Способ автоматического управления процессом выращивания микроорганизмов

 

Использование: микробиологическая промышленность, в частности производство кормовых дрожжей. Сущность: способ автоматического управления процессом выращивания микроорганизмов предусматривает регулирование расходов питательной среды, аэрирующего газа, хладагента, аммиачной воды и их коррекцию путем реализации адаптивной модели, а также измерение концентрации растворенного кислорода в ферментере, а регулирование питательной среды с коррекцией расхода аммиачн ой воды, хладагента и воздуха на аэрацию осуществляют в зависимости от удельной скорости роста микроорганизмов.

дт2"=й7

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ .

РЕСПУБЛИК (я)5 С 12 Q 3/00 ф 1P9 2

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ.) К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4854242/13 (22) 27.07.90 (46) 15.07.92. Бюл. N 26 (71) Институт кибернетики с вычислительным центром Узбекского научно-производственного объединения "Кибернетика" AH

УЗССР (72) M.А,Исмаилов, Э.M.ßêóáîâ, А.B.Þëäàшев, А.А.Муминджанов и У.Т,Худайберганов (53) 663,132 (088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 488847, кл. С 12 Q 3/00, 1989, Авторское свидетельство СССР

N 1306955, кл, С 12 03/00, 1984.

Изобретение относится к микробиологической промышленности, а именно к способам управления процессами непрерывного культивирования микроорганизмов, например кормовых дрожжей, Цель изобретения — повышение точности регулирования и зкономия расхода питательной среды.

Способ автоматического управления процессом непрерывного выращивания микроорганизмов заключается в том, что измеряют концентрацию растворенного кислорода в ферментере, а регулирование расходов воздуха на аэрацию и питательной среды с коррекцией расхода аммиачной воды и хладагента осуществляют по описанию удельной скорости микроорганизмов с помощью адаптивной модели.

Предлагаемый способ автоматического управления процессом непрерывного выраБЫ,, 1747492 А1

2 (54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ВЫРАЩИВАНИЯ

МИКРООРГАНИЗМОВ (57) Использование: микробиологическая промышленность, в частности производство кормовых дрожжей. Сущность: способ автоматического управления процессом выращивания микроорганизмов предусматривает регулирование расходов питательной среды, аэрирующего газа, хладагента, аммиачной воды и их коррекцию путем реализации адаптивной модели, а также измерение концентрации растворенного кислорода в ферментере.. а регулирование питательной среды с коррекцией расхода аммиачной воды, хладагента и воздуха на аэрацию осуществляют s зависимости от удельной скорости роста микроорганизмов. щивания микроорганизмов реализуется устройством с использованием штамма

Candida robusta ЯЮ-б в ферментере.

Устройство автоматического управле- Ф ния процессом непрерывного выращивания микроорганизмов содержит датчики для из- фЬ, мерения температуры, рН, концентрации 0 ингибитора, растворенного кислорода и )Я субстрата, уровня питательной среды, выходы которых через преобразователи сигналов подключены к вычислительному устройству, состоящему из блока реализации адаптивной модели и блока обработки управляющих сигналов, соединенных с задающими входами регулятора подачи субстрата, воздуха, аммиачной воды и хладагента.

В блок реализации адаптивной модели закладывают математическое описание

1747492 процесса и необходимые условия и режимы культйвировэния мйкроорганизмов;

Далее ферментер заполняют культуральнай средой с микроорганизмами и начинают процесс выращивания. В процессе выращивания температуру в аппарате поддерживают на зэДаййом уровне с-помощью контура регулировайия температуры, подключенного на вход регулятора, который после сравнения текущего и заданного значений температур вырабатывает сигйал регулируЖог6%оздействия, управляющего механизмом йа лийии подачи хладагента, подаваемого в охлэдительную рубашку.

Измерение кислотности в аппарате воспринимается датчиком рН, включейным на выход ретулятора, Который в зависимости от отклонения рН в ту или иную сторону подает сигнал на исполнительный механизм подачи аммиачйой воды.

Уровень культуральйой средй в аппара те контролйруется-датчиком, сйгйэл от которбго поступает на регулятор.воздействующий на исполнительный механизм, установленный на линии подачи воз духа на ээрацию.

Вычислйтельное устройство реализует следующие операции.

По текущим значениям Т, рН, S. 1, Со2 Vs, H, ПОСтуПаЮщИМ В ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЕ устройство с датчиков„производится вычисление удельной скорости роста микроорганизмов: 5" аз .

Ks + S Kî2 + Co2 K + рН вЂ” pH,„) T -т„,)

2 2 дрн Ж где ji — максимальная удельная скорость роста, ч

К вЂ” субстратная постоянная, г/л;.

