Способ автоматического управления периодическим процессом выращивания клеток животных в ферментаторе с мешалкой

 

Изобретение позволит увеличить выход целевого продукта за счет повышения качества управления. Цель изобретения - увеличение выхода целевого продукта. Датчиком 8 измеряют парциональное давление растворенного в культуральной жидкости кислорода, датчиком 2 расход воздуха на аэрацию, датчиком 16 скорость вращения мешалки. Измеряют датчиком 3 расход азота на аэрацию и датчиком 9 - давление в ферментаторе. В зависимости от измеренного значения расхода воздуха регулируют подачу воздуха на аэрацию. Подачу воздуха корректируют в зависимости от измеренных значений скорости вращения мешалки и парциального давления растворенного в культуральной жидкости кислорода, при этом подачу воздуха на аэрацию дополнительно корректируют в зависимости от давления в ферментаторе. Подачу азота регулируют в зависимости от измеренного значения его расхода с коррекцией от парциального давления растворенного в культуральной жидкости кислорода и давления в ферментаторе. 1 ил.

СООЗ СОВЕТСНИХ

»»»

РЕСПУБЛИК (51) с,2 < 3/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОС Да СТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTHPbfTHAM

ПРИ П нт СССР (21) 4728066/13 (22) 07. 08. 89 (46) 30.07.91. Бюп. № 28 (71) Грозненское научно= производственное объединение "Промавтоматика" (72) В.М.Мельниченко (53) 663.1(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1455340, кл . С 05 П 27/00, 1988. (54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕ=

НИЯ ПЕРИОДИЧЕСКИМ ПРОЦЕССОМ ВЫРАЩИ

ВАНИЯ КЛЕТОК ЖИВОТНЫХ В ФЕРМЕНТАТОРЕ

С МЕШАЛКОЙ (57) Изобретение позволит увеличить выход целевого продукта за счет по вьппения качества управления„ Цель изобретения -. увеличение выхода целе вого продукта. Датчиком 8 измеряют парциальное давление растворенного в культуральной жидкости кислорода, 4

Изобретение относится к способам управления процессом периодического выращивания клеток животных и может быть использовано в микробиологичес" кой, биологической и медицинской про мьппленности„

Цель изобретений увеличение вы.хода целевого продукта за счет повьвшения качества управления„

На чертеже представлена схема устройства для реализации предлагае мого способа автоматического управ ления процессами периодического куль тивирования клеток.

Предлагаемый способ выращивания клеток животных в ферментаторе с ме=

„Я0„„1660539 А 1

2 датчиком 2 расход воздуха на аэрацию, датчиком 16 скорость вращения мешал= ки. Измеряют датчиком 3 расход азота на аэрацию и датчиком 9 давление в ферментаторе. В зависимости от измеренного значения расхода воздуха ре= гулируют подачу воздуха на аэрацию.

Подачу воздуха корректируют в зависимости от измеренных значений скорости вращения мешалки и парциального давления растворенного в, культураль ной ющкости кислорода, при этом по= дачу воздуха на аэрацию дополнительно корректируют в зависимости от давле= ния в ферментаторе. Подачу азота ре гулируют B зависимости от измереннного значения его расхода с коррекцией от парциального давления растворен ного в культуральной жидкости кисло" рода и давления в ферментаторе. 1 ил. шалкой предусматривает измерение пар-. С) ь циального давления растворенного в 0» культуральной ясндкости кислорода, из (Л мерение расхода воздуха на аэрацию и (,Д частоты вращения мешалки, регулиро-. ) ванне подачи воздуха на аэрацию в за= висимости от измерененного значения его расхода с коррекцией от измерен ных значений частоты вращения мешалки и парциального давления растворенного .Ь в культуральной пащкости кислорода, регулирование подачи азота, а также измерение расхода азота на аэрацию и давления в ферментаторе, при этом ре гулирование подачи азота осуществляют в зависимости от измеренного значения

1666539

его расхода с коррекцией от парциаль= ного давления растворенного в куль туральной жидкости кислорода и давле ния в ферментаторе и регулирование подачи воздуха на аэрацию дополнитель но корректируют в зависимости от дав

Ления в ферментаторе.

В процессе культивирования клеток возникает необходимость резкого под-. 10 нятия давления в ферментаторе (при отборе проб, замене культуральной жидкости, выгрузке и т.д.).

