Способ автоматического управления процессом культивирования микроорганизмов

 

СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УП- ДАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ КУЛЬТИВИРОВАНИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ,предусматривагадий измерение расхода и кислотности питательного субстрата, расходов аммиачно. воды и воздуха, подаваемых на культивирование , содержание кислорода в отходящих газах, кислотности, температуры и объёма культуральной жидкости , стабилизацию кислотности, температуры и объема культуральной жидкости путем воздействия соответственно на расходы аммиачной вс«ды, охлажданщей воды и культуральной жидкости, и регулирование расхода и тсонцентрации питательного субстра та и расходов минеральных солей . и воздуха, отличающийс я тем, что, с целью повышения точности, определяют удельную скорость роста микроорганизмов и изменяют расходы воды, подаваемой на разбавление, и минеральных солей, при этом их изменение и изменение .расхода воздуха, g подаваемого на культивирование, осу (f) ществляют с учетом удельной скорости роста микроорганизмов.

3 С 12 9 3 00/ G 053 27/00 с

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ н автсесномз сеицвтцъстви. ГОСУДАРСТЩННЫЙ КОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТШИЙ И ОТНРЬГПФ,(21) 3335644/28-13 (22) 20 ° 08.81 (46) 23.12.83. Вюл. В 47 (72) Ю.Ю.Вазявичюс, А.Х.Горелик, Ю-K.Þ.Ñòàíèøêèñ и С.Ю.Дайлиде (71) Ленинградское специализированное пуско-наладочное управление треста Севзапмонтажавтоматика (53) 663.-132(088.8) (56) 1. АвторскоЕ свидетельство СССР .Р 424875, кл. С 12(1 3/00, 1972 °

2. Авторское свидетельство СССР

9 522228, кл. С, 12 9 3/00, 1972. (54)(57) СПОС<Ж АВТОИАТИЧЕСКОГО УП-

РАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ КУЛЬТИВИРОВАНИЯ

МИКРООРГАНИЗМОВ, предусматривающий измерение расхода и кислотностн питательного субстрата, расходов аммиачно )1 воды и воздуха, подаваемых на культивирование, содержание кислорода в отЯО„,10622 2 A ходящих газах, кислотности, температуры и объе ма культуральной жидкости, стабилиэацию кислотности, температуры и объема культуральной жидкости путем воздействия соответственно на расходы аммиачной воды, охлаждающей воды и культуральной жидкости, и регулирование расхода и «онцентрации питательного субстра та и расходов минеральных солей н воздуха, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повыиения точности, определяют удельную скорость роста микроорганизмов и изменяют расходы воды, подаваемой на разбавление, и минеральных солей, при этом их изменение и изменение .расхода воздуха, подаваемого на культивирование, осуществляют с учетом удельной скорости роста микроорганизмов.

1062262 Изобретение относится к способам управления процессом культивирова автоматического управления процессаМи ния микроорганизмов, предусматриваюкультивирования микроорганизмов и мо- щему измерение расхода и KHcJIOTHocTH жет быть использовано на предприятиях питательного субстрата, расходов микробиологической лромьиаленности, на- аммиачной воды и воздуха, подаваемых пример, при производстве кормовых на культивирование, содержание кислодрожжей. рода в отходящих газах, кислотности, Известен способ автоматического температуры и объема культуральной управления процессом непрерывного вы- жидкости, стабилизацию кислотности, ращивания микроорганизмов, предусмат- температуры и объема кулътуральной

