Устройство для автоматического управления процессом непрерывного выращивания микроорганизмов

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССС НЕПРЕРЫВНОГО ВЫРАЩИВАНИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ, содержащее контур стабилизации уровня в аппарате , контур регулирования расхода питательного субстрата и контур регулирования времени пребывания биомассы в аппарате, состоящий из 4:(атчика концентрации суспензии, исполнительного механизма, запорного вентиля и вычислительного устройства, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью поилшения качества биомассы на выходе, оно дополнительно снабжено датчиком концентрации питательного субстрата, датчиксиии плотности раствора питательного субстрата и суспензии и сравнивающим устройством с задатчиксм, при этом датчик концентрации питательного субсртата и датчики плотности раствора питательного субстрата и суспензии посредством операционных усилителей соединены с входом вычислительного s устройства, выход которого соединен (П со сравнивающим устройством с задатчиком . с

СОЮЗ COBETCHHX

0 °

РЕСПУБЛИК ((% (1}) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

0((ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К ARTOPCklOMV СВИДфТОЪСТВУ

3(Ю А 01 С 3 02 (21) 2914228/30-15 (22) 14.04.80 (46) 30.05.83. Бюл. В 20 (72) N.È.Ñåâåðíåâ, В.О.Черньааев, Е.Т.Ткаченко, В.Н.Савиных,В.В.Иайонов, В ° A,Ãðèèü и В.И.Прищепчик (71) Центральный научно-исследовательский институт механизации и электрификации сельского хозяйства Нечерноземной зоны СССР (53) 663.63(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

В 167690, кл. С 12 К 1/10, 1969. (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ НЕПРЕРЫВНОГО

ВЫРАЩИВАНИЯ ИИЕРООРГАНИЗИОВ, содержащее контур стабилизации уровня в анпарате, контур регулирования расхода питательного субстрата и контур регулирования времени пребывания биомассы в аппарате, состоящий из датчика концентрации суспензии, исполнительного механизма, запорного вентиля и вычислительного устройства, о т л и ч аю щ е е.с я тем, что, с целью повышения качества биомассы на выход, оио дополнительно снабжено датчиком концентрации питательного субстрата, датчиками плотности раствора питательного субстрата и суспензии н сравнивающим устройством с задатчиком, при этом датчик концентрации питательного субсртата и датчики плотности раствора питательного субстрата и суспензии посредством операционных усилителей соединены с входом вычислительного устройства, выход которого соединен ,со сравнивающим устройством с эадатчиком.

1020086

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к автоматизации процесса выращивания микроорганизмов, например хлореллы.

Известно устройство для автоматического управления процессом непрерывного выращивания микроорганизмов, содержащее контур стабилизации уровня в аппарате, контур регулирования расхода питательного субстрата и контур регулирования времени пребывания 10 биомассы в аппарате, состоящий из датчика концентрации суспензии, исполнительного механизма, запорного венти % вычислительного устройства $1).

Недостатком известного устройства )5 является невысокое качество биомассы на выходе.

Цель изобретения — повышение качества биомассы на выходе.

Указанная цель достигается тем, что устройство дополнительно снабженодатчиком концентрации питательного субстрата, датчиками плотности раст- . вора питательного субстрата и суспензии и сравнивающим устройством с задатчиком, при этом датчик концентрации питательного субстрата и датчики плотности раствора питательного субстрата и суспензии посредством. операционных усилителей соединены с входом вычислительного устройства, выход которого соединен со сравнивающим устройством с задатчиком..

На фиг.1 представлена технологическая. схема установки с расположением датчиков, на фиг.2 — функциональ- З5 ная схема подключения датчиков, на фиг. 3 — принципиальная схема..

Система автоматического управления процессом непрерывного выращив" íèÿ 4Q микроорганизмов содержит емкость 1 раствора питательного субстрата, датчик 2 концентрации раствора питательного субстрата, радиоактивный датчик

3 плотности раствора питательного 45 субстрата, интегрирующее устройство 4, инвертирующий вход 5 и неинвертирующий вход 6 операционного усилителя 7, трубопровод 8, культиватор О, датчик

10 уровня суспензии хлореллы, интегрирующее устройство 11, датчик 12 концентрации суспензии хлореллы, радиоактивный датчик 13 плотности суспензии хлореллы, сливной патрубок 14, запорное устройство 15, неинвертирующий вход 16 и инвертирующий вход 17 операционного усилителя 18, входы 19 и 20 вычитающего устройства 21, сборник 22 готовой продукции; исполнительный механизм 23, усилитель 24 мощности, устройство 25 сравнения, 60 задатчик 26, исполнительный механизм

27, запорный вентиль 28.

