Способ автоматического управленияпериодическим процессом выращи-вания аэробных микроорганизмов

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

< >819799

Союз Советскик

Социалистииескик

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 23.05.79 (21) 2769236/28-13 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (51) М. Кл, G 05 Р 27/00

Гесуддрствеииый иемитет

СССР по делам иэебретеиий и еткрытий (53) УДК 663..1 (088.8) Опубликовано 07.04.81. Бюллетень № 13

Дата опубликования описания 17.04.81

В. Ф. Лубенцов, Я. А. Ханукаев, А. В. Бабаянц и Ю. Г. Колпиков (72) Авторы изобретения

7 ( (Грозненское научно-производственное о

«Промавтоматика»

1 - (71) Заявитель (54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПЕРИОДИЧЕСКИМ

ПРОЦЕССОМ ВЫРАЩИВАНИЯ АЭРОБНЫХ МИКРООРГАНИЗМОВ

Изобретение относится к микробиологической промышленности и может быть использовано при автоматическом управлении процессом периодического выращивания микроорганизмов.

Известен способ автоматического управления процессом выращивания микроорганизмов, предусматривающий измерение температуры питательной среды и изменения подачи хладагента в зависимости от соотношения расходов воздуха, поступающего на аэрацию, и хладагента, причем это соотношение корректируют в зависимости от температуры питательной среды в аппарате (1) .

Недостатком данного способа является то, что он не учитывает концентрацию растворенного кислорода и углекислого газа, которые достоверно характеризует процесс периодического выращивания и в конечном итоге не обеспечивает максимального выхода целевого продукта.

Наиболее близким техническим решением является способ автоматического управления процессом периодического выращивания аэробных микроорганизмов, заключающийся в подаче воздуха на аэрацию в зависимости от концентрации углекислого газа в отработанных газах, если расход выделившегося углекислого газа больше заданного значения, и в подаче воздуха на аэрацию в зависимости от концентрации растворенного кислорода в культуральной жидкости, если расход выделившегося углекислого газа в отработанных газах меньше заданного (2).

Недостатком данного способа является низкое качество процесса управления в свя10 зи с тем, что заданное пороговое значение количества выделяющегося в процессе углекислого газа, устанавливаемое перед началом процесса выращивания микроорганизмов, не является в общем случае оптимальным и зависит от вида выращиваемых микроорганизмов, физико-химических условиях среды культивирования, воспроизводимости условий выращивания и конструктивных параметров аппарата, в связи с чем подача воздуха на аэрацию осуществляет2о ся не на оптимальном уровне, что приводит к снижению выхода целевого продукта.

Целью данного изобретения является повышение выхода целевого продукта.

819799

Поставленная цель достигается тем, что определяют значение и знак производной концентрации растворенного кислорода в культуральной жидкости, при этом регулирование подачи воздуха на аэрацию в зависимости от концентрации углекислого газа в отработанных газах осуществляют при отрицательном знаке производной концентрации растворенного кислорода, а регулирование подачи воздуха на аэрацию в зависимости от концентрации растворенного кислорода осуществляют при равенстве нулю и положительном знаке производной концентрации растворенного кислорода.

На чертеже схематично изображена блок схема устройства, реализующего предложенный способ автоматического управления периодическим процессом выращивания аэробных микроорганизмов.

Устройство содержит аппарат 1, газоанализатор 2 концентрации углекислого газа, связанный с регулятором 3, служащим для стабилизации концентрации углекислого газа и подключенным к переключающему реле 4, датчик 5, служащий для измерения концентрации растворенного в культуральной жидкости кислорода — рО, связанный с регулятором 6 и блоком дифференцирования

7. подключенным к логическому блоку 8, связанному с переключающим реле 4, с которым также связан регулятор 6; датчик 9 расхода воздуха, связанный с регулятором

10 стабилизации расхода воздуха на аэрацию, подключенным к исполнительному механизму 11 и связанным с переключающим реле 4, датчик 12 температуры, связанный с регулятором 13, выход которого подключен к исполнительному механизму 14, датчик 15, измеряющий давление в аппарате 1 и связанный с регулятором 16, выход которого подключен к исполнительному механизму 17.

На начальной стадии развития — на стадии адаптации микроорганизмов — концентрация углекислого газа в отработанных газах незначительна в связи с отсутствием выделения углекислого газа микроорганизмами и на выходе газоанализатора 2 сигнал близок к нулю. Этот сигнал поступает на регулятор 3, сигнал на выходе которого в рассматриваемом случае отсутствует и далее на. переключающее реле 1, при этом последний коммутирует сигнал с регулятора

6 концентрации растворенного в культуральной жидкости кислорода на регулятор 10 расхода воздуха. На указанной стадии микроорганизмы приспособливаются к условиям окружающей среды обитания и практически не размножаются, в связи с чем потребность в кислороде невелика и подача воздуха в зависимости от концентрации растворенного в культуральной жидкости кислорода является достаточной, т. е. потребность микроорганизмов в кислороде на стадии адаптации обеспечивается количеством воздуха, необходимого для поддержания концентрации растворенного кислорода на постоянном уровне.

