Система автоматического управления процессом непрерывного выращивания микроорганизмов

духа, подаваемого в Ферментер, содержания кислорода в отходящих газах и кислотности питательной среды, узлы стабилизации температуры, объема и кислотности культуральной среды 33.Недостатком этой системы автоматического управления процессом непре 5 , рывного выращивания микроорганизмов является то, что она не может обеспечить необходимой точности Управления и эффективного использования питательного о субстрата, так как не может компенсировать возмущения, возникающие при изменении состава и концентрации йитательной среды. Данная система определяет скорость роста микроорганизмов н Ферментере по разности расходов субстрата и аммиачной воды. При этом аммиачная вода используется одновременно как для регулирования кислотнос. ти культуральной среды в Ферментере, так и для стабилизации кислотности субстрата, на при этом н системе не учитывается концентрация микроорганизмов в Ферментере. При изменении свойств подаваемой питательной среды система не может полностью скам =- 25 пенсировать возмущения, что снижает эфФективность использования питательной среды.и качество выхода биомассы.Цель изобретения - оптимизация процесса непрерывного выращивания 30 микроорганизмов, снижения удельного расхода питательных вещестн и повышения продуктивности по биомассе,Указанная цель достигается тем, что система автоматического управле ния процессом непрерывного выращивания микроорганизмов, содержащая блок определения скорости роста микроорганизмов, связанный с датчиками расходов питательной среды и нейтралиэу- щ ющего раствора, датчики расхода воздуха, подаваемого в Ферментер, содержания кислорода в отходящих газах и кислотности питательной среды, узлы стабилизации температуры, объема и кислотности культуральной среды, до- . полнительно снабжена блоками Управления расходом и концентрацией питательной среды, блоками определения удельной скорости роста и концентрации микроорганизмов в Ферментере, блоком динамической связи и Функциональным блоком, входы которого соединены с выходами датчиков расхода воздуха и содержания кислорода, а выход - с входом блока концентрации микроорганизмов, к другому входу которого подключен блок определения скорости их роста, дополнительно связанный с датчиками кислотности питательной и культуральной среды, причем выход блока 60 концентрации микроорганизмов соединен с входами блоков управления расходом питательной среды и определения удельной скорости роста микроорганизмов, последний своим вторым входом связан 65 с блоком скорости раста, а выходомс блоком управления концентрациейпитательной среды, другой нход которого подключен к блоку динамическойсвязи, соединенному с выходом блокауправления. расходом питательной среды, а выходы блоков управления связаны с соответствующими исполнительными механизмами на линиях подачипитательной среды и воды для разбавления.На чертеже изображена блок-схема,реализующая систему автоматическогоуправления процессом непрерывнога выращивания микроорганизмов.Свежая питательная среда - субстрат, продукт предыдущего технологи - .ческого процесса, например,.целлюлозна-бумажного производства, обогащен -ная солями, подается в дрожжерастительный аппарат - ферментер, откудакультуральная среда - бражка отводится на сепараторы, Сепараторы и аппараты варки целлюлозы на чертеже непоказаны. Состав и концентрация питательных веществ меняются в зависимости ат режима варки целлюлозы.Б процессе жизнедеятельности микроорганизмы увеличивают кислотностькультуральной среды, Для компенсацииразбаланса кислотности в ферментерподается нейтрализующий раствораммиачная. вода. Для компенсации изменений концентрации,субстрата в линиюего подачи подается вода,С целью обеспечения устойчивостихарактеристик процесса непрерывноговыращивания микроорганизмов, а такжекомпенсации возмущений на процессих роста, предварительно стабилизируются такие режимные параметры,как температура культуральной среды,ее кислотность и объем в ферментере.Температура среды в ферментере стабилизируется путем воздействия на расход охлаждающей воды, пропускаемойчерез холодильник. Изменение расходаводы на охлаждение осуществляется посигналу датчика 1 температуры культуральной среды, подключенного на входрегулятора 2, который воздействуетна связанный с ним исполнительныймеханизм 3, установленный на линииподачи охлаждающей воды.Кислотность культуральной среды,которая меняется как от изменениясостава субстрата, подаваемого в ферментер, так и в связи с процессомроста и жизнедеятельности микроорганизмов, стабилизируется путем воздействия на расход аммиачной ноды. Изме-,нение кислотности среды в ферментереФиксируется датчиком 4, который соединен с регулятором 5, сочлененнымс исполнительным механизмом 6 на линии подачи аммиачной воды, Расходнейтралиэующего раствора измеряетсярасходомером 7,На изменение кислотности культу- ральной среды оказывают влиянйе с дной стороны жизнедеятельность микоорганизмов, а с другой стороны расходы нейтрализующего раствора, питательной среды и ее кислотноств.Таким образом, блок 8 определения скорости роста микроорганизмов своими входами соединен с датчиком 7 расхода нейтралиэующего раствора Щ нр ), датчиком 9 расхода пнтатель 10 ной среды Щс ), датчиком 4 кислот- ности культуральной среды (рНк) и датчиком 10 кислотности питательной среды (р 1.1 пс) и вырабатывает сигнал, пропорциональный следующему соотно шению:К,1 ГЯ,р К 2.