SU1493674A1

SU1493674A1 - System for automatic control of semiintermittent process of microorganism cultivation

Info

Publication number: SU1493674A1
Application number: SU864175090A
Authority: SU
Inventors: Кястутис Леонович Вилутис; Саулюс Ленгинович Григишкис; Арвидас Арвидович Янулайтис; Эгидиюс Владович Башкис; Донатас Яронимович Левишаускас
Original assignee: Научно-производственное объединение "Фермент"
Priority date: 1986-10-17
Filing date: 1986-10-17
Publication date: 1989-07-15

Abstract

Изобретение относитс к микробиологической промышленности и может быть использовано дл управлени расходом подпитывающего субстрата в полупериодических процессах культивировани микроорганизмов. Изобретение направлено на повышение продуктивности ферментера по биомассе. Система дополнительно снабжена датчиком 13 расхода подпитывающего субстрата и регул тором 14 расхода, соединенным с исполнительным механизмом 15, установленным на линии подачи подпитывающего субстрата, датчиком 18 концентрации микроорганизмов в ферментационной среде, блоками умножени 19 и делени 20 сигналов, при этом датчик 17 объема и датчик 18 концентрации микроорганизмов соединены с входами блока 19 умножени , а выход блока 19 умножени и датчик 16 расхода воздуха св заны с входами блока 20 делени сигналов, выход последнего посредством экстремального регул тора 21 св зан с входом регул тора 14 расхода. 1 ил.The invention relates to the microbiological industry and can be used to control the flow rate of the feed substrate in semi-periodic microbial cultivation processes. The invention is aimed at increasing the productivity of the fermenter biomass. The system is additionally equipped with a sensor 13 for the flow rate of the feed substrate and a flow controller 14 connected to an actuator 15 installed on the supply line of the feed substrate, a sensor 18 for concentrating microorganisms in the fermentation medium, multipliers 19 and dividing signals 20, while the volume sensor 17 and the sensor 18, the concentration of microorganisms is connected to the inputs of the multiplication unit 19, and the output of the multiplication unit 19 and the air consumption sensor 16 are connected to the inputs of the signal dividing unit 20, the output of the latter A regulator 21 is connected to an input of the regulator 14. 1 il.

Description

дополнительно снабжена датчиком 13 расхода подпитывающего субстрата и регул тором 14 расхода, соединенным с исполнительным механизмом 15, установленным на линии подачи подпитывающего субстрата, датчиком 18 концентрации микроорганизмов в фермен- тацио)1ной среде, блоками умножени 19 и делени 20 сигналов, при этомadditionally equipped with a sensor 13 for the flow rate of the feed substrate and a flow controller 14 connected to an actuator 15 installed on the feed line of the feed substrate, a sensor 18 for the concentration of microorganisms in the enzyme) medium, multipliers 19 and dividing 20 signals,

датчик 17 объема и датчик 18 концентрации микроорганизмов соединены с входами блока 19 умножени , а выход блока 19 умножени и датчик 16 расхода воздуха св заны с входами блока 20 делени сигнала, выход последнего посредством экстремального регул тора 21 св зан с входом регул тора 14 расхода. 1 ил.The volume sensor 17 and the microorganism concentration sensor 18 are connected to the inputs of the multiplication unit 19, and the output of the multiplication unit 19 and the air consumption sensor 16 are connected to the inputs of the signal dividing unit 20, the output of the latter through the extreme regulator 21 is connected to the flow regulator 14. 1 il.

Изобретение относитс к микробио- логической промьшшенности и может быть использовано дл управлени расходом подпитывающего субстрата в полупериодических процессах культивировани микроорганизмов.The invention relates to the microbiological industry and can be used to control the flow rate of the feed substrate in the semi-periodic culture processes of microorganisms.

Цель изобретени - повьппение продуктивности ферментера по биомассе в полупериодическом процессе культивировани микроорганизмов.The purpose of the invention is to increase the biomass fermenter productivity in the semi-periodic process of cultivation of microorganisms.

На чертеже изображена блок-схема системы управлени .The drawing shows a block diagram of a control system.

Система включает контур управлени растворенного кислорода в ферментационной среде с датчиком 1 концентрации растворенного кислорода, сое- диненный с исполнительным механизмом 2 на линии подачи аэрирующего воздуха через регул тор 3 концентрации, контур управлени оборотами мешалки с датчиком 4 оборотов мешалки пос- редством регул тора 5 оборотов мешалки ,The system includes control of dissolved oxygen in the fermentation medium with sensor 1 of dissolved oxygen concentration, connected to actuator 2 on the aeration air supply line through controller 3 of concentration, control circuit of agitator rpm with sensor 4 turns of stirrer by means of regulator 5 turns stirrers,

