Способ автоматического управления многостадийным процессом брожения

)5 С 12 0 3/О ФЩрр., ТЕР 2,"с;, ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ К АВ ии институт Ю,Станишкюс КОГО УПРАВ 1 М ПРОЦЕСавтоматиче- культивироможет быть ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР ОУУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСЛЕНИЯ МНОГОСТАДИЙНЬСОМ БРОЖЕНИЯ(57) Изобретение относитсяскому управлению процессамвания микроорганизмов и Изобретение относится к спиртовой промышленности и может быть использовано для автоматического управления процессом биосинтеэа этанола.Цель изобретения - повышение точности регулИрования концентрации питательного субстрата в головном и дображивающем ферментарах.Способ автоматического управления многостадийным процессом брожения заключается в регулировании скорости разбавления питательного субстрата в головной ферментер и культуральной среды в дображивающий ферментер в стационарном режиме ведения процесса, измерении температуры культуральной среды на выходе из головного ферментера и входе в дображивающий ферментер, при этом определяют )азность температур, а управление процессом осуществляют путем регулирования расхода питательного субстрата,использовано на предприятиях спиртовой и ми к роб иоло гичес кой и ромы ш лен ности. С целью повышения точности регулирования концентрации питательного субстрата в головном и дображивающем ферментерах измеряется температура культуральной среды на выходе из головного ферментера и входе в дображивающий ферментер,.определяется разница температур, а управление процессом осуществляется путем регулирования расхода питательного субстрата, подаваемого в головной ферментер, и расхода культуральной среды, подаваемой в дображивающий ферментер, с учетом разности температуры культуральной среды на выходе из головного ферментера и на входе в дображивающий ферментер, 1 ил. подаваемого в головной ферментер, и расхода культуральной среды, подаваемой в дображивающий ферментер, с учетом разности температур культуральной среды на выходе из головного ферментера и на входе в дображивающий ферментер.Способ заключается в следующем.В непрерывных процессах спиртового брожения при стационарном режиме культивирования важно, чтобы подаваемый питательный субстрат расходовался экономично и при этом была бы достигнута ма ксимал ьная и роизводител ь ность ферментеров. При длительности времени ведения непрерывного процесса брожения возможны изменения начальной концентрации питательного субстрата в зависимости от используемого сырья для его приготволения, а также возможны изменения физиологических свойств микроорганизмов .через большой промежуток1 б 82395 51015 20 25 30 35 40 45 50 времени, что в результате, приводит к отклонениям от технологического регламента непрерывного процесса брожения. Из головного ферментера в дображивающий ферментер поступает культуральная среда, в которой содержатся определенные концентрации питательного субстрата, дрожжей и этилового спирта. Концентрация питательного субстрата в дображивающем ферментере должна быть сравнительно мала и иметь такое значение, чтобы микроорганизмы в дображивающем ферментере не использовали этиловый спирт как углесодержащий субстрат до отвода культуральной среды из него на сепарацию, Если концентрация питательного субстрата в дображивающем ферментере становится ниже критической, микроорганизмы начинают использовать этиловый спйрт как углесодержащий субстрат, что приводит к уменьшению производительности ферментационной батареи по этиловому спирту, Таким образом, концентрация питательного субстрата в головном ферментере и время пребывания культуральной среды в нем, определяемая скоростью подачи питательного субстрата и скоростью отвода культу- ральной среды из него в дображивающий ферментер, определяют условия дображивания культуральной среды в дображивающем ферментере.