Система автоматического управления процессом культивирования микроорганизмов

 

Изобретение относится к микробиологической промьшленности, а именно к системам автоматического управления процессом культивирования микроорганизмов . Целью изобретения является повьшение выхода биомассы. Известные системы автоматического управления процессом культивирования микроорганизмов не учитывают информацию о количестве сахара в культуIральной среде и количестве этанола в отходящих газах, в результате чего не согласуются между собой оптимальные соотношения расходов питательной среды и аэрирующего воздуха. Предлагаемая система устраняет отмеченные недостатки. Это достигается тем, что система автоматического управления процессом культивирования микроорганизмов снабжена последовательно соединенными датчиком концентрации сахара в культуральной среде и блоком согласования и коррекции, второй и третий входы которого соединены с блоком определения количества кислорода, необходимого для эндогенного дыхания и биосинтеза микроорганизмов, и датчиком концентрации этанола в отходящих газах, а выходы через управляющий блок - с исполнительными механизмами , расположенными на линиях подачи воздуха и мелассы в аппарат, причем датчик концентрации биомассы соединен одновременно с блоком определения сахара в культуральной среде и с блоком определения количества кислорода, необходимого для эндогенного дыхания и биосинтеза микроорганизмов. 1 ил. с (Л со СП со о

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (19) (!1)

П1) 4 С 12 Ч 3/00

А1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ДBTOPCHGMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (2i ) 4046496/31-13 (22) 17.02.86 (46) 15.11.81. Бюл. Ф 42 (71) Воронежский технологический институт (72) В.В.Ануфриев и Л.П.Пащенко (53) 663.1(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 1027209, кл. С 12 Q 3/00, 1982 ° (54) СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ КУЛЬТИВИРОВАНИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ (57) Изобретение относится к микробиологической промьппленности, а именно к системам автоматического управления процессом культивирования микроорганизмов. Целью изобретения является повьппение выхода биомассы. Из-. вестные системы автоматического управления процессом культивирования микроорганизмов не учитывают информацию о количестве сахара в культуральной среде и количестве этанола в отходящих газах, в результате чего не согласуются между собой оптимальные соотношения расходов питательной среды и аэрирующего воздуха. Предлагаемая система устраняет отмеченные недостатки. Это достигается тем, что система автоматического управления процессом культивирования микроорганизмов снабжена последовательно соединенными датчиком концентрации сахара в культуральной среде и блоком согласования и коррекции, второй и третий входы которого соединены с блоком определения количества кислорода, необходимого для эндогенного дыхания и биосинтеза микроорганизмов, и датчиком концентрации этанола в отходящих газах, а выходы через управляющий блок — с исполнительными механизмами, расположенными на линиях подачи воздуха и мелассы в аппарат, причем датчик концентрации биомассы соединен одновременно с блоком определения сахара в культуральной среде и с блоком определения количества кис,лорода, необходимого для эндогенного дыхания и биосинтеза микроорганизмов.

1 ил.

1351976 (2) Изобретение относится к микробиологической промьипленности, а именно к системам автоматического управления процессом культивирования микро.организмов.

Цель изобретения — повышение выхода биомассы.

На чертеже представлена структурная схема предложенной системы автоматического управления процессом культивирования микроорганизмов.

Система содержит объект управления — аппарат 1 для культиви.рования микроорганизмов; датчики концентрации кислорода во вхо1 дящем в аппарат воздухе 2 и отходящих газах 3; количества 4 воздуха, .поступающего в аппарат, концентрации

5 этанола в отходящих газах, концентрации 6 биомассы в аппарате, концентрации 7 сахара в культуральной среде; блок 8 определения разности между количеством кислорода во входящем в аппарат воздухе и отходящих газах, блок

9 количества кислорода„ необходимого для эндогенного дыхания и биосинтеза микроорганизмов, блок 10 определения количества сахара в культуральной среде, блок 11 согласования и коррекции, регуляторы 12 и 13, исполнительные механизмы 14 и 15, расположенные соответственно на линиях подачи воздуха и мелассы в аппарат.

Система работает следующим образом.

Сигналы, пропорциональные текущим значениям концентрации кислорода во входящем воздухе и в отработанных газах соответственно от датчиков 2 и 3, поступают в блок 8 определения разности. между количеством кислорода во входящем в аппарат воздухе и отходящих газах, куда также поступает сигнал, пропорциональный количеству воздуха, поступающего в аппарат ст датчика 4. В блоке 8 определяется разность количества кислорода во входящем в аппарат воздухе и в отходящих газах или на основании материального баланса, эта разность равна количеству кислорода, растворенного в культуральной среде. С выхода блока 8 сигнал, пропорциональный разности количества кислорода во входящем воздухе и в отработанных газах„ поступает на вход блока 9 определения количества кислорода, необходимого для эндогенного дыхания и биосинтеза микроорганизмов, на второй вход которого поступает сигнал, пропорциональный текущей концентрации биомассы в аппарате, от датчика 6. Блок 9 вычисляет

5 необходимое количество кислорода для эндогенного дыхания и биосинтеза микроорганизмов в соответствии с текущей концентрацией биомассы в аппарате и

10 сравнивает эту величину со значением, поступившим с блока 8.

Вырабатывается соответствующая разность, т.е. если G„ G„ где

G — количество кислорода, необходи15 мое для эндогенного дыхания и биосинтеза микроорганизмов, пропорциональное текущему значению концентрации биомассы в аппарате; G — количество кислорода, растворенного в культу20 ральной среде, то G„„ -G„, =+Е, и сигнал, пропорциональный величине разности E поступает на один из входов блока согласования и коррекции 11 требуя увеличения расхода воздуха на

25 аэрацию пропорционально величине + E.

