Способ автоматического управления циклическим процессом непрерывного культивирования микроорганизмов

 

Изобретение относится к микробиологической промьшшенности, в частности к способам автоматического управления процессами непрерьшного куль- .тивирования микроорганизмов, и может быть использовано, например,при производстве кормовых дрожжей. Целью изобретения является увеличение выхода биомассы . Способ автоматического управления циклическим процессом непрерывного культивирования микроорганизмов предусматривает регулирование подачи субстрата в основном и дополнительном потоках и подачу воды в ферментер в зависимости от уровня измерений скорости потребления кислорода микроорганизмами и расход подаваемого субстрата. Устанавливают количество кислорода и субстрата, потребляемого для культивирования микроорганизмов, по соотношению этих параметров определяют интегральный показатель экономичности процесса, при этом подачу субстрата в дополнительном потоке осуществляют импульсными дозами, причем в реальном масштабе времени ведут поиск максимального значения интегрального показателя экономичности процесса путем управления частотой подаваемых доз в дополнительном потоке . Способ позволяет по сравнению с прототипом синхронизировать процесс биосинтеза микроорганизмов импульсной подачей субстрата, более рационально использовать субстрат и увеличить выход биомассы в среднем на 7,3%. 1 ил. о сл 4 о 00 ел

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) 15)) 4 С 12 Я 13/00

В ИИП

Б -1ь 3 О

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К д ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4187084/31-13 (22) 28.01.87

1 (46) 23.03.89. Бюл. ¹ 11 (71) Каунасский политехнический институт им. Антанаса Снечкуса (72) Г.И.Гваздайтис, Ю.-К.Ю.Станишкис, M.M.Èàíêÿâè÷þñ и P.È.Âàéòêóñ (53) 663.1 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1419153, кл. С 12 Q 3/00, 1986. (54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕ

НИЯ ЦИКЛИЧЕСКИМ ПРОЦЕССОМ НЕПРЕРЫВНОГО КУЛЬТИВИРОВАНИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ (57) Изобретение относится к микробиологической промышленности, в частности к способам автоматического управления процессами непрерывного культивирования микроорганизмов, и может быть использовано, например,при производстве кормовых дрожжей. Целью изобретения является увеличение выхода биомассы. Способ автоматического управления циклическим процессом непрерывного культивйрования микроорганизмов

Изобретение относится к микробиологической промышленности, в частности к способам автоматического управления процессами непрерывного культивирования микроорганизмов, и может быть использовано, например, при производстве кормовых дрожжей.

Цель изобретения — увеличение выхода биомассы. предусматривает регулирование подачи субстрата в основном и дополнительном потоках и подачу воды в ферментер в зависимости от уровня измерений; скорости потребления кислорода микроорганизмами и расход подаваемого субстрата. Устанавливают количество кислорода и субстрата, потребляемого для культивирования микроорганизмов, по соотношению этих параметров определяют интегральный показатель эконо" мичности процесса, при этом подачу субстрата в дополнительном потоке осуществляют импульсными дозами, причем в реальном масштабе времени ведут поиск максимального значения интегрального показателя экономичности процесса путем управления частотой подаваемых доз в дополнительном потоке. Способ позволяет по сравнению с С прототипом синхронизировать процесс биосинтеза микроорганизмов импульсной подачей субстрата, более рационально использовать-субстрат и увеличить выход биомассы в среднем на 7,3Е.

1 ил.

Способ заключается в следующем.

При непрерывном культивировании микроорганизмов импульсное введение субстрата позволяет синхронизировать процесс биосинтеза и более рациональ" но использовать субстрат, что увеличивает экономичность процесса. При этом целесообразно вводить такое. количество субстрата, которое полностью

146 70Ð>5 т о О

1 т В

J QБ0Sodf о где I

Т потребляется клетками в течение од;;ой генерации, а частота следования ВВ0димых доз приблизительно рави» IIepk оду генерации. Субстрат потребляется более рационально, когда доза субстрата вводится не импульсно, а последовательно, с некоторой скоростью подачи. Для каждого процесса культивирования существует оптимальный режим дробной подачи субстрата (характерные параметры — величина дозы и скорость ,ее подачи, частота следования подава.емых доз), который обеспечивает желаемые показатели процесса культивирования, например максимальную эконо :мичность процесса. Иэ-за нестационарности процесса заранее можно только

:приблизительно установить значения ,этих параметров, Уточнить их можно :путем поиска максимальной экономичности процесса в реальном масштабе времени.

При осуществлении данного способа величину дозы субстрата и скорость ее подачи устанавливают экспериментально, поддерживая частоту следования подаваемых доз, равную среднему .периоду деления культивируемых клеток при оптимальных стационарных условиях культивирования. Подбирают величину дозы субстрата и скорость ее подачи такими, чтобы обеспечить максимальную экономичность процесса. Для выбранной величины дозы и оптимальной скорости ее подачи в реальном масштабе времени ведут дальнейший поиск максимальной экономичности процесса путем управления частотой подаваемых доз. Для этого необходимо непрерывно по ходу про цесса устанавливать экономичиость процесса.

О экономичности процесса можно судить по интегральному показателю интегральный показатель экономичности процесса, скорость потребления кислорода микроорганизмами; расход подаваемого субстрата; концентрация входного субстрата; период интегрирования, 5

Д

55 так как количество потребляемого кислорода пропорционально приросту биомас I I, Поэтому частотой подаваемых доз субстрата управляют таким образом, ятобы максимизировать интегральный показатель экономичности процесса.

На чертеже изображена система, реализующая предлагаемый способ.

