Система автоматического управления полупериодическим процессом культивирования аэробных микроорганизмов

 

Изобретение относится к управляемому культивированию микроорганизмов и направлено на повышение производительности ферментера по биомассе при полупериодическом процессе культивирования аэробных микроорганизмов. В процессе культивирования стабилизируют температуру и PH культуральной жидкости, а также расход воздуха на аэрацию. Контролируют парциальное давление культуральной жидкости, концентрацию микроорганизмов, объем культуральной жидкости и число оборотов мешалки. При стабилизации расхода воздуха и величине PO<SB POS="POST">2</SB> отношение числа оборотов мешалки к биомассе микроорганизмов характеризует скорость роста микроорганизмов, поэтому подачу питательного субстрата регулируют таким образом, чтобы поддерживать это отношение на максимальном уровне. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (191 (11) (ц) g С 12 0 3/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н A BTOPCHGMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

IlO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ПЕНТ СССР

1 (21) 4393986/30-13 (22) 17.03.88 (46) 15.10.90. Бюл. Р 38 (71) Научно-производственное объединение "Фермент" (72) К.Л. Вилутис, В.А.R.Åóìÿëèñ, Э.В.В.Бащкис и С.Л, Григишкис (53) 663.1(088.8) (S6) Авторское свидетельство СГСР

1"- 1493674, кл. С 12 О 3/00, 1986. (54) ГИСTFYA АВтОМАТИЧБГКОГО УПРАРЛЕНИЯ ПОЛУПЕРИОЛИЧЕСКИМ ПРОЦЕССОМ

КУЛЬТИВИРОВАНИЯ АЭРОБНИХ МИКРООРГАНИЗМОВ (57) Изобретение относится к управляемому культивированию микроорганизмов и направлено на повн ение производительности Аерментера по биоИзобретение относится к автоматическому управлению процессом культивирования микроорганизмов и может быть использовано на предприятиях микробиологической промьппленности, например, при производстве биомассы микроорганизмов, Целью изобретения является повышение производительности ферментера по биомассе в полупериодическом процессе культивирования микроорганизмов, На чертеже изображена блок-схема системы автоматического управления ..полупериодическим процессом культивирования аэробных микроорганизмов, Гистема включает контур стабилизации на заданном уровне величины рН массе при полупериодическом процессе культивирования аэробных микроорганизмов. В процессе культивирования стабилизируют температуру и рН культуральной жидкости, а также расход воздуха на аэрацию. Контролируют парциальное давление культуральной ямдкости, концентрацию микроорганизмов, объем культуральной жидкости и число оборотов мешалки. При стабилизации расхода воздуха и величине рО, отношение числа оборотов мешалки к биомассе микроорганизмов характеризует скорость роста микроорганизмов, поэтому подачу питательного субстрата регулируют таким образом, чтобы поддерживать это отнон|ение на максимальном уровне. 1 ил, с датчиком 1 рН культуральной среды, связанным через регулятор 2 рН с исполнительным механизмом 3, установ- (;© ленчым на линии подачи буферного р„ агента, контур стабилизации .температуры культуральной среды в Аерментере 4, включающий датчик 5 температуры культуральной среды, связанный через регулятор 6 температуры с исполнительным механизмом 7, установленным на линии подачи охлаждающей воды, контчр правления оборотами мешалки

У содержащий электропривод 8 мешалки, вход которого подключен к выходу регулятора 9 оборотов мешалки, а выход связан с датчиком 10 оборотов мешалки, датчик 11 концентрации растворенного кислорода, контур управления подачей пи3

15994 тательного субстрата, включающий датчик 12 расхода питательного субстрата, связанный через регулятор 13 питательного субстрата с исполнительным механизмом 14, установленным на — 5 линии подачи питательного субстрата, при этом вход регулятора 13 питательного субстрата посредством экстремального регулятора 15 связан с выходом блока 16 деления, один из входон которого посредством блока 17 умножения связан с датчиком 18 концентрации микроорганизмов и датчиком 19 объема ,дФрментационной среды в ферментере 4, атчик 20 расхода воздуха, исполнительный механизм 21, установленный на линии подачи воздуха,и регулятор 22 расхода воздуха, соединенный с исполнительным механизмом 21, установленным на линии подачи воздуха, причем датчик 20 расхода воздуха подсоединен к регулятору 2? расхода. воздуха.

Кроме того, датчик 11 растворенного

Кислорода подключен к входу регулятора 9 привода мешалки, а второй вход блока 16 деления сигналов связан с выходом датчика 10 оборогов мешалки„

В процессе культивирования микроорганизмов потребляется кислород, поэтому н процессе биосинтеза в фер- 30 ментер подается воздух.

