Способ автоматического управления многостадийным процессом брожения в ферментационной батарее

 

Изобретение относится к автоматическому управлению процессами культивирования микроорганизмов и может быть использовано на предприятиях спиртовой промышленности. С целью повышения точности обеспечения заданного значения концентрации остаточных сахаров в отводимой культуральной среде, измеряют скорость выделения углекислого газа из каждого ферментера батареи, определяют количество выделившегося углекислого газа из каждого ферментера ферментационной батареи в процессе брожения, а управление процессом проводят путем включения и выключения исполнительных механизмов, установленных на линиях подачи дрожжей и питательного субстрата в головной ферментер и на линиях подачи культуральной среды в последующие ферментеры батареи в зависимости от общего количества выделившегося углекислого газа в процессе брожения из действующих ферментеров ферментационной батареи. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

1597406 А1 (19) (И) (51)5 С 12 Q 3/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4610552/31-13 (22) 29.11.88 (46) 07.10.90. Бюл. М 37 (71) Каунасский политехнический институт им. А. Снечкуса (72) М.З. Милашаускас, Ю.-К.Ю. Станишкис, Д.Я. Левишаускас, И.-С.В. Буткене и M.M. Манкявичюс (53) 663.1(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1479518, кл. С 12 Q 3/00, 1987. (54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО YIIPABJIEНИЯ МНОГОСТАДИИНЫМ ПРОЦЕССОМ БРОЖЕНИЯ

В ФЕРМЕНТАЦИОННОЙ БАТАРЕЕ (57) Изобретение относится к автоматическому управлению процессами культивирования микроорганизмов и может быть использовано ыа предприятиях спиртовой промьппленности. С целью

Изобретение относится к спиртовой промьпппенности, в частности к процессам биосинтеза этилового спирта.

Цель изобретения — повьппение точности обеспечения заданного значения концентрации остаточных сахаров в отводимой культуральной среде.

Способ автоматического управления многостадийным процессом брожения в ферментационной батарее предусматривает измерение скорости выделения углекислого газа из каждого ферментера батареи, определение количества, выделившегося углекислого газа из каждого ферментера батареи .в процес2 . повьппения точности обеспечения заданного значения концентрации остаточных сахаров в отводимой культуральной среде измеряют скорость выделения углекислого газа из каждого фермснтера батареи, определяют количество выделившегося углекислого газа из каждого ферментера ферментационной батареи в процессе брожения, а управление процессом проводят путем включения и .выключения исполнительных механизмов, установленных на линиях подачи дрожжей и питательного субстрата в головной ферментер и на линиях подачи культуральной среды в последующие ферментеры батареи в зависимости от общего количества выделившегося углекислого газа в процессе брожения из действующих ферментеров ферментационной батареи. 1 ил.

Сл се брожения, общее количество вьделившегося углекислого газа в процессе брожения в ферментационной батарее и объема культуральной среды в каждом ферментере ферментационной батареи, а также регулирование расходов дрожжей и питательного субстрата, подаваемого в головной ферментер. При этом регулирование расходов дрожжей и питательного субстрата в головной

@ерментер и расходов культуральной, среды в последующие ферментеры осуществляют в зависимости от уровня в соответствующем ферментере с коррекцией зависимости от общего количества выделившегося углекислого газа в процес1597406 се брожения из действующих ферментеров ферментационной батареи ..

В предлагаемой технологической схеме многостадийного процесса брожения подачу питательного субстрата и дрожжей осуществляют при соблюдении соотношений расходов питательного субстрата и дрожжей 1:1 и по технологическому регламенту подсоединение следующе- 10

ro ферментера ферментационной батареи происходит согласно заданному программному режиму во времени в зависимости от достижения . заданного значения рабочего объема культуральной среды 15 в предьдущем ферментере ферментацион" ной батареи. Также технологическим регламентом определяют значения коэффициента выхода этилового спирта от использованного субстрата и концент- 20 рации остаточных сахаров в отводимой культуральной среде.

