Устройство для дозирования жидкости в биокультиватор

СОГОЗ СОВЕ СКИС 01 ИЛЯИС 1 ИЧЕ СРЕСПУБЛИК 1703980 39) 1)5 С 01 Г 13/О ПИСАНИЕ ТЕНИ 4У ГОСУДАГ С 1 ОЕННЫЙ КОМИГЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Воронежский технологический институт (72) Н. ф. Семенов, Ю. И, Шишацкий, С, В, Востриков и М. А, Протопопов (53) 66.028(088.8)(56) Новацкая С, С Шишацкий Ю. И. Справочник по производству хлебопекарных дрожжей, - М.: Пищевая промышленность, 1980, с. 323.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДОЗИРОВАНИЯ ЖИДКОСТИ В БИОКУЛЬТИВАТОР (57) Изобретение относится к системам автоматического дозирооания жидкости по графику функциональной зависимости от времени и может быть использовано в химической, микробиологической и пищевой промышленности, в частности в дрожжевом производстве при подаче жидких компоненР тов питательной среды в дрожжерастильные аппараты, Цель изобретения состоит в повышении эффективности работы биокультиватора эа счет обеспечения оперативного изменения программы доэирования. Для этого в устройство управления введены мембранный клапан 16, профилированное тело 37, две заполненные жидкостью О-образные трубки, которые снабжены пьеэометрическими трубками 13 и 27 соответственно, установленными в их расширенных коленах 12 и 34, Дополнительная пьеэометрическая трубка 36 установлена в биокультиватор 10, причем в расширенное колено 34 0-образной трубки 28 помещено профилированное тело 37, а другое колено 33 сообщено с пьезометрической трубкой 3 36. Дозатор 1 жидкости выполнен в виде корпуса, разделенного на мерную 3 и управляющую 2 камеры мембраной 4, на которой1703980 разл 1 ещон эьцорны 1 орган 5 клацаца, а его содо устлцоплпцо на входном цатрубке (штуцере) 6, Уернал камера 3 доэатора 1 жидкьсги сообщена с уэкикл коленом О-образной трубки, а уцравлчощап камора 2 - со штуцеИзобретение относится к системам авто 1 атического доэирования жидкостей по рафику функциональной зависилости от времени и может быть использовано в химической, микробиологической и пищевой промышленности, в частност и в дрожжевом г роиэводстве при подаче жидких колпоцентов питательной среды в дрожжераС 1 ил ьц ые аппараты.Цель изобретения - повышение эффективностии эа счет обеспечения оперативного цэл 1 ецсция программы доэировация.Иа чертеже представлено устройство дпя доэирования жидкости в биокультиватор,Устройство состоит иэ мембранного дозатора 1 жидкости, выполненного в виде двух камер. Верхняя - управляющая 2.и нижняя мерная 3 камеры,.разделены между гобой л 1 ембраньй 4 с жесткивл центром 5.Уерная камера 3 оснащена штуцером б для подвода дозируемой жидкости из магис 1 рального трубопровода 7. Торец 8 штуцера 6, расположенный внутри камеры 3, является седлом клапана, а нижняя прокладка жесткого центра 5 - запорным органом клапана. В днище галерной камеры 3 гнлеотсп отверстие 9 для истечения дозируемой жидкости в биокультиватор 10 и шту- ,;р 11 для присоединения второй О-образной трубки 12 с пьозаметрической трубкой 13 внутри,(Управляющая камера 2 доэатора 1 жидкост оснащена штуцером 14 для присоединенияя пневл 1 оцроводз 15 от мембранного клапа 1 а 16. Кроме того, имеется винт 17 для ручного управления притоком доэируемой жидкости,Ыембранный клапан 16 состоит иэ двух корпусных элалЬтов, образующих цневмокамеры (воздушные полости) 18 и 19, разделснцые мембраной 20 с жестким центром 21. Пцевмокамеры 18 и 19 оснащены штуцерол 1 и 22 и 23 для соединения их ццевмоцроводами 15 и 24 соответственно и с цьеэоматрцческой трубкой 13 и с управляющей камерой 2 доэатора 1 жидкости, а также штуцедом 25 для соединения пневмоц роводом 26 с пьезометрической трубкой 21 расширенного колена первой 13-образром 22 мембранного клапана 16. Пьеэометрическая трубка 21 О-образной трубки 28 сообщена с соцловой полостью 18 мембранного клацана 16, а его управляющая камера 19 - с цьеэометрической трубкой 13, 1 ил,ной трубки 28, Штуцеры 22, 23 и 25 служат также для соединения с пневмопроводами 29-31 давления питания, В пневмокамере 18 закреплено сопло 32.5 Первая О-образная трубка 28 выполнена в виде двух сообщающихся между собой колен; колена 33 меньшего диаметра и расширенного колена 34 большего диаметра,Колено 33 гленъшего диаметра соедине на пневмопроводом 35 с дополнительнойпьезометрической трубкой 36, установленной в биокультиваторе 10, Вколене 34 большего диаметра размещается вставка 37, имеющая форму тела точения криволиней ного профиля. Вторая 0-образная трубка 12и колено 34 большего диаметра оснащаются измерительными шкалами 38 и 39 соответственно. Мерная камера 3 доэатора 1 жидкости соединена в верхней части с второй 20 0-образной трубкой 12 горизонтальнойтрубкой 40 для выхода воздуха во вторую О-образную трубку 12.