Способ автоматического регулирования уровня пены в ферментере для аэробного культивирования микроорганизмов

(61) Дополнительное к авт, свид-ву(22) Заявлено 09.04. 81(21) 3275307/28-13 РМ К з 0 05 0 27/00 с присоединением заявки Йо Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(23) Приоритет 3 УДК 66,069,85(088 8) Опубликовано 1502,83. Бюллетень Но 6 Дата опубликования описания 15,02,83 Е. С. Левитан, У. Э. Виестур и М, Е,БекерИнститут микробиологии им. Августа В 1 Ясеноц,"ейна(54) СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ УРОВНЯ ПЕНЫ В ФЕРМЕНТЕРЕ ДЛЯ АЭРОБНОГО КУЛЬТИВИРОВАНИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ 10 15 20 25 30 Изобретение относится к микробиологической промышленности, в частности к устройствам регулированияуровня пены, образующейся в процессеаэробного культивирования микроорганизмов,Известно устройство регулированияуровня пены с автоматической защитойреактора от выбросов реакционноймассы, состоящее иэ двух включенныхдифференциально термочувствительныхэлементов, заключенных в теплоизоляционный материал, установленных наодном. уровне в газовом пространствебиореактора и соединенных со схемойего защиты, при этом один из чувствительных элементов закреплен непосредственно у стенки чехла, другойв толще заполняющего чехол теплоизоляционного материала 1 1.Недостатком данного устройстваявляется то, что при заполнении га"зового пространства пеной температура в нем повышается и изменяется температура первого датчика, а второйдатчик не успевает среагировать,в результате получается раэностныйсигнал, управляющий системой защиты, а устройство срабатывает толькопри равномерном заполнении сечения биореактора пеной и не предотвращает отдельных выбросов сильно турбулированной пены, поскольку рыхлые пены обладают пониженной теплопроводностью, по сравнению с плотнымн (пенами), то изменения температуры первого датчика не будут четко выражены при заполнении буферного газового пространства рыхлой пеной.Известно также устройство регулирования уровня пены с автоматической подачей реагента для подавления пенообразования, содержащее импуль-. сный генератор, установленный в поплавке, и подающее химический пеногаситель в- зависимости от высоты слоя пены (,2.Недостатком этого устройства является то, что при использовании такОЙ системы регулирования уровня пены не имеется возможности перевести все содержимое реактора в гомогенное турбулентное пенообразное состояние, т.е. в условие наиболее интенсивной массопередачи.Наиболее близкой к изобретению по технической сущности является система автоматического регулирования уровня пены в ферментере для аэробного культивирования микроорга 997007туры, между которыми расположен нагре ватель, и датчиком относительнойвлажности воздуха, размещенным завторым датчиком температуры, схемойсравнения и двумя взаимосвязаннымивычислительными блоками, выходы кото. рых подключены к блоку сравнения,при этом входы одного из нйх связаны с датчиком относительной влажности воздуха, а вход другого - через измеритель мощности - с нагревателем и схемой сравнения, входы последнейподключены к датчикам температуры.На чертеже представлена функци-"ональная схема устройства,Система автоматического регулирования уровня пены включает установленный в ферментере 1 механическийпеногаситель 2 с электроприводом 3,связанный с пускателем 4, Один извыходов блока 5 сравнения связан срегулятором 6 подачи химическогопеногасителя из мерника 7, другой выход блока 5 сравнения соединен спускателем 4,:В измерительной камере 8, связанной с ферментером 1 посредством трубопровода 9 выхода воздуха, установлены по ходу движения воздушного потока первый датчик 10 температуры,нагреватель 11, второй датчик 12температуры, датчик 13 относительной 50 влажности, Датчики 10 и 12 температуры подключены к входам блока 14 сравнения, выход которого соединен с клю; 6 низмов, включающая механический пеногаситель с электроприводом, пускатель электропривода, измеритель мощности электропривода, блок сравнения,один из выходов которого связан срегулятором подачи химического пеногасителяЗи4 ,Недостатком данной системы является то, что она инерционна, так какинтенсивность пенообразования преобразуется в нагрузку на механическийпеногаситель, а не измеряется непосредственно унос культуральной жидкости из ферментера. Кроме того, система не обеспечивает оптимальныхусловий культивирования,Цель изобретения - повышение выхода целевого продукта.Указанная цель достигается тем,что система автоматического регулирования уровня пены в Ферментере дляаэробного культивирования микроорганизмов, включающая механический пеногаситель с электроприводом, пускатель электропривода, измеритель мощности и блок сравнения, один из выходов которого связан с регулятором 25подачи химического пеногасителя, дополнительно снабжена соединенной посредством трубопровода с ферментером,измерительной камерой с установленными в ней по ходу движения воздушного потока двумя датчиками темперачевым элементом 15, включенным вцепь питания нагревателя 11,Датчик 13 относительной влажностисвязан с входом первого вычислительного блока 16, первый выход которогосоединен с оцним из входов блока 5сравнения,.а второй выход подключенк первому входу второго вычислительного блока 17, выход которого связанс вторым входом блока 5 сравнения.Второй вход вычислительного блока 17подключен к выходу измерителя 18мощности, связанного с нагревателем 11.