Способ автоматического управления процессом выращивания микроорганизмов

 

Изобретение может быть использовано в микробиологическом производстве. Цель изобретения - увеличение производительности процесса выращивания микроорганизмов . Способ автоматического управления процессом выращивания микроорганизмов предусматривает изменение подачи газовой смеси кислород - метан, причем для данной концентрации микроорганизмов рассчитывают соотношение расходов растворенный кислород - растворенный метан и поддерживают это соотношение путем изменения подачи газовой смеси. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ сбциАлистических

РЕСПУБЛИК (5!)5 С 12 0 3/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

0с (гд

Ю

К АВТОРСКОМУ С8ИДЕТЕЛЬСТ8У (21) 4496962/13 (22) 23.08.88 (46) 15,03.91. Бюл, N. 10 (75) В. Г,Булыгин (53) 663.1(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N. 1405315, кл. С 12 0 3/00, 1987. (54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ВЫРАЩИВАНИЯ

МИКРООРГАНИЗМОВ (57) Изобретение может быть использовано в микробиологическом производстве, Цель

Изобретение относится к микробиологической промышленности и может быть использовано при автоматическом управлении процессом выращивания микроорганизмов в ферментере.

Цель изобретения — увеличение производительности процесса выращивания микроорганизмов.

Максимальная производительность конкретного процесса культивирования, соответствующая максимальной удельной скорости роста рм>«достигается при постоянстве удельной скорости роста p-const в пределах определенной области концентраций растворенных субстратов. Поэтому, предсказывая при каждом значении концентрации биомассы Х эту область концентраций и поддерживая ее путемдоэирования субстратов, увеличивается производительность процесса выращивания микроорганизмов.

На чертеже представлена схема устройства для осуществления способа автоматического управления процессом выращивания микроорганизмов. Устройство содержит ферментатор 1, буферную ем„„ЯЦ„„1634720 А1 изобретения — увеличение производительности процесса выращивания микроорганизмов. Способ автоматического управления процессом выращивания микроорганизмов предусматривает изменение подачи газовой смеси кислород— метан, причем для данной концентрации микроорганизмов рассчитывают соотношение расходов растворенный кислород— растворенный метан и поддерживают это соотношение путем изменения подачи газовой смеси. 1 ил. кость 2, датчик 3 растворенного кислорода. датчик 4 растворенного метана (растворенного газообразного углеводорода), датчик 5 концентрации биомассы микроорганизмов, аналого-цифровой преобразователь 6, арифметико-логический блок 7, электропневмоклапаны 8 и 9, дозирующие кислород и метан соответственно в буферную емкость 2.

Арифметико-логический блок 7 может выполнять функции подпрограммы, входящей в состав программного обеспечения управляющей вычислительной машины(не показана).

Способ осуществляют следующим образом.

В ферментер 1 загружают засевные микроорганизмы и питательную среду, На вход ферментера 1 из буферной емкости 2 непрерывно подают газовую смесь, состоящую из газообразного углеводорода (метана) и кислорода, В ферментере 1 устанавливают датчик 3 растворенного кислорода Soq, датчик 4 растворенного метана $сн4, датчик 5 концентрации Х биомассы организмов. Сигналы датчиков 3—

1634720

° =рХ.

dõ

$ог ог = to

$02 + $СН4 (5) 20 сн4 Х . (3) 5 после преобразования в аналого-цифровом преобразователе 6 поступают в арифметико-логический блок 7. При отсутствии датчиков в арифметико-логический блок 7 могут вводиться данные лабораторного ана- 5 лиаа Х, $Ог $СН4.

Арифметико-логический блок 7 вычисляет удельную скорость роста микроорганизмов и изсистемы балансовыхуравнений (1 — 3) и уравнения кинетики роста (4) 10

d S02

15 — = (S< -S<) -сРгрх; (2)

d $сн4

3ф

= KCH4 ($СН4 $СН4 ) dt

ДЯ $02 СН4 4

d t (K1+ $02)(K2+ SCH4) 25 где t — текущее время;

Ког — объемный коэффициент массопередачи кислорода из газовой фазы; 30

Soz — равновесная концентрация кислорода в культуральной среде;

S0z — концентрация растворенного кислорода в культуральной среде, соответст- 35 вующая процентному содержанию (парциальному давлению) кислорода в подаваемой газовой смеси; сР2 — стехиометрический коэффициент по кислороду; 40

Ксн4 — объемный коэффициент массопередачи метана;

Зсн4- равновесная концентрация метана в культуральной среде;

$сн4. концентрация растворенного метана в культуральной среде, соответствующая процентному содержанию (парциальному давлению) метана в подаваемой газовой смеси; 50

a "4 — стехиометрический коэффициент по метану;

Т вЂ” значение постоянного времени, характеризующего инерционность влияния

$ог и $сн4 на изменение р; 55

pm, К1, K2 — кинетические константы;

Значения кинетических и массообменных коэффициентов Ког, Ксн4, а,а

К1 Кг pm, $О2 ° SCH4 ЭараНЕЕ ОПрЕдЕЛяЮт

Ф 4 и вводят в арифметико-логический блок 7.

Для измеренных значений Х, Soz $сн4, арифметика-логический блок 7 вычисляют р. Затем арифметико-логический блок с помощью вычислительной процедуры находит область Spz, и $сн4 при которых p=const и формирует импульсы управления электропневмоклапанами 8 и 9, длительности которых равны соответственно

$СН4

ТСН4 1о (6) $ог + $сн4 где т — длительность импульса, соответствующая 1 единичной дозы 6О газового компонента

При этом в буферную емкость 2 поступает газовая смесь в количестве

GcM = 602 + GcH4 = Go(toz + 1сн4) (7) в каждом периоде То дозирования.

Для нахождения области концентраций растворенных метана и кислорода и выбора соотношений вычислительная процедура может использовать различные численные методы (двумерная последовательность равномерно распределенных случайных значений $ог и $сн4, метод полного перебора областей изменения $ог и $сн4 и др)

В буферной емкости 2 газовая смесь выравнивается по объему и непрерывно подается в ферментатор 1.

При изменении концентрации биомассы Х в арифметико-логическом блоке 7 определяется новое соотношение Sc14 . Spz по описанной процедуре и так продолжается до тех пор, пока концентрация микроор- ганизмов не достигнет заданного значения, после чего процесс выращивания микроорганизмов прекращается.

Результаты уравнения культивирования производственной метанокисляющей культуры в среде с одинаковым начальным соотношением (67 метана и 33 кислорода) и одинаковой единичной дозой беэ применения и с применением данного способа показало, что при культивировании по предложенному способу выход биомассы эа

12 ч ферментации повысился в 2,4 раза.

Формула изобретения

Способ автоматического управления процессом выращивания микроорганизмов, предусматривающий изменение по1634720 дачи газовой смеси кислород — метан, о т- считывают соотношение расходов раствол и ч а ю шийся тем, что, с целью ренный кислород — растворенный метан и увеличения производительности, для дан- поддерживают это соотношение путем изной концентрации микроорганизмов рас- менения подачи газовой смеси.

Составитель Г.Богачева

Редактор М.Недолуженко Техред М.Моргентал Корректор И.Эрдейи

Заказ 733 Тираж 356 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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