(анке- Р 11 Рс)йпсЗ. Формула изобретения Система автоматического управления процессом непрерывного выращиваВ процессе роста микроорганизмов изменяется содержание кислорода в 20 отходящих газах, зависящее также от количества воздуха, подаваемого в Ферментер для непрерывного выращивания микроорганизмов. По изменению содержания кислорода в отходящих газах и скорости роста микроорганизмов в совокупности можно судить о концентрации биомассы в ферментере.Для этого служит блок 11 концентрации микроорганизмов в Ферментере, который своими входами соединен с блоком 8 и функциональным блоком 12, последний связан с датчиком 13 расхода воздуха и датчиком 14 содержания кислорода в отходящих газах. На выходе блока 11 формируется сигнал в соответствии с уравнением: Скс= Кэ(21 - СО ) - К 4 Ч,где С - концентрацйя микроорганизмов в культуральной среде,СО - концентрация кислорода в"2.отходящих газах,21концентрация кислородав воздухе, 45Я - количество воздуха, подаваемого в Ферментер,Ч - скорость роста микроорганизмов,К 1- К,- коэффициенты.50С другой стороны о состоянии процесса непрерывного выращивания микроорганизмов наибольшей информативностью обладает сигнал, характеризующий удельную скорость роста микроорганизмов. удельная скорость рбста микроорганизмов отражает такжеизменения концентрации питательнойсреды в ферментере,Оптимизация процесса выращиваниямикроорганизмов осуществляется путем 60стабилизации на оптимальном значенииудельной скорости роста микроорганизмов в фермейтере, что достигаетсяпутем регулирования расходов субстрата и воды на его разбавление в Фер.ментер., Если удельная скорость роста микроорганизмов выиа заданной,то необходимо снижать концентрациюподаваемого субстрата, если ниже заданной - уменьшать подачу воды на,разбавление субстрата.Сигнал, пропорциональнйй удельнойскорости роста микроорганизмов, формируется в блоке 15, который соединенсвоими входами с блоками 8 и 11, всоответствии с уравнением:МРасход субстрата в ферментер регулируется блоком 1 б управления, который получает сигнал от блока 11,и,воздействуя на исполнительный механизм 17, связанный с ним и установленный на линии подачи субСтрата,изменяет его подачу, восстанавливаятем самым концентрацию микроорганизмов в культуральной среде.Расход воды на разбавление субстрата регулируется блоком управления18, который своим входом соединенс блоком 15 и через блок динамической связи 19 - с блоком управления 1 ба выходом - с исполнительным механиэмом 20, установленным на линииподачи воды. Блок 19 служит дляулучшения динамических характеристик,системы, корректируя соотношениесубСтрат-вода в переходном режимеуправления,Объем культуральной среды в Ферментере.стабилизируется на эаданнОмуровне регулятором 21, который воздействует на связанный с ним исполнительный механизм 22, в соответствии с сигналом датчика 23.Использование предлагаемой системы автоматического управления процессом непрерывного выращивания микроорганизмов обеспечивает по сравнению с известной системой оптимальноеуправление процессом, снижение удель"ного расхода питательных веществ, повышение производительности дрожжерастительного аппарата и повышение качества выходного продукта. Это достигается за счет поддержания удельнойскорости роста и концентрации микро"организмов на оптимальных значениях,По сравнению с базовым объектом пред- .лагаемое изобретение обеспечиваетснижение расхода питательных веществв среднем на 2,7-3 и повышение производительности эа счет уменьшениявремени переходных процессов на 1-1, 5.Экономический эффект от использования предлагаемой системы составляет 51,8 тыс.руб.Заказ 9922/57 Тираж 914 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раущская наб., д, 4/5Филиал ППП "Патент", гУжгород, ул, Проектная, 4 ния микроорганизмов, содержащая блок определения скорости роста микроорганизмов, связанный с датчиками расходов питательной среды и нейтра- лизующего раствбра, датчики расхода, воздуха, подаваемого в ферментер, содержания кислорода в отходящих газах и кислотности питательной среды-, узлы стабилизации температуры, объэма и кислотности культуральной среды, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью оптимизации процесса непре рывного выращивания микроорганизмов, снижения удельного расхода питательных веществ и повышения продуктивности по биомассе, она дополнительно снабжена блоками управления расходом и концентрацией питательной среды, блоком определения удельной скорости роста и концентрации микроорганизмов вферментере, блоком динамической связи и Функциональным блоком, входы которого соединены с выходами датчиков расхоДа воздуха и содержания кислорода, а выход - с входом блока концентрации микроорганизмов, к другому входу которого подключен блок определенин скорости их роста, дополнительно связанный с датчиками кислотностипитательной и культуральной среды,причем выход блока концентрации микроорганизмов соединен с входами бло 5 ков управления расходом питательнойсреды и определения удельной скорости роста микроорганизмов, последнийсвоим вторым входом связан с блокомскорости роста, а выходом - с блоком10 управления концентрацией питательнойсреды, другой вход которого подключен к блоку динамической связи, соединенному с выходом блока управлениярасходом питательной среды, а выходы151 блоков управления связаны с соответствующими исполнительными механизма"ми на линиях подачи питательной среды и воды для разбавления,Источники информации,20 принятые во внимание при экспертизе1 Патент США Р 3384553,кл . 195-95, 1968.2, Авторское свидетельство СССРР 595372, кп. С 12 Я 3/00, 1978.3, Авторское свидетельство СССРР 522228, кл. С 12 0 3/00 1977.