Исследования процессов культиви= рования клеток животных показали, что коэффициент передачи объекта по каналу регулирования давление в аппа рате парциальное давление кислорода в 7 - 12 раз больше коэффициента передачи объекта IIo каналу регулиройа" 20 ния расход воздуха парциальное дав-. ление кислорода, при этом запаздыва ние по второму каналу составляет 10

12 мин.

Эти обстоятельства. обусловливают 25 при изменении давления в ферментаторе появление возмущающих воздействий на систему регулированияпарциального давления растворенногов культуральноижидкости кислорода, которые могут при= вести к резкому увеличению значения парциального давления кислорода (при увеличении давления в ферментаторе) и выходу за установленные пределы на длительное время. Это ухудшает условия35 культивирования, а следовательно, уменьшает выход целевого продукта.

В процессе культивирования клеток животных. в 25 -литровых ферментаторах при отборе проб, осуществляемом при 40 повышенных значениях давления в ап= парате, значение парциального давле ния кислорода в культуральной жидкос ти выходит за установленные пределы на 20 253. Поэтому при изменении давления в ферментаторе заданные зна= чения расхода воздуха и азота необходимо определять также с учетом давле ния в ферментаторе, что позволит упредить изменение парцнального дав 50 ления растворенного в культуральной жидкости кислорода и выход его за установленные пределы при изменении давления в ферментаторе, что приведет к улучшению условий культив"рова- 55 ния клеток и, соответственно, к увеличению выхода целевого продукта, Способ автоматического управления периодическим процессом выращивания клеток животных в ферментаторе с ме= шалкой предусматривает измерение пар циального давления растворенного в культуральной жидкости кислорода, йзмерение расхода воздуха и азота на аэрацию и частоты вращения мешалки, а также измерение давления в фермен таторе, регулирование подачи азота в зависимости от измеренного значения его расхода с коррекцией в зависимости от парциального давления растворенного в культуральной жидкости кйслорода и давления в ферментаторе и регулирование подачи воздуха на аэра цию в зависимости от измереннного значения его расхода с коррекцией от измеренных значений частоты вращения мешалки, парциального давления раст-. воренного в культуральной жидкости кислорода и давления в ферментаторе.

Устройство для реализации предлагаемого способа содержит ферментатор

1, датчик 2 расхода воздуха и датчик

3 расхода азота, связанные с регуля торами 4 и 5 соответственно расхода воздуха и расхода азота, которые свя заны с исполнительными механизмами 6 и 7, установленными соответственно на линиях подачи воздуха и азота. устройство содержит также датчики

8 парциального давления кислорода в культуральной жидкости и 9 давления в ферментаторе,связанные с корректирующими регуляторами 10 и 11 соот ветственно по парциальному давлению растворенного в культуральиой жидкости кислорода и давлению в фермента торе, выходы которых связаны с вхо= дом сумматора 12, выходной сигнал которого поступает в качестве зада ния в регулятор 5.

Датчик 8 парциального давления кислорода, растворенного в культуральной жидкости, связан также с корректирующим регулятором 13, выход которого соединен с входом сумматора

14. На вход сумматора 14 также посту пает сигнал с корректирунвцего регу-. лятора 15, связанного с датчиком 16 скорости вращения мешалки. Выход сумматора 14 связан q входом сумма тора 17, на вход которого поступает также сигнал с корректирующего регу лятора 18, связанного с датчиком 9 давления в ферментаторе. Выходной сигнал сумматора 17 поступает в ica-. честве задания в регулятор 4.

6539 6

55

166

Устройство работает следующим Об — разом.

При значении парциального давления кислорода выше или ниже заданного и при постоянных значениях давле ния в ферментаторе и скорости враще ния мешалки корректирующий регулятор

10 парциального давления кислорода вырабатывает управляющий сигнал, соответствующий текущему значению пар= циального давления кислорода, который, поступая в сумматор 12, куда со знаком "плюс" поступает управляющий сигнал с корректирующего регулятора

11, увеличивает (при увеличении зна чения парциального давления кислорода от заданного значения) или уменьшает (при снижении значения парцнального давления кислорода от заданного) результирующий сигнал сумматора 12, увеличивая или уменьшая задание регу лятору 5 расхода азота. Регулятор 5 в соответствии с новым заданием при открывает нли прикрывает исполни тельный механизм 7, расход азота уве= личивается или уменьшается.

