Система автоматического управления процессом непрерывного культивирования микроорганизмов

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик р 11981964(И 1 М. Кл.з 8 05 0 27/00 Государственный комитет СССР по делам изобретений н открытий(54) СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ НЕПРЕРЬВНОГО КУЛЬТИВИРОВАНИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ Изобретение относится к микробиологической промышленности и может быть использовано для управления процессами культивирования микроорганизмов.Известна система автоматического управления процессом выращивания микроорганизмов, содержащая контур стабилизации температуры, рН, контур регулирования подачи питательных солей, воды и воздуха на азрацию, а также снабженная датчиком плотности теплового потока, датчиками температуры воздуха, охлаждающей воды на входе и выходе и вычислительным устройством, причем регулирование подачи субстрата осуществляют пропорционально балансу, определяемому в биореакторе (1 3.Однако при культивировании микроорганизмов необходимо обеспечить наиболее оптимальный режим для возможности максимального выхода биомассы за заданный промежуток времени.Известная схема не обеспечивает поддержания в биореакторе заданной концентрации остаточного субстрата- одновременно с оптимальным соотношением субстрата, затрачиваемого на ,конструктивный и энергетический обмен в процессе непрерывного культивирования микроорганизмов.Наиболее близкой по технической сущности к предложенной является система автоматического управления процессом непрерывного выращивания микроорганизмов, содержащая датчик концентрации биомассы микроорганизмов и контуры регулирования подачи субстрата, питательных солей, температуры среды, уровня в -ферментере, рН среды и отбора среды иэ ферментера.Эта система позволяет осуществлять автоматическое управление процессом выращивания микроорганизмов по основному качественному показа" телю - концентрации биомассы (2 .Недостатком данной системы является отсутствие возможности выбора оптимальной скорости роста микроорганизмов при изменении характера технологического процесса, что препятствует получению максимально возмокного выхода биомассы.Целью изобретения является повышение выхода биомассы,Цель достигается тем, что в системе автоматического управления процессом непрерывного культивиро 98196440 вания,ликроорганиэмов, содержащий датчик концентрации биомассы микроорганизмов и контуры регулированияподачи субстрата, питательных солей,температуры среди, уровня в Ферментере, рН среды и отбора среды из 5 ферментераона дополнительно снабжена датчиком плотности теплового потока, датчиками растворенного кислорода и остаточной концентрации субстрата, и логическим блоком, 10 входы последнего соединены с датчиками растворенного кислорода, теплового потока, концентрации остаточного субстрата, и биомассы микроорганизмов, а выходы - через соответ ствующие регуляторы с исполнительными механизмами контуров регулирования подачи субстрата и отбора среды из Фсрментера, при этом датчик растзоренного кислорода подключен к регулятору подачи субстрата, а датчик концентрации остаточного субстрата - к регулятору отбора среды из ферментера.На чертеке изображена блок-схема предложенной системы управления.Система содержит ферментер 1 с линиямн подачи минеральных солей, аммиака субстрата, охлаждающей воцы и;иний отбора.Контур регулирования подачи пи тательных солей включает датчик 2 уровня, подключенный на вход вторичного прибора 3, и датчик 4 расхода раствора минеральной соли, выход которого соединен с входом регулято ра 5 куда также подключен вторичный прибор 3; выход регулятора 5 связан с входом исполнительного механизма б на линии подати раствора минеральных солей.Контур регулирования рН з ферментере включает датчик 7 величины рН, связанный с входом регулятора 8, с выходом которого соединен исполнительный механизм 9 на линии подачи раствора амм"ака.Контур регулирования температуры включает датчик 10 температуры, подключенный на вход регулятора 11, с выходом которого связан исполнительный механизм 12, установленный на линии подачи охлаждавщей воды.Контур коррекции времени пребывания биомассы в ферментере включает датчик 13 концентрации биомассы, связанный с входом вторичного прибора 14, и датчик 15 плотности теплового потока, связанный с входом вторичного прибора 16; выходы вторичных приборов 14, 16 соединены с входом логического блока 17, выход которого подключен к входу регулятора 18,а выход регулятора 18 подключен к входу исполнительного механизма 19, установленного на линии отбора из ферМентера., б 5 Контур подачи субстрата в ферментер содержит датчик 20 количества остаточного субстрата, связанный с входом вторичного прибора 21,а также датчик 22 концентрации растворенного кислорода, связанный свходом вторичного прибора 23; выходы вторичных приборов 21 и 23 связаны с входом логического блока 17,выход которого подключен к входурегулятора 24, а выход регулятора24 подключен к входу исполнительногомеханизма 25, установленного на линии подачи субстрата в Ферментер.