Способ автоматического управления концентрацией микроорганизмов

 

Использование: в микробиологической промышленности для автоматического управления концентрацией биомассы микроорганизмов . Сущность изобретения осуществляют извлечение количества биомассы , возвращаемой после отделения биомассы от жидкой фазы и воздуха на аэрацию, в зависимости от расхода воздуха, концентрации кислорода и углекислого газа в отходящих газах и результата сравнения отклонения величины протока от заданного значения с допустимым значением отклонения . 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s С 12 Q 3/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) 1043167 (21) 4757500/13 (22) 09.11.89 (46) 23.05.92. Бюл. Nò 19 (71) Научно-производственное объединение

"Промавтоматика" (72) А.Г,Григорьев и В.В,Старицкий (53) 663.1(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 1043167, кл. С 12Q 3/00, 1981. (54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИЕЙ МИКРООРГАНИЗМОВ

Изобретение относится к микробиологической промышленности и может быть использовано для автоматического управления концентрацией биомассы микроорганизмов, например кормовых дрожжей, в ферментаторе (1).

Известный способ автоматического управления концентрацией микроорганизмов предусматривает изменение количества биомассы, возвращаемой после отделения отжидкой фазы, и воздуха на аэрацию в зависимости от расхода воздуха, поступающего на аэрацию, и концентраций кислорода и углекислого газа в отходящих газах.

Известный способ не обеспечивает высокого выхода биомассы, т.к. при изменении величины протока реакция системы управления, осуществляющей способ, недостаточно оперативна вследствие использования косвенных показателей жизнедеятельности микроорганизмов, изменения которых проявляются через достаточно длительный интервал времени. Кроме того, процесс ферментации часто проводят в нестерильных условиях, в результате этого в некоторых случаях возникает необходимость обеззараживания, которое достигает Ж 1735371 А2 (57) Использование: в микробиологической промышленности для автоматического управления концентрацией биомассы микроорганизмов, Сущность изобретения: осуществляют извлечение количества биомассы, возвращаемой после отделения биомассы от жидкой фазы и воздуха на аэрацию, в зависимости от расхода воздуха, концентрации кислорода и углекислого газа в отходящих газах и результата сравнения отклонения величины протока от заданного значения с допустимым значением отклонения. 2 ил. ся резким увеличением протока. При этом рецикл сгущенной биомассы, содержащей вредные микроорганизмы, после сепараторов в ферментатор не желателен.

Целью изобретения является увеличение выхода биомассы.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе, предусматривающем изменение количества биомассы, возвращаемой после отделения биомассы от жидкой фазы, и воздуха на аэрацию в зависимости от расхода воздуха, поступающего на аэрацию, концентраций кислорода и углекислого газа в отходящих газах, согласно изобретению вводят заданные значения и допустимое отклонение величины протока, определяют величину протока и отклонение этой величины от заданного значения и сравнивают последние с допустимым значением отклонения, а количество биомассы, возвращаемой после отделения от жидкой фазы и воздуха на аэрацию корректируют в зависимости от результата сравнения, Сущность изобретения заключается в следующем.

При изменении величины протока в нормальном режиме эксплуатации фермен1735371 татара пропорционально ей происходит из- ны протока и вычислительное устроиство 17 менение расхода в рецикле биомассы в для сравнения, усиления и инвертирования ферментатор после отеделения ее от жид- сигналов. кой фазы. Если это воздействие не компен- Способ автоматического управления сирует изменение концентрации 5 концентрацией микроорганизмов осущестмикроорганизмов в ферментаторе, то спу- вляется следующим образом. стя некоторое время происходят изменения В ферментатор 1 подают сусло, воздух измеряемых согласно способу (1) величин и аммиачную водуи выводят суспензию биконцентрации кислорода и углекислого газа омассы в сепаратор 2. После сепаратора 2 в отходящих газах, которые приводят к до- 10 часть ее возвращают в ферментатор 1, а полнительным изменениям количества мик- остальную часть выводят на сушку. Конценроорганизмов в рецикле биомассы. трацию кислорода и углекислого газа опреТак как выращивание микроорганизмов деляют датчиками 3 и 4 и вторичными ос ществляют в нестерильных условиях, то приборами5ибсоответственно, Сигналыот в ферментаторе возможно заражение ос- 15 вторичных приборов 5 и 6 поступают на вый к льт ы приводящие к снижению числительное устройство 7, количество возаэ а ию изме яют ее выхода. В этом случае рецикл биомассы духа, поступающего на аэраци, р недопустим, т,к, он усиливает ее заражен- датчиком 8 количества воздуха и вторичным ность в ферментаторе. Одной из наиболее прибором 9, сигнал с которого поступает на часто применяемых мер борьбы с парази- 20 вычислительное устройство 7 и на регулятор тирующими на основной культуре микроор- 10 расхода воздуха, который управляет исганизмами, являет я ется значительное полнительным механизмом 11, при помощи увеличение протока, которое превышает за- которого поддерживается заданный расход ранее установленную величину. В этом слу- воздуха, который определяют в вычисличае прекращают возврат биомассы в 25 тельном устройстве 7. ферментатор. По измеренным величинам концентраB результате регулирования расхода ций кислорода и углекислого газа в отходябиомассы, возвращаемой после отделения щих из ферментатора газах определяют жидкой фазы, и воздуха на аэрацию в фер- величины, характеризующие процесс ферментатор с коррекций по величине протока 30 ментации, и при их изменении при помощи повышается скорость реакции на измене- вычислительного устройства 7 определяют, ние величины концент ации ентрации биомассы, т,к. какое количество возвращаемой биомассы изменение величины протока наиболее бы- и воздуха на аэрацию необходимо подать в стро влияет на,концентрацию биомассы в ферментатор 1. Для осуществления этого ферментатор, ф т е а прекращение подачи био- 35 выход вычислительного устройства 7 поди 12 кото ые массы, возвращаемой после отделения ключают к регуляторам 10 и, которые жидкой фазы, и воздуха на аэрацию при управляют исполнительными механизмами

