Способ автоматического управления многостадийным процессом брожения

 

Изобретение относится к автоматическому управлению процессами культивирования микроорганизмов и может быть использовано на предприятиях спиртовой и микробиологической промышленности. С целью повышения точности регулирования концентрации питательного субстрата в головном и дображивающем ферментерах измеряется температура культуральной среды на выходе из головного ферментера и входе в дображивающий ферментер, определяется разница температур, а управление процессом осуществляется путем регулирования расхода питательного субстрата, подаваемого в головной ферментер, и расхода культуральной среды, подаваемой в дображивающий ферментер, с учетом разности температуры культуральной среды на выходе из головного ферментера и на входе в дображивающий ферментер. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

s С 12 Q 3/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР ЫОЯу, М@та. T- ;„;, .. лк:",-;-ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСК0МУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4612204/13 (22) 29.11.88 (46) 07.10.91. Бюл. М 37 (71) Каунасский политехнический институт им.А.Снечкуса (72) M,З.Милашаучкас, Ю.-К.Ю.Станишкис, P.Þ,Ñèìóòèñ и М.M.Màíêÿâè÷þñ (53) 663.1(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 1593235, кл, С 12 Q 3/00, 1988. (54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ МНОГОСТАДИЙНЫМ ПРОЦЕССОМ БРОЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к автоматическому управлению процессами культивирования микроорганизмов и может быть

Изобретение относится к спиртовой промышленности и может быть использовано для автоматического управления процессом биосинтеэа этанола.

Цель изобретения — повышение точности регульфования концентрации питательного субстрата в головном и дображивающем ферментарах.

Способ автоматического управления многостадийным процессом брожения заключается в регулировании скорости разбавления питательного субстрата в головной ферментер и культуральной среды в дображивающий ферментер в стационарном режиме ведения процесса, измерении температуры культуральной среды на выходе из головного ферментера и входе в дображивающий ферментер, при этом определяют разность температур, а управление процессом осуществляют путем регулирования расхода питательного субстрата, „,5U „„1682395 А1 использовано на предприятиях спиртовой и ми к роб иоло гичес кой и ромы ш лен ности. С целью повышения точности регулирования концентрации питательного субстрата в головном и дображивающем ферментерах измеряется температура культуральной среды на выходе из головного ферментера и входе в дображивающий ферментер, определяется разница температур, а управление процессом осуществляется путем регулирования расхода питательного субстрата, подаваемого в головной ферментер, и расхода культуральной среды, подаваемой в дображивающий ферментер, с учетом разности температуры культуральной среды на выходе из головного ферментера и на входе в дображивающий ферментер, 1 ил. подаваемого в головной ферментер, и расхода культуральной среды, подаваемой в доб ражи вающий ферментер, с учетом разности температур культуральной среды на выходе из головного ферментера и на входе в дображивающий ферментер.

Способ заключается в следующем.

В непрерывных процессах спиртового брожения при стационарном режиме культивирования важно, чтобы подаваемый питательный субстрат расходовался экономично и при этом была бы достигнута ма ксимал ьная и роизводител ь ность ферментеров. При длительности времени ведения непрерывного процесса брожения возможны изменения начальной концентрации питательного субстрата в зависимости от используемого сырья для его приготволения, а также возможны изменения физиологических свойств микроорганизмов -через большой промежуток

1б82395

20

40

55 времени, что в результате, приводит к отклонениям 0Т.технологического регламента непрерывного процесса брожения. Из головного ферментера в дображивающий ферментер поступает культуральная среда, в которой содержатся определенные концентрации питательного субстрата, дрожжей и этилового спирта. Концентрация питательного субстрата в дображивающем ферментере должна быть сравнительно мала и иметь такое значение, чтобы микроорганизмы в дображивающем ферментере не использовали этиловый спирт как углесодержащий субстрат до отвода культуральной среды из него на сепарацию, Если концентрация питательного субстрата в дображивающем ферментере становится ниже критической, микроорганизмы начинают использовать этиловый спйрт как углесодержащий субстрат, что приводит к уменьшению производительности ферментационной батареи по этиловому спирту, Таким образом, концентрация питательного субстрата в головном ферментере и время пребывания культуральной среды в нем, определяемая скоростью подачи питательного субстрата и скоростью отвода культуральной среды из него в дображивающий ферментер, определяют условия дображивания культуральной среды в дображивающем ферментере.