Если же окажется, что С„-С„, =-с, т.е. выполнялось условие GK„ ) Ск- то с блока 9 на блок 11 поступает сигнал, пропорциональный величине -E

3п требуя уменьшения расхода воздуха на аэрацию пропорционально величине

Одновременно с этим сигнал, пропорциональный текущему значению концентрации биомассы в аппарате, от датчика 6 поступает на блок 10 определения количества сахара в культуральной среде, на второй вход которого поступает сигнал, пропорциональный значению от датчика 7 концент4О рации сахара в культуральной среде.

В блоке 10 определяется количество сахара, имеющегося в культуральной среде, количество сахара, необходимое для нормального развития культу45 ры микроорганизмов, и их разность, следующим образом:

М =С V (1) где М вЂ” количество сахара, находящегося в культуральной сре50 де, кг;

С вЂ” концентрация сахара в культуральной среде, 7 м3;

V — объем культуральной среды, M3 .

D. 100. 46

55 Yi й.с B где М„ — количество сахара, необходимого для размножения микроорганизмов, кг;

D=C„V — текущее значение количества микроорганизмов в культуральной среде, кг;

С„ - концентрация микроорганизмов в культуральной среде, кг/M3 °

V — объем культуральной среды м з.

46 — содержание сахара в условной мелассе, Ж;

 — выход микроорганизмов из условной мелассы, X.

Определяется разность, если Ы

»Ы то Ыт с Ын.с =д, то требуется уменьшение подачи сахара на величину, пропорциональную оГ.

Если M (Ы„, то Ыт Ын с 4 с c, то требуется увеличение подачи сахара в аппарат на величину, пропорциональную значению -d.

Значение, пропорциональное d (с соответствующим знаком) с блока IO определения количества сахара в культуральной среде, поступает на один

1 из входов блока 11 согласования и коррекции, на второй вход которого поступает сигнал с блока 9 определения количества кислорода, необходимого для эндогенного дыхания и биосинтеза, пропорциональный величине (с соответствующим знаком). В блоке

11 согласования и коррекции происходит согласование сигналов, поступивших с блоков 9 и 10 таким образом, чтобы выполнялось условие соответствия расхода воздуха и мелассы при известном значении концентрации биомассы микроорганизмов по определенному соотношению для каждой культуры микроорганизмов.

Если отсутствует сигнал от датчика 5 концентрации этанола в отходящих газах, выход которого связан с одним из входов блока 11 согласования и коррекции, что характеризует высокую эффективность процесса культивирования микроорганизмов, то уточненные в соответствии с текущим значением концентрации микроорганизмов в культуральной среде и согласованные между собой значения корректирующих сигналов с блока 11 по своим каналам поступают на соответствующие регуляторы 12 и 13 изменяя в них задания, и с них управляющие сигналы поступают на исполнительные механизмы 14 и 15 для изменения расхода воздуха и мелассы.

1976

5

Если же на вход блока 11 согласования и коррекции поступает сигнал, пропорциональный концентрации этанола в отходящих газах с датчиков 5, что,характеризует ухудшение эффективности процесса культивирования микроорганизмов, то в блоке 11 согласованные между собой значения количества кислорода, необходимого для эндогенного дыхания и биосинтеза микроорганизмов, и количества сахара в культуральной среде корректируются в зависимости от значения концентрации этанола в отходящих газах (расход кислорода увеличивается, а количество мелассы уменьшается), и только после этого сигналы с блока 11 поступают на соответствующие регуляторы 12и 13.

Таким образом, предлагаемая система автоматического управления процессом культивирования микроорганизмов позволяет управлять расходом воздуха и мелассы в аппарате в зависимости от текущего значения концентрации микроорганизмов в культуральной среде, согласовать между собой значения расхода воздуха и мелассы и скорректировать эти значения в зависимости от концентрации этанола в отходящих газах.

Формула изобретения

Система автоматического управления процессом культивирования микроорганизмов на среде, содержащей мелассу и азотносодержащие соли, включающая датчики концентрации кислорода во входящем в аппарат воздухе и в.отходящих газах, датчик количества воздуха, поступающего в аппарат, датчик концентрации биомассы в аппарате, блок определения разности между количеством кислорода во входящем в аппарат воздухе и отходящих газах, блок определения количества кислорода, необходимого для эндогенного дыхания и биосинтеза микроорганизмов, регуляторы расхода воздуха и мелассы и исполнительные механизмы, расположенные на линиях подачи воздуха и мелассы в аппарат, отличающаяся тем, что, с целью повышения выхода биомассы, она снабжена датчиком концентрации этанола и последовательно соединенными датчиком концентраци% . сахара в культуральной среде, блоком определения количества сахара в куль5 1351976

6 туральной среде и блоком согласования ными механизмами, расположенными на и коррекции, два входа которого сое- линиях подачи воздуха и мелассы в апдинены соответственно с блоком опре- парат, причем датчик концентрации деления количества кислорода необ- „ биомассы соединен одновременно с блоЭ

5 ходимого для эндогенного дыхания и ком определения количества сахара в биосинтеза микроорганизмов и датчиком культуральной среде и с блоком опреконцентрации этанола в отходящих га- деления количества кислорода, необхозах, а выходы соединены через соот- димого для эндогенного дыхания и биоветствующие регуляторы с исполнитель- 10 синтеза микроорганизмов .

Составитель В.Новиков

Редактор И.Сегляник Техред Л.Сердюкова Корректор Л.Пилипенко

Заказ.5541/23 Тираж 500 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r.Óæãoðoä, ул.Проектная, 4