Система автоматического управления процессом выращивания микроорганизмов

 

Изобретение относится к микробиологической промышленности и может быть использовано для управления периодическим процессом выращивания микроорганизмов, например хлебопекарных дрожжей. Цель изобретения - повьппение точности управления. Система снабжена датчиками температуры раствора питательной среды и влажности воздуха, поступающего в ферментер, выходы которых соединены . с вычислительным устройством, датчиками расхода воздуха, поступающего в ферментер, и расхода раствора питательной среды, первые выходы которых соединены с соответствующими регуляторами расхода воздуха и раствора питательной среды, а вторые - с вычислительным устройством, выходы которого соединены с регуляторами температуры культуральной среды, расходов воздуха и раствора мелассы и программным устройством 25, которое изменяет задание регуляторов 19 и 22 расходов воздуха и питательной среды, а вычислительное устройство (ВУ) 24 определяет количества тепла, поступившее с отработанными газами, количество тепла, поступающее с раствором питательной среды, общее количество тепла и количество биологического тепла. Затем ВУ определяет количество биомассы в ферментере 1 и нахйдит необходимое количество биомассы, сравнивает расчетное значение с заданием регулятора 22, и ВУ вьщает корректирующий сигнал на изменение задания. За счет этого достигается максимальная эффективность использования питательных веществ мелассы при определенном текущем значении концентрации биомассы в ферментере 1. 1 ил. ,, SS о 01

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) А1 (51) 4 С 12

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К Д BTGPCHGMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3995243/31-13 (22) 23.12.85 (46) 15,01.88. Вюл. У 2 (71)Воронежский технолог ич еский инс титут (72)В,В,Ануфриев, Г, И,Щепкин, B.Ô. Сериков и В,С. Шальнев (531 663.1(088 8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф !221244, кл. С 12 Q, 3/ОО, 1983. (54)СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

ПРОЦЕССОМ ВЫРАЩИВАНИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ (57) Изобретение относится к микробиологической промышленности и может быть использовано для управления периодическим процессом выращивания микроорганизмов, например хлебопекарных дрожжей. Цель изобретения — повышение точности управления.

Система снабжена датчиками температуры раствора питательной среди и влажности воздуха, поступающего в ферментер, выходы которых соединены с вычислительным устройством, датчиками расхода воздуха, поступающего в ферментер, и расхода раствора питательной среды, первые выходы которых соединены с соответствующе:и регуляторами расхода воздуха и раствора питательной среды, а вторые - с вычислительным устройством, выходы которого соединены с регуляторами температуры культуральной среды, расходов воздуха и раствора мелассы и программным устройством 25, которое изменяет задание регуляторов 19 и

22 расходов воздуха и питательной среды, а вычислительное устройство (ВУ) 24 определяет количество тепла, поступившее с отработанными газами, количество тепла, поступающее с раствором питательной среды, общее количество тепла и количество биологического тепла. Затем ВУ определяет количество биомассы в ферментере 1 и находит необходимое количество биомассы, сравнивает расчетное значение с заданием регулятора 22, и

ВУ выдает корректирующий сигнал на изменение задания. 3а счет этого достигается максимальная эффективность использования питательных веществ мелассы при определенном текущем значении концентрации биомассы в ферментере 1. 1 ил.

1 13665 изобретение относится к микробиологи .вской промышленности н может быть использовано для управления периодическим процессом выращива5 ния микроорганизмов, например хлебопекарных дрожжей.

Целью изобретения является повышение точности.

На чертеже представлена структурная схема системы автоматического управления процессом выращивания микроорганизмов.