"промывке" ферментатора сокращает необ- 11 и 13. ходимо время "промывки". Таким образом Величину протока измеряют датчиком улучшаются динамические характеристики 40 14 и вторичным прибором15. Выход последнестабилизации концентрации биомассы в го подключают к входу регулятора 16 велиферментаторе и сокращается время непро- чины протока, Сигнал с регулятора 16 изводительной работы ферментатора, величины протока, пропорциональный отвследствие чего увеличивается выход био- клонению величины протока от заданного массы. 45 значения, подают на вход вычислительного

На фиг. 1 изображена схема устройства устройства 17, в котором сравнивают с додля автоматического управления концент- пустимым значением, и в том случае, когда рацией микроорганизмов; на фиг. 2 — диаг- отклонение не превышает допустимого знарамма ра оты устройства. а боты устройства. чения, повторяют с тем же знаком на выходе

Устройство содержит ферментатор 1, 50 вычислительного устройства 17, который сосепаратор 2, датчики 3 и 4 концентрации единяют с входом регулятора 12. В резулькислорода и углекислого газа, вторичные тате этого при изменении протока приборы 5 и 6, вычислительное устройство регулятором 12 воздействуют на исполни7, датчик 8 количества воздуха и вторичный . тельный механизм 13, расположенный на и ибор 9, регулятор 10 расхода воздуха, ис- 55 линии подачи суспензии, возвращаемой пополнительный механизм 11 на линии под- сле отделения от жидкой фазы и воздуха на ачи воздуха, регулятор 12 и исполнительный аэрацию биомассы в ферментатор 1, измемеханизм 13 на линии подачи суспензии в няя ее расход пропорционально изменению ферментатор, датчик 14 величины протока и величины протока, В том случае, когда резвторичный прибор15, регулятор16величи- ко увеличивается величина протока для

1735371

55

"промывки" ферментатора 1 от вредных микроорганизмов, паразитирующих на основной культуре, и сигнал с регулятора 16 величины протока, пропорциональный отклонению величины протока от заданного значения, превышает допустимое значение, его усиливают и инвертируют в вычислительном устройстве 17 таким образом, чтобы в результате этого произошло полное закрытие исполнительного механизма 13, прекращающее нежелательную подачу возвращаемой биомассы в ферментатор 1.

Пример 1. Вследствие изменения подачи сусла и аммиачной воды в ферментатор происходит изменение величины протока (это изменение может произойти и вследствие прямого воздействия со стороны, например, оператов установки). Поэтому согласно предлагаемому способу на выходе вторичного прибора 15 появляется новое значение протока 6, которое измеряют датчиком 14. Это значение подают на вход регулятора 16, на выходе которого формируется сигнал, пропорциональный отклонению величины протока от заданного значения hG. Указанный сигнал поступает на вход вычислительного устройства 17, в котором его сравнивают с допустимым значением отклонения hG@, по соотношению:

Ж3 — Лбл, . > О?, (1) если нет, то на выходе вычислительного устройства 17 повторяется величина Л6, которую подают на вход регулятора 12 и по которой корректируют его уставку, вследствие чего на выходе регулятора 12 формируется сигнал, который поступает на исполнительный механизм 13, изменяя его положение и вследствие этого количество биомассы, возвращаемой после отделения от жидкой фазы и воздуха на аэрацию. В том случае, когда указанная корректировка согласно предлагаемому способу оказывается недостаточно точной, осуществляется регулирование количества биомассы, возвращаемой после отделения жидкой фазы, и воздуха на аэрацию, в соответствии с известным способом.

5 Если результат сравнения по (1) "Да", то на выходе. вычислительного устройства

17 формируется усиленный (коэффициент усиления — К) и инвертированный сигнал — К

hG", который также подают на вход регуля10 тора 12. В результате этого на его выходе формируется сигнал, полностью закрывающий при помощи исполнительного механизма 13 подачу биомассы, возвращаемой после отделения жидкой фазы, и воздуха на

15 аэрацию, в ферментатор. Если в дальнейшем происходит уменьшение величины Ь6 и в соответствии с (1) получают результат

"Нет", вновь осуществляется подача биомассы в ферментатор. Описанный пример

20 поясняется диаграммой на фиг, 2, Экономическая эффективность предлагаемого способа по сравнению с известным достигается за счет повышения эффективности управления концентрацией микроор25 ганизмов путем определения величины протока и коррекции по ней количества биомассы, возвращаемой после отделения от жидкой фазы в ферментатор. Увеличение выхода биомассы достигает 3-4 .

Формула изобретения

Способ автоматического управления концентрацией микроорганизмов по авт,св, % 1043167, отличающийся тем, что, с

35 целью увеличения выхода биомассы, вводят заданное значение и допустимое отклонение величины протока, определяют величину протока и отклонение этой величины от заданного значения и сравнивают послед40 нее с допустимым значением отклонения, а изменение количества биомассы, возвращаемой после отделения от жидкой фазы и воздуха на аэрацию. корректируют в зависимости от результата сравнения.

1735371

Я шдущие

Составитель А. Григорьев

Редактор Е. Полионова Техред М.Моргентал Корректор Т. Малец

Заказ 1793 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