Способ автоматического управления периодическим процессом выращивания клеток животных в ферментаторе с мешалкой

(51) С 12 0 3/О ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ АВТОРСНОМУ СВИ ТЕЛЬСТВ СР 88. АВЛЕАЩИ"ТАТОРЕ т поавкуль особ выращиванияферментаторе с ме-. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ П(НТ СССР(56) Авторское свидетельство ССУ 1455340, кл. С 05 0 27/00, 19(54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРНИЯ ПЕРИОДИЧЕСКИМ ПРОЦЕССОМ ВЫРВАНИЯ КЛЕТОК ЖИВОТНЫХ В ДЖЕРМЕНС МЕШАЛКОЙ(57) Изобретение позволит увеличитьвыход целевого продукта за счевышения качества управления Цельизобретения - увеличение выхода целевого продукта, Датчиком 8 измеряютпарциальное давление растворенного вкультуральной жидкости кислорода,Изобретение относится к способам управления процессом периодического выращивания клеток животных и может быть использовано в микробиологичес" кой, биологической и медицинской про мьпппенностиЦель изобретенийувеличение выхода целевого продукта за счет повьвшения качества управленияНа чертеже представлена схема устройства для реализации предлагае мого способа автоматического упр ления процессами периодического тивирования клеток.Предлагаемый спклеток животных в 2датчиком 2 расход воздуха на аэрацию, датчиком 16 скорость вращения мешал-. ки. Измеряют датчиком 3 расход азота на аэрацию и датчиком 9 давление в ферментаторе, В зависимости от изйееренного значения расхода воздуха ре-. гулируют подачу воздуха на аэрацию. Подачу воздуха корректируют в завифсимости от измеренных значений ско" рости вращения мешалки и парциального давления растворенного в, культураль- ной хидкости кислорода, при этом подачу воздуха на аэрацию дополнительно корректируют в зависимости от давления в ферментаторе, Подачу азота .ре гулируют в зависимости от измереннно" го значения его расхода с коррекцией от парциального давления растворен" ного в культуральной жидкости кисло" рода и давления в ферментаторе. 1 ил. шалкой предусматривает измерение парциального давления растворенного вкультуральной жидкости кислорода, измерение расхода воздуха на аэрацию ичастоты вращения мешалки, регулирование подачи воздуха на аэрацию в зависимости от измерененного значенияего расхода с коррекцией от измеренных значений частоты вращения мешалкии парциального давления растворенногов культуральной щдкости кислорода,регулирование подачи азота, а такжеизмерение расхода азота на аэрацию идавления в ферментаторе, при этом ре,гулирование подачи азота осуществляютв зависимости от измеренного значенияего расхода с коррекцией от парциального давления растворенного в куль"туральной жидкости кислорода и давления в ферментаторе и регулированиеподачи воздуха на аэрацию дополнительно корректируют в зависимости от давЛения в ферментаторе,В процессе культивирования клетоквозникает необходимость резкого поднятия давления в Ферментаторе (приотборе проб, замене культуральнойжидкости, выгрузке и т,д.).Исследования процессов культиви-.рования клеток животных показали,что коэффициент передачи объекта поканалу регулирования давление в аппарате - парциальное давление кислородав 7 - 12 раз больше коэффициента пе "редачи объекта по каналу регулиройаф" 20ния расход воздухапарциальное давление кислорода, при этом запаздывание по второму каналу составляет 1012 мин.Эти обстоятельства. обусловливают 25при изменении давления в ферментаторепоявление возмущающих воздействий насистему регулированияпарциального дав"ления растворенногов культуральнойжидкости кислорода, которые могут при-.вести к резкому увеличению значенияпарциального давления кислорода приувеличении давления в ферментаторе)и выходу за установленные пределы надлительное время. Это ухудшает условия 35культивирования, а следовательно,уменьшает выход целевого продукта.В процессе культивирования клетокживотных. в 25 -литровых ферментаторахпри отборе проб, осуществляемом при 40повышенных значениях давления в ап-.