Способ автоматического управления процессом брожения

 

Изобретение относится к биоинженерии и может быть использовано в микробиологической и спиртовой промышленности. Цель изобретения -. повышение точности поддержания .пературы культуральной среды в ферментере . Дополнительно определяют услория ведения процесса броже {ия и корректируют регулирование температуры в ферментере по скорости потребления микроорганизмами растворенного кислорода при аэробном процессе брожения или по скоро.сти вьщеления углекислого газа при анаэробном процессе брожения. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК о,;SU,, 4 9 А1 (594 С 12 3 0

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Скорость образования теплоты, вы.деляющейся в процессе роста и жизнедеятельности микроорганизмов, пропорциональна скорости потребления растворенного кислорода микроорганизмами. где

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

flPH ГКНТ СССР (21) 4099670/31-13 (22) 23.07.86 (46) 15.03.89. Бюл. Ф 10 (71) Каунасский политехнический институт им. Антанаса Снечкуса (72) М.З. Милашаускас, Ю.-К.Ю. Станишкис, P.N. Симутис и В.А. Жалкаускас (53) 633. 1 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР.

У 1413964, кл. С 12 Q 3/00, 1985. (54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ БРОЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к биоинИзобретение относится к биоинженерии и может быть использовано в микробиологической и спиртовой про» мышпенности.

Цель изобретения - повышение точности поддержания температуры культуральной среды в ферментере.

Способ автоматического управления процессом брожения заключается в том, что определяют условия ведения . процесса брожения и корректируют. регулирование температуры в ферментере.. При этом указанную коррекцию осуществляют по скорости потребления микроорганизмами растворенного кислорода при аэробиом процессе брожения или по скорости выделения углекислого газа при анаэробном процессе.брожений. Кроме того, способ предусматривает регулирование рН среды, расхода воздуха, температуры в ферментере и измерение расхода воздуха, ) женерии и может быть использовано в микробиологической и спиртовой промышленности. Цель иэобретения— повышение точности поддержания тем,пературы культуральной среды в ферментере. Дополнительно определяют условия ведения процесса брожения и корректируют регулирование температуры в ферментере по скорости пот ребления микроорганизмами растворенного кислорода при аэробном процессе

I брожения или по скорости выделения углекислого газа при анаэробном про цессе брожения. 1 ил . а также измерение скорости вьщеления

O углекислого газа и скорости потребле ния микроорганизмами растворенного кислорода.

Я = К,p .Х + К Х = К Цо (1) 0 г — скорость образования теплоты, выделяющейся в процессе за счет роста и жизнедеятельности микроорганизмов, 0 — скорость потребления о растворенного кислорода микроорганизмами, 6

1465459

25 (2) СО 4 53 ), где

4ю 5 (3) 55

41 — удельная скорость рос1

Ф та микроорганизмов, X — концентрация микроорганизмов

К,,К,К вЂ”,коэффициенты пропорциональности. . Таким образом, в аэробной фазе ведения процесса брожения, когда преобладает рост микроорганизмов, регу- 10 лирование температуры в ферментере проводится с коррекцией по величине скорости образования теплоты, выделяющейся в процессе за счет роста и ! жизнедеятельности микроорганизмов, 15 определяемой путем измерения скорости потребления кислорода микроорга-! низмами.

При ведении процесса брожения в ,,анаэробной фазе, т.е. в анаэробных 20 условиях, основным параметром, характеризующим ход процесса, является скорость выделения углекислого газа из ферментера ° скорость выделения углекислого газа из ферментера, ЗО удельная скорость роста микроорганизмов при ведении процесса брожения в анаэробных условиях, удельная скорость выде-, ления этилового спирта при ведении процесса брожения в анаэробных условиях, коэффициенты пропорциональности

Так как скорость образования тепла в процессах роста микроорганизмов и синтеза продуктов микроорганизмами пропорциональна кинетике процессов„в g5 анаэробной фазе ведения процесса брожения скорость образования тепла

Ят пропорциональна скорости выделения углекислого газа Ярр из ферменРу тера, причем она является одним из чувствительных параметров, характеризующих кинетику процесса, и определяется по выражению

1 где К4=К4 К, К =К ° К6 — коэффициенты пропорциональности.

И анаэробной фазе процесса брожения, когда преобладает синтез этилового спирта, регулирование температуры в ферментере проводится с коррекцией по величине скорости выделения углекислого газа из ферментера согласно выражению (3) .

Таким образом, в аэробно-аназробных процессах брожения в аэробной фазе ведения процесса поддержание заданного значения температуры культуральной среды осуществляется с коррекцией по величине скорости потребления растворенного кислорода микроорганизмами, а в анаэробной фазе ведения процесса поддержание заданного значения температуры культуральной среды осуществляется с коррекцией по величине скорости выделения углекислого газа из ферментера.