Система работает следующим образом,Выходящий из ферментера 1 черезтрубопрозод 9 воздух, несущий с собой капли жидкости, направляется визмерительную камеру 8, где подогревается с целью испарения капель жидкости и определения расхода воздуха.Степень нагрева воздуха регулирует блок 14 сравнения, причем поддерживаемая разность температур задается перед началом процесса культивации, В зависимости от заданной разности температур и от расхода влагии воздуха из ферментера изменяетсямощность, подводимая к нагревателю 11и затраченная на нагрев воздуха, жидкости и испарение капель жидкости.Количество подведенной мощности определяет измеритель 18 мощности.Длительность открытого и закрытого состояния ключевого элемента,включенного в цепь питания нагревателя 11, регулирует блок 14 сравнения,на вход которого поступают сигналыот датчиков 10 и 12 температуры. Приуменьшении разности температур нижезаданного значения блок 14 сравнения увеличивает время открытого состояния ключевого элемента 15, чтоприводит к увеличению подводимоймощности к нагревателю 11, последнийвосстанавливает заданную разностьтемператур При превышении заданнойразности происходит запирание ключевого элемента 15, что приводит котключению подаваемого к нагревателюпитания и, тем самым, к снижениюразницы температур до заданного значения,Значение мощности, измеренйое измерителем 18 мощности, поступает наодин из входов вычислйтельного блока 17,Значение относительной влажностивоздуха на выходе измерительной камеры 8 определяетсядатчиком 13 ипередается в вычислительный блок 16,н который также вводится поправкана атмосферное давление воздуха.Вычислительный блок 16 по значениюотносительной влажности воздуха иатмосферному давлению воздуха рассчитывает значение влагосодержания воэдуха. Полученное значение влагосодержания воздуха подается на второйвход другого вычислительного блока17 и на первый вход блока 5 сравнения. Вычислительный блок 17 по значению измеренной мощности, подводимой к нагревателю 11, рассчитываетрасход влаги в единицу времени изФерментера 1. Рассчитанное значениерасхода влаги подается на второйвход блока 5 сравнения.Дополнительно в блоке 5 сравнения перед началом процесса культи.вации устанавливаются два порогасрабатывания блока сравнения по расходу влаги в единицу времени изферментера 1. При превышении расхода влаги из ферментера свыше первогоуровня срабатывания блок 5 сравнениявырабатывает сигнал на включениепускателя 4 электропривода 3 механического пеногасителя 2. 20В случае дальнейшего роста расхода влаги в единицУ времени из ферментера выше второго порога срабатывания заданного в. блоке 5 сравнения, последний вырабатывает сигнал, 25поступающий.на вход регулятора бподачи химического пеногасителя измеринка 7 ферментера 1.При снижении расхода влаги в единицу времени из ферментера ниже второго порога срабатывания в блоке 5сравнения регулятор б подачи химического пеногасителя прекращает подачу химического пеногасителя измеринка 7, -а при дальнейшем снижении расхода влаги в единицу времени .иэ ферментера ниже первого порога .срабатывания блока 5 сравнения пускатель 4 отключает электропривод 3механйческого пеногасителя 2,В результате реализации данной . 10системы регулирования уровня пенывместо существующего автомата импульсной подачи пеногасителя типа АИПП при производстве лизина ожидаемыйэкономический эффект составит примерно 45 тыс, руб; на систему, втом числе зкономия химического пеногасителя составит 8 тыс,. руб. в год,сокращение расхода на электроприводмеханического пеиогасителя - 5,1 тыс. руб. в год и увеличится выход целевого продукта с одного Ферментерадо 31,9 тыс. руб. в год. формула изобретенияСистема автоматического регулирования уровня пены в Ферментере для аэробного культивирования микроорганизмов, включающая механический пеногаситель с электроприводом, пускатель электропривода, измеритель мощ" ности и блок сравнения, один из выходов которого связан с регулятором подачи химического пеногасителя, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения выхода целевого продукта, она дополнительно снабжена соединенной посредством трубопровода с Ферментером измерительной камерой с установленными в ней по ходу движения воздушного потока двумя датчиками температуры, между которыми расположен нагреватель, и датчиком относительной влажности воздуха, размещенным за вторым датчиком температуры, схемой сравнения и двумя взаимосвязанными вычислительныМи блоками, выходы которых подключены к блоку сравнения, прн этом входы одного из них связаны с датчиком относительной влажности воздуха, а вход другого - через измеритель. мощностис нагревателем и схемой сравнения, входы последней подключены к датчикам температуры.источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРР 578095, кл. В 01 3 19/00, 1977.2. Заявка Японии Р 55-8205,кл, В 01 0 19/02, опублик, 1980.3, Виестур У. Э. и др, Культиви-рование микроорганизмов. М., фПищевая промышленностью, с. 190-195,1980,4, Пена в технологических процессах. Обзор современных проблем химиии химической проьыаленности. М.Изд-во ИИИЭКИМ, 2.04,81, вып. 5(107),с. 43-47.997007 едактор М ректо Заказ о писное Фил 1 д О 11 Составитель Г. Богачеваа Техред Т.Фанта 2/65 Тираж 872 П дВНИИПИ ГосУдарственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий3035, Москва, Ж, Рау 1 аскаянаб., д. 4 ППП "Патент", г. Ужгород, ул; Проектная, 4