Устройство для измерения теплопродукции микроорганизмов

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕШЮПРОЛУЮЦИИ МИКРООРГАНИЗМОВ, ; содаржицее преобразователи температуры, установленные соогаетствеияо на линиях подачи и отвода |«оды из охлаждающей фер («астера, соединенные посредством блока esttpes делешш разности темие|№15 с блоком у1йиО жения, и интегратор, соединенный с регтстратором теплопрощгкции, отличающееся тем, что, с .целью повышения точности, оно снабжено калориметрическим блоком служащим для определения количества тепло ты, выделяемой при работе меошпси, notnoшаемой прн барботировании воздуха и гидро лизе питательной среды в ферментере, тепломером для определения соличества теплоты отводимой в окружающую среду, и сумма ром, при этом одт из входов последнего соедашен с блоксш умножения, а два кругах. входа через допошопельный блок умйо ктоия § и блок памяти соответственно соединеюа с тепломером и калориметрическим блоком, tfi причем выходы с лматора связаш с региС стратором теплопрокукоуш и интегратором.

СОНИ 068ЕТСННХ

СО@4АЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

09) . (И) Заь а 01 1700

Па ДЕЛМИ ИаОБРЕТЕНИИ И ОТНРЦтий

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H АВТОРСКОМУ-СВИДЕТЕЛЬС

Г(®УДМэСТВЕЙЙЫЙ ЙОМЙТЕТ ССС1э (21) З311247РЕ-13 (22) 19;65Ж (46) 23.10&3. Ьюл. У 39 (72) Л.. П. Лебедей и Е. Ф, Андреев (7Ц Всеаоюэный научно-исследовательский биотеяническйй институт (53) бб3.14.033.2,62 (0&8.8) (56) 1. Кафаров В,В, Винаров А, 10., Гордеев Л. С. Моделирование биохимических реакторов, М "Лесная йромышлеиность", 1979, с. 41.

2. Беляев Б.-М,, Литтон« Э. И. Стабилиэадия темнеращяй в дрожжерастилъных аппаратах.- — "Гидролнэнаи. и лесохимическая нр©мыптлеИ«ость", 1973, N 2, с. 10-11. (54),(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ТЕИЛОПРОДУКЦИИ МИКРООРГАНИЗМОВ, содержап(ее «реобраэователи температуры, ус-, тановленные соответственно на линиях подачи и отвода воды из охлаждающей рубайиси фер- ме«тора, соединенные посредством-.блока;.фре деления разности темнератур.- а . блоком: уъитожения, н интегратор, соединеннъй с регистратором теплопродукцпи, о т л и ч а ю ш e -. е с я тем, что, с;целью повышения точности, оно снабжено калориметрическим блоком; служащим для определения количества теплоты, выделяемой при работе aeeania„no1«о-щаемой при барботйровании воздуха и.гидролиэе питательной среды. в ферментера, те«номером для определения количества теплоты, отводимой s окружающую среду, и суммато- ром, при этом один из-входов последиегo

: соединен с блоком умножения, а два друтих входа через дополнительный блок умноЖаиия и блок- памяти соответственно соединены с 1 тепломером и калориметрическим блоком, причем выходы сумматора связаны с регистратором теплапродукпии и интегратором.

10497

1

Изобретение относится к теплометрии и может найти применение при определении теплопродукщ и микроорганизмов в процессе выращивания. их в ферменхере

Известно устройство для определения теплопродукции микроорганизмов в промыщленном ферментере по потребленному за тот же отрезок времени в процессе биосинтеэа количеству кислорода, содержащее датчик кислорода, связанный с регистратором теплопродук- 10 ции f1}

11ри реализации данным устройством способа определения хеплопродукции не обеспечивается достаточная точность, поскольку, в соответствии с вторым началом термодинами- 15 ки, любой необратимый нроцесс сопровождается образованием теплоты диссип. В процессе культивирования микроорганизмов система далека от равновесия и скорость образования теплоты диссипации в ней невелика, а 2б поэтому не вся теплота диссипации успевает покинуть пределы системы — чань ее использует.ся внутри системы. Поэтому

8 И где Я вЂ” удельная днссипативная функция системы;

Ч g — функция внешней дисс1хпацни;

9ь,- функция внутренней диссипации.

И, таким образом, в соответствии с укаэанным способом величина „не учитывается при проведении измерений теплопродукции, что приводит к значительным погрешностям.