Оба ферментера оснащены системами охлаждения культуральной среды и в них поддерживается постоянная температура культуральной среды согласно технологическому регламенту процесса, а магистраль,соединяющая головной и дображивающий ферментеры, не имеет системы стабилизации температуры, О интенсивности процесса брожения. можно судить по изменению температуры культуральной среды, так как в процессе брожения микроорганизмы при использовании питательного субстрата выделяют определенное количество тепла, соответствующее использованному количеству питательного субстрата, Таким образом, о концентрации питательного субстрата в головном ферментере можно судить по кос веннмоу показателю измерению температуры культуральной среды в трубопроводе, соединяющем ферментеры на выходе из головного ферментера и на входе в дображивающий ферментер, и последующему определению разницы температур в начале и конце трубопровода, соединяющего ферментерц т,е. концентрация питательного субстрата в головном ферментере пропорциональна разнице температур в начале и конце трубопровода, так как тепло, выделяющееся в процессе синтеза этанола, изменяет температуру культуральной среды, движущейся по трубопроводу. Так, например, если концентрация питательного субстрата в культу- ральной среде, отводимой из головногоферментера, соответствует . тех н ол о-.гическому регламенту, дображива- ние культуральной среды во время продвижения культуральной среды по трубопроводу проходит с невысокой интенсивностью и разница температур культуральной среды в начале трубопровода и его конце близка к максимальной и такой процесс обеспечивает экономическое использование питательного субстрата для синтеза продукта в дображивающей стадии процесса и целью управления процессом является поддержание данного технологического режима. Если же концентрация питательного субстрата в головном ферментере увеличивается ввиду возмущений технологического пооцесса, в трубопооводе, соединяющем головной и дображивающий ферментеры во время продвижения культуральной среды по нему, процесс брожения проходит более интенсивно, выделяется. большее количество тепла и разница температур культуральной среды в начале и конце трубопровода, соединяющего ферментеры,уменьшается, причем при определенных условиях разница температур может приобрести отрицательное значение по отношению к разнице температур при ведении процесса согласно технологическому регламенту.На чертеже изображена система, реализующая способ автоматического управления многостадийным процессом брожения.Система состоит из головного 1 и дображивающего 2 ферментеров,контура регулирования температуры культуральной среды в головном ферментере, включающего датчик 3 температуры культуральной среды, связанный через регулятор 4 расхода охлаждающей воды с исполнительным механизмом 5, установленным на линии подачи охлаждающей воды в головной ферментер 1, контура регулирования температуры культуральной среды в дображивающем ферментере 2, включающего датчик 6 температуры культуральной среды, связанный через регулятор 7 расхода охлаждающей воды с исполнительным механизмом 8, установленным на линии подачи охлаждающей воды в дображивающий ферментер 2, контура регулирования подачей воздуха на аэрацию в головной ферментер, включающего датчик 9 расхода воздуха, связанныйчерез регулятор 10 расхода воздуха с исполнительным механизмом 11, установленным на линии подачи воздуха на аэрацию, контура регулирования подачей расхода дрожжей в головной ферментер 1, включающего датчик 12 расхода дрожжей, связанный через регулятор 13 расхода дрожжей с исполнительным механизмом 14, установленным на линии подачи дрожжей; контура регулирования подачей питательного субстрата, включающего датчик 15 расхода питательного субстрата, связанный через регулятор 16 расхода с исполнительным механизмом 17, установленным на линии подачи питательного субстрата, датчики 18 и 19 температуры культуральной среды в трубопроводе, соединяющем головной и дображивающий ферментеры, установленные в начале и конце трубопровода, соответственно, связанные через блок 20 определения разницы температур культуральной среды в начале и конце трубопровода, блок 21 суммирования и регулятор 16 расхода с исполнительным механизмом 17, установленным на линии подачи питательного субстрата и исполнительным механизмом 22, установленным на трубопроводе, соединяющем головной и дображивающий ферментеры 1 и 2 соответственно,Система работает следующим образом.