парате, значение парциального давления кислорода в культуральной жидкости выходит за установленные пределына 20253, Поэтому при изменениидавления в ферментаторе заданные зна-.чения расхода воздуха и азота необхоедимо определять также с учетом давления в ферментаторе, что позволитупредить изменение парцнального давления растворенного в культуральнойжидкости кислорода и выход его заустановленные пределы при изменениидавления в Ферментаторе, что приведет к улучшению условий культивирования клеток и, соответственно, к увез.личению выхода целевого продукта,Способ автоматического управленияпериодическим процессом выращивания клеток животных в ферментаторе с ме. -шалкой предусматривает измерение парциального давления растворенного вкультуральной жидкости кислорода, измерение расхода воздуха и азота нааэрацию и частоты вращения мешалки,а также измерение давления в Ферментаторе, регулирование подачи азота взависимости от измеренного значенияего расхода с коррекцией в зависимости от парциального давления расторенного в культуральной жидкости кйс .лорода и давления в ферментаторе ирегулирование подачи воздуха на аэрацню в зависимости от измереннногозначения его расхода с коррекцией отизмеренных значений частоты вращениямешалки, парциального давления растворенного в культуральной жидкостикислорода и давления в ферментаторе,Устройство для реализации предлагаемого способа содержит ферментатор 1, датчик 2 расхода воздуха и датчик 3 расхода азота, связанные с регуляторами 4 и 5 соответственно расхода воздуха и расхода азота, которые свя . заны с исполнительными механизмами 6 и 7, установленными соответственно на линиях подачи воздуха и азота.устройство содержит также датчики 8 парциального давления кислорода в культуральной жидкости и 9 давления в ферментаторе,связанные с корректирующими регуляторами 10 и 11 соот ветственно по парциальному давлению растворенного в культуральиой жидкости кислорода и давлению в фермента- торе, выходы которых связаны с вхо-. дом сумматора 12, выходной сигнал которого поступает в качестве зада . ния в регулятор 5.Датчик 8 парциального давления кислорода, растворенного в культу- ральной жидкости, связан также с корректирующим регулятором 13, выход которого соединен с входом сумматора 14. На вход сумматора 14 также посту пает сигнал с корректирунщего ре 1 У- лятора 15, связанного с датчиком 16 скорости вращения мешалки. Выход сумматора 14 связан с входом сумма тора 17,на вход которого поступает также сигнал с корректирующего регулятора 18, связанного с датчиком 9 давления в ферментаторе. Выходной сигнал сумматора 17 поступает в качестве задания в регулятор 4.6539 6 50 55 5166Устройство работает следующим Об" - разом.При значении парциального данйе . ния кислорода выше или ниже заданновго и при постоянных значениях давле ния в ферментаторе и скорости враще ния мешалки корректирующий регулятор 10 парциального давления кислорода вырабатывает управляющий сигнал, соответствующий текущему значению пар.- циального давления кислорода, который, поступая в сумматор 12, куда со знаком "плюс" поступает управляющий сигнал с корректирующего регулятора 11, увеличивает (при увеличении зна" чения парциального давления кислорода от заданного значения) или уменьшает (при снижении значения парцнального давления кислорода от заданного) результирующий сигнал сумматора 12, увеличивая или уменьшая задание регу лятору 5 расхода азота. Регулятор 5 в соответствии с новым заданием при открывает нли прикрывает исполни тельный механизм 7, расход азота уве-. личивается или уменьшается.Одновременно корректирующий регулятор 13 вырабатывает управлякадй сигнал в соответствии с текущим зна чением парциального давления кисло рода, который поступает на вход сумма тора 14, куда со знаком "минус" поступает управляющий сигнал с корректирующего регулятора 15. Результирую щий сигнал сумматора 14 уменьшается (при увеличении значения парциально го давления от заданного значения) или увеличивается (при снижении значения парциального давления от заданного значения) и, поступая на вход сумматора 17, уменьшает или увеличивает его результирующий сигнал, уменьшая или увеличивая задание регу= лятору 4 расхода воздуха Регулятор 4 в соответствии с новым заданием прикрывает или приоткрывает исполнительный механизм 6, устацовленный на линии подачи воздуха в ферментатор. Расход воздуха уменьшается (при уве личении парциального давления кисло. - рода от заданного значения) нли увеличивается (при уменьшении парциаль ного давления от заданного значения).