Устройство работает следующим образом.

9

С,Х.

3 о

Зр ток, эквивалентный плотности суспензий хлореллыq ток, эквивалентный плотности соли, входящей в суспензию хлореллы, ток, эквивалентный плотности воды, входящей в суспензии хлореллы, ток, эквивалентный плот. ности клеток хлореллы, входящих в суспензию.

При включении электрического пита- ния в систему автоматического управления датчик 12 регистрирует концентрацию суспензии хлореллы. Ток проводимости суспензии хлореллы зависит от весовых количеств соли и клеток хлореллы в воде. Математически электрический ток, эквивалентный проводимости концентрации суспензии хлореллы можно выразить как сумму двух токов кcx= о кр+ к где Э „ — ток, эквивалентный проводимости концентрации суспензии хлореллы, Зк — ток, эквивалентный проводимости концентрации соли в воде, 3 „ - «ток,эквивалентный проводимости концентрации клеток хлореллы в воде, ц — коэффициент пропорциональности.

Эти токи можно выразить функциональной зависимостью

Зк,.= {к,) < Зкк= (к») „ где Кс - концентрация соли, т.е. весовое количество соли, приходящееся на единицу массы води: { r соли/л воды) или М ;Мб-" 1 где М— масса соли; Иэ — масса води

1<» — концентрация хлореллы, т.е. весовое количество клеток хлореллы, приходящееся на единицу массы воды:(г хлореллы/л воды) или Е М» М s" 1, где

М» — масса хлореллы.

Электрический сигнал от датчика 12 поступает на инвертирующий вход 17 операционного усилителя 18. На неинвертирующий вход 16 того же усилителя

18 поступает сйгнал от радиоактивного датчика 13, ток которого эквивалентен плотности суспензии хлореллы. Матема-. тически ток, эквивалентный плотности, т.е. степени ослабления интенсивности .Р-излучения,суспензии хлореллы, .можно выразить как сумму трех токов Р =Ф(ЗР +Эр + р ) . 1020086, 45

- кебаб.= к.с. ("с

Эти токи можно выразить функциональной зависимостью

9с т (c)i ЗУб =Е(Ь)(.

>,Д= +(y„>, где о — плотность соли, т. е. ве со- 5 яс все количество соли, приходящееся на единицу объегде Ь вЂ” объем соли, р — плотность .воды, т.е. весовое количество воды, приходящееся на единицу объема воды: (г воЛи/

/см воды); — плотность клеток хлореллы, 5

ГХ, т.е. весовое количество клеток, приходящееся на единицу объема клеток хлореллы: (г хлореллы/сь.> хлореллы ) или М g ь „ j, 20 где МХ вЂ” масса клеток хлореллы; L объем клеток хлореллы.

В данном случае плотность суспензии хлореллы рассматривается как трехфазная среда, состоящая из плотности 25 соли, воды и клеток хлореллы. Коэффи» циент ослабления интенсивности р --излучения состоит иэ трех коэффициентов ослабления соли, воды и клеток хлореллы, т.е. эквивалентен весовому З0 количеству суспенэии хлореллы, приходящемуся на единицу объема суспензии хлореллы.

Аналогичным образом в емкости 1, где содержится раствор питательного субстрата, датчик 2 регистрирует концентрацию раствора питательного субстрата, ток проводимости которого зависит от весового количества соли, растворенной в воде, Иатематически электрический ток, эквивалентный концентрации раствора питательного субстрата., т.е. концентрации соли, растворенной в воде, можно выразить функциональйой зависимостью где «J - ток, эквивалентный концентрации раствора питательного субстрата, т.е.концентрации соли, растворенной в воде.

Электрический ток от датчика 2 поступает на инвертйрующий вход 5 55 операционного усилителя 7, на- неинвертирующий вход 6 которого поступа-ет ток, эквивалентный плотности раствора питательного субстрата.

Этот ток зависит от степени ослабления интенсивности мягкого 9 -излучения раствором питательного субстрата. Иатематически ток, эквивалентный плотности раствора питательного суб- 65 страта, можно выразить суммой двух токов

3 =,ОЭу ч.ф «) где р — ток, эквивалентный плотности раствора питательного субстрата.

Эр и 3 в в растворе пи . тательного субстрата выражаются теми. же функциональными зависимостями,что и в суспензии хлореллы.