Ривающий регулирование подачи компо- 10 жидкости путем воздействия соответ нета например,питательной среды, в ственно на расходы аммиачной воды, зависимости от тепловыделения, опре- охлаждающей воды и культуральной деляемого по распределению темпера жидкости, и регулирование расхода и турного поля в хультуральной жидкос- концентрации питательного субстрата ти и характеризующего рост микроор- 15 и расходов минеральных солей и воздуганизмов (1 1. ха, определяют удельную скорость росОднако этот способ не обеспечивает та микроорганизмов и изменяют расходостаточной точности .Управления, так ды воды, подаваемой на разбавление, как изменение температурных условий и минеральных солей, при этом их внешней среды оказывает существенное gp изменение и изменение расхода воэдувлияние на теплообмен и тейловццеле- ха, подаваемого на культивирование, ние в процессе роста и жизнедеятель- осуществляют с учетом удельной cKQ ности микроорганизмов, а кроме того, рости роста микроорганизмов. изменение состава питательной среды На чертеже прадставлена блок-схетакже не может быть скомпенсировано у5 ма, иллюстрирукхаая способ автоматииэменением расхода питательной среды ческого управления процессом культиили скорости потока через ферментер вирования микроорганизмов. по измененной скорости роста микро- Ритательный субстрат совместно организмов,что также снижает точность с питательными. солями и воздухом управления ° подаются в ферментер, откуда культуНаиболее близким к изобретению ральная жидкость отводится для дальтехническим решением является способ нейшей переработки. Состав и концентавтоматического управления процессом рация питательных . веществ меняется культивирования микроорганизмов,пред- в зависимости от предыдущего.технолоусматривающий измерение расхода и ги4еского процесса, например режима

35 кислотности питательного субстрата, 5 варки целлюлозы. В процессе роста расходов аммиачной воды и воздуха, микроорганизмов увеличивается кислотподаваемых на культивирование, содер- ность культуральной жидкости, для жанне кислорода в отводящих газах, компенсации изменений которой в феркислотности, температуры и объема куль ментеше подается аммиачная вода. Для туральной жидкости путем воздействия 40 компенсации изменения субстрата в линию соответственно на расходы аммиачной его подачи подается вода ° воды, охлаждающей воды и культураль- Температуру среды в ферментере станой жидкости, и регулирование расхода билизируют путем воздействия на расход и концентрации питательного субстра- охлаждающей воды, осуществляемой с та и расходов минеральных солей и 45 помощью Регулятора 1 путем воздействия воздуха (2 J. его на исполнительный механизм 2 в соНедостатком известного способа ответствии с величиной сигнала, измеявляется то, что он не может обеспе- ряемого датчика 3 температуры культучить необходимую точность управления, ральной жидкости в ферментере. эффективность использования питатель- 5р Кислотность культуральной жидкости ного субстрата и качество выходного стабилизируют путем воздействия на продукта, так как не может компенси- Расход аммиачной воды, при этом измеровать возмущения, возникшие, напри- нение Расхода аммиачной воды осуществ-мер при изменении состава и кон- ляют регулятором 4, воздействующим на центрации питательного субстрата, исполнительный механизм 5 в соответтак как скорость роста микроорганиз- ствии с сигналом датчика б кислотносмов также зависит от концентрации ти культуральной жидкости, при этом микроорганизмов, которая меняется изменяют расходомером 7 расход аммиачот изменения управляющих воздействий- ной воды. расхода субстрата в ферментере и @ Объем культуральной жидкости в равного ему расхода отводимой из ферментере стабилизируют путем ферментера культуральной жидкости. действия на отвод бражки, выпускаеЦель изобретения — повышение точ- ;мой из ферментера, а ее изменение н ".ти. :осуществляют регулятором 8 посредством

Указанная цель достигается тем, воздействия на испольнительный мехачто согласно способу автоматического 65 низм 9 в соответствии с величиной

1062262

4 рации биомассы от ее среднего значения составляет 0,77 г/л. При этом отклонение концентрации биомассы .от ее среднего значения уменьшается на 13,6%.

Тираж 523 Подписное ород,ул.Проектная,4 сигнала, измеряемого датчиком 10 объема среды в ферментере.