Система состоит из ферментера контура регулирования подачи субстрата по основному потоку, включающего датчик 2 расхода, связанный через регулятор 3 с исполнительным механизмом

4, установленным на линии подачи субстрата, контура регулирования уровня среды в ферментере, включающего датчик 5 уровня, регулятор 6 и исполнительный механизм 7 на линии подачи воды на разбавление и контура регулирования подачи субстрата дискретных доз субстрата, включающего датчик 8 скорости потребления микроорганизмами,. выход которого через интегратор

9 подключен к первому входу блока 10 деления, датчик 11 расхода подаваемого субстрата, выход которого через интегратор 12 и блок 13 умножения подключен к второму входу блока 10 деления, а выход последнего через экстремальный регулятор 14, програм мный таймер 15 и реле 16 времени соединен с прокачивающим средством 17.

Кроме того, схема содержит блок 18 синхронизации, выход которого соединен с интеграторами 9, 12 и блоком

10 деления, и задатчик 19 концентрации входного субстрата, который связан с блоком 13 умножения, Система работает следующим образом.

Контур регулирования подачи субстрата, состоящий из датчика 2 расхода, регулятора 3 и исполнительного механизма 4, установленного ла линии подачи субстрата по основному потоку, обеспечивает поддержание фоновой концентрации субстрата в ферментере, необходимой для поддержания жизнедеятельности микроорганизмов в интервалах времени между завершением сбраживания предыдущей дозы до подачи следующей дозы субстрата, т,е. для устранения глуГокого лимита по субстрату, Количество непрерывно подаваемого субстрата — это количество субстрата, потребляемого для поддержания жизнедеятельности микроорганизмов при заданных условиях культивирования.

5 146708

Контур регулирования подачи дискретных доз субстрата по дополнительному потоку обеспечивает поиск максимальной экономичности процесса путем управления частотой подаваемых доз.

Датчиком 8 измеряется скорость потребления кислорода микроорганизмами. Сигнал датчика 8 подается на интегратор 9, в котором подсчитывается количество кислорода, потребляемого для культивирования микроорганизмов за заданный период времени. Сигнал с выхода интегратора 9, пропорциональный количеству приросшей биомассы, подается на первый вход блока 10 ,целения. Также датчиком 11 измеряет-„ ся расход подаваемого субстрата. Сигнал датчика 11 подается на интегратор

12, в котором подсчитывается количество потребляемой субстратной жидкости за заданный период времени. Периоды интегрирования интеграторов 9 и 12 равные. Сигнал с выхода интегратора

12 поступает на блок 13 умножения, в котором умножается на сигнал концентрации входного субстрата, задаваемкй задатчиком 19, и с выхода блока умножения сигнал, пропорциональный

30 количеству потребляемого субстрата, подается на второй вход блока 10 деления, в котором определяется отношение количества кислорода к количеству субстрата, т.е. интегральный показатель экономичности процесса. Работой интеграторов 9, 12 и блока 10 деления управляет блок 18 синхронизации, который задает период интегрирования.

55

После окончания этого периода блок

18 синхронизации формирует управляющий сигнал, по которому сигналы интегральной суммы с выходов интеграторов 9 и 12 подаются на блок 10 деления, осуществляя сброс интеграторов и запуск блока деления. Время интегрирования зависит от инерционности процесса и равно целому числу периодов подаваемых доз (например, изменение частоты подаваемых доз вызывает переходной процесс, после завершения которого устанавливается новое значение интегрального показателя экономичности процесса, время интегрирования — это время переходного процесса). Сигнал периодичности подаваемых доз подается на блок l8 синхронизации с выхода таймера 15. Сигнал с вы5 6 хода блока 10 деления, характеризующий экономичность процесса, подается на экстремальный регулятор 14. Экстремальный регулятор управляет работой программного таймера 15, посредством которого задается частота следования подаваемых доз субстрата. Экстремальный регулятор 14 осуществляет поиск максимального значения интегрального показателя экономичности процесса путем коррекции частотой подаваемых доз. По сигналу таймера 15 срабатывает реле 16 времени, от выдержки которой зависит величина подаваемой дозы, и включает прокачивающее средство

17, посредством которого доза субстрата подается на ферментер ° От характеристики прокачивающего средства зависит скорость подачи дозы субстрата.

Величина подаваемой дозы и скорость ее подачи устанавливаются экспериментально для данного процесса. Начальная частота подаваемых доз равна среднему периоду деления культивируемых клеток при оптимальных стационарных условиях культивирования.

Таким образом, при осуществлении предлагаемого способа устанавливают оптимальный режим дробной подачи суб страта, который обеспечивает максимельную экономичность процесса при данных условиях культивирования и увеличивает выход на 7,37..

Формула из обретения

Способ автоматического управления циклическим процессом непрерывного культивирования микроорганизмов, предусматривающий разделение потока подаваемого субстрата на основной и дополнительный, подаваемый дозами, регулирование подачи субстрата в основном и дополнительном потоках и воды и измерение скорости потребления кислорода микроорганизмами, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения выхода биомассы, измеряют общий расход подаваемого субстрата и определяют количество кислорода и субстрата, потребляемые для культивирования микроорганизмов, и их соотношение, а регулирование подачи субстрата в дополнительном потоке осуществляют в зависимости от максимального значения интегральной величины соотношения количества кислорода, потребляемого для культивирования микроор1467085

ЬСост а вит ель Г. Б о гачева

Техред Л. Олийнык Корректор С.1Чекмар

Редактор Л.Козориз

Заказ 1116/21

Тираж 500

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,101 ганизмов, к количеству субстрата, потребляемого для культивирования микроорганизмов, путем изменения частоты подаваемой дозы.