Система автоматического управления процессом непрерывного выращивания микроорганизмов

, 1974. ЕСКОГО УП- ПРЕРЫВНОРГАН ИЗМОВ биотехнолоо для автомапрерывным оорганизмов. выхода би- стабилизаиотехнолодля двтомдерывным рганизмов.ие выхода емы стабилиэата, так как они ое использовацесса биосинтецесса судят по орости титровагии и тиче проц лок-схема ения прония микроистеессрган Оо 2 - К 1 ф К 2 Х; 0 дв = Кз/4 Х,Оо- скорость потреб нии микроыми явля ния кислорода: ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(54) СИСТЕМА АВТОМАТИЧ РАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ НЕ ГО ВЫРАЩИВАНИЯ МИКРОО (57) Изобретение относится к гии и может быть использован тического управления не процессом выращивания микр Цель изобретения - повышени омассы. Система осуществляе зобретение относится к бможет быть использованоского управления непрессом выращивания микрооель изобретения - повышенассы.а чертеже представлена бма автоматического управлм непрерывного выращиваизмов.ри непрерывном выращиваизмов наиболее эффективн цию соотношения скорости потребления кислорода и аммиачной воды, которое однозначно связано с удельной скоростью роста микроорганизмов, путем управления подачей субстрата. Система содержит контуры регулирования подачи воды, питательных солей и субстрата, температуры, рН и концентрации растворенного кислорода культуральной среды, а также технические средства для стабилизации удельной скорости роста микроорганизмов. Кроме того, система посредством логического устройства осуществляет анализ динамики процесса биосинтеза и в неблагоприятных условиях выращивания предотвращает процесс от вымывания, Система позволяет более точно поддерживать заданный режим биосинтеэа в меняющихся условиях культивирования, Стабилизация удельной скорости роста микроорганизмов обеспечивает эффективность использования питательных веществ и повышает выход биомассы. 1 табл. 1 ил. ются автоматические сист ции удельной скорости рос обеспечивают рациональн ние всех компонентов про за. О интенсивности про косвенным параметрам - ск ния и потребления кислородОдв - скорость потребления аммиачнойводы;р- удельная скорость роста микроорганизмов,Х - концентрация микроорганизмов; 5К 1, К 2, Кз - коэффициенты пропорциональности,Удельная скорость роста р выражаетсякак функциональная зависимость от соотношения Оо 2 /Одв 10К 4Ц(3) где К 4=К 2/Кз и КБ=К 1/Кз - коэффициентыпропорциональности,Данная система по ходу процесса поддерживает заданное значение соотношения Оо 2/Одв путем управления подачейсубстрата, одновременно стабилизируяудельную скорость роста микроорганизмов,Функциональная зависимость,и = 1(Оо 2/Одв ) для данного процессавыращивания определяется заранее, Ввидунелинейности функциональной зависимости,и = т (Оо 2/Одв ), чтобы обеспечить динамичность и качество управления нэ всемрабочем диапазоне, в данной системе предусмотрена коррекция коэффициента усиления регулятора стабилизациисоотношения Оо 2 /Одв в зависимости от 30величины соотношения Оо 2 /ОАВ.Кроме того, в системе предусмотренытехнические средства, защищающие процесс от вымывания, т,е, если даже послеувеличения скорости подачи субстрата скорость роста по неизвестным причинам неувеличивается или падает, что свидетельствует о явном нарушении технологическогорегламента, то подача субстрата, а одновременно и скорость протока на соответствующую долю уменьшаются.Система содержит контуры регулирования подачи воды, питательных солей и субстоата, температуры не показаны), рН икон центра ции растворен ного кислорода 45культуральной среды.Контур регулирования концентрациирастворенного кислорода включает датчик1 концентрации растворенного кислорода ваппарате, регулятор 2 и исполнительный 50механизм 3 на линии подачи воздуха, приэтом датчиком 4 измеряют расход подаваемого воздуха. эния рН включаетдатегулятор 6 и исполни 7 нд линии подачиэтом датчиком 8 измеой воды. Контур регулиро чик 5 рН в аппарате, тельный механизм аммиачной воды пр ряют расход аммиач Контур регулирования подачи субстрата включает датчик 9 расхода субстрата, регулятор 10 и исполнительный механизм 11 на линии подачи субстрата,Система также содержит последовательно соединенные датчик 12 концентрации кислорода в выходящих газах, блоки 13 и 14 определения текущей и среднеинтегральной скоростей потребления кислорода и блок 15 деления, на второй вход которого через блок 16 определения среднеинтегральной скорости подачи аммиачной воды подключен датчик 8 расхода аммиачной воды, Выход блока 15 деления соединен с блоком 17 управления и.с логическим устройством 18, другие входы последнего связаны с блоками 15 и 17 деления и управления, а выходы - с блоком 19 переключения. Блок 20 синхронизации подключен к логическому устройству 18 и к блокам 14 и 16 определения среднеинтегральной скорости потребления кислорода и аммиачной воды, а выход блока 17 управления через блок 19 переключения соединен с задающим входом регулятора 10 подачи субстрата.Система работает следующим образом.Сигналы от датчика 4 расхода воздуха на аэрацию и датчика 12 концентрации кислорода в выходящих газах поступают на блок 13, в котором текущая скорость потребления кислорода определяется по формулеОо 2 =Овозд,Со, возд-Со), (4)где Оо 2 - скорость потребления кислорода;Овозд, - расход воздуха на азрацию; Со,возд - концентрация кислорода в воздухе(величина постоянная);Со - концентрация кислорода в выходящих газах.