Способ автоматического управления процессом выращивания микроорганизмов

 

Изобретение относится к микробиологической промышленности, а именно к способам автоматического управления процессом выращивания микроорганизмов. Способ автоматического управления процессом выращивания микроорганизмов заключается в регулировании подачи химического реагента для подавления диких микроорганизмов в аппарат для выращивания микроорганизмов в зависимости от разности текущей концентрации диких микроорганизмов и заданной допустимой их концентрации. Регулирование подачей химического реагента осуществляют с учетом значений коэффициента полезности, являющегося отношением константы гибели диких микроорганизмов к константе, учитывающей побочное влияние химического реагента на рост полезных микроорганизмов, и коэффициента, являющегося отношением произведения экономического коэффициента и начального значения концентрации диких микроорганизмов к начальному значению концентрации питательного субстрата. Расчет значений коэффициентов осуществляется по следующим выражениям: а=K/K_Z (1), где a - коэффициент полезности; K - константа гибели диких микроорганизмов; K_Z - константа, учитывающая побочное влияние химического реагента на рост полезных микроорганизмов; А=Y_S•y₀/S₀ (2), где Y_S - экономический коэффициент; y₀ - начальная концентрация диких микроорганизмов; S₀ - начальная концентрация питательного субстрата. Изобретение позволяет экономить расход питательного субстрата за счет снижения потребления его дикими микроорганизмами и потерь, обусловленных разложением сырья при химическом воздействии. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к микробиологической промышленности, точнее к способам автоматического управления процессом выращивания микроорганизмов.

Известен способ автоматического управления процессом выращивания микроорганизмов, заключающийся в подавлении посторонней микрофлоры путем подачи химического реагента в аппарат (Матвеев В.Е. Основы асептики в технологии чистых микробиологических препаратов. - М.: Легкая и пищевая промышленность, 1981. - 312 с.; Бочарова Н.Н., Кобрина Ю.П., Разманова Н.В. Микрофлора дрожжевого производства. - М., 1972, гл. V, с. 94-102).

Однако известный способ не учитывает количества посторонней микрофлоры и побочного, негативного влияния химических реагентов на процесс.

Ближайшим техническим решением к предложенному способу является способ автоматического управления процессом выращивания микроорганизмов, заключающийся в подаче химического реагента в аппарат в зависимости от количества посторонней микрофлоры в аппарате и сравнения этого количества с некоторым допустимым значением (Безрядина Г.Н. Синтез алгоритмов управления в условиях конкурентного взаимодействия популяций микроорганизмов (на примере дрожжевого производства): Спец. 05.13.16 - Применение вычислительной техники, математического моделирования и математических методов в научных исследованиях; 05.13.07 - Автоматизация технологических процессов и производств; Автореф. дис. канд. техн. наук / Воронеж, гос.технол.акад. - Воронеж, 1997. - С. 8-9).

Однако при использовании рассматриваемого способа не учитывается побочное негативное влияние химических реагентов на развитие полезной культуры, заключающееся в разложении части питательного субстрата и ухудшения его качества. Кроме того, данный способ не определяет режима подачи химического реагента, при котором суммарные потери питательного субстрата (разложение и потребление дикими микроорганизмами) были бы минимальными.

Технической задачей является повышение качества управления процессом выращивания микроорганизмов и снижение потерь питательного субстрата при использовании химического реагента.

Поставленная задача достигается тем, что в способе автоматического управления процессом выращивания микроорганизмов, заключающемся в подаче химического реагента для подавления диких микроорганизмов в аппарат для выращивания микроорганизмов в зависимости от разности текущей концентрации диких микроорганизмов и заданной допустимой их концентрации, новым является то, что управление подачей химического реагента осуществляют с учетом значений коэффициента полезности, являющегося отношением константы гибели диких микроорганизмов к константе, учитывающей побочное влияние химического реагента на рост полезных микроорганизмов, и коэффициента, являющегося отношением произведения экономического коэффициента и начального значения концентрации диких микроорганизмов к начальному значению концентрации питательного субстрата. Расчет значений коэффициентов осуществляется по следующим выражениям: а = K/K_Z, (1) где a - коэффициент полезности; K - константа гибели диких микроорганизмов; K_Z - константа, учитывающая побочное влияние химического реагента на рост полезных микроорганизмов; A = Y_S • y₀/S₀, (2) где Y_S - экономический коэффициент; y₀ - начальная концентрация диких микроорганизмов; S₀ - начальная концентрация питательного субстрата.

