датчиком 19 объема ,дФрментационной среды в Аерментере 4, атчик 20 расхода воздуха, исполнительный механизм 21, установленный на линии подачи воздуха,и регулятор 22 расхода воздуха, соединенный с исполнительным механизмом 21, установленным на линии подачи воздуха, причем 20 датчик 20 расхода воздуха подсоединен к регулятору 22 расхода воздуха. Кроме того, датчик 11 растворенного Кислорода подключен к входу регулятора 9 привода мешалки, а второй вход блока 16 деления сигналов связан с выходом датчика 10 оборогов мешалкиВ процессе культивирования микроорганизмов потребляется кислород, поэтому в процессе биосинтеза в Аер ментер подается воздух. Если расход воздуха, поступающегона аэрацию, стабилизирован, то концентрация растворенного кислорода наопределенном уровне регулируется путем изменения скорости вращения импелятора мешалки. таким образом, скорость вращения мешалки отражает скорость роста биомассы микроорганизмов. 40Лоэтому данный параметр целесообразно испольэовать для регулирования расхода подпитывающего субстрата такимобразом, чтобы концентрация субстрата в Аерментационной среде соответствовала максимальной величине оборотов мешалки на единицу биомассы, или,что то же самое, максимальной скорости роста биомассы. Величина оборотовмешалки на единицу биомассы определяется путем деления сигнала датчикаоборотов мешалки на общее количество биомассы, определяемое как произведение сигналов датчиков объемаФерментационной сРеды и концентрациимикроорганизмов,Система автоматического управления полупериодическим процессом работает следующим образом 364В Ьерментере 4 осуществляется процесс полупериодического культивирования аэробных микроорганизмов, Сигналс датчика 1 рН культуральной средыпоступает на регулятор 2 РН, где срав"нивается с заданным, В случае несовпадения сигналов регулятором 2 вырабатывается сигнал управления, поступающий на исполнительный механизм 3,установленный на линии подачи буферного агента, Сигнал от датчика 5температуры поступает на вход регулятора 6 температуры, который сравнивает сигнал датчика 5 с заданным и воздействует на исполнительный механизм 7,установленный на линии подачи охлаждающей воды. Сигнал от датчика 20 расхода воздуха поступает на вход регулятора 22 расхода воздуха. Регулятор21 сравнивает сигнал датчика 20 сзаданным и воздействует на исполнительный механизм 21, установленныйна линии подачи воздуха. Сигнал сдатчика 11 концентрации растворенного кислорода поступает на вход регулятора 9 оборотов мешалки, Регулятор9 сравнивает сигнал датчика 11 с заданным и в случае отклонения воздействует на электропривод 8 мешалки,Сигнал с датчика 10 оборотов мешалки и выходной сигнал блока 17 умножения сигналов, поступающих от датчиков 18 и 19 объема среды в Ферментере и концентрации микроорганизмовсоответственно, поступают на входыблока 16 деления сигналов, на выходекоторого вырабатывается сигнал, пропорциональный оборотам мешалки, деленным на биомассу микроорганизмовв Аерментере, т,е, пропорциональныйскорости роста микроорганизмов, Выходной сигнал блока 16 деления поступает через оптимизатор 15 на задающиивход регулятора 13 расхода подпитывающего субстрата, на другой входкоторого поступает сигнал от датчика12 расхода подпитывающего субстратаВ регуляторе 13 эти сигналы сравниваются, и в случае рассогласованияна выходе регулятора 13 вырабатывается управляющий сигнал для исполнительного механизма 14, соответствующимобразом изменяющего расход, псдпитывающего субстрата и поддерживающеготаким образом оптимальную концентрацию субстрата в Аерментере,Экспериментальная проверка данной системы автсматического управления полуперисдическим процессом куль 5 15994тивирования микроорганизмов показала,что система обеспечивает повышениепроизводительности Аерментера по биомассе на 16;77,5Формула изобретения Система автоматического управления полупериодическим процессом культивирования аэробных микроорганизмов, содержащая контур стабилизации на заданном уровне величины РН, вклю-. чающий датчик РН культуральной среды,связанный через регулятор РН сисполнительным механизмом, установленным на линии подачи буАерного агента, контур стабилизации температуры культуральной среды в Аерментере, включающий датчик температуры культураль ной среди, связанный через регулятор температуры с исполнительным механиз- мом, установленным на линии подачи охлаждающей воды, контур управления оборотами мешалки, содержащий элект ропривод мешалки, вход которогоподключен к выходу регулятора оборотов мешалки, а выход связан с датчиком оборотов мешалки, датчик концентрации растворенного кислорода, кон 36 6тур управления подачей питательного субстрата, включающий датчик расхода питательного субстрата, связанный через регулятор питательного субстрата с исполнительным механизмом, установленным на линии подачи питательного субстрата, при этом вход регулятора питательного субстрата посредством экстремального регулятора связан с выходом блока деления, один иэ входов которого посредством блока умножения связан с датчиком концентрации микроорганизмов и датчиком обьема Аерментационной среды в Жерментере, датчик расхода воздуха, исполнительный механизм, установленный на линии подачи воздуха и регулятор расхода воздуха, соединенный с исполнительным механизмом на линии подачи воздуха, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повьппения произво" дительности Аерментера по биомассе, выход датчика расхода воздуха подсоединен к регулятору расхода воздуха, датчик растворенного кислорода подключен к входу регулятора привода мешалки, а второй вход блока деления сигналов связан с выходом датчика оборотов мешалки.1599436 Составитель Н, АпкеевРедактор Л. Веселовская Техред М.Моргентал Корректо ерява аж 481 Подписи эводственно-издательский комбинат Патент",город, ул. Гагарина, 101 Закаэ 3123 ВНИИПИ Госуд венного комитета по иэобретениям и открытиям при ГКНТ СЧС113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5