Устройство для дозирования жидкости в биокультиватор

 

Изобретение относится к системам автоматического дозирооания жидкости по графику функциональной зависимости от времени и может быть использовано в химической , микробиологической и пищевой промышленности, в частности в дрожжевом производстве при подаче жидких компонен2 тов питательной среды в дрожжерастильные аппараты. Цель изобретения состоит в повышении эффективности работы биокультиоатора за счет обеспечения оперативного изменения программы дозирования. Для этого в устройство управления введены мембранный клапан 16, профилированное тело 37, две заполненные жидкостью U-образные трубки, которые снабжены пьезометрическими трубками 13 и 27 соответственно, установленными в их расширенных коленах 12 и 34. Дополнительная пьезометрическая трубка 36 установлена в биокультиватор 10, причем в расширенное колено 34 U-образной трубки 28 помещено профилированное тело 37, а другое колено 33 сообщено с пьезометрической трубкой 36. Дозатор 1 жидкости выполнен в виде корпуса, разделенного на мерную 3 и управляющую 2 камеры мембраной 4, на которой Sef fe

„„ Ф ф

СОГОЗ COB!: r!.КИХ со! илпис1иче ских

Рr:СПУБЛИК (5r)5 G 01 F 13/00

ГОСУДАЕ С! ОЕЫ !Ый КОМИ ГЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР!, ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

° а

° Ю

I numv

У (21) 4757357/1О (22) 09.11.89 (46) 07.01.92. Бюл. N. 1 (71) Воронежский технологический институт (72) Н. Ф. Семенов, IO. И, Шишацкий, С, В. Востриков и M. А. Протопопов (53) 66.028(088.8) (56) Новацкая С, С.. Шишацкий IO. И. Справочник по производству хлебопекарных дрожжей, — М.: Пищевая промышленность, 1980, с. 323. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДОЗИРОВАНИЯ

ЖИДКОСТИ В БИОКУЛЬТИВАТОР (57) Изобретение относится к системам автоматического дозирооания жидкости по графику функциональной зависимости от времени и может быть использовано в химической, микробиологической и пищевой промь!шленности, в частности в дрожжевом производстве при подаче жидких компонен с j

SU 1703980 А1 тов питательной среды в дрожжерастильные аппараты. Цель изобретения состоит в повышении эффективности работы биокультиватора эа счет обеспечения оперативного изменения программы доэирования. Для этого в устройство управления введены мембранный клапан 16, профилированное тело 37, две заполненные жидкостью U-образные трубки, которые снабжены пьеэометрическими трубками 13 и 27 соответственно, установленными в их расширенных коленах 12 и 34, Дополнительная пьеэометрическая трубка 36 установлена в биокультиватор 10, причем в расширенное колено 34 U-образной трубки 28 помещено профилированное тело 37, а другое колено

33 сообщено с пьезометрической трубкой 3

36. Дозатор 1 жидкости выполнен в виде корпуса, разделенного на мерную 3 и управляющую 2 камеры мембраной 4, на которой

1703980 размеще««эопорны 1 орган 5 клопа>«а, а его сед»о уст 3«IQBII«.llo на вход««ом патрубке (ц«туцере) 6, Мер««а;1 ка«1ера 3 доватора 1 жидкое гl«сооб це««а с узким коленом 0-образной труб«ч1, а уг«равлч«ощал камера 2 — со штуцеИзобретение относится к системам автo«ат«1«еского доэирования жщ«костей по . рафику функциональной заоиси«лости от времени и может быть использовано в химичесго«1, микробиологической и пищевой

««роиыш пенности, в частност и о дрожжевом

l;роиэ««одстое при пода lc жидких ко лпоI«el« «oB питательной среды о дрожжерас«иль««ые аппараты.

Цель изобрсте««ил — повышение эффект «1сч«ости эа счет обеспечения оперативного

Ilail.leI «сl«ил программы дозирова««ия.

Иа чертеже представлено устройство для доэирооания жидкости о биокультива èP.

