Способ автоматического управления процессом ферментации

 

Изобретение относится к автоматическому управлению процессами непрерывной ферментации и может быть использовано в микробиологической и медицинской промышленности. Целью изобретения является повышение производительности процесса ферментации. Способ включает измерение рН среды датчиком 2 в ферментере 1 и регулирование регулятором 3 путем изменения подачи субстрата клапаном 4, контроль расхода субстрата датчиком 5, подающим сигнал на блок 6 вычисления задания по расходу титранта, который контролируется датчиком 8, соединенным с регулятором 7 расхода титранта, управляющим клапаном 9 подачи титранта. При этом дополнительно контролируют в процессе ферментации вязкость среды датчиком 10, соединенным с блоком 11 коррекции, воздействующим на блок 6 вычисления задания расхода титранта в сторону уменьшения. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

%. 3 3

7 4

1: М!

g 4 К Ф . . .

1 !:

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСМОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

flQ ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

flPM ГКНТ СССР (21) 4293391/30-13 (22) 03.08.87 (46j 30,08,90. Бюл. N 32 (71) Грозненское на;чно-производственное объединение "Промавтоматика (72) А.А. Мунгиев, M.Ê. Насиров, А.В.Бабаянц, Г.Н. Волынский, И.М, Федоровский и А.С. Нагоркин (53) 663.1 (088.8) (56) Заявка Японии Я - 60-18392, кл. С 12 N 1/00, 1985. (54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ФЕРМЕНТАЦИИ (57) Изобретение относится к автоматическому управлению процессами непрерывной ферментации и может быть ° использовано в микробиологической и медицинской промышленности. Целью

Изобретение относится к автоматическому управлению процессами непрерывной ферментации и может быть использовано в микробиологической и медицинской промышленности.

Цель изобретения — повышение производительности процесса ферментации.

На чертеже приведена схема реализации предлагаемого способа.

В ферментаторе находится датчик

2 величины рН, соединенный с входом регулятора 3, выход которого соединен с клапаном 4 на магистрали подачи питательного субстрата (глюкозы}.

На ней находится также датчик 5 расхода субстрата, выход которого соединен

„„SU„„1588753 А 1 щ)5 С 12 N 1/00, С 12 Q 3/00

2 изобретения является повышение производительности процесса ферментации.

Способ включает измерение рН среды датчиком 2 в ферментаторе 1 и регулирование регулятором 3 путем изменения подачи субстрата клапаном 4, контроль расхода субстрата датчиком 5, подающим сигнал на блок 6 вычисления задания по расходу титранта, который контролируется датчиком S, соединенным с регулятором 7 расхода титранта, управляющим клапаном 9 подачи титранта. При этом дополнительно контролируют в процессе ферментации вязкость среды датчиком 10, соединенным с блоком 11 коррекции, воздействующим на блок 6 вычисления задания расхода титранта в сторону уменьшения.

1 ил. с входом блока 6 вычисления задания рас— хода титранта (щелочи). Регулятор 7 расхода титранта, вход которого соединен с датчиком 8 расхода титранта а выход — с клапаном 9 на линии подачи титранта, имеет вход программиого задания, соединенный с блоком 6. Вязкость среды контролируют датчиком 1О вязкости среды, выход которого соединен с блоком 11 коррекции но расходу титранта, выход которого соединен с блоком 6 вычисления задания °

Способ управления реализуется следующим образом, В ферментаторе 1 происходит потребление микроорганизмами питатель1588753 ных субстратов, сопровождающееся выделением в окружающую среду органи- I ческих кислот. При недостатке питательного субстрата микроорганизмы начинают потреблять органические кислоты с выделением в среду щелочных.продуктов метаболизма. Изменение рН среды воспринимается датчиком 2, преобразунш им его в сигнал, поступающий в регулятор 3, который выдает сигнал на клапан 4 на линии подачи субстрата в ферментатор I. Расход субстрата измеряется датчиком 5, сигнал с которого поступает в блок 6 вы- 15 числения задания на расход титранта и в котором он умножается на коэффициент пропорциональности, определенный заранее для конкретного процесса и ферментатора. Например, для про- 20 цесса биосинтеза пенициллина значение этого коэффициента находится в пределах 0,01-0,05. По информации î расходе титранта, поступающей от датчика 8, и задании „полученном от бло- 25 ка 6, регулятор 7 вырабатывает сигнал на клапан 9 на линии подачи титранта.

