WWW.KNIGI.KONFLIB.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 
<< HOME
Научная библиотека
CONTACTS

Pages:     | 1 |   ...   | 5 | 6 || 8 | 9 |   ...   | 49 |

«Т. Г. Волова БИОТЕХНОЛОГИЯ Ответственный редактор академик И. И. Гительзон Рекомендовано Министерством общего и профессионального образования Российской Федерации в ...»

-- [ Страница 7 ] --

Данный коэффициент выражает эффективность использования субстрата для получения целевого продукта и является очень важной характеристикой, так как непосредственно связан с продуктивностью и позволяет непосредственно влиять на себестоимость конечного продукта. Экономический коэффициент имеет четкий физический смысл, характеризующей степень перехода энергии, заключенной в субстрате, в продукт.

Данная величина необходима для расчетов и прогнозирования процесса в целом и используется в качестве параметра для контроля и управления ходом различных процессов и сопоставления их эффективности.

Конечная концентрация продукта должна планироваться с учетом продолжительности процесса и величины выхода продукта. Достижение конечной высокой концентрации продукта оправдано, когда выделение, концентрирование его трудоемки и дорогостоящи.

Удельные энергозатраты существенно варьируют в зависимости от направленности и схемы процесса ферментации, а также условий подготовки сырья на предферментационной стадии и постферментационных процедур. Удельные энергозатраты также очень существенно зависят от типа ферментационного оборудования.

Непродуктивные затраты субстрата (h) – это затраты энергии субстрата, которые не проявляются в приросте продукта. В общем виде они выражаются через экономический коэффициент:

h = Yэкспериментальный/Yтеоретический 1.

Непродуктивные затраты существенно влияют на эффективность и экономику биотехнологического процесса, поэтому выявление причин и мест этих дополнительных трат энергического субстрата очень важно.

Непродуктивные затраты субстрата могут быть связаны с ошибками при считывании генетической информации в ходе быстрого роста продуцента и затратами на поддержание при разобщенном росте в результате снижения эффективности образования энергии в цепи переноса электронов из-за разобщения окисления и фосфорилирования, инактивации мест сопряжения, возникновения альтернативных, менее эффективных ветвей, с диссипацией энергии, а также из-за возрастания трат энергии на поддержание жизни без размножения (транспорт субстратов и мономеров в клетке, ресинтез молекул, защитные реакции, процессы репарации).

Первичная оценка эффективности биотехнологических процессов по перечисленным параметрам проводится на стадии лабораторных разработок и испытаний процесса и далее уточняется при масштабировании на опытных и опытно-промышленных стадиях.

1.6. КОНТРОЛЬ И УПРАВЛЕНИЕ

БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ;

МОДЕЛИРОВАНИЕ И ОПТИМИЗАЦИЯ

Эффективное проведение биотехнологических процессов тесно связано с совершенствованием способов контроля и управления. В период предыстории биотехнологии делались отдельные попытки регулировать развитие продуцента с помощью изменений параметров внешней среды. До середины ХХ века регулирование в основном сводилось к эмпирике, так как без знания сущности происходящего невозможно эффективно контролировать и управлять процессом. В основном, объектом управления того периода была экстенсивная периодическая культура микроорганизмов со всеми ее недостатками: динамикой состояния продуцента и среды, отсутствием средств контроля. В последние 25 лет с внедрением управляемых культур биотехнологи переходят от простой задачи поддержания определенных параметров среды к управлению процессом в целом. Для реализации управляемого культивирования необходимо построение алгоритмов управления, основанных на моделях биотехнологического процесса. В современных биотехнологических процессах необходимо регистрировать и анализировать множество быстроизменяющихся факторов (концентрацию субстрата, биомассы и продукта в культуре, рН, температуру, парциальное давление кислорода и др.) (табл. 1.3). Это вызывает необходимость в применении электронной техники. Первые разработки по применению ЭВМ в биотехнологии относятся к концу 60-х гг. ХХ века. На первых этапах ЭВМ привлекали в качестве советчика оператора, управляющего исполнительными механизмами для поддержания оптимального течения биотехнологического процесса. Прежде всего, для сбора и обработки инТаблица 1. Величины и расчетные параметры, применяемые для управления Концентрация основных субстратов и продуктов в культуральной среде (сахара, спирты, органические кислоты и пр.).

Концентрации важнейших внутриклеточ- Удельная скорость образования продукта, qp ных компонентов (ферменты метаболизма (кг/кг Х ч).

углерода, ключевые метаболиты, АТФ, НАДФ и др.).

Концентрация биомасс.

Состав микрофлоры в культуре.

Концентрация растворенных О2 и СО2 в культуральной среде.

Уровень и состояние пены.

Концентрация целевого продукта.