Работа устройства для дозированияжидкости в биокультиватор предусматрива ет два возможных этапа в работе биокультиватора.Первый этап характеризуется отсутствием в биокультиваторе 10 культуральной среды. При этом возможность притока в не го компонентов питательной среды исключается благодаря соблюдению следующих условий: Уж" жоУп.у Ьп у о35иРпцз гэфРжРС где Уж и Уу - плотность жидкости соответственно в лембраннам дозаторе 1 жидкости и в первой 0-образной трубке 28;Ьжо и Ьп,хо - начальная глубина погружения пьеэометрических трубок 13 и 27 со ответственно в доэаторе 1 и в первой0- образной трубке 28;Рпитз- давление питания в пневмосистеме 15 и в управляющей камере 2;Рж - давление дозируемой жидкости наклапан доздторд 1 жидкости;Гэф - эффективная площадь мембраны 4 дозаторэ 1 жидкости;Е, - площадь седла 8 клапана дозатора 1 жидкости.В этом случае усилие пневматического давления в правой пневмокэмере 19 Рпр мембранного клапана 16, определяемое выражением Рпр= )ж Ьжо, будет превышать усилие пневмьтического давления в его левой пневмокамере 19 Рл, определяемое как Рл- уп.у. Ьп.уо. Поэтому прогнувшаяся мембрана 20 своим жестким центром 21 (запорным органом клапана) перекрывает сопло 32 в мембранном клапане, исключая тем самым истечение воздуха через пьезометрическую трубку 27 первой 0-образной трубки 28. Мембрана 4 доэатора 1 своим клапаном под воздействием давления воздуха с усилием, равнымИп= Рпитз РэфРж Рсперекроет доступ жидкости в мерную камеру 3.Второй этап работы устройства определяется началом поступления в биокультиватор 10 засевной или маточной культуры. Изменение уровня жидкости в биокультиваторе 10 посредством дополнительной пьезометрической трубки 36 преобразуется в пневматическое давление (при продувке воздуха или инертного газа через эту пьезо. метрическую трубку). понижающее уровень жидкости в колене 33 меньшего диаметра первой 0-образной трубки. Одновременно с этим повышается уровень жидкости в колене 34 большего диаметра, вследствие чего увеличивается пневматическое давление в левой пневмокамере 18 мембранного клапана 16.Благодаря криволинейному профилю вставки 37 в колене 34 большего диаметра изменение уровня жидкости йл,у, происходит пропорционально квадратному корню из величины перепада давления, Под воздействием пневматического давления в левой пневмокамере 18, ставшим большим по величине, чем пневмодавление в правой камере 19, мембрана 20 прогнется в сторону меньшего давления и обеспечит возмож-, ность через сопло 32 и пьезолетрическую трубку 27 первой 0-образной трубки 28 сбросить давление иэ управляющей камеры 2 дозатора 1 жидкости до величины, равной величине гидростатического давления над пьезометрической трубкой 27 в первой 0- образной трубке. При этом конструктивно обеспечиваемая зависимостьРжРсул.у. Ьп.у.1 Рэф + 6 позволит приоткрыться запорному органу 5 в доэаторе 1 жидкости, Здесь С - усилие от воздействия масс деталей мембраны 4.Жидкость начинает поступать в лерную 5 камеру 3 и вытекать иэ нее в биокультивэтор10 через отверстие 9, При этом уровень жидкости над отверстием 9 истечения поднимается до отметки пж 1 и устанавливается равенство уж Ьж 1 =ул.у. Ьл у.1, поскольку 10такие элементы как сопло 32 и мембрана 20 в мембранном клапане 16, а также седло 8 клапана и мембрана 4 в доэаторе 1 жидкости обеспечивают функции пропорциональных регуляторов давления.При дальнейшем увеличении уровняжидкости в биокультиваторе 1 О приток дозируемой жидкости возрастает.Приток любого компонента питательной среды определяется из математической зависимости0= а 1 29 Ьж 1где 0 - обьемный расход жидкости, вытекающей из отверстия истечения;25 сх - коэффициент расхода;1 - площадь отверстия истечения;я - ускорение силы тяжестии находится в квадратичной зависимости от уровня жидкости над отверстием истечения.30Постоянное увеличение притока продиктовано математическим выражением закона развития микроорганизмов Хт-ХЫ,так как важнейшим условием при непрерывном и полунепрерывном культивированиимикроорганизмов является соответствиескорости их роста и скорости разбавлениясреды культивирования О, т.