Технический результат изобретения заключается в минимизации суммарных потерь питательного субстрата (разложение и потребление дикими микроорганизмами) путем управления подачей химического реагента в аппарат.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где представлена структурная схема системы автоматического управления, реализующая предлагаемый способ.

Система содержит: датчики, соответственно, концентрации диких микроорганизмов в аппарате 1 и концентрации питательного субстрата 2; задатчик допустимого количества диких микроорганизмов 3; блок 4 определения константы гибели диких микроорганизмов и константы, учитывающей побочное влияние химического реагента на рост полезных микроорганизмов; блок 5 определения коэффициента полезности и коэффициента, являющегося отношением произведения экономического коэффициента и начального значения концентрации диких микроорганизмов к начальному значению концентрации питательного субстрата; логический блок 6 проверки условия минимума суммарных потерь питательного субстрата (разложение и потребление дикими микроорганизмами); блок 7 определения разности текущей концентрации диких микроорганизмов и заданной допустимой их концентрации; управляющее устройство 8.

Система работает следующим образом.

Сигналы, пропорциональные текущим значениям концентраций диких микроорганизмов и питательного субстрата соответственно от датчиков 1 и 2, поступают в блок 4 определения константы гибели диких микроорганизмов и константы, учитывающей побочное влияние химического реагента на рост полезных микроорганизмов. В блоке 4 осуществляется коррекция этих констант по текущим значениям концентраций диких микроорганизмов и питательного субстрата. С выхода блока 4 информация поступает на вход блока 5 определения коэффициента полезности и коэффициента, являющегося отношением произведения экономического коэффициента и начального значения концентрации диких микроорганизмов к начальному значению концентрации питательного субстрата. На второй вход блока 5 поступает сигнал, пропорциональный начальной концентрации диких микроорганизмов, от датчика 1, на третий вход - сигнал, пропорциональный начальной концентрации питательного субстрата, от датчика 2. Значение экономического коэффициента заранее задается в блоке 5.

Сигнал с выхода блока 5 поступает на вход логического блока 6 проверки условия минимума суммарных потерь питательного субстрата (разложение и потребление дикими микроорганизмами), в котором проверяется выполнение неравенства O < A ≅ a. (3)
Если условие выполняется, то сигнал с выхода логического блока 6 поступает на вход блока 7 определения разности текущей концентрации диких микроорганизмов и заданной допустимой их концентрации. Следовательно, на два других входа блока 7 поступают сигналы, пропорциональные текущему значению концентрации диких микроорганизмов в аппарате и заданному допустимому значению концентрации диких микроорганизмов, соответственно от датчика 1 и задатчика 3. С выхода блока 7 сигнал поступает на вход управляющего устройства 8, вырабатывающего в соответствии со значением полученной разности управляющее воздействие, которое поступает на исполнительный механизм с регулирующим органом, расположенным на линии подачи химического реагента в аппарат.

Если же условие (3) не выполняется, то оптимальным режимом процесса выращивания микроорганизмов будет постоянная подача химического реагента в аппарат. Следовательно, со второго выхода логического блока 6 проверки условия минимума суммарных потерь питательного субстрата (разложение и потребление дикими микроорганизмами) сигнал сразу поступает на управляющее устройство 8, обеспечивающее постоянную подачу химического реагента в аппарат.

Изобретение позволяет экономить расход питательного субстрата за счет снижения потребления его дикими микроорганизмами и потерь, обусловленных разложением сырья при химическом воздействии.

Формула изобретения

1. Способ автоматического управления процессом выращивания микроорганизмов, предусматривающий регулирование подачи химического реагента для подавления диких микроорганизмов при выращивании микроорганизмов в зависимости от разности текущей концентрации диких микроорганизмов и заданной допустимой их концентрации, отличающийся тем, что определяют концентрацию питательного субстрата, вычисляют константу гибели диких микроорганизмов и константу, учитывающую побочное влияние химического реагента на рост полезных микроорганизмов, вычисляют коэффициент полезности и коэффициент, определенный в зависимости от отношения произведения экономического коэффициента и начального значения концентрации диких микроорганизмов к начальному значению концентрации питательного субстрата, а подачу химического реагента для подавления диких микроорганизмов осуществляют с учетом вычисленных коэффициентов.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что коэффициент полезности определяют по формуле
a = К / К_Z,
где а - коэффициент полезности;
К - константа гибели диких микроорганизмов;
К_Z - константа, учитывающая побочное влияние химического реагента на рост полезных микроорганизмов.

РИСУНКИ

Рисунок 1