Система автоматического управления периодическим процессом ферментации

Союз СоветскихСоциаттистическихРесттубттик О П И С А Н И Е и,909663ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВ т ) Дополнительное к авт. свид-ву2) Заявлено 31. 07,80(21) 2970 б 82/28-13, Кл 05 О нием заявки п ис дэрстееииый комитет СССР делан изебретенийатрыт ата опубликования описания 28,02,82 72) Авторы изобретен Н,Р. Юсупбеков и Я.А, Ханукаев Ф. Лубе розненское научно-производственйое объединени "Промавтоматика" 1) Заявит(51 т) СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПЕРИОДИЧЕСКИМ ПРОЦЕССОМ ФЕРМЕНТАЦИ Изобретение относится ккой технике и может быть и медицинс- пользовавления иологичес робиологи но для ав аэробными кого синт ома про за, ими и,ческого упрссами микротакже в ми ключауправческой имыщленнос я поармацевтической даентстема управления перио ссом ферментации, соры стабилизации темпе- и и кислотности среды лючающие соответственряемого параметра, релнительный механизм, бработки управляющих блоки реализации адапслужащий для определе асчетного и текущего нтрации микроорганизна вход блока реализамодели подключены емых параметров, а вык задающим входам регу тем рио сод пер Известна сдическим процдержащая контратуры, аэрацв аппарате, вно датчик измгулятор и испа также блоквоздействий итивной моделиния разностизначений концмов, при этомции адаптивнодатчики измерход подключен ляторов при помощи блока отрауправляющих воздействий 11,Недостаток данной системыется в невысокой эффективностления процессом, обусловленночто в ней отсутствует коррекцдаваемого на аэрацию воздухацентрации растворенного кислов культуральной жидкости и ко рации углекислого газа в отходящих газах, отражающих потребности микроорганизмов в кислороде на различных стадиях процесса, в связи с чем подача воздуха не всегда соответствует оптимальной, что тем самым приводит к снижению выхода целевого продукта.Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является известная сиса автоматического управления педическим процессом ферментации, ержащая контуры регулирования тем атуры, давления и аэрации, датчики растворенного кислорода и угле 909663кислого газа, соединенные с регулятором контура аэрации, блок дифференцирования, логический блок и переключающее реле 23 .Однако в известном способе качест- юво управления периодическим процессом ферментации в связи с его нестационарностью при использовании такой системы невысокое, так как заданием постоянных настроечнь 1 х пара Ометров регуляторам концентрациирастворенного кислорода в культураль. ной жидкости и концентрации углекислого газа в отходящих газах не можетбыть обеспечено поддержание указанных параметров процесса с минимальными отклонениями от их оптимальныхзначений, что в конечном итоге приводит к снижению выхода целевого продукта. 20Цель изобретения - увеличение выхода целевого продукта,Поставленная цель достигается тем,что система автоматического управления периодическим процессом Ферментации, содержащая контуры регулированиятемпературы, давления и аэрации, датчики растворенного кислорода и углекислого газа, соединенные с регулятором контура аэрации, блок дифференцирования, логический блок и йереклю"чающее реле, снабжена регулирующимблоком адаптации, подключенным черезсоответствующие переключающие релек датчику растворенного кислорода и 35углекислого газа и их задатчикам растворенного кислорода и углекислого газа, а выход - к задающему входу регулятора контура аэрации, при этомпереключающие реле связаны посредст-вом логического блока и блока дифференцирования с датчиком растворенногокислорода,На чертеже представлена схема системы автоматического управления периодическим процессом ферментации,Система содержит контуры регулирования аэрации, температуры и давленияв ферментере 1, датчик 2 растворенного кислорода в культуральной жидкости, датчик 3 углекислого газа в от-,ходящих газах, подключенные ко входупервого переключающего реле 4, блок 5дифференцирования, вход которого под,ключен к выходу датчика 2 растворен- иного кислорода, а выход подключен ковходу логического блока 6, связанногос первым переключающим реле 4 и вто" рым переключающим реле 7, ко входам которого подключены задатчики 8 и 9 растворенного кислорода и углекислого газа соответственно, выход первого переключающего реле 4 и выход второго переключающего реле 7 подключены соответственно к переменному входу и к задающему входу регулирующего блока 10 адаптации.Контур регулирования аэрации состоит из датчика 11 расхода, подключенного к переменному входу регулятора 12, к задающему входу которого подключен выход регулирующего блока 10 адаптации, регулирующего концентрацию кислорода и углекислого газа, выход регулятора 12 подключен к исполнительному механизму 13, установленному на линии подачи воздуха на аэрацию.Контур регулирования температуры включает датчик 14 температуры, выход которого подключен ко входу регулятора 15, связанного с исполнительным механизмом 16, установленным на линии подачи охлаждающей воды,Контур регулирования давления содержит датчик 17, подключенный ко входу регулятора 18, связанного с исполнительным механизмом 19, установленным на линии отходящих из ферментера 1 газов.Устройство работает следующим образом.В начале процесса концентрация углекислого газа в отходящих газах незначительна, при этом сигнал от датчика 3, поступающий на переключающее реле 4, близок к нулю. На вход переключающего реле 4 поступает также сигнал от датчика 2 растворенного кислорода в культуральной жидкости. Этот же сигнал поступает на вход блока 5 дифференцирования.