формации по показаниям датчиков и для представления этой информации в легковоспринимаемой форме. Разрабатывали также системы автоматического регулирования отдельных параметров (дозировка среды или отдельных компонентов, стабилизация температуры и рН среды, скорости протока) по принципу контроля с обратной связью. Позднее ЭВМ стали использовать для управления технологическим процессом в целом в составе автоматизированных систем АСУ. Задача создания АСУ стала особенно актуальной при реализации крупнотоннажных биотехнологических процессов. В настоящее время АСУ осуществляется на основе системного подхода, и управление имеет многоуровневую иерархическую систему.

Внедрение АСУ позволяет осуществить рациональное управление процессом биосинтеза. В результате этого экономятся исходное сырье, электроэнергия, вода, повышается продуктивность процесса и производительность труда обслуживающего персонала. Затраты на создание и внедрение АСУ в биотехнологии окупаются сравнительно быстро, в течение 3–4 лет.



Обычная схема контроля и управления ферментацией включает ферментер, датчики, регулирующую систему, которая реализует расчетные зависимости на основе измерения параметров процесса. Исходные данные от датчиков поступают на ЭВМ, в которой они оперативно анализируются, и в результате выдаются данные для исполнительных устройств и механизмов. В настоящее время разработка и внедрение АСУ для биотехнологических процессов, прежде всего, определяется уровнем технической оснащенности данных процессов и зависит от уровня электронного оборудования, средств контроля и автоматизации. Возникают также проблемы вследствие большой информационной емкости биотехнологических процессов. Эффективность АСУ зависит от быстродействия и объема памяти ЭВМ. Поэтому прогресс в области биотехнологии зависит от прогресса в области электроники. Большое будущее имеет, в частности, микропроцессорная техника. Внедрение АСУ сдерживается отставанием в создании надежной и быстродействующей контрольно-измерительной аппаратуры, выдерживающей стерилизацию и удовлетворяющей современные требования к чувствительности и точности измерения, быстродействию, надежности, миниатюризации.

Моделирование является одним из наиболее значимых направлений при разработке биотехнологических процессов, так как с помощью моделирования, экспериментального и математического, исследуются и разрабатываются новые процессы, совершенствуются аппараты и технологические схемы производств. При экспериментальном моделировании в лабораторных и промышленных условиях применяются, как правило, модели объектов и процессов, отличающиеся масштабами. Экспериментальное моделирование позволяет исследовать и оптимизировать процессы, сущность которых мало изучена. Данный подход часто служит единственным средством для исследования биотехнологического процесса. Первым этапом экспериментального моделирования служит лабораторный уровень, в ходе которого при сравнительно небольших затратах проводится изучение новых продуцентов и разработка новых процессов. Далее полученные результаты переносят в опытные, полупромышленные и промышленные масштабы. На опытных установках отрабатываются все технологические детали будущего процесса, обучается персонал, создается оборудование, уточняются технико-экономические показатели. Затем проводятся крупномасштабные дорогостоящие промышленные эксперименты и испытания. Экспериментальное моделирование имеет ряд особенностей: трудоемкость, сложность реализации новой модели процесса. Наиболее трудны при этом вопросы масштабирования технологии и оборудования. Развитие биологических агентов связано не только с поведением жидкости и реагентов в ферментере, но и с их собственным метаболизмом. Поэтому масштабирование в биологии требует специальных решений, при этом до настоящего времени нет единого подхода к решению данной задачи. Для оптимизации и управления биотехнологическими процессами, помимо экспериментального, необходимо также привлечение математического моделирования. Эти два подхода, дополняя друг друга, позволяют более эффективно решать поставленные задачи. Экспериментальное моделирование часто предшествует математическому, являясь для него источником информации. Математические модели – удобное средство обобщения экспериментальных данных. Наличие математических моделей позволяет более обоснованно подходить к планированию экспериментов и обрабатывать данные, существенно сокращать объем экспериментальных работ.

Для моделирования и расчета биотехнологических процессов в силу их сложности применяют системный подход. Математическая модель сложной биосистемы должна включать описание различных по своей природе объектов и явлений. Поэтому, анализируя биологическую системы в целом, применяют метод декомпозиции, расчленяя исходную систему на ряд подсистем: строятся модели массообмена, кинетики роста биообъекта и биохимических процессов. К настоящему времени разработано много моделей массообмена, кинетики потребления субстрата и образования различных продуктов. Наиболее сложная задача – моделирование собственно биологических объектов, так как они значительно сложнее химических, физических и технических. Объекты биотехнологии способны к саморегулированию, их сложность усугубляется неоднородностью. Процессы, протекающие в биореакторе, зависят не только от сложных внутриклеточных факторов, но и от условий внешней среды; в свою очередь, внешние процессы в биологии связаны с внутренними, поэтому их разделить нельзя. Кроме этого, на данном этапе уровня развития математической биологии отсутствует теория, адекватная сущности биологических процессов.