Система содержит объект управления — ферментер 1, контур регулирования температуры культуральной жидкости в ферментере, состоящий из датчика 2 температуры культуральной жидкости, регулятора 3 температуры и исполнительного механизма.4, расположенного на линии подачи охлаждающей воды в рубанку 5 теплообмеяника, контур регулирования рН в ферментере, состоящий из датчика 6 рН, регулятора 7 и исполнительного 25 механизма 8, расположенного на линии подачи аммиачной воды, контур автоматического регулирования пеногашения„ состоящий из датчика 9 уровня пены, регулятора 10 н исполни- . 30 тельного механизма ll, расположенного на линии подачи олеиновой кислоты, датчики 12-17 соответственно температуры воздуха, поступающего на аэрацию, воды, поступающей на охлаждение в рубашку ферментера и выходящей иэ нее, температуры питательной среды теплового потока и . влажности воздуха, поступающего в ферментер,, контура регулирования 4 поршня воздуха на аэрацию, состоящего из датчика 18 расхода воздуха, регул."-.тора 19 и исполнительного ме-, ханизма 20,„ расположенного на линии подачи воздуха в ферментер контур регулирования расхода раствора мелассы,, содержащий датчик ?1 расхода, регулятор 22 расхода и исполнительный механизм 23, расположенный на линии подачи раствора мелассы в ферментер 1, соединенными между собой, вычислительное устройство 24 и программное устройство 25, исполнительные механизмы 26, расположенные на линиях подачи растворов питательных солей из дозаторов 27, при этом вход вычислительного устройства 2 подключен к датчикам 13 и 14 температуры, установленным на входе и выходе теп30 2 лообменника, датчикам 16, 12, 17, 18, 2, 15 и 21 теплового потока и температуры, влажности и расхода воздуха, температуры и расхода питательной среды, а выход — к регуляторам 22, 19 и 3 контуров регулирования подачи питательной среды, воздуха и температуры в ферментере 1, причем программное устройство 25 связано с исполнительными механизмами 23 н 26 подачи питательной среды и солей.

Система работает следующим образом.

Все перечисленные контуры регулирования параметров работают аналогично. Сигнал с датчика, пропорциональный текущему значению параметра, поступает на регулятор, где сравнивается с заданным значением. Регулятор определяет разность между заданным и текущим значениями параметра и вырабатывает в соответствии с полу енной разностью и соответствующим алгоритмом управления регулирующее воздействие на уменьшение разности между этими значениями, поступающее на исполнительный механизм с регулирующим органом, который изменяет подачу соответствующей субстанции.

Растворы питательных солей в ферментер 1 подаются в соответствии с заданной программой, реализуемой программным устройством 25 с помощью исполнительных механизмов 26 из доваторов 27.

Программное устройство 25 изменяет задания регуляторов 19 и 22 расхода воздуха и раствора мелассы в соответствии с технологическим регламентом. 1(роме того, подача растворов питательных солей и питательoN среды в ферментер начинается в начале каждого часа, поэтому программное устройство 25 соединено с исполнительнымн механизмами 23 и 26.

Вычислительное устройство 24 выполняет следующие операции.

Определяют количество тепла, поступившее в ферментер с воздухом н ушедшее с отработанными газами, по уравнению

=. „ = р 6 (1,005/t — t / + 1,974

Ь, (х ) — х;t, ) + 2499 (х - xÄ )j,. (1) I где t > — температура воздуха на выходе нз аппарата, С;

13665 — температура воздуха на

2 входе в аппарат,оС; х,, x — влагосодержание воздуха

1 на входе и выходе С

3. 5 — плотность воздуха, кг/м — расход воздуха.

Сигнал, пропорциональный значению расхода воздуха на входе в Аерментер 1, поступает от датчика 18, сигнал, пропорциональный температуре воздуха на входе в Аерментер t поступает от датчика 12, сигнал, пропорциональный значению Ьлагосодержания воздуха на входе в ферментер х, поступает от датчика 17, сигнал, пропорциональный значению температуры воздуха на выходе из ферментера, поступает от датчика 2 температуры культуральной среды, так как в соответствии с известными данными температура воздуха на выходе из ферментера равна температуре культуральной среды, а влагосодержание,-максимальное для данной температуры, равно 100 .

Значение плотности Р задается заранее и хранится в памяти вычислительного устройства.

Определяют количество тепла, поступающего с раствором питательной среды по уравнению

= G С P(t„— 1„, (2) где G — расход раствора питательl4 ной среды, пропорциональный сигнал которого поступает в вычислительное устройство от датчика 21 расхода раствора мелассы;

С„ — температура культуральной среды — от датчика 2;

С„ — температура раствора мелассы — от датчика !5;

С вЂ” плотность и удельная теплом 45 емкость раствора мелассы (эадаютая заранее и их значения хранятся в памяти вычислительного устройства

24).