Оба ферментера оснащены системами охлаждения культуральной среды и в них поддерживается постоянная температура культуральной среды согласно технологическому регламенту процесса, а магистраль, соединяющая головной и дображивающий ферментеры, не имеет системы стабилизации температуры. О интенсивности процесса брожения. можно судить по изменению температуры культуральной среды, так как в процессе брожения микроорганизмы при использовании питательного субстрата выделяют определенное количество тепла, соответствующее использованному количеству питательного субстрата, Таким образом, о концентрации питательного субстрата в головном ферментере можно судить по кос веннмоу показателю измерению температуры культуральной среды в трубопроводе, соединяющем ферментеры на выходе из головного ферментера и на входе в дображивающий ферментер, и последующему определению разницы температур в начале и конце трубопровода, соединяющего ферментерц т,е. концентрация питательного субстрата в головном ферментере пропорциональна разнице температур в начале и конце трубопровода, так как тепло, выделяющееся в процессе синтеза этанола, изменяет температуру культуральной среды, движущейся по трубопроводу. Так, например, если концентрация питательного субстрата в культуральной среде, отводимой из головного ферментера, соответствует . тех í on o-<. гическому регламенту. дображива- ние культуральной среды во время продвижения культуральной среды по трубопроводу проходит с невысокой интенсивностью и разница температур культуральной среды в начале трубопровода и его конце близка к максимальной и такой процесс обеспечивает экономическое использование питательного субстрата для синтеза продукта в дображивающей стадии процесса и целью управления процессом является поддержание данного технологического режима.

Если же концентрация питательного субстрата в головном ферментере увеличивается ввиду возмущений технологического пооцесса, в трубопооводе, соединяющем головной и дображивающий ферментеры во время продвижения культуральной среды по нему, процесс брожения проходит более интенсивно, выделяется .большее количество тепла и разница температур культуральной среды в начале и конце трубопровода, соеди ня ющего ферментеры,уменьшается, причем при определенных условиях разница температур может приобрести отрицательное значение по отношению к разнице температур при ведении процесса согласно технологическому регламенту.

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

Система состоит из головного 1 и дображивающего 2 Ферментеров.контура регулирования температуры культуральной среды в головном ферментере, включающего датчик 3 температуры культуральной среды, связанный через регулятор 4 расхода охлаждающей воды с исполнительным механизмом 5, установленным на линии подачи охлаждающей воды в головной ферментер

1, контура регулирования температуры культуральной среды в дображивающем ферментере 2, включающего датчик 6 температуры культуральной среды, связанный через регулятор 7 расхода охлаждающей воды с исполнительным механизмом 8, установленным на линии подачи охлаждающей воды в дображивающий ферментер 2, контура регулирования подачей воздуха на аэрацию в головной ферментер, включающего датчик 9 расхода воздуха, связанный

1682395 через регулятор 10 расхода воздуха с исполнительным механизмом 11, установленным на линии подачи воздуха на аэрацию, контура регулирования подачей расхода дрожжей в головной ферментер 1. включающего датчик 12 расхода дрожжей, связанный через регулятор 13 расхода дрожжей с исполнительным механизмом 14, установленным на линии подачи дрожжей; контура регулирования подачей питательного субстрата, включающего датчик 15 расхода питательного субстрата, связанный через регулятор

16 расхода с исполнительным механизмом

17, установленным на линии подачи питательного субстрата, датчики 18 и 19 температуры культуральной среды в трубопроводе, соединяющем головной и дображивающий ферментеры, установленные в начале и конце трубопровода, соответственно, связанные через блок 20 определения разницы температур культуральной среды в начале и конце трубопровода, блок

21 суммирования и регулятор 16 расхода с исполнительным механизмом 17, установленным на линии подачи питательного субстрата и исполнительным механизмом 22, установленным на трубопроводе, соединяющем головной и дображивающий ферментеры 1 и 2 соответственно.

Система работает следующим образом.