При постоянном значении концентрации растворенного в культуральной жидкости кислорода, измеряемого датчиком 5, ско5 рость изменения концентрации растворенного кислорода, измеряемая с помощью блока дифференцирования 7, равна нулю и сигнал на выходе логического устройства 8 отсутствует, при этом переключающее реле 4 коммутирует сигнал с регулятора 6 концентрации растворенного в культуральной жидкости кислорода на регулятор 10 расхода воздуха. В этом случае осуществляется подача воздуха на аэрацию в зависимости от концентрации растворенного в культуральной

1д жидкости кислорода.

Концентрация растворенного в культуральной жидкости кислорода измеряется датчиком 5 и определяет соответствующее значение сигнала на выходе регулятора 6.

Регулятор 10 формирует результирующее

m воздеиствие, изменяющее поток аэрирующего воздуха при помощи исполнительного механизма 11.

Начало размножения вегетативных клеток характеризуется понижением концентрации растворенного в культуральной жидкости кислорода, что обуславливает отрицательный знак производной рО, и выделением углекислого газа, при этом его концентрация в отработанных газах увеличивается, что воспринимается газоанализатором 2 и вызывает возрастание его выходного сигнала.

Дальнейшая подача воздуха на стадии интенсивного развития микроорганизмов в зависимости от рО является нецелесообразной в связи с тем, что конценграция растворенного кислорода на этой стадии не отражает действительную потребность микроорганизмов в кислороде.

Понижение концентрации растворенного кислорода воспринимается датчиком 5 и вызывает появление сигнала на выходе блока дифференцирования 7. Снижение концентрации растворенного кислорода обуславливает отрицательный знак производной на выходе блока дифференцирования 7. В связи с чем логический блок 8 выдает управляющий сигнал, воздействующий на переключаю4 щее реле 4.

В этом случае переключающее реле 4 коммутирует на регулятор 10 сигнал с регулятора 3 концентрации углекислого газа.

При этом осуществляется подача воздуха на аэрацию в зависимости от концентрации углекислого газа в отработанных газах. При увеличении концентрации углекислого газа в отработанных газах в связи с интенсивным развитием микроорганизмов происходит возрастание сигнала на выходе регуля55 тора 3 концентрации углекислого газа, который поступает на регулятор 10, где формируется результирующее воздействие, направленное на увеличение потока аэрирую8I9799 щего воздуха с помощью исполнительного механизма 11.

Понижение концентрации выделяющегося углекислого газа характеризует снижение скорости развития микроорганизмов, которое сопровождается понижением содержания растворенного кислорода в культуральной жидкости. В свою очередь, повышение концентрации рО в культуральной жидкости означает повышение скорости изменения концентрации растворенного кислорода, измеряемой с помощью блока дифференцирования 7. При положительном знаке производной изменения рО . логический блок 8 выдает управляющий сигнал, воздействующий на переключение реле 4. В этом случае переключающее реле 4 коммутирует на регулятор 10 сигнал с регулятора 6 концентрации растворенного в культуральной жидкости кислорода.

При этом осуществляется регулирование концентрации растворенного в культуральной жидкости кислорода.

Подача воздуха в зависимости от концентрации рО осуществляется и в том случае, когда вследствие дальнейшего снижения скорости развития микроорганизмов скорость изменения рО > уменьшается и становится равной нулю, а в культуральной жидкости устанавливается определенный уровень рО При этом переключающее реле 4 продолжает коммутировать на регулятор 10 сигнал с регулятора 6 концентрации растворенного в культуральной жидкости кислорода, обеспечивая регулирование его концентрации.

Стабилизация температуры и давления в аппарате 1 осуществляется соответственно с помощью регуляторов 13, 16 и исполнительных механизмов 14, 17, воздействующих на подачу хладагента в рубашку аппарата 1 и сброс отходящего воздуха.

Использование предлагаемого способа для автоматического управления периодическим процессом выращивания аэробных микроорганизмов по сравнению с известным способом повысит качество управлеЗ ния, за счет чего обеспечивается повышение выхода целевого продукта на 4О/о.

Кроме того, применение этого способа поз волит сократить расход стерильного воздуха на 8 — 10/о.

Формула изобретения

Способ автоматического управления процессом периодического выращивания аэроб15 ных микроорганизмов, заключающийся в стабилизации температуры и давления в аппарате и в регулировании подачи воздуха на аэрацию в зависимости от концентрации углекислого газа в отработанных газа и от концентрации растворенного кислорода в 0 культуральной жидкости, отличающийся тем, что, с целввповышения выхода целевого продукта, определяют значение и знак производной концентрации растворенного кислорода в культуральной жидкости, при этом регулирование подачи воздуха на аэрацию в зависимости от концентрации углекислого газа в отработанных газа осуществляют при отрицательном знаке производной концентрации растворенного кислорода, а регулирование подачи воздуха на аэрацию в за30 висимости от концентрации растворенного кислорода осуществляют при равенстве нулю и положительном знаке концентрации растворенного кислорода.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 602541, кл. С 12 В 1/08, 1976.

2. Авторское свидетельство СССР № 535340, кл. С 12 В 1/08, 1974.

819799

Составитель Г. Богачева

Редактор О. Иванова Техред А. Бойкас Корректор М. Демчик

Заказ 1329/28 Тираж 940 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП «Патент>, г. Ужгород, ул. Проектная, 4