В данной фазе процесса потребность микроорганизмов в кислороде невелика и подача воздуха в зависимости от концентрации кислорода является достаточной, при этом последняя в культуральной жидкости устанавливается на определенном уровне,При постоянном значении концентрации растворенного в культуральной жидкости кислорода скорость изменения растворенного кислорода, измеряемая с помощью блока дифференцирования 5, равна нулю, и сигнал на выхо. де логического блока 6 отсутствует.При этом первое переключающее реле чкоммутирует сигнал с датчика 2 растворенного кислорода на переменныйвход регулирующего блока 10 адаптации, а второе переключающее реле 7 5коммутирует сигнал с задатцика 8растворенного кислорода в культуральной жидкости на задающий вход блока 10, Выходной сигнал блока 10 поступает на задающий вход регулятора 12, который формирует результирующее воздействие на исполнительныймеханизм 13, обеспечивая при помощиего подачу воздуха на аэрацию в зависимости от концентрации растворенного в культуральной жидкости кислорода. По иере дальнейшего развития мик 20роорганизмов потребность их кислорода увеличивается, концентрациярастворенного кислорода в культу"ральной жидкости снижается, а концентрация углекислого газа в отхо 25дяцих газах, отражающая дыхательныйметаболизм культуры, увеличивается.Подача воздуха в этом случае в зависимости от концентрации растворенного кислорода становится нецеле 30сообразной, Понижение концентрациирастворенного кислорода воспринимается датчиком 2 и вызывает появлениесигнала на выходе блока 5 дифференцирования, поступающего на вход логицеского блока 6, При отрицательном35 значении скорости изменения концентрации растворенного кислорода на входе логический блок 6 выдает управ-. ляющий сигнал, воздействующий одновременно на перекЪючающие реле 4 и В этом случае первое переключающее реле 4 коммутирует на переменный вход регулирующего блока 10 адаптации сигнал от датчика 3 углекислого газа в отходящих газах, а второе переключающее реле 7 коммутирует на задающий вход блока 10 сигнал с выхода задатчика 9 углекислого газа. При увеличении концентрации углекислого газа в50 отходящих газах в связи с повышением интенсивности протекания метаболических процессов происходит возрастание сигнала на выходе блока 10, который поступает на регулятор 12, где форми 55 руется результирующее воздействие, направленное на увеличение подачи аэрирующего воздуха с помощью исполнительного механизма 13. С понижением интенсивности метаболических процессов происходит снижение концентрации углекислого газав отходящих газах и повышение содержания растворенного кислорода в куль"туральной жидкости, цто приводит квозрастанию величины скорости изменения концентрации растворенного кислорода.При положительной величине скорости изменения концентрации кислорода,измеряемой блоком 5 дифференцирования, логический блок 6 выдает управляющий сигнал, воздействующий на переключающие реле 4 и 7, с помощьюкоторьх происходит обратная смена регулируемых параметров на входе блока 10, корректирующего подачу воздухана аэрацию. В этом случае переключающее реле 4 вновь коммутирует сигналот датчика 3 на переменный вход регулирующего блока 10 адаптации, а второе переключающее реле 7 коммутируетна задающий вход блока 10 сигнал отзадатчика 8 концентрации кислорода,В зависимости от величины сигналарассогласования между переменной и заданием блок 10 формирует корректирующее воздействие на изменение подачи воздуха на аэрацию, которое поступает на регулятор 12, Формирующийрезультирующее воздействие, направленное е этом случае на уменьшениеподачи аэрирующего воздуха с помощьюисполнительного механизма 13, приэтом осуществляется регулирование концентрации растворенного в культуральной жидкости кислорода в соответствии с потребностями микроорганизмов,Подача воздуха е зависимости отконцентрации кислорода осуществляется также и в том случае, когда вследствие дальнейшего снижения скоростиразвития микроорганизмов концентрация кислорода в культуральной жидкости повышается и в среде устанавливается определенный постоянный уровень концентрации кислорода. В этомслучае скорость изменения концентрации растворенного кислорода уменьшается и становится равной нулю, приэтом выходной сигнал блока 5 дифференцирования также равен нулю, иработа корректирующего контура аналогична рассмотренному выше.Стабилизация температуры и давления в,ферментере 1 осуществляетсясоответственно с помощью регуляторов 15, 18 и исполнительных механизмов 16, 19, воздействующих на подачу хладагента и сброс отходящих газов.Предлагаемая система автоматического управления периодическим процессом ферментации обеспечивает увеличение выхода целевого продукта по сравнению с известным техническим решением той же задачи.Формула изобретенияСистема автоматического управления периодическим процессом ферментации, содержащая контуры регулирования температуры, давления и аэрации, датчики растворенного кислорода и углекислого газа, соединенные с регулятором контура аэрации, блок дифференцирования, логический блок и переключающее реле, о т л и ч а ющ а я с я тем, что, с целью увеличения выхода целевого продукта, онаснабжена регулирующим блоком адапта ции, подключенным через соответствующие переключающие реле к датчикурастворенного кислорода и углекислого газа и их задатчикам растворенного кислорода и углекислого газа, а 10О зыход - к задающему входу регулятораконтура аэрации, при этом переключающие реле связаны посредством логического блока и блока дифференцирования с датчиком растворенного кислорода. Источники информации,принятые во внимание при экспертизеАвторское свидетельство СССРго й 488847, кл. 6 05 0 27/00, 1975,2, Авторское свидетельство СССРпо заявке У 2769236/13кл, С 05 О 27/00, 1980.909663 кт Заказ 893/7 иал Составитель А, БражниковаПилипенко Техред Е. Харитончик Тираж 908 По ВНИИПИ Государственного комитета по делам изобретений и открытий 3035, Москва, Л, Раушская наб.