Система автоматического управления концентрацией продукта на выходе колоночного биореактора при синтезе аминокислот
Изобретение относится к химической и микробиологической промышленности, может быть использовано в технологии получения аминокислот химико-энзиматическим способом и позволяет стабилизировать концентрацию получаемого продукта на выходе колоночного биореактора при синтезе аминокислот. Во время работы биокатализатора измеряют PH на входе и на выходе биореактора, сигналы фильтруют и сравнивают в сумматоре в вычислительном блоке. При разности сигналов /ΔРН/ меньше заданной, регулятор, воздействуя на исполнительный механизм, уменьшает скорость подачи субстрата на колоночный биореактор, так чтобы величина ΔРН достигла заданного значения. 1 ил., 1 табл.
СООЭ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИН
ОЛИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
flPN ГКНТ СССР
1 (21) 4392527/28-26 (22) 15.03,88 (46) 23.04.90. Бюл. 11. (71) Научно-производственное объединение "Фермент" и Каунасский политехнический институт им. Антанаса Снечкуса
;(72) С.P .Тумас, P.-И.И.Дагис, Р.IO.Симутис, Ю.-К.10.Станишкис и А.-А.Б.Паулюконис (53) .66.012-52(088.8) (56) pagne Н. Pitcher Design and 0peration of ТшшоЪi1ized Епгуше Reactors. — Adv. Biochem. Eng., 1978, ч. 1-26.
Авторское свидетельство СССР
У 903823, кл. G 05 D 27/00, 1982.
Изобретение относится к биотехнологии, а именно к управлению процессом биокаталитического синтеза амино" кислот, и может быть использовано в технологии получения аминокислот химико-энзиматическпм способом в химической и микробиологической промышленности.
Целью изобретения является стабилизация концентрации получаемого продукта в течение времени работы биокатализатора.
На чертеже представлена структурнаЫ схема системы автоматического
„„SU„„1558453 А1 (51) 5 В 01 .Т 19/00, С 05 П 27/00
2 (54) С11СТГМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИЕЙ ПРОДУКТА НА ВЫХОДЕ
КОЛОНОЧНОГО БИОРЕАКТОРА ПРИ СИНТЕЗЕ
АМИ11ОКИСЛОТ (5?) Изобретение относится к химической и микробиологической промышленности, может быть использовано в технологии получения аминокислот химикоэнзиматическим способом и позволяет стабилизировать концентрацию получаемого продукта на выходе колоночного биореактора при синтезе аминокислот.
Во время работы биокатализатора измеряют рН на входе и на выходе биореактора, сигналы фильтруют и сравнивают в сумматоре в вычислительном блоке.
При разности сигналов (ЛрН) меньше Ж заданной регулятор, воздействуя на ис- ру полнительный механпзм, уменьшает cKO-, рость подачи субстрата на колоночный биореактор так, чтобы величина йрН достпгла заданного значения. 1 пл., 1 табл.
Мий.управления концентрацией продукта на выходе колоночного биореактора.
Система автоматического удравления содержит биореактор 1, датчики рН
2 и 3, рН-метры 4 и 5, фильтры 6 и
7 низкой частоты (ФНЧ), вычислительный блок 8, регулятор рН 9 и исполнительный механизм 10. Биореактор должен работать в узком диапазоне изменения, конечной концентрации продукта. Концентрация продукта в конечной части синтеза, т.е. на выходе био реактора и в конечной его части, выражается формулой
1558453
1 С о ч. дрН;+ С, гдеС =bа;, С„=-Ь a — а Ь, Из формулы (4) подсчитывают коэффициент изменения скорости подачи субстрата К:
v;= К ч;„ (5)
Q H; +С, где К = -" — - - —урн, + С, (4)
50
Система автоматического управления работает следующим образом.
В начале реакции гетерогенного синтеза аминокислот, когда нет изменения активности бнокаталиэатора илн она незначительна, сигналы от патчиp = a, + а,, (1) где а . и а — коэффициенты; р — концентрация продукта, - время контактирования субстрата с биокатали5 затором (время реакции).
Значения коэффициентов а н а, определяют из экспериментальной зависимости накопления продукта от вре- 1О мени реакции в случае работы реактора периодического действия. При постоянной концентрации фермента и скорости подачи субстрата .время реакции в биореакторе непрерывного действия прямо пропорционально как длине биореактора, так и времени контактирования субстрата с биокатализатором.
Зависимость арН от количества образовавшегося продукта выражается фор-2 мулой
4рн =b. + Ь, р, (2) где Ъ и b, — коэффициенты, подсчитанные из зависимости 4рН от р. 25
В течение технологического процесса меняется активность биокаталиэатора, и для достижения заданной кон,центрации продукта необходимо увели-. чить или уменьшить время реакции.
Так как длина биореактора является постоянной, то
v,C, = ... = v C,, = L, (3) где v. — линейная скорость подачи
1 субстрата; — время реакции;
L — длина биореактора; — момент измерения.
Из формул (1)-(3) получают выражение, позволяющее подсчитать скорость подачи субстрата в случае изменения активности биокатализатора: ков рН 2 и 3 через рН-метры 4 и 5 и через ФНЧ 6 и 7 поступают в вычислительный блок 8, который вычисляет разницу сигналов 4рН и коэффициент К.
Сигнал из вычислительного блока 8 поступает в регулятор рН 9, где сравни-! вается с заданным.
Если сигнал не отличается от заданного (К = 1), в исполнительный механизм не поступает управляющий сигнал из регулятора 9 и скорость подачи субстрата не изменяется.
Если активность биокаталиэатора начинает меняться, величина рН изменяется, регулятор 9 формирует сигнал ис полнительному механизму 10, который пропорционально значению К изменяет скорость подачи субстрата, 4рН меняется до заданной величины и на выходе колоночного биореактора концентрация продукта стабилизируется.
Сравнительные данные испытаний приведены в таблице, причем статистика подсчитана из данных за каждые
10 ч.
Время, Концентрация продукта, MM ч в системе
Опыт известной предлагаемой
П р и м е ч а н и е. Среднее квадратное отклоЙенне в известной системе 29,9Е, а в предлагаемой 4,8Х.
Ф о р м у л а изобретения
Система автоматического управления концентрацией продукта на выходе
1 0
2 100
3 200
4 300
5- 400
6 500
7 600
8 700
9 800
10 900
11 1000
12 1100
13, 1200.14 1300
15 1400
16 1500
133
134
134
133
131
128
121
108
101
93
76
68
133
1 34
129
134
116
131
139
139
134
126
132
138
140
Составитель Г.Кротков
Техред A.Êðàâ÷óê Корректор М. Самборская
Редактор И.Дербак
Заказ 794 Тираж 423 Подписное
Р"ИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Производственно-издательский комбинат "Патент", r.Óæãîðoä, ул. Гагарина,101
S 155845 колоночного биореактора при синтезе аминокислот, включающая датчик рН, связанный через регулятор рН с исполнительным механизмом, установленным на линии подачи субстрата, о т л и5 ч ающая с я тем, что, с целью стабилизации концентрации получаемого продукта на выходе биореактора, она дополнительно содержит второй датчик
3 6 рН, два рН-метра, два фильтра низкой частоты и сумматор, нри этом датчики рН соединены через рН-метры с фильтрами низкой частоты, выходы которых подключены к входам сумматора„ выход которого подключен к регулятору рН, управляющему исполнительным механизмом на линии подачи субстрата.