Сигнал от датчика 3 температуры культуральной среды в головном ферментере 1 поступает на регулятор температуры, который сравнивает заданное. значение температурйкультуральной среды в с текущим и формирует сигнал для исполнительного механизма 5, изменяющего подачу охлаждающей воды в головной ферментер 1. Сигнал от датчика 6 температуры культуральной среды в дображивающем ферментере 2 поступает на регулятор температуры, который сравнивает заданное значение температуры с текущим и формирует сигнал для исполнительного механизма 8, изменяющего подачу охлаждающей воды в дображивающий ферментер 2. Сигнал от датчика 9 расхода воздуха подается на регулятор 10 расхода воздуха, который сравнивает заданное значение расхода воздуха с текущим и формирует сигнал для исполнительного механизма 11, установленного на линии подачи воздуха в головной ферментер 1. Сигнал от датчика 12 расхода дрожжей подается на регулятор 13 расхода дрожжей, который сравнивает заданное значение расхода дрожжей с текущим и формирует сигнал для исполнительного механизма 14, изменяющего подачу дрожжей в головной ферментер 1. Сигнал от датчика 15. расхода

55 питательного субстрата подается на регулятор 16 расхода питательного субстрата, который сравнивает заданное значейие расхода питательного субстрата с текущим и формирует сигнал для исполнительного механизма 17, изменяющего подачу питательного субстрата в головной ферментер 1. Сигнал от датчика 18 температуры культуральной среды в трубопроводе, соединяющем головной и дображивающий ферментеры, установленного в начале трубопровода, и сигнал от датчика 19 температуры культуральной среды в трубопроводе, установлен ного в конце трубопровода, подаются на блок 20 определения разницы температур культуральной среды в начале и конце трубопровода, в котором определяется текущее значение разницы температур культуральной среды в трубопроводе ЛТт.Сигнал от блока 20 определения разницы температур культуральной среды подается на блок 21 суммирования, в который также подается на блок 21 суммирования,в который также подается заданное значение раз-, ницы температур культуральной среды в начале и конце трубопровода ЛТз и определяется сумма Л=(ЛТз-ЛТт). Сигнал отблока

21 суммирования подается на регулятор 16 расхода питательного субстрата, сигнал которого поступает на исполнительный механизм 17, установленный на линии подачи питательного субстрата, и исполнительный механизм 22, установленный на трубопроводе, соединяющем головной и дображивающий ферментеры, который изменяет расход питательного субстрата в головной ферментер 1 и расход отводимой культуральной среды из него в дображивающий ферментер 2 в соответствии значению разницы Ли этот сигнал является корригирующим сигналом по отношению начальных заданных значений расходов питательного субстрата и отводимой культуральной среды иэ головного ферментера в дображивающий ферментер.

Предлагаемый способ по сравнению с известным, принятым за базовый объект, позволяет повысить точность поддержания концентрации питательного субстрата в головном ферментере в среднем на 1,46 г/л и точность поддержания концентрации питательного субстрата в дображивающем ферментере в среднем на 0,20 г/л.

Формула изобретения

Способ автоматического управления многостадийным процессом брожения, предусматривающий регулирование подачи nv.тательного субстрата, расхода воздуха, подаваемого на аэрацию, и расхода культуральной среды, подаваемой в дображивающийферментер, отл ича ю щи йс я тем, 1682395

Составитель Г.Богачева

Техред М.Моргентал

Корректор M.Максимишинец

Редактор А.Рогулич

Заказ 3383 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 что, с целью повышения точности регулирования концентрации питательного субстрата в головном и дображивающем ферментерах, измеряют температуру культуральной среды на выходе из головного ферменте ра и входе в дображивающий ферментер, определяют разность температур, регулируют подачу дрожжей в головной ферментер и охлаждающей воды на каждую стадию брожения, а регулирование расхода культуральной среды, подаваемой в дображивающий ферментер, осуществляют в зависимости от расхода питательного субстрата, поступающего в головнойферментер, при этом регулирование подачи

5 расхода питательной среды в головной ферментер и культуральной среды.в дображивающий ферментер корректирук1т в зависимости от разности температур, измеренных на выходе из головного ферментера и входе в до10 браживающий ферментер.