Наиболее близким по технической сущности является способ измерения теплопродукции микроорганизмов в промышленном ферментере путем измерения количества тепла отводимого охлаждающей жидкостью. При этом количество тепла определяют путем измерения температуры охлаждающей жидкости на выходе из тер- 4О мостатирующей рубашки при постоянных значениях расхода жидкости н ее начальной температуры из соотношения де Q „о„ }- удельная теплопродукция aetкроорганизмов;

Q — количество воды, затрачиваемое на охлаждение ферментера;

С р — теплоемкость воды;

Т., — температура воды на входе в рубашку ферментера;

Т () — переменная во времени температура воды на выходе иэ рубашки ферментера.

Для реализации данного способа известно устройство, содержащее преобразователи тем пературы, установленные соответственно на

56 2 линиях подачи и отвода воды из охлаждающей рубашки ферментера, соединенные посредством блока определения разности температур с блоком умножения, и интегратор, соединенный с регистратором теплопродукции (2), Недостатком устройства является низкая точность измерения теплопродукции микроорганизмов, поскольку не учитываются тепловыделения, связанные с работой мешалки и теплопоглощения, связанные с отдачей теплоты в окружающую среду, с барботированием воздуха и с гидролизом питательной среды. Поскольку указанные величины тепловьщелении и теплопоглощений соизмеримы с теплопродукцивй микроорганизмов, то достоверность результатов без учета этих величин не может бып высокой.

0ель изобретения — повышение точности измерения теплопродукции микроорганизмов в промышленном ферментере в процессе их культивирования.

Указанная цель достигается тем, что устройство для измерения теплопродукции микрооргайизмов, содержащее преобразователи температуры. установленные соответственно на линиях подачи и отвода воды из охлаждающей рубашки ферментера, соединенные посредством блока определения разности температур с блоком умножения, и интегратор, соединенный с регистратором теплопродукции, снабжено калоримдтрическим блоком, служащим .для определения количества теплоты, выделяемой нри работе мешалки, поглощаемой при барботировании воздуха и гидролизе питательной среды в ферментере, хепломером для определения количества теплоты, отводимой в окружающую среду, и сумматором, при этом один из входов последнего. соединен с блоком умножения, а два других входа через дополнительный блок умножения и блок памяти соответственно соединены с тепломером и калориметрическим блоком, причем выходы сумматора связаны с регистратором теплопродукции и интегратором, На фиг. 1 представлена блок-схема устройства для измерения теплопродукции микроорга. иизмов; на фиг. 2 — теплограммы удельных тепловыделений микроскопического гриба

As ре pi Èîs niger Т вЂ” 33.

Устройство для измерения хеплопродукции микроорганизмов содержит преобразователи 1 и 2 температуры (фиг. 1), установленные соответственно на линиях подачи и отвода воды из охлаждающей рубашки ферментера,соединеиные посредством блока 3 определения разности температур через блок 4 умножения с одним из входов сумматора 5. К второму входу сумматора 5 через блок 6 памяти подключен калориметрический блок 7, служащий для определе1049756

=G>c (т (т>-т )ty

3 ния количества теплоты, выделяемой при работе мешалки, поглощаемой при барботировании воздуха и гидролнзе питательной среды в ферментере, например проточный калори- . метр. К третьему входу сумматора 5 через дополнительный блок 8 умножения подсоединен тепломер 9 для определения количества теплоты, отводимой в окружающую среду.

Входы сумматора 5 связаны с входами регистратора 10 теплопродукцни через интегратор 11 и непосредственно. !

Сущность способа, положенного в основу работы устройства, заключается в том, что при. измерении теплопродукции микроорганизмов. в промышленном ферментере тепловой баланс . для ферментера составляет

"мвв барб "гидр виол

Тогда

<(,„(ci =abcð (ò (c(-T )+e«(cl- „„„+ вс(рБ "ГиАР °

Известно, что теплоотдачас от ферментера в окружающую среду !

ы -f(вт), где с(ф — коэффициент теплоотдачи от ЗР ферментера в окружающую среду;

В 1 — разность температур внешней стенки аппарата и окружающей среды. 35

Поэтому, установив на внешней стенке фер-" ментера тепломер, мы находим однозначную зависимость ((") = %ср) где hf () — переменная во времени величина электрического сигнала с тепломера. %мею Ч барб" с) гид ». определяют проточным калориметром комплекс; 45 но и в процессе измерения теплопродукции, считают их постоянными величинами, т. е. "меа "баро гидр (калфр.Таким образом процесс определения тепло-!