Устройство состоит иэ мембранного дозатора 1 жидкости, оь«полйе1«ного в видЕ двух камер. Верхняя — упраоллющая 2.и

I«.IêIII«ë мернал 3 камеры,-разделены 1лежду е бо«1 мембраной 4 с жестки л центром 5.

Уер««ал камера 3 оснащена штуцером 6 длл подвода дозируемой жидкости из магис«рального трубопровода 7. Торец 8 штуцера 6, расположенный внутри камеры 3, является седлом клапана, а нижняя прокладка жесткого центра 5 — запорным opraI«os клапана. R днище 1лерной камеры 3

1««.«сетсп oт оерстие 9 длл истеченил дозируемой жидкости в биокультиватор 10 и штуl ° р 11 длл присоединенил второй

U-oát àçíîé трубки 12 с пьоэа1летри «еской трубкой 13 внутри, (Управллющал камера 2 доэатора 1 жидI;oci 1 оснащена штуцером 14 для присоедине««пл пнеомопрооодз 15 от «neMGpal«1«oro клапа««а 16. Кроме того, имеется винт 17 для руч««ого управления притоком доэируемой жидкости, Ыембран««ь«й клапан 16 состоит иэ двух карпуcl«} lx эла«лентов, образующих пнеомокамеры (воздушные полости) 18 и 19, разде"снные мембраной 20 с жестким центром

21. П««евмокамеры 18 и 19 оснаще««ы штуцера«1И 22 и 23 для соединения их

1«««ео«1опровода1ли 15 и 24 соотоетстоенно и с пьеэоматрпческой трубкой 13 и с управляющей камерой 2 дозатора 1 жидкости, а та >Ke штуцепом 25 для соеди««е««ия пнеомоп рооодом 26 с пьезометрической трубкой

27 расширенного колена первой U-образром 22 мембранного клапана 16. Пьеэометрическая трубка 27 U-образной трубки 28 сообщена с соплооой полостью 18 мембранного клапана 16, а его управляющая камера

19 -- с пьезометрической трубкой 13. 1 ил. ной трубки 28. Штуцеры 22, 23 и 25 служат также для соединения с пневмоправодами

29-31 давления питания, В пневмокамере

18 закреплено сопло 32.

5 Первая U-образная трубка 28 выполнена о виде двух сообщающихся между собой колен, колена 33 меньшего диаметра и расширенного колена 34 большего диаметра, Колено 33 ленъшего диаметра соедине10 на п1«евмопрооодом 35 с дополнительной пьезометрической трубкой 36, установленной о биокультиваторе 10, В колене 34 большего диаметра размещается вставка 37, имеющая форму тела точения криволиней15 ного профиля. Вторая 0-образная трубка 12 и колено 34 большего диаметра оснащаются измерительными шкалами 38 и 39 соответственно. Мер«ая камера 3 доэатора 1 жидкости соединена в верхней Насти с второй

20 U-образной трубкой 12 горизонтальной трубкой 40 для выхода воздуха во вторую

U-образную трубку 12.

Работа устройства для дозирования жидкости в биокультиватор предусматрива25 ет два возможных этапа в работе биокультиватора.

Первый этап характеризуется отсутствием в биокультиваторе 10 культуральной среды. При этом возможность притока в не30 ro компонентов питательной среды исключается благодаря соблюдению следующих условий:

yII« "жп > y<.у «тп.у.о

35 и

Рпитэ Fs4 > Panic где 1(к и уп.у — плотность жидкости соответственно в 1лембраннам дозаторе 1 жидкости и в первой U-образной трубке 28; тжо 1 hp,)«p — начальнаЯ глУбина погРУже««ия пьеэометричес«1их трубок 13 и 27 со45 ответственно в доэаторе 1 и в первой

U- образной трубке 28;

Р««итз давление питания в пнеомосистеме 15 и в управляющей камере 2;

PIK — давление дозируемой жидкости на

50 клапан доэаторд 1 жидкости;

1703980

Гэф — эффективная площадь мембраны

4 дозаторэ 1 жидкости;

Fc — площадь седла 8 клапана дозатора

1 жидкости.