Воспринимает сигнал от датчика

16 теплового потока, пропорциональный общему количеству тепла, который складывается из биологического тепла Я „ „ тепла Я, внесенного воздухом, и тепла Ц, внесенного раствором мелассы (питательной среды), 65 т.е, <3>

30 4

ВычислиВ Q 8 по ураВнению (1 ), Я вЂ” по уравнению (2), вычислительное устройство определяет количество биологического тепла

Так как количество биологического тепла определяется по уравнению (5) Я = 1 G, где à — удельное тепловьделение;

G — количество биомассы, то вычислительное устройство 24 определяет количество биомассы в аппарате на текущий момент

Яио . (6)

0 100 46

М = — — —— (7)

В С где М вЂ” количество исходной питательной среды;

G — количество биомассы в AepS ментере;

46 — содержание сахара в условной мелассе;

 — Выход дрожжей из услоВИОЙ мелассы;

С вЂ” содержание сахара в исходной мелассе.

Сравнивая расчетное значение необходимого количества раствора мелассы с заданием регулятора 22, вычислительное устройство 24 выдает корректирующий сигнал на изменение задания в случае несоответствия заданного значения расхода мелассы необхо. димому. Тем самым достигается максимальная эффективность использования питательных веществ мелассы при определенном текущем значении концентрации биомассы в ферментере, Для каждого заданного значения температуры культуральной жидкости в ферментере 1 задается соответствующий расход охлаждающей воды. Вычислив Q < пропорциональное тепловому потоку (сигнал от датчика 16), Величина удельного тепловыделения задается заранее и хранится в памяти вычислительного устройства.

Определив количество биомассы в ферментере, вычислительное устройство определяет необходимое количество питательной среды по уравнению

5 1366530 вычислительное устройство 24 опреде— ляет необходимое количество воды для отвода тепла по уравнению уравнениям и выдаст корректирующий сигнал на программное устройство 25, которое увеличит или уменшит время истечения соответствующих растворов

G = †- - ††††вЂ, (8) питательных солеи через исполнительЛ и (8) 5 юы = C Я t )

5 kь п и ные механизмы 26 из дозаторов 27, где G — расход воды на охлаждеьоды обеспечивая тем самым нормальные финие; зиологические условия выращивания микроорганизмов.

Таким образом, данная система автоматического управления процессом выращивания микроорганизмов учитывает по сравнению с известным большинство внешних и внутренних возмущений, компенсирует их соответствующими корректирующими воздействиями, что повьппает точность управления.

Формула изобретения

ВЖИПИ Заказ 6773/24 ТиРаж 520 Подписное

Прэизв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

t — температура воды на выходе из рубашки 5 (сигнал от датчика температуры 14), — температура воды на вхо1 де в рубашку 5 (сигнал от датчика температуры 13};

С, „ — удельная теплоемкость и плотность воды, значения которых задаются заранее и хранятся в памяти вычислительного устройства 24.

Если, расчетное значение расхода охлаждающей воды отличается от заданного, то вычислительное устройство в соответствии с вычисленной разностью выдает корректирующий сигнал на эадатчик регулятора 3 температуры.

Так как в соответствии с технологическим регламентом задание регулятора 3 температуры культуральной среды может быть изменено, что повлечет за со" îé изменение температуры отработанного воздуха, то возникнет необходимость при том же значении количества тепла, внесенного в ферментер с воздухом и ушедшего с отработанным воздухом, скорректировать задание на расход воздуха, поступающего на аэрацию. Вычислительное устройство по уравнению (1) рассчитает новое. значение расхода воздуха, поступающего в ферментер, и скорректирует задание регулятора 19 расхода воздухар

Так как количество биомассы в каждый момент времени вычислительное устройство рассчитывает в соответствии с уравнением (б) и это значение может отличаться от ожидаемого, то вычислительное устройство пересчитает необходимое количество растворов питательных солей по соответствующим

Система автоматического управления процессом выращивания микроорганизмов, содержащая контуры регули25 рования температуры в ферментере, пеногашения, подачи воздуха, рН, подачи питательной среды н солей, датчики температуры, установленные на входе и выходе теплообменника, и

З0 датчик расхода питательной среды, отличающаяся тем, что, с целью повьппения точности, она снабжена датчиком теплового потока, датчиками температуры, влажности и расхода поступающего воздуха, датчиком температуры мелассы и соеци35 ненными между собой программным и вычислительным устройствами, при этом вход последнего подключен к датчикам температуры, установленным на входе и выходе теплообменника, датчикам теплового потока, температуры, влажности и расхода воздуха, температуры и расхода питательной

45 среды а выход — к регуляторам контуЭ ров регулирования подачи питательной среды, воздуха и температуры в ферментере, причем программное устройство связано с исполнительными ме50 ханизмами контуров подачи питательной среды и солей.