Глава 10. Системы автоматизации биотехнологических процессов

1. Биотехнологические процессы как объекты автоматизации

Биотехнологические процессы, в которых целевой продукт образуется в результате жизнедеятельности микроорганизмов, давно применяются в пищевой промышленности, причем область их применения постоянно расширяется. К числу наиболее круп­ных относятся производства хлебопекарных дрожжей, спирта, вина, пива, уксусной и лимонной кислот. При всем разнообразии они имеют много общего в структуре (последовательности операций), аппаратурном оформлении, целях и задачах автома­тизации.

Всякое производство на основе биотехнологических процессов состоит из следующих основных стадий: приготовление пита­тельной среды, выращивание посевной (чистой) культуры мнкро- органнзмов-продуцентов, производственное (товарное) культиви­рование, выделение целевого продукта н его переработка (после- ферментационные процессы). Типичным примером может слу­жить производство хлебопекарных дрожжей (рис. 10.1).

Первым по ходу процесса является отделение / приема и хранения сырья н вспомогательных материалов. Основным сырь­ем в этом производстве служит свекловичная меласса, которая поступает на предприятие в железнодорожных цистернах. По­скольку меласса производится только в сезон сахароварения, т. е. 3—4 мес в году, на каждом заводе по производству дрожжей имеется мелассохраннлище, где создается годовой запас сырья и откуда оно по мере надобности поступает в произ­водство. Наряду с мелассой в производстве дрожжей использует­ся ряд других видов сырья н вспомогательных материалов: минеральные соли, кукурузный экстракт, водный раствор амми­ака. серная кислота и др. Основными задачами автоматизации отделения / являются контроль и учет количества сырья и материалов, поступающих от поставщиков, направляемых в про-

нзводство и хранящихся на складе, а также управление транспортными операциями. Следующим по ходу процес- Рнс. 10.1. Блок-схема производства ^са является отделен не'2 прнго- дрожжей товления питательных сред, в

котором готовятся рабочие растворы мелассы и солей, а также эмульсия пеногасителя. Основными задачами автоматического управления в этом отде­лении являются приготовление компонентов питательных сред заданного состава в количестве, которое определяется потреб­ностями основного производственного отделения — дрожже- растнльного.

В лрожжерастнльном отделении 3 на питательной среде вы­ращивают дрожжи, биомасса которых является целевым продук­том производства. Качество работы отделения в значительной степени определяет техннко-экономнческне показатели работы всего завода в целом, поэтому требования, предъявляемые к системе автоматизации, здесь особенно высоки. Основной зада­чей автоматического управления в дрожжерастнлышм отделении является обеспечение заданного режима культивирования дрож­жей за счет регулирования важнейших технологических парамет­ров.

Отделение -f чистой культуры предназначено для получения засевных (маточных) дрожжей, которые используются в дрож- жерастилышм отделении прн выработке товарных дрожжей. Задачи автоматического управления в этом отделении те же. что и в лрожжерастнльном.

Культуральная жидкость нз дрожжерастильного отделения поступает н отделение 5, где дрожжи отделяются от бражки пу­тем последовательного сепарирования и фильтрования сгущен­ной суспензии. Главной задачей автоматизации в этом отделе­нии является стабилизация технологического режима путем автоматического регулирования основных параметров процессов сепарирования и фильтрования.

Если товарная продукция завода представлена прессованны­ми дрожжами, то заключительным в производственном комплек­се является формовочно-упаковочное отделение 6. из которого дрожжи поступают на склад-холодильник. Как видно из приве­денного примера, биотехнологическое производство имеет пре­имущественно последовательную структуру, в которой продукты, вырабатываемые на предыдущей стадии, поступают для перера­ботки на последующую стадию. Рассмотрим подробнее техноло­гию, задачи и методы автоматического управления технологи­ческими процессами на основных стадиях биотехнологического производства.