При переключении частоты вращения мешалки в сторону увеличения коррЕк тирующий регулятор 15 вырабатывает управляюпщй сигнал, по абсолютному значению превьппающнй предьдущий, ко 5 10 15 20 25 ЗО 35 40 45 торый, поступая в сумматор 14 со знаком "минус", уменьшает его реэультирующий сигнал и, поступая в сумматор17, также уменьшает его результнрующий сигнал, уменьшая задание регулятору 4.Регулятор 4 в соответствии с новымзаданием прикрывает исполнительныймеханизм 6, расход воздуха уменьшается, предотвращая таким образом резкое увеличение и выход за установленные пределы парциального давлениякислорода при изменении частоты вращения мешалки.При увеличении или уменьшении дав .ления в ферментаторе корректирующийрегулятор 11 вырабатывает управляющийсигнал, который по абсолютному значению больше (при увеличении давления)или меньше (при снижении давления)предыдущего, этот сигнал, поступая в сумматор 12, увеличивает его результирующий сигнал (при увеличении даайения в ферментаторе) или снижает(при уменьшении давления в аппарате),увеличивая или уменьшая задание регулятору 5. В соответствии с новым за.данием регулятор 5 приоткрывает илиприкрывает исполнительный механизм7. Расход азота увеличивается (приувеличении давления) нли уменьшается(при уменьшении давления),Одновременно корректирующий регу=лятор 18 вырабатывает управляющийсигнал, который по абсолютному значению больше (при увеличении давле-.ния) или меньше (при снижении давле-.ния) предьдущего. Этот сигнал, по=ступая в сумматор 17 со знаком "йинус", уменьшает или увеличивает егорезультирующий сигнал, уменьшая илиувеличивая задание регулятору 4, Регулятор 4 в соответствии с новым заданием прикрывает нли приоткрывает исполнительный механизм 6. Расходвоздуха уменьшается (при увеличении давления) или увеличивается (при снижении давления).Одновременное увеличение расхода азота и уменьшение расхода воздуха при увеличении давления или уменьшение расхода азота и увеличение расхода воздуха при снижении давке ния приводят к упреждению изменения и выхода за установленные пределыпарциального давления кислорода вкультуральной жидкости при изменении давления в ферментаторе, Это в свою1666539 очередь приводит к улучшению условий культивирования клеток и, соответстванно, к повышению производительнос. - ти процесса на 57Ф Р р м у л а и з о б р е т е н и я ных значений частоты вращения мешалки и парциального давления растворенного в культуральной жидкости кислорода и регулирование подачи азота,отличающийся тем, что,с целью увеличения выхода целевогопродукта, измеряют расход азота нааэрацию и давление в ферментаторе, арегулирование подачи азота осуществляют в зависимости от измеренногозначения его расхода с коррекцией отпарциального давления растворенногов культуральной жидкости кислородаи давления в ферментаторе и регулирование подачи воздуха на аэрацию дополнительно корректируют в зависимос "ти от давления в ферментаторе,Способ автоматического управления периодическим процессом выращивания клеток животных в ферментаторе с ме1 О шакой, предусматривающий измерение нациального давления растворенного в ультуральной жидкости кислорода, измерение расхода воздуха на аэрацню и частоты вращения мешалки, регулирование подачи воздуха на аэрацию в зависимости от измеренного значения его расхода с коррекцией от измерен= Составитель Г, Богачеваселовская Техред И. Моргентал Корре актор Л.Демч ираж 3 сно о омитета по изобретениям и отк осква, 1-35, Раушская наб., д м при оизводственно-издательский комбинат Патен и ютеЗаказ 2498ВНИИПИ Государственного113035,.Ужгород, ул. Гагарина, 101