При ведении процесса брожения дли тельное время могут меняться началь)ная концентрация питательного субстра.25 та, подаваемого в головной ферментер, также физиологические свойства дрожжей, следовательно, имеют место откло, нения значений коэффициента выхода этилового спирта от использованного 30 субстрата и концентрации остаточных сахаров в отводимой культуральной среде от регламентных, В анаэробных процессах брожения основным технологическим параметром, ха-35 рактеризующим ход процесса, является скорость вьделения углекислого газа из ферментера, при этом количество синтезированного этилового спирта соответствует определенному количеству 40 вьделившегося углекчслого газа при использованном определенном количестве питательного субстрата (сахаров).

Таким образом, по определению об- 45 щего количества вьделяющегося углекислого газа из всех действующих ферментеров ферментационной батареи управление процессом путем регулирования расходов питательного субстрата и дрожжей, подаваемых в головной ферментер, и расходов культуральной среды в последующие ферментеры ферментационной батареи проводится по заданным значениям количества вьделившегося углекислого газа согласно регламенту вед ения процесса брожения, с учетом количества действующих ферментербв, что позволяет более .эффективно утилизировать питательньа субстрат, что приводит к повышению значения коэффициента выхода этилового спирта от использованного питательного субстрата и понижению концентрации остаточных сахаров в отводимой культуральной среде.

На чертеже изображена система, реализующая способ автоматического управления многостадийным процессом брожения, Система состоит из головного ферментера 1, ферментеров 2 и 3 ферментационной батареи, контура регулирования расходами питательного субстрата, дрожжей и культуральной среды, включающего датчики 4 — 6 скорости вьделения углекислого газа из ферментеров 1 — 3 соответственно, блоки 7 — 9 определения количества выделившегося углекислого газа из ферментеров 1-3 соответственно, блок 10 сравнения, связанный через блок 11 управления с исполнительными механизмами 12 — 14, . установленными на линиях подачи культуральной среды, а также датчиков

15 — 17 объема культуральиой среды в ферментарах 1 — 3 соответственно, связанных через логический блок 18 управления с исполнительным механизмом 19, установленным на линии питательного субстрата, и исполнительным механизмом 20, установленным на линии подачи дрожжей.

Система работает следующим образом.

Сигнал от датчика 4 скорости выделения углекислого газа из головного фепментера 1 поступает на блок 7 определения количества выделившегося углекислого газа из ферментера 1, сигнал которого подается на блок 10 сравнения, в котором происходит сравнение заданного значения количества углекислого газа, выделяющегося из ферментера 1, с текущим значениея количества вьделяющегося углекислого газа из ферментера 1, Когда текущее значение количества вьделившегося углекислого газа из ферментера 1 становится равным заданному значению С „, 4(сигнал от блока 10 сравнения через блок 11 управления подают на исполнительный механизм 12 и культуральная среда подается из ферментера 1 в ферментер 2 ° Сигналы от датчика 15 объема культуральной среды в ферментере 1 и исполнительнительного меха5 15974 низма 12 поступают на логический блок

18 управления, сигнал которого подается на исполнительный механизм 19, установленный на линии подачи пита5 тельного суЬстрата, и на исполнительныи механизм 20, установленный на линии подачи дрожжей.

Сигнал от датчика 15 объема культуральной среды в ферментере 1 дает сиг- 10 нал на логический блок 18 управления при достижении заданного значения объеобъема культуральной среды и, если в данный момент текущее значение вьделившегося углекислого газа иэ ферментерма 1 не соответствует заданному, в тот же момент времени поступает сигнал от исполнительного механизма 12, соответствующий его закрытому состоянию, на логический блок 18 управления, 20 который при одновременном наличии этих двух сигналов формирует сигнал на исполнительные механизмы 19 и 20, которые прекращают подачу питательного субстрата и дрожжей в rоловной фермен- 25 тер 1. !

В момент времени, когда текущее значение вьделившегося углекислого газа из ферментера 1 становится равным заданному, сигнал от блока 10 сравнения через блок 11 управления поступает на исполнительный механизм

12, и культуральная среда подается из ферментера 1 в ферментер 2, а сигнал от исполнительного механизма 12, поступающий на логический блок 18 управления, меняется и соответствует открытому состоянию исполнительного механизма 12 и через исполнительные механизмы 19 и 20 опять начинается пода-, ча питательного субстрата и дрожжей в ферментер 1, так как логический блок

18 управления формирует сигнал для прекращения подачи питательного суб- 15 страта и дрожжей в ферментер 1 с помощью исполнительных механизмов 19 и

20 только при одновременном наличии сигнала достижения рабочего объема культуральной среды (датчик 15) и сиг- 50 нала о закрытом состоянии исполнительного механизма 12. Если один из упомянутых сигналов не соответствует указанным значениям, подача питательного субстрата и дрожжей в ферментер

1 не прекращается.