Для формир вания сигнала, пропорционального удельной скорости роста, определяют сигналы, пропорциональные скорости роста и концентрации микро-организмов в ферментере, так как в процессе роста-микроорганизмы увеличивают кислотность среды, для компенсации которой подают нейтралиэирукщий раствор, при этом скорость изменения РН характеризует скорость роста микроорганизмов, а следовательно, и расход аммиачной воды также зависит от последней и сбответствует ей. 15

Кроме того, на РН среды влияет поток субстрата, значение РН которого .может отличаться от РН среды. С учетом указанных факторов скорость, роста микроорганизмов в ферментере .р определяют таким образом:

=" (аз g (Х "кс "пс)@псЬ (")

° где Я вЂ” расход аммиачной воды;

Яп - расход питательного субстра- 25 та; уН„- кислотность культуральной жидк ости; тН вЂ” кислоТность питательной срепс ды;

K M K — коэффициенты.

В йроцессе жизнедеятельности и роста микроорганизмов изменяется содержание кислорода в отходящих

При прочих равных условиях З5 оно зависит также от количества воздуха, подаваемого на культивирование.

Используя полученную информацию о скорости роста микроорганизмов в совокупности можно судить и концент- 40 рации микроорганизмов в ферментере.

Сигнал,о концентрации микроорганизмов Форми уется следующим образом

° / где Яз-- расход воздуха; 45

С - содержание кислорода в отво0 д ящих га зах;

С вЂ” содержание кислорода в воэ6

2 духе .

К и К - коэффициенты.

Удельная скорость роста микроорганизмов обладает большей информативностью о изменениях концентрации питательной среды в ферментере,чем абсолютная скорость роста микроорганизмов.

Сигнал, соответствукщий удельной 55 скорости роста микроорганизмов, .определяется иэ соотношения

p.= vie (Ç)

Сигнал, пропорциональный скорости ц) роста микроорнагизмов, формируют в . блоке 11 согласно уравнению (1) по сигналам от датчика 6 кислотности

ВНИИПИ Заказ 10159 28

Филиал ППП "Патент", г.ужг культуральной жидкости, расходомера

7 аммиачной воды, расходомера.

12 питательного субстрата и датчика

13 кислотности питательного субстрата. С выхода блока .11 сигнал поступает на вход блока 14, в котором в соответствии с уравнением (2) определяют концентрацию микроорганизмов в Ферментере. На другие входы блока

14 подаются сигналы от датчика 15 содержания кислорода в отходящих газах и расходомера 16 воздуха, по- . ,пнваемого на культивирование. С дру, — . гого выхода блока 11 и выходной сигнал с блока 14 подаются на вход блока 17, в котором. формируется сигнал, пропорциональный удельной скорости роста микроорганизмов, согласно уравнению (3) оптимальное управление процессом непрерывного выращивания микроорганизмов осуществляют путем стабилизации на оптимальном уровне удельной скорости роста микроорганизмов в ферментере.

Если удельная скорость роста микроорганизмов выше заданного оптимального значения, концентрацию питательного субстрата уменьшают, что достигают путем увеличения расхода воды на разбавление, а если ниже заданно" го значения, расход воды уменьшают.

Управлякщие сигналы от блока 17 поступают на регулирукщие блоки 18-20 концентрации питательного субстрата расхода минеральных солей и расхода воздуха соответственно. Необходимые для культивирования количесжва раст- вора минеральных солей и аэрирукщего воздуха, соответствукщие перерабатываемым РВ, находят иэ уравнения материального баланса. Управлякщий сигнал с блока 18 поступает на исполнительный механизм 21, установленный на линии подачи воды на разбавление питательного субстрата. Сигналы с регулирукщих блоков 19 и 20 поступают на исполнительные механизмы 22 и 23. изменения подачи минеральных солей и воздуха. Расход подаваемого в ферментер питательного субстрата поддерживают на оптимальном заданном рначении регулирукщим блоком 24 путем воздействия на исполнительный механизм 25. На линиях материальных поступлений в ферментер расходомеры 12,16,26 и 27 позволяют контролировать отработку заданных команд.

В результате реализации предлагаемого способа по сравнению с известным точность увеличивается в 8,5 раэ, т.е. максимальное отклонение концент