В этом случае усилие пневматического давления в правой пневмокэмере 19 Рпр мембранного клапана 16, определяемое выражением Pnp= y h p, будет превышать усилие пневмьтического давления в его левой пневмокамере 19 Рл, определяемое как

Pï ) п.у. hn.yp Поэтому прогнувшаяся мембрана 20 своим жестким центром 21 (запорным органом клапана) перекрывает сопло

32 в мембранном клапане, исключая тем самым истечение воздуха через пьезометрическую трубку 27 первой 0-образной трубки 28. Мембрана 4 доэатора 1 своим клапаном под воздействием давления воздуха с усилием, равным

Nn= Рпи з "эф > Рж Fc перекроет доступ жидкости в мерную камеру 3.

Второй этап работы устройства определяется началом поступления в биокультиватор 10 засевной или маточной культуры.

Изменение уровня жидкости в биокультиваторе 10 посредством дополнительной пьезометрической трубки 36 преобразуется в пневматическое давление (при продувке воздуха или инертного газа через эту пьезометрическую трубку). понижающее уровень жидкости в колене 33 меньшего диаметра первой U-образной трубки. Одновременно с этим повышается уровень жидкости в колене 34 большего диаметра, вследствие чего увеличивается пневматическое давление в левой пневмокамере 18 мембранного клапана 16.

Благодаря криволинейному профилю вставки 37 в колене 34 большего диаметра изменение уровня жидкости hn.y. происходит пропорционально квадратному корню из величины перепада давления. Под воздействием пневматического давления в левой пневмокамере 18, ставшим большим по величине. чем пневмодавление в правой камере 19, мембрана 20 прогнется в сторону меньшего давления и обеспечит возмож-. ность через сопло 32 и пьезометрическую трубку 27 первой U-образной трубки 28 сбросить давление иэ управляющей камеры

2 дозатора 1 жидкости до величины, равной величине гидростатического давления над пьезометрической трубкой 27 в первой Uобразной трубке. При этом конструктивно обеспечиваемая зависимость

Рж Fc > л.y, hn y 1 эф + G позволит приоткрыться запорному орлеану 5 в доэаторе 1 жидкости. Здесь G — усилие от воздействия масс деталей мембраны 4.

Жидкость начинает поступать в лерную

5 камеру 3 и вытекать иэ нее в биокультивэтор

10 через отверстие 9. При этом уровень жидкости над отверстием 9 истечения поднимается до отметки h t и устанавливается равенство уж hx =улy hn у1, поскольку

10 такие элементы как сопло 32 и мембрана 20 в мембранном клапане 16, а также седло 8 клапана и мембрана 4 в доэаторе 1 жидкости обеспечивают функции пропорциональ15 ных регуляторов давления.

При дальнейшем увеличении уровня жидкости в биокультиваторе 10 приток дозируемой жидкости возрастает.

Приток любого компонента питательной среды определяется из математической зависимости

0= af 2gh, где 0 — обьемный расход жидкости, вытекающей из отверстия истечения; а — коэффициент расхода;

f — площадь отверстия истечения:

9 — ускорение силы тяжести и находится в квадратичной зависимости от уровня жидкости над отверстием истечения.

Постоянное увеличение притока продиктовано математическим выражением закона развития микроорганизмов X>-Xsl, так как важнейшим условием при непрерывном и полунепрерывном культивировании микроорганизмов является соответствие скорости их роста и скорости разбавления среды культивирования О, т.е.,и О, в свою

V — Vo

40 очередь D—

Ч где Х вЂ” концентрация биомассы в биокультиваторе;

Хо- начальная концентрация биомассы;

45 I — основание натурального логарифма; р- удельная скорость роста;

Π— скорость разбавления среды;

Ч вЂ” обьем культуральной среды в биокультиваторе;

50 Vp — начальный обьем кУльтУРальной среды в биокультиваторе, Таким образом, биокультиватор 10 совместно с первой U-образной трубкой 28 и мембранным клапаном 16 выполняют функцию программного устройства и управляют расходными характеристиками мембранного дозатора 1 жидкости в устройстве для доэирования жидкости в биокультиваторе (в соответствии с требованиями закона развития микроорганизмов).