Сигнал от датчика 3 температуры культуральной среды в головном ферментере 1 поступает на регулятор температуры, который сравнивает заданное,значение температурйкультуральной среды в с текущим и формирует сигнал для исполнительного механизма 5, изменяющего подачу охлаждающей воды в головной ферментер 1. Сигнал от датчика 6 температуры культуральной среды в дображивающем ферментере 2 поступает на регулятор температуры, который сравнивает заданное значение температуры с текущим и формирует сигнал для исполнительного механизма 8, изменяющего подачу охлаждающей воды в дображивающий ферментер 2, Сигнал от датчика 9 расхода воздуха подается на регулятор 10 расхода воздуха, который сравнивает заданное значение расхода воздуха с текущим и формирует сигнал для исполнительного механизма 11, установленного на линии подачи воздуха в головной ферментер 1. Сигнал от датчика 12 расхода дрожжей подается на регулятор 13 расхода дрожжей, который сравнивает заданное значение расхода дрожжей с текущим и формирует сигнал для исполнительного механизма 14, изменяющего подачу дрожжей в головной ферментер 1. Сигнал от датчика 15. расхода 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 питательного субстрата подается на регулятор 16 расхода питательного субстрата, который сравнивает заданное значейие расхода питательного субстрата с текущим и формирует сигнал для исполнительного механизма 17, изменяющего подачу питательного субстрата в головной ферментер 1, Сигнал от датчика 18 температуры культуральной среды в трубопроводе, соединяющем головной и дображивающий ферментеры, установленного в начале трубопровода, и сигнал от датчика 19 температуры культуральной среды в трубопроводе, установленного в конце трубопровода, подаются на блок 20 определения разницы температур культуральной среды в начале и конце трубопровода, в котором определяется текущее значение разницы температур культуральной среды в трубопроводе ЛТТ.Сигнал от блока 20 определения разницы температур культуральной среды подается на блок 21 суммирования, в который также подается на блок 21 суммирования,в который также подается заданное значение раз-, ницы температур культуральной среды в начале и конце трубопровода ЬТз и определяется сумма Ь=(ЬТз-ЬТт). Сигнал отблока 21 суммирования подается на регулятор 16 расхода питательного субстрата, сигнал которого поступает на исполнительный механизм 17, установленный на линии подачи питательного субстрата, и исполнительный механизм 22, установленный на трубопроводе, соединяющем головной и дображивающий ферментеры, который изменяет расход питательного субстрата в головной ферментер 1 и расход отводимой культу- ральной среды из него в дображивающий ферментер 2 в соответствии значению разницы Ьи этот сигнал является корригирующим сигналом по отношению начальных заданных значений расходов питательного субстрата и отводимой культуральной среды иэ головного ферментера в дображивающий ферментер.Предлагаемый способ по сравнению сизвестным, принятым за базовый объект, позволяет повысить точность поддержания концентрации питательного субстрата в головном ферментере в среднем на 1,46 г/л и точность поддержания концентрации питательного субстрата в дображивающем ферментере в среднем на 0,20 г/л.Формула изобретения Способ автоматического управления многостадийным процессом брожения, предусматривающий регулирование подачипитательного субстрата, расхода воздуха, подаваемого на аэрацию, и расхода культу- ральной среды, подаваемой в дображивающийферментер, отл ича ю щи йс я тем,1682395 оставитель Г.Богаче ехред М.Моргентал Корректор М.Максимишине Редактор А.Рогули каз 3383 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 1 что, с целью повышения точности регулирования концентрации питательного субстрата в головном и дображивающем ферментерах, измеряют температуру культуральной среды на выходе из головного ферменте ра и входе в дображивающий ферментер, определяют разность температур, регулируют подачу дрожжей в головной ферментер и охлаждающей воды на каждую стадию брожения, а регулирование расхода культуральной среды, подаваемой в дображивающий ферментер, осуществляют в зависимости от расхода питательного субстрата, поступающего в головнойферментер, при этом регулирование подачи 5 расхода питательной среды вголовнойферментер и культуральной среды.в дображивающий ферментер корректирук 1 т в зависимости от разности температур, измеренных на выходе из головного ферментера и входе в до браживающий ферментер.