Одновременно корректирующий регу-. лятор 13 вырабатывает управляюпдй сигнал в соответствии с текущим зна чением парциального давления кисло рода, который поступает на вход сумма тора 14, куда со знаком "минус" поступает управляющий сигнал с коррек тирующего регулятора 15. Результирую щий сигнал сумматора 14 уменьшается (при увеличении значения парциально го давления от заданного значения) или увеличивается (при снижении значения парциального давления от задан-. ного значения) и, поступая на вход сумматора 17, уменьшает или увеличи вает его результирующий сигнал, уменьшая или увеличивая задание регу= лятору 4 расхода воздуха„ Регулятор

4 в соответствии с новым заданием прикрывает или приоткрывает исполни тельный механизм 6, установленный на линии подачи воздуха в ферментатор.

Расход воздуха уменьшается (при уве личении парциального давления кисло= рода от заданного значения) нли увеличивается (при уменьшении парциального давления от заданного значения).

При переключении частоты вращения мешалки в сторону увеличения коррЕк тирующий регулятор 15 вырабатывает управляюший сигнал, по абсолютному значению превышающий предьдущий, ко

45 торый, поступая в сумматор 14 со знаком "минус", уменьшает его реэульти рующий сигнал и, поступая в сумматор

17, также уменьшает его результнрую щий сигнал, уменьшая задание регулятору 4.

Регулятор 4 в соответствии с новым заданием прикрывает исполнительный механизм 6, расход воздуха уменьшает ся, предотвращая таким образом рез кое увеличение и выход за установлен ные пределы парциального давления кислорода при изменении частоты вра щения мешалки.

При увеличении или уменьшении дав ления в ферментаторе корректирующий регулятор 11 вырабатывает управляющий сигнал, который по абсолютному значе нию больше (при увеличении давления) или меньше (при снижении давления) предыдущего, этот сигнал, поступая в сумматор 12, увеличивает его результи-. рующий сигнал (при увеличении даайе ния в ферментаторе) или снижает (при уменьшении давления в аппарате), увеличивая или уменьшая задание регу лятору 5. В соответствии с новым за= данием регулятор 5 приоткрывает или прикрывает исполнительный механизм

7. Расход азота увеличивается (при увеличении давления) нли уменьшается (при уменьшении давления).

Одновременно корректирующий регу= лятор 18 вырабатывает управляющий сигнал, который по абсолютному значению больше (при увеличении давле= ния) или меньше (при снижении давле= ния) предьдущего. Этот сигнал, по= ступая в сумматор 17 со знаком "йи нус", уменьшает или увеличивает его результирующий сигнал, уменьшая или увеличивая задание регулятору 4. Ре= гулятор 4 в соответствии с новым за данием прикрывает нли приоткрывает исполнительный механизм 6. Расход воздуха уменьшается (при увеличении давления) или увеличивается (при снижении давления) .

Одновременное увеличение расхода азота и уменьшение расхода воздуха при увеличении давления или уменьшение расхода азота и увеличение расхода воздуха при снижении давке ния приводят к упреждению изменения и выхода sa установленные пределы парцкального давления кислорода в культуральной жидкости при изменении давления в ферментаторе. Это в свою

1666539

Составитель Г. Богачева

Техред М.Моргентал Корректор М.Демчик

Редактор Л,Веселовская «1

"-1аказ 2498 Тираж 359 Подписное

SHHHHH Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, 1-35, Раушская наб. д. 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент", г.Ужгород, ул. Гагарина, 101 очередь приводит к улучшению условий, культивирования клеток и, соответст венно, к повышению производительнос= ти процесса на 57..

ФОрмула изобр етения

Способ автоматического управления периодическим процессом выращивания клеток животных в ферментаторе с ме

10 êoÀ предусматривающий измерение на циального давления растворенного в ультуральной жидкости кислорода, измерение расхода воздуха на аэрацню и частоты вращения мешалки, регулиро 15 валкие подачи воздуха на аэрацию в зависимости от измеренного значения его расхода с коррекцией от измерен= ных значений частоты вращения мешал ки и парциального давления растворенного в культуральной жидкости кислорода и регулирование подачи азота, отличающийся тем, что, с целью увеличения выхода целевого продукта, измеряют расход азота на аэрацию и давление в ферментаторе, а регулирование подачи азота осуществляют в зависимости от измеренного значения его расхода с коррекцией от парциального давления растворенного в культуральной жидкости кислорода и давления в ферментаторе и регулиро ванне подачи воздуха на аэрацию до полнительно корректируют в зависимос " ти от давления в ферментаторе.