подключенным к электроприводу 6 мешалки, контур стабилизации на заданном уровне величины рН, включающий датчик 7 рН культу- ральной среды, св занный через регул тор 8 рН с исполнительным механизмом 9, установленным на линии подачи буферного агента, контур стабилизации температуры культуральной среды в ферментере, включающий датчик 10 температуры культуральной среды, св занный через регул тор 11 с исполнительным механизмом 12, установленным на линии подачи охлажда- ющей воды, контур управлени подачей питательного субстрата с датчиком 13 расхода питательного субстрата, регул тором 14 расхода, соединенным с исполнительным механизмом 15, уста- новленным на линии подачи подпитывающего субстрата, датчиком 16 расхода аэрирующего воздуха, датчиком 17 объема ферментационной среды в ферментере , датчиком 18 концентрации микроорганизмов в ферментационной среде и блоком 19 умножени сигналов , блоком 20 делени и экстремальным регул тором 21 (оптимизатор), при этом датчик 17 объема и датчик 18 концентрации микроорганизмов соединены с входом блока 19 умножени , а выход блока 19 умножени и датчик 16 расхода воздуха св заны с входом блока 20 делени .сигналов, выход последнего посредством оптимизатора 21 св зан с входом регул тора расхода 14.connected to the electric drive 6 of the agitator, the stabilization circuit at a given pH value, including the pH sensor 7 of the culture medium, connected via the pH controller 8 to the actuator 9 installed on the supply line of the buffering agent, the temperature stabilization loop of the culture medium in the fermenter, including a sensor 10 for the temperature of the culture medium, connected via the controller 11 to the actuator 12 installed on the cooling water supply line, the control circuit for feeding the nutrient substrate with the sensor 13 nutrient substrate flow rate, flow controller 14 connected to the actuator 15 installed on the feed substrate supply line, aeration air consumption sensor 16, fermentation medium volume sensor 17 in the fermenter, microorganism concentration sensor 18 in the fermentation medium and signal multiplication unit 19 , a dividing unit 20 and an extreme regulator 21 (optimizer), wherein the volume sensor 17 and the microorganism concentration sensor 18 are connected to the input of the multiplication unit 19, and the output of the multiplication unit 19 and d The air flow meter 16 is connected to the input of the dividing unit 20. The output of the latter by means of the optimizer 21 is connected to the input of the flow regulator 14.

Система автоматического управлени работает следующим образом.The automatic control system works as follows.

В ферментере осуществл етс процесс полупериодического культивировани м11кроорганизмов Pseudomonas putida. Сигнал с датчика 1 концентрации растворенного кислорода поступает на вход регул тора 3 концентрации , последний сравнивает сигнал датчика 1 с заданным и воздействует ка исполнительный механизм 2, установленный на линии подачи аэрирующего воздуха, в случае отклонени концентрации растворенного кислорода от заданного значени . Сигнал с датчика 4 оборотов мешалки поступает на вход регул тора 5 оборотов мешал- .ки. Регул тор 5 сравнивает сигнал датчика 4 с заданным и в случае отклонени оборотов мешалки от заданных воздействует на электропривод 6 мешалки. Сигнал с датчика 7 рН культуральной среды поступает на регул тор 8 рН, где сравниваетс с заданньм. В случае несовпадени сигналов регул тором 8 вырабатываетс сигнал управлени , поступающий на исполнительный механизм 9, установленный на линии подачи буферного агента. Сигнал от датчика 10 темпертуры поступает на вход регул тора 1In the fermenter, the semi-periodic culture of the Pseudomonas putida microorganism is carried out. The signal from the dissolved oxygen concentration sensor 1 is fed to the input of the concentration regulator 3, the latter compares the signal from the sensor 1 with the specified one and acts as an actuator 2 installed on the aeration air supply line in case the dissolved oxygen concentration deviates from the specified value. The signal from the sensor 4 turns of the mixer is fed to the input of the controller 5 turns of the mixer. The controller 5 compares the signal of the sensor 4 with the set value and, in the case of a deviation of the revolutions of the mixer from the set ones, acts on the electric drive 6 of the mixer. The signal from the pH sensor 7 of the culture medium is fed to the pH regulator 8, where it is compared with the setpoint. In case of a mismatch between the signals by the controller 8, a control signal is generated, which is fed to the actuator 9 installed on the supply line of the buffer agent. The signal from the temperature sensor 10 is fed to the input of the controller 1

температуры. Регул тор t1 сравнивает сигнал датчика 10 с заданным и воздействует на исполнительный механизм 12, установленный на линии подучи охлаждающего агента. Сигналы с датчика 18 концентрации биомассы (оптической плотности) и датчика 17 объема ферментационной среды поступают на вход блока 19 умножени сигналов,temperature The regulator t1 compares the signal of the sensor 10 with the set one and acts on the actuator 12 installed on the line to obtain the cooling agent. The signals from the biomass concentration sensor 18 (optical density) and the sensor 17 of the volume of the fermentation medium are fed to the input of the signal multiplying unit 19,

