Способ автоматического управления многостадийным процессом брожения

 

Изобретение относится к спиртовой промышленности и может быть использовано для автоматического управления процессом биосинтеза этилового спирта из крахмалистого сырья. С целью повышения точности регулирования концетрации питательного субстрата в дображивающем ферментере измеряют скорость потребления буферного агента микроорганизмами, скорость выделения углекислого газа из ферментера, определяют концетрацию питательного субстрата в дображивающем ферментере по данным измерениям, а регулирование разбавлением культуральной среды в дображивающем ферментере и возвратом биомассы в головной ферментер осуществляют таким образом, чтобы концетрация питательного субстрата в отводимой культуральной среде соответствовала заданному значению концетрации питательного субстрата в отводимой культуральной среде из дображивающего ферментера. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК ()9) (П) (5)) 4 С 12 (;(3/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4) 75851/31-13 (22) 06.0),87 (46) 15.05.89. Бюл. 9 18 (71) Каунасский политехнический институт им,Антанаса Снечкуса (72) М,З.Милашаускас, Ю-К.Ю.Станишкис, P.Þ.Ñèìóòèñ и Г.И.Гваздайтис (53) 663.) (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

9 1149230, кл. С 12 ((3/00, ) 983. (54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ МНОГОСТАД)П)НЫ1 ПРОЦЕССОМ БРОЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к спиртовой промьппленности и может быть использовано для автоматического управления процессом биосинтеза этилового спирта из крахмалистого сырья, С целью повышения точности регулирования

Изобретение относится к спиртовой промьппленности и может быть использовано для автоматического управления процессом биосинтеза этанола из крахмалистого сырья, Цель изобретения — повышение точности регулирования концентрации питательного субстрата в дображивающем ферментере.

Способ автоматического управления многостадийным процессом брожения за- . ключается в следующем, В непрерывных процессах спиртового брожения важно, чтобы подаваемый питательный субстрат расходовался . экономично, т,е, в отводимой культу ральной среде концентрация питательконцентрации питательного субстрата в дображивающем ферментере измеряют скорость потребления буферного агента микроорганизмами, скорость выделения углекислого газа из ферментера, определяют концентрацию питательного субстрата в дображивающем ферментере по данный измерениям, а регулирование разбавлением культуральной среды в дображивающем ферментере и возвратом биомассы в головной ферментер осуществляют таким образом, чтобы концентрация питательного субстрата в отводимой культуральной среде соответствовала заданному значению концентрации питательного субстрата в отводи- а мой культуральной среде из дображие вающего ферментера. 1 ил.

,ного субстрата должна иметь малые значения (порядка 0,5-1,0 гс/л).

Технологическая схема непрерывной ферментации спирта состоит из головно. го ферментера, в который непрерывно подается питательный субстрат и синтез этанола производится в аэробных условиях, и дображивающего ферменте;

Рар в который непрерывно подается культуральная среда из головного ферментера и дображивание культуральной среды осуществляется в анаэробных условиях. По данной технологической схеме также осуществляется возврат биомассы из дображивающего ферментера в головной ферментер непрерывная ферментация этанола производится при

1479518 постоянных скоростях разбавления питательного субстрата в головной ферментер, культуральной среды в дображивающий ферментер и скорости час5 тичного возврата биомассы ив дображивающего ферментера в головной фермен тер.

Однако начальная концентрация пи

:тательного субстрата может меняться во времени в зависимости от используемого начального сырья для приготовления питательного субстрата, тем самым имеет место изменение концентрации питательного субстрата в головном и дображивающем ферментерах, Так как концентрация питательного субстрата в .отводимой культуральной дреде опре деляется процессом дображивания управление непрерывным процессом броже-2п ния осуществляют следующим образом.

Скорость выделения углекислого га- за из ферментера пропорциональна скорости роста микроорганизмов, концентрации микроорганизмов и скорости 25 синтеза этилового спирта согласно уравнению к р х + к х + к4 х (1)

coi где г — скорость выделения углесо кислого газа из ферментера>

111 — удельная скорость роста микроорганизмов; — удельная скорость выделения этиловorо спирта 35

Х вЂ” концентрация микроорганиз1 мов в ферментере;

К„, К, К47 коэффициенты пропорцио-. нальности, Скорость потребления буферного 40 агента микроорганизмами пропорциональна скорости роста микроорганизмов согласно уравнению йн ь (2) где r — скорость потребления буферин ного агента микроорганизмами;

К - коэффициент пропорциональности а скорость выделения этилового спирта непосредственно связана с ростом микроорганизмов

«7 = К, ц, (3) где К - коэффициент пропорциональУ ности, 55

Преобразовав уравнения (1)-(3),получают уравнение (4) для определения значения удельной скорости роста микроорганизмов

Р=

Г НН со 1 ИН (4) ° К = — — коэффициК

К

К +Кд+К

Кэ где!