Сигнал текущей скорости потребления кислорода с выхода блока 13 поступает на блок 14 определения среднеинтегральной скорости потребления кислорода, а сигнал от датчика 8 расхода аммиачной воды - на блок 16 определения среднеинтегральной скорости подачи аммиачной воды. В блоках 14 и 16 происходит суммирование моментных значений входных сигналов за заданный период времени и деление сигналов интегральной суммы на длительность периода интегрирования, Период интегрирования выбирается таким, чтобы сглаживать нестационарность текущих измерений. Сигналы с выходов блоков 14 и 16 поступают на блок 15 деления, Работой блоков 14 и 16 управляет блок 20 синхронизации, который задает период интегрирования, После окончания этого периода блок 20 синхронизации формирует управляющий сигнал, по которому сигналы интегральных сумм в блоках 14и 16 делятся на период интегрирования и подаются на блок 15 деления. а также осуществляется сброс блоков 14 и 16. Результат деления, который однозначно связан с удельной скоростью роста микроорганизмов,и - т (Оо 2/Одв ) (где Одв - скорость потребления аммиачной воды), с выхода блока 15 подается на блок 17 управления. Этот блок формирует управляющий сигнал согласно выражениюУпр = О - 7 -- (Оо 2/ОАВ - Зад.), (Б)КОо 2 Одвгде Зад. - сигнал задания соотношения,К - коэффициент усиления,который через блок 19 переключения подается на задающий вход регулятора 10 подачи субстрата, Сигналы задания соотношения Оо 2 /Одв Зад и коэффициента усиления К вводятся в блок 17 управления через задатчик констант блока. Коэффициент усиления подбирается по обычной методике отладки контуров регулирования. Согласно выражению (5) коэффициент усиления коррегируется в зависимости от величины соотношения Оог /Одв, что значительно увеличивает качественные показатели контура стабилизации соотношения Оо /Одв, так как функциональная зависимость /4 = т ( Оор/Одв ) нелинейна. Блок 17 управления коррегирует задание регулятора 10 подачи субстрата, который управляет подачей субстрата, таким образом, чтобы поддерживать заданное соотношение Оо /Одв. Функциональная зависимость Р = т ( Оог/Оде ) для данного процесса биосинтеза определяется заранее. Логическое устройство 18 служит для защиты процесса от вымывания, когда по неизвестным причинам даже после увеличения скорости подачи субстрата удельная скорость роста не увеличивается, На логическое устройство 18 поступают сигналы средней скорости потребления аммиачной воды, соотношения Оо 2 /Одв и управления Упр, Работой логического устройства 18 управляет блок 20 синхронизации. Через дискретные интервалы времени, которые равны периоду интегрирования блоков 14 и 16 определения среднеинтегральной скорости потребления кислорода и аммиачной воды, в блоке памяти логического устройства 18 запоминаются значения входных сигналов и сравниваются с результатами предыдущего запоминания. Логическое устройство 18 анализирует результаты сравнения и управляет работой блока 19 переключения со 5 10 5 20 25 30 35 40 455055 гласно правилам, представленным в табли. це.Если после увеличения скорости подачи субстрата скорость роста не увеличивается, логическое устройство 18 включает сигнализацию о нарушении технологического регламента, а коррегирующий сигнал блока 17 управления инвертирует и подает сигнал на регулятор 10 субстрата. Таким образом, прикрывается подача субстрата, а одновременно уменьшается и проток через ферментер (в аппарате установлено переливное устройство для отвода культуральной суспензии), что предотвращает от начала вымывания,Предлагаемая система по сравнению с известной позволяет более точно поддерживать заданный режим биосинтеэа в меняющихся условиях культивирования. Стабилизация удельной скорости роста микроорганизмов обеспечивает эффективность использования питательных веществ и повышает выход биомассы.Формула изобретения Система автоматического управления процессом непрерывного выращивания микроорганизмов, содержащая контуры регулирования подачи воды, питательных солей и субстрата, температуры, рН и концентрации растворенного кислорода культуральной среды, датчики расхода аммиачной воды и воздуха на аэрацию, концентрации кислорода в выходящих газах, а также логическое устройство, о т л и ч а ющ а я с я тем, что, с целью повышения выхода биомассы, она снабжена последовательно соединенными блоками определения текущей и среднеинтегральной скорости потребления кислорода, деления, управления и переключения, а также блоками определения среднеинтегральной скорости подачи аммиачной воды и синхронизации, при этом блок определения текущей скорости потребления кислорода связан с датчиками концентрации кислорода и расхода воздуха, а датчик расхода аммиачной воды через блок определения среднеинтегральной скорости подачи аммиачной воды связан с блоком деления и логическим устройством, другие входы последнего связаны с блоками деления, управления и синхронизации, а выходы - с блоком переключения, выход которого соединен с задающим входом регулятора подачи субстрата, причем блок синхронизации подключен к блокам определения средне- интегральной скорости потребления кислорода и аммиачной воды.1648981 Соотношениеа 2/оАв Скорость потребления амиачной водыОдв Выходной сигналблока управленияУп,Работа блока переключения Сигнал Упр.подключен к регулятору субстратаТо же Отрицательный Положительный УвеличиваетсяУменьшается уменьшается увеличивается Сигнал Упр.инвертируется и подклвчается к регулятору субстрата, включается сигналиээция То же УвеличиваетсяПроиэводст издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10 каэ 1500 Тираж 367 Подписное ВНИИПИ Государственного Комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4 Ю