Если расход воздуха, поступающего на аэрацию, стабилизирован, то концентрация растворенного кислорода на определенном уровне регулируется путем изменения скорости вращения импелятора мешалки. таким образом, скорость вращения мешалки отражает скорость роста биомассы микроорганизмов. 40

Лоэтому данный параметр целесообразно испольэовать для регулирования расхода подпитывающего субстрата таким образом, чтобы концентрация субстрата в ферментационной среде соотнет- 45 ствовала максимальной величине оборотов мешалки на единицу биомассы, или, что то же самое, максимальной скорости роста биомассы. Величина оборотов мешалки на единицу биомассы определя- 50 ется путем деления сигнала датчика оборотов мешалки на общее количество биомассы, определяемое как произведение сигналов датчиков объема ферментационной среды и концентрации микроорганизмов.

Система автоматического управления полупериодическим процессом работает следующим образом„

36 4

В ферментере 4 осуществляется процесс полупериодического культивирования аэробных микроорганизмов. Сигнал с датчика 1 рН культуральной среды поступает на регулятор 2 рН, где сравнивается с заданным. В случае несовпадения сигналов регулятором 2 вырабатывается сигнал управления, поступающий на исполнительный механизм 3, установленный на линии подачи буферного агента. Сигнал от датчика 5 температуры поступает на вход регулятора 6 температуры, который сравнивает сигнал датчика 5 с заданным и воздейстнует на исполнительный механизм 7, установленный на линии подачи охлаждающей воды. Сигнал от датчика 20 расхода воздуха поступает на вход регулятора 22 расхода воздуха. Регулятор

21 сравнивает сигнал датчика 20 с заданным и воздействует на исполнительный механизм 21, установленный на линии подачи воздуха. Сигнал с датчика 11 концентрации растворенного кислорода поступает на вход регулятора 9 оборотон мешалки. Регулятор

9 сравнивает сигнал датчика 11 с заданным и н случае отклонения воздействует на электропривод 8 мешалки.

Сигнал с датчика 10 оборотов мешалки и выходной сигнал блока 17 умножения сигналов, поступающих от датчиков 18 и 19 объема среды в ферментере и концентрации микроорганизмов соответственно, поступают на входы блока 16 деления сигналов, на выходе которого вырабатывается сигнал, пропорциональный оборотам мешалки, деленным на биомассу микроорганизмов в ферментере, т.е. пропорциональный скорости роста микроорганизмов, Выходной сигнал блока 16 деления поступает через оптимизатор 15 на задающии вход регулятора 13 расхода подпитывающего субстрата, на другой вход которого поступает сигнал от датчика

12 расхода подпитывающего субстрата °

В регуляторе 13 эти сигналы сравниваются, и в случае рассогласования на выходе регулятора 13 вырабатывается управляющий сигнал для исполнительного механизма 14, соответствующим образом изменяющего расход, псдпитывающего субстрата и поддерживающего таким образом оптимальную концентрацию субстрата в ферментере.

Экспериментальная проверка данной системы антсматического управления полуперисдическим процессом куль5 15994 тивирования микроорганизмов показала, что система обеспечивает повышение производительности ферментера по биомассе на 16;77.

Формула изобретения

Система автоматического управле-. ния полупериодическим процессом культивирования аэробных микроорганизмов, содержащая контур стабилизации на заданном уровне величины РН, вклю-. чающий датчик РН культуральной среды, связанный через регулятор РН с исполнительным механизмом, установленным на линии подачи буферного агента, контур стабилизации температуры культуральной среды в Аерментере, включающий датчик температуры культураль- 20 ной среды, связанный через регулятор температуры с исполнительным механиз мом, установленным на линии подачи охлаждающей воды, контур управления оборотами мешалки, содержащий элект- 35 ропривод мешалки, вход которого подключен к выходу регулятора оборотов мешалки, а выход связан с датчиком оборотов мешалки, датчик концентрации растворенного кислорода, кон36 6 тур управления подачей питательного субстрата, включающий датчик расхода питательного субстрата, связанный через регулятор питательного субстрата с исполнительным механизмом, установленным на линии подачи питательного субстрата, при этом вход регулятора питательного субстрата посредством экстремального регулятора связан с выходом блока деления, один иэ входов которого посредством блока умножения связан с датчиком концентрации микроорганизмов и датчиком обьема Аерментационной среды в Аерментере, датчик расхода воздуха, исполнительный механизм, установленный на линии подачи воздуха и регулятор расхода воздуха, соединенный с исполнительным механизмом на линии подачи воздуха, отличающаяся тем, что, с целью повышения роизводительности ферментера по биомассе, выход датчика расхода воздуха подсоединен к регулятору расхода воздуха, датчик растворенного кислорода подключен к входу регулятора привода мешалки, а второй вход блока деления сигналов связан с выходом датчика оборотов мешалки.

1599436

Составитель Н. Апкеев

Техред М.Моргентал Корректор N. Кучерявая

Редактор Л. Веселовская

Заказ 3123 Тираж 481 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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