1703980

Составитель Н.Семеноо

Техред M,Ìîðãåíòàë Корректор Т,Колб

Редактор H.Õèì÷óê

Заказ 55 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101

Необход»мость функционального преобразования до требуемого ««о«липального значения величины пневматического даоления, управляющего расходными характеристиками дозатора жидкости в зависимости от постоянно меняющегося объема и уровня культуральной среды в биокультиваторе и определяемого из совместного решения уравнений для расчета 0 « Х1, реализуется конструкцией первой U-образной трубки 28 посредством вставки 37, имеющей форму тела точения криволинейного профиля и пьезометрической трубки 27, размещенной в колене 34 большего диаметра, а также

«1ембрайныл1 клапа««ом 16, Поскольку в процессе оыращивания дрожжей о биокультиоаторе нужно подагать целый ряд компонентов питательной среды, каждая жидкость подается своей

c«IcToMoA автоматического доэирования.

Количество пьеэометрических трубок, введе«««гых о колено 34 большего диал1етра, соо1оетстоует числу ко«лпо««ентоо питатель««ой среды.

При продувке воздуха через пьезометрическую трубку 27 пневматическое давле«н«е преобразуется о сигнал, в соответствии с которыл«объемы вытекающих иэ доэатора

1 жидкости в биокультиватор в единицу врел1ени жидких компонентов, находящихся в зависимости от 1идростатического давления жидкости в мерной камере 3 над отверстием 9 истече««ия, равнозначны тем обьемным расходам, которые соответствуют основополагающему требованию математического выражения закона развития популяции микроорганизмов.

При использовании устройства для дозирования жидкости о биокультиватор имеется возможность также оперативного изменения программы притока компонентов питательной среды в зависимости от

1ехнологических показателей работы биокультиватора путем ручного управления (измене««ием глубины погружения пьезометрической трубки 27),Такое управление

nerKo реализуется о автоматическое путем

45 окл«очения и контроль и упрасле«п1е тех ологичесхи«л «1роцессом электроннооич «с; итель««ой л ашины, Такил1 обраэол1, предлагаемое устройство для дозирооа««ия жидкости в биокульт»оатор обеспечивает приток компоне««тоо питательной среды о соответствии с математическим оыражением закона развития микроорганиэ«лов, дает воэможность оперативного изменения программы доэирования при возможных отклонениях в технологических показателях работы аппарата, обеспечивает увеличение выхода и сьема дрожжей.

Формула изобретения

Устройство для дозирования жидкости в биокультиоатор, содержащее дозатор, мерная камера которого сообщена входным патрубком через клапан с входной магистралью, а выходным — с биокультиватором, и уэелуправления, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности эа счет обеспечения оперативного изменения программы доэирования. в узел управления введены мембранный клапан, профилнрованное тело, дое заполненные жидкостью

U-образные трубки, каждая из которых выполнена с расширенным коленом с пьезометрической трубкой, и дополнительная пьеэометрическая трубка, установленная в биокультиоаторе, причем в расширенном колене первой О-образной трубки размещено профилированное тело, а ее другое колено сообщено с.дополнительной пьеэометрической трубкой, дозатор выполнен в виде корпуса, разделенного на мерную и управляющую камеры мембраной, на которой расположен эапорный орган клапана, а

его седло установлено на входном патрубке, при этом мерная камера дозатора сообщена с узким коленом второй U-образной трубки, а управляющая камера — с соплом мембранного клапана, пьезометрическая трубка первой U-образной трубки сообщена с сопловой полостью мембранного клапана, а его управляющая полость — с пьезометричесхой трубкой второй О-образной трубки.