На чертеже изображена система, реализующая предлагаемый способ автоматического управления процессом брожения.

Система состоит из ферментера 1, контура регулирования рН культуральной среды, включающего датчик 2 рН культуральной среды, связанный через регулятор 3 рН культуральной среды с исполнительным механизмом 4,ус,тановленным на линии подачи буферного агента, контура регулирования расхода воздуха, подаваемого на аэрацию, включающего датчик 5 расхода воздуха, связанный через регулятор

6 расхода воздуха с исполнительным механизмом 7, установленным на линии подачи воздуха, контура измерения скорости потребления растворенного кислорода микроорганизмами, включающего измерительную ячейку 8 скорости потребления растворенного кислорода микроорганизмами и прокачивающее устройство 9 культуральной среды через измерительную ячейку 8, датчика

10 скорости выделения углекислого газа из ферментера 1, логического блока 11 и контура регулирования температуры культуральной среды в ферментере 1, включающего задатчик 12 температуры, датчик 13 температуры. культуральной среды в ферментере и регулятор 14 температуры, связанный с исполнительным механизмом 15, установленным на линии подачи охлаждающей воды. . I

Система работает следующим обра-, зом.

Сигнал от датчика 2 рН культуральной среды подается на регулятор

3 рН культуральной среды, который сравнивает заданное значение рН культуральной среды с текущим и формирует сигнал для исполнительного механизма 4, установленного на линии подачи буферного агента. Сигнал от датчика 5 расхода воздуха подается на регулятор 6 расхода воздуха, который сравнивает заданное значение расхода воздуха с текущим и формирует сигнал для исполнительного механизма 7, установленного на линии подачи воздуха. Культуральная среда из ферментера 1 через измерительную ячейку 8 скорости потребления растворенного кислорода микроорганизмами прокачивается с помощью прокачивающего устройства 9. Сигналы от датчика S расхода воздуха, измерительной ячейки 8 и датчика 10 скорости выделения углекислого газа из ферментера подаются на логический блок 11, выходной сигнал которого подается на регулятор 14 температуры культуральной среды в ферментере 1. Логический блок 11 служит для определения условий ведения процесса брожения. Если процесс ведется в аэробных условиях, т.е. подается воздух на аэрацию,сигнал от датчика 5 расхода воздуха поступает на логический блок 11,который отключает сигнал, поступающий из датчика 10 скорости выделения углекислого газа из ферментера 1, и. подключает сигнал от измерительной ячейки 8 скорости потребления растворенного кислорода микроорганизмами, по которому осуществляется коррекция регулирования температуры в ферментере 1 в аэробной фазе ведения процесса брожения. Если процесс брожения ведется в анаэробных условиях,т.е. воздух на аэрацию не подается и выходной сигнал датчика 5 расхода воздуха равен нулю, логический блок 11 переключается и отключает сигнал от изме65459 6 рительной ячейки 8 скорости потребления растворенного кислорода микроорганизмами и подключает сигнал от

5 датчика 10 скорости выделения углекислого газа из ферментера 1, по которому осуществляется коррекция регулирования температуры в ферментере при ведении процесса брожения в анаэ-!

О робных условиях. Сигналы от задатчика 12 температуры и датчика 13 температуры культуральной среды подаются на регулятор 14 температуры культуральной среды в ферментере I, !

5 который сравнивает заданное значение температуры культуральной среды с текущим и формирует сигнал для исполнительного механизма 15, установленного на линии подачи охлаждающей

2п воды, с учетом корректирующего сигнала, поступающего из измерительной ячейки 8 скорости потребления растворенного кислорода микроорганизмами или датчика 1О екорости выделения

25 углекислого газа из ферментера через л огич ес кий блок 1 1 .

Формула и з о бр ет ения

Способ автоматического управления дд процессом брожения, предусматривающий регулирование рН среды, расхода воздуха, температуры в ферментере и измерение расхода воздуха, а также измерение скорости выделения углекислого газа и скорости потребления микроорганизмами растворенного кис" лорода, о т .л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности поддержания температуры культуральной

40 среды в ферментере, дополнительно .определяют условия ведения процесса брожения и корректируют регулирование температуры в Аерментере, при этом коррекцию осуществляют по скорости потребления микроорганизмами растворенного кислорода при аэробном процессе брожения или по скорости выделения углекислого газа при анаэробном процессе брожения.

1465459

Составитель А. Чалый

Техред М.Ходанич. Корректор М. Демчик ° р

Редактор А. Лежнина

Заказ 910/28 Тираж 500 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-З5, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101