Система автоматического управления процессом непрерывного культивирования микроорганизмов работаетследующим образом.В процессе непрерывного культивирования микроорганизмов в ферментер1 подают заданный объем раствора минеральных солей, величину которогоподдерживают с помощьв датчика 4ра.схода через вторичный прибор 3 ирегулятор 5 с помощьв исполнительного механизма б, и контролируютдатчиком 2 уровня,Расходом раствора аммиачной водыдля поддержания в ферменте 1 заданно-го рН управляют с помощью исполнительного механизма 9, команду на которыйпередает регулятор 8 согласно сигналу с датчика 7 величины рН. Расходомводы на охлаждение Ферментера 1 управляет исполнительный механизм 12по сигналу датчика 10 температурычерез регулятор 11.Сигнал с датчика 13 концентрациибиомассы поступает на вторичный прибор 14, с которого преобразованныйсигнал поступает на логический блок17, на который поступает сигнал сдатчика 15 плотности теплового потока через вторичный прибор 16. Логический блок 17 производит анализсигналов с датчиков 13 и 15 и вырабатывает корректирующий сигнал, поступающий на регулятор 18, куда. также поступает сигнал непосредственнос датчика 13 концентрации биомассычерез вторичный прибор 14. Регулятор 18 посылает сигнал на исполнительный механизм 19, регулирующий отборбиомассы из биореактора. Сигнал с датчика 20 количества остаточного субстрата через вторичный прибор 21 поступает также на логический блок 17. Одновременно туда же поступает сигнал с датчика 22 концентрации растворенного кислорода через вторичный прибор 23. Анализируя эти сигналы, логический блок 17 выдает корректирующий сигнал на регулятор 24, на который поступает также сигнал непосредственно с датчика 20 через вторичный прибор 21. Регулятор 24 посылает сигнал на исполнительныймеханизм 25, регулирующий подачу субстрата в ферментер 1.При повышении интенсивности процесса ферментации усиливается сигнал с датчика 15 плотности теплового потока, который поступает через вторичный прибор 16 в логический блок 17. Одновременно в логический блок 17 поступает сигнал с датчика 13 концентрации биомассы через вторичный прибор 14, информируя об изменении 1 О Величины концентрации биомассы в ферментере. Логический блок 17 выдает на регулятор 18 команду об увеличении отбора биомассы из ферментера 1 через исполнительный механизм 19, кор ректируемую на регуляторе 18 сигналом непосредственно с датчика 13 концентрации биомассы. При увеличении отбора биомассы из ферментера 1 по команде с датчика 2 уровня увеличи вается подача раствора минеральных солей для поддержания заданного уровня биомассы в ферментере 1 и удовлетворения потребности ее в минеральном питании. Температуру и рН автома тически поддерживают на заданном уровне. Далее логический блок анализирует сигнал с датчика 22.растворенного кислорода, и если он не ниже критического, то подает сигнал регулятору 24 для регулирующего органа 25 на увеличение подачи субстрата. Одновременно на логический блок 17 поступает сигнал с датчика 20 количества остаточного субстрата, информируя об уровне остаточного субстрата в ферментере. Система поддерживает в ферментере оптимальную скорость роста микроорганизмов, Фиксируя изменение концентрации растворенного кислорода, создает оптималь ную нагрузку ферментера 1 по субстрату и одновременно, анализируя величину плотности теплового потока,обеспечивает поддержание оптимально- го времени пребывания биомассы в ферментере, оперативно меняя величину отбора биомассы из Ферментера 1 чем обеспечивает повышение выхода биомассы от заданного субстрата на 7-10.Формула изобретенияСистема автоматического управления . процессом непрерывного культивирования микроорганизмов, содержащая датчик концентрации биомассы микроорганизмов и контуры регулирования подачи субстрата, питательных солей, температуры среды, уровня в Ферментере, рН среды и отбора среды из ферментера, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения выхода биомассы, она снабжена датчиком плотности теплового потока, датчиками растворенного кислорода и остаточной концентрации субстрата, и логическим блоком, вхогж последнего соединены с датчиком растворенного кислорода, теплового потока, концентрации остаточного субстрата и биомассы микроорганизмов, а выходы - через соответствующие регуляторы с исполнительными механизмами контуров регулирования подачи субстрата и отбора среды иэ ферментера, при этом датчик растворенного кислорода подключен к регулятору подачи субстрата, а датчик концентрации остаточного субстрата к регулятору отбора среды из ферментера.Источники инФормации,принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР Р 661003, кл. С 12 В 1/08, 1979,2. Авторское свидетельство СССР Р 308060, кл. С 12 В 1/08, 1971.981964 Составитель Г. Богачеваинич Техред М.Коштура Корректор Г, Решетни актор з 9710/67 НИИ 13035 филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Тираж 914Государственного комилам изобретений и отМосква, Ж, Рауша Подписноетета СССРрытийая наб., д. 4