Eсли в результате каких-либо возмущений состояние процесса изменяется и потребление субстрата, например, 30 уменьшается., то из-за избытка субстрата.в среде начинают накапливаться кислые продукты, выделяемые в среду . при потреблении субстрата микроорганизмами. Поэтому рН среды уменьшается, и регулятор 3 уменьшает расход субстрата и соответственно уменьшается и расход титранта.

Если потребление субстрата увеличивается, образуется недостаток субст-40 рата и потребляются органические кислоты с выделением в среду щелочных метаболитов. При этом рН среды увеличивается, регулятор 3 увеличивает расход субстрата до тех пор, пока 45 расход субстрата не будет соответствовать новым потребностям культуры, а рН останется на заданном уровне.

Таким образом, всегда поддерживается заданное значение рН среды 50 и расход субстрата, соответствующий потребности культуры.

В результате оптимальных условий ферментации биомасса и вязкость среды могут достигнуть таких значений, что массопередача между различными фазами культуры (газовой, жидкой и твердой) сильно ухудшается и производительность процесса резко снижает ся. Например, при получении пенициллина параметры хода процесса фермен тации заметно ухудшаются при увеличе-, нии концентрации биомассы более 30% по объему. Снижение продуктивности процесса при этом может достигать

30% и более.

Дпя предотвращения этого контролируют вязкость среды датчиком 10 вязкости, который при превышении вязг костью определенного значения выдает сигнал в блок 11, который производит корректировку коэффициента пропорциональности (в сторону уменьшения на определенную заранее заданную величину в блоке 6). Вследствие этого уменьшается задание регулятору

7 и после переходного процесса расход титранта уменьшается. В результате уменьшения расхода титранта рН среды уменьшается и регулятор 3 уменьшает расход субстрата. Соответственно через блок 6 уменьшается расход титранта, причем рН среды еще уменьшается. Но из-за уменьшения расхода субстрата начинают потребляться органические кислоты,что приводит к повышению рН среды. В результате действия этих противоположных процессов система плавно переходит в новое равновесное состояние, при этом рН остается прежним, а расход субстрата и его концентрация в среде уменьшаются. Из-за дефицита субстра- . та биомасса и вязкость среды начина" ют уменьшаться. Когда вязкость станет меньше заранее заданной величины, блок 11 вновь устанавливает в блоке

6 повышенный коэффициент пропорциональности.

Некоторое снижение производительности процесса при этом совершенно незначительно по сравнению с последствиями ухудшения массопередачи в среде при неконтролируемом росте вязкости

Среднее значение повышения производительности при его реализации по предлагаемому способу по сравнению с прототипом составляет I7,6 за счет более точного поддержания концентрации субстрата в среде, Формула изобретения

Способ автоматического управления процессом ферментации, включающий измерение рН среды, расходов субстраTurrrpuwv асно8ание

Составитель В, Сенкевич

Редактор Н, Киштулинец Техред JI.Îëèéïûê Корректор С. Шевкун

Заказ 2515

Тираж 498

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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

5 1588753 6 та и ™трантаэ изменение расхода суб- ют пропорционально расходу субстрастрата в. зависимости от рН среды, та, контролируют вязкость среды и отличающийся тем, что, при достижении ею заданного значес целью повышения производительнос- ния уменьшают расход титранта

5 ти процесса, расход титранта изменя