При наличии культуральной среды в ферментерах 1 и 2 сигналы от датчиков

4 и 5 скорости выделения углекислого

06 6 газа из ферментеров 1 и 2 соответственно подаются на блоки 7 и 8 определения количества вьделившегося углекислого газа из ферментеров 1 и 2 соответственно, сигналы которых подают— ся на блок 10 сравнения, в котором осуществляется их суммирование и сравнение суммарного текущего значения выделившегося количества углекислого газа из ферментеров 1 и 2 с заданным

° Ф значением (. Когда суммарное количество вьделившегося углекислого газа из ферментеров 1 и 2 достигает заданного значения, сигнал ат блока 10 сравнения поступает через блок 11 управления на исполнительный механизм

13, установленный на линии подачи культуральной среды из ферментера 2 в ферментер 3. Сигнал от датчика 16 объема культуральной среды в ферментере 2 и сигнал От исполнительного механизма 13 подаются на логический блс блок 18 управления, который Осуществляет функции управления для ферментера 2, аналогично описанным для ферментера 1.

При наличии культуральной среды в ферментерах 1 — 3 сигналы от датчиков

4 — 6 скорости вьделения углекислоro газа иэ ферментеров 1 — 3 соответственно подаются на блоки 7 — 9 определения количества выделившегося углекислого газа из ферментеров 1 — 3 соответственно, сигналы ко-, opü1х подаются на блок 10 сравнения, в котором осуществляется их суммирование и срачнение суммарного текущего значения выделившегося количества углекислого газа в процессе брожения с заданным значением G согласно технологи9 ческому регламенту. Когда суммарное количество вьделившегося углекислого газа из ферментеров 1 — 3 достигает заданного значения, сигчал от блока

10 сравнения через бло - 11 управления пОступает на исполнительньпI механизм 14, установленный на линии отвода культуральной среды в ферментере

3, и сигнал от исполнительного механизма. 14 подается на логи IBcicIIH блок

18 управления, который осуществляет функции управления для ферментера.3, аналогично описанным для ферментера 1.

Ферментеры 1 — 3 оснащены системами стаЬилизации температуры кул1ьтуральной среды и рН культуральной среды (не показаны), 1597406

° ЙЯВIЯсЛЬ/О 847 j

Составитель Г. Богачева

Техред Л.Олийнык Корректор Л. Бескид

Редактор И. Дербак

Заказ 3033 Тираж 482 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

11 II

Производственно-издательский комбинат Патент, г.ужгород, ул. Гагарина,101

Предлагаемый способ по сравнению с известным позволяет уменьшить концентрацию остаточных сахаров в отводимой культуральной среде В среднем на 1,3 г/л при среднем повышении зна.чения коэффициента выхода этилового спирта от использованного субстрата на 4,6Х.

Формула из обр ет ения

Способ автоматического управления многостадийным процессом брожения в, ферментационной батарее, предусматривающий регулирование расходов дрожжей и питательного субстрата, подаваемых в головной ферментер, и расходов культуральной среды в последующие ферментеры ферментационной батареи и из- 20 мерение скорости выделения углекислого газа из каждого ферментера батареи, отличающийся тем, что, с целью повышения точности обеспечения заданного значения концентрации остаточных сахаров в отводимой культураль- ной среде, определяют количество выделившегося углекислого газа из каждого ферментера,батареи в процессе брожения и общее количество выделившегося углекислого газа в процессе брожения в ферментационной батарее, а также проводят измерение объемов культуральной среды в каждом ферментере ферментационной батареи, при этом регулирование расходов дрожжей и питательного субстрата в головной ферментер и расходов культуральной среды -a последующие ферментеры осуществляют в зависимости от уровня в соответствующем ферментере с коррекцией в зависимости от общего количества выделившегося угле.кислого газа в процессе брожения.