Ка чертеже изображена система, реализующая способ автоматического управления многостадийным процессом брожения, Система состоит из головного ферментера 1, дображивающего ферментера 2, контура регулирования подачей питательного субстрата, включающего датчик 3 расхода питательного субстрата, связанный через регулятор 4 расхода питательного субстрата с исполнительным механизмом 5, установленным на линии подачи питательного суб1 с трата, контура - регулирования подачей воздуха на аэрацию, включа|ощего датчик б расхода воздуха, связанный через регулятор 7 расхода воздуха с исполнительным механизмом 8, установленным иа линии подачи воздуха на аэрацию, контура регулирования рК культуральной среды в дображивающем ферментере 2, включающего датчик 9 рК к уль гураль ной среды, св я занный ч ерез регулятор 10 рН культуральной среды с исполнительным механизмом 11, установленным на линии подачи буферного агента, контура регулирования скорости разбавления культуральной среды в дображивающий ферментер 2 и скорости возврата биомассы в головной ферментер 1, включающего датчик 12 скорости потребления буферного енты пропорциональности.

Так как удельная скорость роста ,микроорганизмов имеет однозначную функциональную зависимость по отношению к питательному субстрату для конкретных микроорганизмов, по определенному значению удельной скорости роста микроорганизмов определяется концентрация питательного субстрата в дображивающем ферментере,,сравнивается с минимальным заданным значением концентрации питательного субстрата в нем, а регулирование концентрацией питательного субстрата в дображивающем ферментере производится путем изменения скорости разбавления культуральной среды, подаваемой в дображивающий ферментер, и путем изменения скорости возврата био-. массы в головной ферментер.

1479518

35

55 агента микроорганизмами, датчик 13 скорости выделения углекислого газа

I I из ферментера, блок 14 определения удельной скорости роста микроорганиз- мов, блок 15 определения текущего значения концентрации питательного субстрата, связанные через регулятор 16 концентрации питательного субстрата с исполнительным механизмом 17, установленным на линии подачи культураль— ной среды в дображивающий ферментер 2 и исполнительным механизмом 18, установленным на линии возврата биомассы из отстойника 19, Система работает следующим образом.

Сигнал от датчика 3 расхода питательного субстрата подается на pery" лятор 4 расхода питательного субст рата, который сравнивает заданное значение расхода питательного субстрата с текущим и формирует сигнал для исполнительного механизма 5 изЭ меняющего подачу питательного субстрата в головной ферментер 1, Сигнал от датчика 6 расхода воздуха подается на регулятор 7 расхода воздуха, который сравнивает заданное значение расхода воздуха с текущим и формирует сигнал для исполнительного механизма 8, установленного на линии подачи воздуха в головной ферментер 1. Сигнал от датчика 9 рК культуральной среды подается на регулятор 10 рН культуральной среды в дображивающем ферментере 2, который сравнивает saданное значение рН культуральной среды в дображивающем ферментере с текущим и формирует сигнал для исполнительного механизма 11, установленного на линии подачи буферного агента.

Сигналы от датчика 12 скорости потребления буферного агента микроорганизмами и от датчика 13 скорости выделения углекислого газа из дображивающего ферментера 2 подаются на блок 14 определения удельной скорости роста микроорганизмов, сигнал которого подается на блок 1 5 определения текущего значения концентрации питательного субстрата. Сигнал от блока 15 подается на регулятор 16 концентрации питательного субстрата. Сигнал . от блока 15 подается на регулятор 16 концентрации питательного субстрата, в котором текущее значение концентрации питательного субстрата в дб,браживающем ферментере 2 сравнивается с заданным минимальным значением и формируется сигнал для исполнительного механизма 17, который меняет расход культуральной среды в дображивающий ферментер 2 таким образом, чтобы поддержать заданное минимальное значение концентрации питательного субстрата в отводимой культуральной среде, т,е, при наличии разницы (8 — $ ), где S " текущее значение концентрации питательного субстрата в отводимой культуральной среде

S „- заданное значение концентрации зоу. питательного субстрата в отводимой культуральной среде, разбавление культуральной среды уменьшается путем изменения расхода кулътуральной среды в дображивающий ферментер 2, Тот же сигнал регулятора 16 концентрации питательного субстрата подается на исполнительный механизм 18, меняющий скорость возврата биомассы в головной ферментер 1 по отношению к изменению значения начальной концентрации питательного субстрата, подаваемого в головной ферментер 1, т,е. при увеличении концентрации питательного субстрата скорость возврата биомассы увеличивается, а при уменьшении уменьшается, I

Данный способ позволяет повысить точность поддержания концентрации питательного субстрата в дображивающем ферментере в среднем на 0,24 гс/л, Формула изобре тения

Способ автоматического управления многостадийным процессом брожения, предусматривающий регулирование подачи субстрата и расхода аэрирующего воздуха на первой стадии процесса брожения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности регулирования концентрации питательного субстрата в дображивающем ферментере, осуществляют подачу буферного агента на вторую стадию процесса брожения, измеряют его расход и расход выходящего углекислого газа на этой стадии определяют удельную ско-. рость ростамикроорганиэмов по изме- ренным параметрам, устанавливают текущее значение концентрации питатель" ного субстрата по величине удельной скорости роста микроорганизмов, сравнивают текущее значение концентрации 1479518

Составитель Г,Богачева

Редактор М.Недолуженко Техред Л.Сердюкова Корректор М,Васильева

Заказ 2505/26 Тираж 501 Подписное

BHK6IH Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.Óæãîðîä, ул. Гагарина,301 питательного субстрата с заданным значением и осуществляют регулирование концентрации питательного субстрата в отводимой культуральной среде в зависимости от результата сравнения путем одновременного изменения расхода возвращаемой биомассы íà первую стадию процесса брожения и подачи культуральной среды на вторую стадию процесса брожения.