е.,и О, в своюЧ - Чо40очередь О -Чгде Х - концентрация биомассы в биокультиваторе;Хо- начальная концентрация биомассы;45 1 - основание натурального логарифма;р- удельная скорость роста;О- скорость разбавления среды;Ч - обьем культуральной среды в биокультиваторе;50 Чо - начальный обьем культуральнойсреды в биокультиваторе,Таким образом, биокультиватор 1 О совместно с первой 0-образной трубкой 28 имембранным клапаном 16 выполняют функцию программного устройства и управляютрасходными характеристиками мембранного дозатора 1 жидкости в устройстве длядоэирования жидкости в биокультиваторе (всоответствии с требованиями закона развития микроорганизмов).1703980 Составитель Н.СеменооТехред М,Моргентал Корректор Т,Колб Редактор Н.Химчук Заказ 55 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, 101 Необходимость функционального преобразования до требуемого номинального значения величины пневматического даоле. ния, упрасляющего расходными характеристиками дозатора жидкости в зависимости от постоянно меняющегося объема и уровня культуральной среды в биокультиоаторе и определяемого из совместного решения уравнений для расчета О и Х 1, реализуется конструкцией первой 0-образной трубки 28 посредством вставки 37, имеющей форму тела точения криволинейного профиля и пьезометрической трубки 27, размещенной в колене 34 большего диаметра, а также мембрайныл клапаном 16,Поскольку в процессе выращивания дрожжей о биокультиоаторе нужно подагать целый ряд компонентов питательной среды, каждая жидкость подается своей системой автоматического доэирования. Количество пьеэометрических трубок, введенгых о колено 34 большего диаметра, соотг оетствует числу компонентов питательной среды.При продувке воздуха через пьезометрическую трубку 21 пневматическое давление преобразуется о сигнал, в соотоетстоии с которыл объемы вытекающих иэ доэатора 1 жидкости в биокультиватор в единицу врелени жидких компонентов, находящихся в эаоисимости от 1 идростатического давления жидкости в мерной камере 3 над отверстием 9 истечения, равнозначны тем обьемным расходам, которые соответствуют основополагающему требованию математического выражения закона развития популяции микроорганизмов,При использовании устройства для дозирооания жидкости о биокультиватор имеется возможность также оперативного изменения программы притока компонентов питательной среды в эаоисимости от технологических показателей работы биокультиватора путем ручного управления (изменением глубины погружения пьезометрической трубки 21),Такое управление легко реализуется о автоматическое путем Р 5 10 15 20 25 30 35 40 45 включеня и контроль и управление тех юлогичесхим процессом злектроннооычис; и- тельной лашины,Такил обраэол, предлагаемое устройство для дозирооания жидкости в биокультиоатор обеспечивает приток компонентов питательной среды в соответствии с математическим оыражением закона развития микроорганизмов, дает воэможность опера. тионого изменения программы доэирования при возможных отклонениях в технологических показателях работы аппарата, обеспечивает увеличение выхода и съема дрожжей.Формула изобретения Устройство для дозирования жидкости в биокультиоатор, содержащее дозатор, мерная камера которого сообщена входным патрубком через клапан с входной магистралью, а выходным - с биокультиватором, и уэелуправления, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности эа счет обеспечения оперативного изменения программы доэирования. в узел управления введены мембранный клапан, профилнрованное тело, дое заполненные жидкостью 0-образные трубки, каждая из которых выполнена с расширенным коленол с пьезометрической трубкой, и дополнительная пьеэометрическая трубка, установленная в биокультиоаторе, причем в расширенном колене первой О-образной трубки размещено профилированное тело, а ее другое колено сообщено с.дополнительной пьеэометрической трубкой, дозатор выполнен в виде корпуса, разделенного на мерную и управляющую камеры мембраной, на которой расположен эапорный орган клапана, а его седло установлено на входном патрубке, при этом мерная камера дозатора сообщена с узким коленом второй 0-образной трубки, а управляющая камера - с соплом мембранного клапана, пьезометрическая трубка первой 0-образной трубки сообщена с сопловой полостью мембранного клапана, а его управляющая полость - с пьезометрической трубкой второй О-образной трубки.