S концентрация субстрата в аппарате; .. Ко2 — КОНСтаНта ПО КИСЛОрОду, Г/Л;

Со2 — КОНцЕНтрацИя раСтВОрЕН НОГО кислорода в аппарате, г/л;

I — концентрация ингибиторэ, г/л;

К вЂ” коэффициент насыщения, г/л;

pH, pHopt, T, Topt — показатели водородных ионов, температуры и их оптимальные значения, соответствующие ед. рН и С; дрн, дт — величины интервалов варьи-рования показателя водородных ионов и температуры соответственно, ед. рН и Со.

Скорость разбавления среды в аппарате определяется по формуле

0= (2) з где Va — расход субстрата, м /ч;

Н вЂ” уровень культуральной среды в аппарате,м;

0 — сечений аппарата, м .

Значение Q и начальные значения коэф5 фициентов уравнения (1) вводятся в блок реализации адаптивной модели вычислительного устройства перед началом процес- са; и происходит их коррекция в зависимости от текущих значений р, рН, Т, 10 S, Со2, (, Ч, Н. В блоке обработки управляющих сигналов вычислительного устройства производится определение оптймальйых значений p*, рН*, Т*, S*, Co2 * И СООтВЕтСтВувщИЕ ЗадаНИя рЕГупятОрам этих показателей. Корректируемая величина для расхода определяется по формуле

h I/ = (и* — D}H-Q. - (3)

При расходе кислорода важное значе- ние имеет концентрация микроорганизмов в аппарате, которая определяется по формуле

)(= )(о фС вЂ” (.ЪС ... (4

25 Необходимая скорость потребления растворенного кислорода, расходуемого на рост и поддержание жизнедеятельности рассчитываемой концентрации дрожжевых культур, определяется по следующей фор30 муле: ,„= (а,и + m)X (5) где Со2 — количество кислорода, потребленного на рост дрожжевой массы, г/л; а — коэффициент, учитывающий часть расхода кислорода нэ рост единицы дрожжей, г/л;

m — кон станта.

Расход воздуха, подаваемого в аппарат, определяется по величине уровня питательной среды и величине рассогласования V>« и Vpac в аппарате по формуле

Чобщ = K Q H + Vpac Чтек. (б) где К вЂ” коэффициент пропорциональности, ч

Утек — текущий расход воздуха м /ч; з

Vpac — расход воздуха. определяемый согласно рэссчйтываемого значения Со2 в аппарате по формуле (5).

Экспериментально установленная зависимости между расходом воздуха и величиной ра.створ енного кислорода для соответствующих угловий культивирования заранее в виде табличных значений вводится в память вычислительного устройства. По этой зависимости определяется V»c. соответствующий величине Со2, по которому вычислительное устройство вырабатывает

1747492

Составитель А.Юлдашев

Техред М.Моргентал Корректор М.Демчик. Редактор M.Ïåòðoâà

Заказ 2473 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101 управляющий сигнал и осуществляет кор- Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я ректировку расхода воздуха по формуле(6). Способ автоматического управления

Данный способ позволяет своевремен- процессом выращивания микроорганизно и оптимально регулировать микробиоло- . мов, предусматривающий определение гическим процессом, когда устанавливается 5 удельной скорости роста микроорганизмов математическая функциональная зависи- в аппарате регулирования подачи аммиач. мость в виде(1) и основные параметры про- ной воды, хладоагента, питательного су6/ цесса контролируются без случайных страта и воздуха, поступающего на помех. аэрацию, от л и ч а ю щи и с я тем, что, с

Пример; Данный способ реализован 10 целью экономии расхода питательного субв опытном ферментере объемом 1 мз, При страта (среды), измеряют концентрацию расчете по уравнению оптимальные значе- растворенного кислорода в аппарате, а ния переменных принимали следующие удельную скорость роста микроорганизмов значения: p + "= 0,31 ч; рН* = 4,1; Т* = 37 С; корректируют в завиСимости от койцентра. $* =- 1,6 г/л; С,2 * = 6 мг/л. Корректируемая 15 ции растворейного кислорода, при этом опвеличина расхода питательного субстрата ределяют оптимальйые значения удельной колебалась в пределе КVs = 20-50 л/ч, а скорости роста микроорганизмов, рН и темрасход воздуха на аэрацию принимал зна- пературы в аппарате, концейтрации субчения из интервала Ч„г,„= 20-30 м / ;q. g страта и растворенного кислорода и в результате использования адаптивной мо- 20 зависимости от оптимальных значений падели расход питательной среды в среднем раметров рассчитывают соответствующее уменьшился со 180 до 164 л/г при текущем задание для регулирования подачи аммйачрабочем объеме 700 л. Точность. регулирова- ной воды, хладагента, питательйого субния расхода воздуха на аэрацию в среднем . страта и воздуха, поступающего на составляет 6-Soy .. 25 аэрацию.