В связи с тем, что на неинвертирующий вход 16 операционного усилителя 18 поступает электрический сигнал, эквивалентный плотности суспензии хлореллы, а на инвертирующий.вход того we усилителя 18 поступает электрический сигнал, эквивалентный концентрации суспензии хлореллы, то про.исходит переворачивание.его по фазе, т.е ° алгебраическое сложение, в результате чего выходной сигнал усили теля 18 математически можно представить как сумму двух токов

18 g ++ ca=P Рс+

-" р, + Р„)-+Р кс+ к,4 где Ф вЂ” коэффициент пропорциональности, Аналогично можно выразить и выход- ной сигнал операционного усилителя 7 как сумму двух сигналов плотности и концентрации раствора питательного субстрата

Ьб кс Р Р к

Электрический сигнал с выхода усилйтеля 7 поступает на вход 19 вы итающего устройства 21, а выходной сигнал усилителя 18 поступает на вход

20 того же вычитающего устройства 21.

В результате сравнения и вычитания двух электрических сигналов вычитающим устройством 21 получается ток разности где 3<„=%(K„);3< У(я

Соответственно на выходе вычитающего устройства 21 получается электрический сигнал разности, который эквивалентен концентрации клеток хлореллы в воде с учетом веса клеток, приходящегося Йа-единицу объема выращенных клеток хлореллы. Размерность концентрации и плотности клеток хлореллы м,,, у м„ -„

Когда в культиватор 9 заливают раствор питательного субстрата, концентрация .клеток хлореллы незначительна и электрический сигнал разности с

1020086 выхода вычитающего устройства 21 близок к нулю. Следовательно, от эадатчика 26 на сравнивающее устройство

25 поступает электрический сигнал и через усилитель 24 на исполнительные механизмы 23 и 27, заблокированные датчиком 10 уровня суспенэии хлореллы. В результате исполнительные механизмы 23 и 27 удерживают запорное устройство 15 и вентиль 28 в закрытом состоянии. 10

С течением времени в культиваторе

9 под действием освещения, температуры и углекислого газа происходит интенсивное деление клеток хлореллы с выделением кислорода и усвоением уг- 5 лерода клетками хлореллы, в результате чего плотность суспензии хлореллы увеличивается, а концентрация субстрата, входящего в состав суспензия, значительно уменьшается за счет усво- 2О ения из раствора субстрата питатель-. ных веществ клетками хлореллы.

Следовательно, вес единицы объема клеток и общее их количество увеличиваются, а созРевшие клетки опускаются в нижнюю часть культиватора.

Так как электрические сигналы от датчиков 2 и 3, контролирующих раствор питательного субстрата, остаются постоянными, то постоянным остается и выходной сигнал операционного усилителя 7, который поступает на вход

19 сравнивающе-вычитающего устройства

21. В результате сравнения и вычитания двух электрических сигналов получается сигнал разности плотности сус-З5 пензии хлореллы с учетом концентрации соли и хлореллы в воде и плотности раствора питательного субстрата с учетом его концентрации, который поступает на сравнивающее устройство 25.

Когда электрические сигналы от вычитающего устройства 21 и задатчика становятся равными, электрический сигнал с выхода сравнивающего устройства 25 становится равным нулю. Усилитель мощности 24 .обесточивается и исполнительный механизм 23 приходит в действие и открывает запорное устройство

15, в результате чего через сливной патрубок 14 в сборник 22 поступает готовая продукция. При раэ груз ке культиватора от датчика 10 уровня суспензии хлореллы культиватора 9 поступает электрический сигнал на исполнительные механизмы 23 и 27, в результате чего закрывается запорное устройство 15 и открывается запорный вентиль 28. B культиватор 9 поступает новая порция раствора питательного субстрата через трубопровод 8.

Когда уровень раствора в культиваторе 9 достигает своего заданного значения, исполнительный механизм 27

1 закрывает запорное устройство..

Таким образом, происходит непрерывный процесс выращивания хлореллы, автоматическое определение ее степени готовности по концентрации и удельному весу, полное использование раствора питательного субстрата и автоматическая разгрузка и загрузка культиватора 9.

Предлагаемое изобретение позволяет повысить качество биомассы на выходе. 1020086

Составитель Л. Лебедев

Редактор Н. Кеыеля Техред M. Гергель. Корректор Г. Решетник .Заказ 3748/4 Тираж 721 - Подписное

ВНИИПИ Государственного Комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035 Мос Жква, 35, Рауюская наб., д.4/5

Филиал ППП "Патент", r.Óæãîðîä, ул.Проектная, 4