на выходе которого вырабатываетс сигнал, соответствующий общему количеству биомассы микроорганизмов в ферментере. Сигнал датчика 16 расхода аэрирующего воздуха и выходной сигнал блока 19 умножени сигналов поступает на входы блока 20 делени сигналов, на выходе которого вырабатываетс сигнал, соответствующий соот;1ошению расход аэрирующего воздуха 20 температуры культуральной среды в общее количество биомассы в фермен- ферментере, включающий датчик темпе- таре, т.е. расходу воздуха, перерас- читанному на единицу биомассы. Выходной сигнал блока 20 делени поступает через оптимизатор 21 на задающий вход регул тора 14 расхода подпитывающего субстрата. На другой вход регул тора 14 расхода поступает сигнал от датчика 13 расхода подпитывающего субстрата. В регул торе 30 14 эти сигналы сравниваютс и в случае рассогласовани на выходе вырабатываетс управл ющий сигнал дл исполнительного механизма 15, соответствующим образом измен ющего расход подпитывающего субстрата и поддерживающего , таким образом, оптимальную концентрацию субстрата в ферментере.the output of which produces a signal corresponding to the total amount of microbial biomass in the fermenter. The signal of the aeration air consumption sensor 16 and the output signal of the signal multiplying unit 19 are fed to the inputs of the signal dividing unit 20, the output of which produces a signal corresponding to: 1 the flow of the aerating air 20 of the culture medium to the total biomass in the fermenter, including a temp sensor - tare, i.e. air consumption, recalculated per biomass unit. The output signal of dividing unit 20 is fed through optimizer 21 to the master input of flow regulator 14 of the feed substrate. To another input of the flow controller 14, a signal is received from the sensor 13 of the feed flow rate of the substrate. In controller 30-14, these signals are compared and, in the event of a mismatch, a control signal is generated at the output for the actuator 15, which accordingly changes the flow rate of the feed substrate and thus maintains the optimum concentration of the substrate in the fermenter.

Данна система автоматического управлени полупериодическим процессом культивировани микроорганизмов Pseudomonas putida обеспечивает по- вьш1ение продуктивности по биомассе до 20,0%.This system of automatic control of the semi-periodic cultivation of microorganisms Pseudomonas putida provides an increase in biomass productivity by up to 20.0%.

Claims

Invention Formula

Automatic control system for semi-periodic process

Compiled by S. Petrov

culture media connected through a temperature controller to an actuator installed

25 on the cooling water supply line

a feed substrate control circuit including a flow sensor for aeration air, a fermentation medium volume sensor in the fermenter, an extreme controller and an actuator mounted on the substrate supply line, which is equipped with the following parameters to increase the fermenter productivity by biomass the flow sensor of the feeding substrate, the flow regulator, the sensor of the concentration of microorganisms in the fermentation medium, the blocks for measuring and dividing the signals, while the volume sensor and the sensor ntsentratsii microorganisms are connected to inputs of flow rate multiplying unit, and the output of which sensor is associated with air vho4g rows block dividing signals and the output of the last extreme by the regulator connected to the input of the torus flow regulator connected to an actuator mounted on the feed line of the substrate.

Editor M.Tovtin

Tehred A. Kravchuk

Order 4067/28 Circulation 500 Subscription

The State Committee on Inventions and Discoveries at the State Committee on Science and Technology of the USSR 113035, Moscow, Zh-35, Raushsk nab., 4/5

of the Pseudo-monas putida microorganism -1v containing the dissolved oxygen concentration control system in the fermentation medium with the dissolved oxygen concentration sensor connected to the actuator on the aeration air supply line through the concentration regulator, the revolutions control circuit of the agitator with the speed sensor connected to the electric drive through agitator speed controller, stabilization circuit at a given pH value, including a pH sensor of the culture medium, connected via a pH regulator with the actuator installed on the supply line of the buffer agent, the stabilization circuit 1;

temperature culture medium in the fermenter, including temperature sensor

on the cooling water supply line

A feed substrate control circuit including a flow sensor for aeration air, a fermentation medium volume sensor in the fermenter, an extreme controller and an actuator mounted on the substrate supply line, characterized in that, in order to increase the biomass fermenter productivity, it is equipped with a sensor flow rate of the feed substrate, flow control, sensor of concentration of microorganisms in the fermentation medium, multipliers and division of signals, while the volume sensor and the sensor are The concentrations of microorganisms are connected to the inputs of the multiplication unit, the output of which and the air flow sensor are connected to the inputs of the signal separation unit, and the output of the latter is connected to the input of the flow regulator connected to the substrate supply line via an extreme regulator.

Proofreader M. Demchik