50 продукции микроорганизмов сводится к решЬнию следующего алгоритма: ((. ... (т (- т„) т „,(т(Ъкалор..

При этом: 55 до mazuma иэмерени" Ъиол с » сой Ф ) Сй м в ; (д =ему.;

4 в процессе культивирования измеряют: чои .,(Т)= аг; Т =

Я, = vs(.

2 сов ср

Устройство работает следуюшим образбм.

Предварительно до начала измерений калориметрическим блоком 7 определяют комплексно (кало р имев Ч бс рЬ Ч гидр и вносят вблок 6 памяти,,где она запоминается, а в процессе всего измерения непрерывно подается на один из входов сумматора 5.

Используя вспомогательный электронагреватель находят зависимость с), = f (Г) ср и в соответствии с ней в процессе измерения теплопродукции микроорганизмов преобразуют сигнал с тепломера 9 в дополнительном блоке

8 умножения. Полученный сигнал непрерывно поступает в сумматор 5, B процессе культивирования микроорганизмов, когда происходит измерение теплопродукции, измеряют температуру воды на входе и выходе иэ охлаждающей..рубашки и, зная расход воды, ее теплоемкость и разность температур воды на линиях ее подачи и отвода из охлаждающей рубашки, определяют ее текущее количество отводимой от ферментера теплоты..

В соответствии с полученной величиной в сумматор 5 поступает преобразованный в блоке 4, умножения сигнал. В сумматоре 5 электричес- . кие сигналы, пропорциональные количеству отводимой (подводимой) теплоты, складывают. ся и полученная величина фиксируется регистратором 10 теплолродукции микроорганизмов. Для определения интегральной текущей величины теплопродукцин (количество теплоты выделившейся за время культивирования) сигнал поступает в интегратор 1.1, где он неI прерывно суммируется, а полученный резуль. тат фиксируется во втором канале регистратора .

10 теплопродукции.

Измерение теплопродукции в соответствии с данным устройством проводили для культуры гриба Я5р. п(о-ег Т-33 при глубинном выращивании на среде следующего. состава, %: кукурузная мука 7; крахмал картофельный 5; БВК 2; (NH ) НРО+0,1%; рН = 5 2 и бо = 9,0. 2

Стерилизация ферментера происходит при .

2 ати в течение 1 ч и среды в ферментере— прн 1 атн в течение 1 ч.

Объем ферментера составлял 30 л.

Посевной материал выращивали на отрубях, он приготовлен в виде водной суспензин спор илн прокачивании в течении 2 ч на качалке, количество посевного на 100 мл среды 1 10 или 30 л - 2 -10 спор.

Условия культивирования:

Темйература выращивания,оС 31

Аэрация, объем среды на объем воздуха 1/1,5

Перемешнванне, об/мин 200

10497 Я 4

39 анализа, теплограмм (фиг, 2) видно. % ким образом, устройство дла ощмщемо.щ . и: иуфетсганн с известным техннчеащьг ", ния теплоарМфмвФ: мнк кюфаниэмов н: про .уайен йм:,::кривая:.Д) . удельных тащовьщеле--: мьтюбенном Фефментере позфоюйт увеличить"

3IHJl яф;. ОТОбражаех Всей реальной картины точность измеренэиг.теилопрфдукщфф мнкроор. выфре1цал .культурой биологического тепла в у таннзмов в прщееФе нл глубинного -культнвн-. ноопасае- ее роста в отличий от кривой (2); . ровать -н» - 48%: и: болев за::счет -pete тенло-. полуяеиной:e йожицйе данного устр6йства . .. яьщеленйй, вь1званньтж раМоф межбанки,.и

Этот Въпйщ подтверждается кривой (3) потреб теплологлощеннй, вызванных тецлоотдачей в

:меция. культурой растворенного в культураль- окружающую-среду, барботированнем воздуха ноВ:среде кнолорода в пвоцесее ее вьтращива. М через культуральнув жидкость и гядролизом ннй В ферментще, питательной среды. (1049756

ФАР

Корректор А. Повх

Подписное

Составитель Н. Арцыбашева

Редактор А. Шандор Техред Т.фанта

Заказ 8403/38 Тираж 873

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений н открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4