Пока не создан математический аппарат, способный описать природу биологических превращений во всем многообразии, то есть необходимо развитие и совершенствование самого математического аппарата. Математическое описание биологических объектов дополнительно осложняется их недостаточной изученностью. Поэтому на данном этапе возможно достаточно упрощенное и приближенное математическое описание биологических объектов, это направление нуждается в существенном совершенствовании.

Оптимизация биотехнологических процессов осуществляется на основе сочетания экспериментального и математического моделирования и применения современных методов оптимизации (динамического и нелинейного программирования, вариационного исчисления). Однако в настоящее время для оценки оптимальности биотехнологических процессов трудно даже подобрать критерии. При оптимизации в биотехнологии необходимо учитывать ограничения, связанные с экономическими и конструктивными условиями, возможностями контрольно-измерительной аппаратуры и средств управления, экологическими требованиями и др. Моделирование и оптимизация биотехнологических процессов – задача сложная и во многом еще не решенная. Однако именно разработка адекватных моделей различных биотехнологических процессов и на их основе создание совершенных методов оптимизации и управления – важнейшее направление биотехнологии, без которого невозможен прогресс.

Глава 2. ПРОМЫШЛЕННАЯ МИКРОБИОЛОГИЯ:

ПРОЦЕССЫ ПРОИЗВОДСТВА

ПОЛЕЗНЫХ ВЕЩЕСТВ



Pages:     | 1 |   ...   | 5 | 6 || 8 | 9 |   ...   | 49 |
 



Похожие работы:

«В. В. Демьянов, Е. А. Савельева ГЕОСТАТИСТИКА теория и практика Под редакцией профессора, доктора физико-математических наук Р. В. Арутюняна Москва Наука 2010 УДК 91:519.8 ББК 26.8в6 Г35 Рецензенты: доктор технических наук Б. И. Яцало, доктор физико-математических наук В. М. Головизнин Геостатистика: теория и практика / В. В. Демьянов, Е. А. Савельева ; под ред. Р. В. Арутюняна; Ин-т проблем безопасного развития атомной энергетики РАН. — М. : Наука, 2010. — 327 с. — ISBN 978-5-02-037478-2 (в...»

«1.1 УРАВНЕНИЕ ШРЕДИНГЕРА ДЛЯ ИДЕАЛЬНОГО КРИСТАЛЛА. ВОЛНОВАЯ ФУНКЦИЯ ЭЛЕКТРОНОВ В КРИСТАЛЛЕ Отличия в физико-химических свойствах металлов, полупроводников и диэлектриков в значительной мере обусловлены существованием фундаментальных различий в их зонной структуре, в характере заполнения валентных зон электронами и в значениях энергетических параметров разрешенных зон электронов и разделяющих их промежутков (запрещенных зон). Зонная модель твердого тела вытекает из решения уравнения Шрдингера...»

«СОВЕТ МУНИЦИПАЛЬНОГО РАЙОНА ВУКТЫЛ РЕШЕНИЕ от 9 июня 2011 г. N 36 ОБ УТВЕРЖДЕНИИ СХЕМЫ ТЕРРИТОРИАЛЬНОГО ПЛАНИРОВАНИЯ МУНИЦИПАЛЬНОГО РАЙОНА ВУКТЫЛ В соответствии с Федеральным законом от 06.10.2003 N 131-ФЗ Об общих принципах организации местного самоуправления в Российской Федерации, статьей 20 Градостроительного кодекса Российской Федерации, статьей 6 Закона Республики Коми О некоторых вопросах в области градостроительной деятельности в Республике Коми, Уставом муниципального района Вуктыл...»

«Компания АДЛ ООО Инженерная ООО ВИЛО РУС ООО Грундфос Компания Велес НП ИСЗС-Проект ООО Производственное ООО Данфосс НП ИСЗС-Монтаж объединение КЛИМАТВЕНТМАШ ООО КСБ ООО Мессе Дюссельдорф Москва ГУП Мосгаз ООО Мессе Франкфурт РУС ОАО Московская объединенная ОАО Московская ОАО Мосэнергосбыт энергетическая компания теплосетевая компания ЗАО МОССТРОЙ-31 ОАО Объединенная ООО Полимертепло энергетическая компания ЗАО Профайн РУС ЗАО РИФАР НП Росизол ЗАО НПФ Теплоком ООО Термафлекс Корпорация ЗАО...»

«МИНИСТЕРСТВО АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ И ПРОМЫШЛЕННОСТИ СССР СОГЛАСОВАНО УТВЕРЖДАЮ Главгосэкоэкспертиза Заместитель министра Госкомприроды СССР Е.В.Минаев Е.А.Решетников __1990 г. __1990 г. ВРЕМЕННЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К СТРУКТУРЕ И СОДЕРЖАНИЮ РАЗДЕЛА ТЭО, ПРОЕКТА СТРОИТЕЛЬСТВА АТОМНОЙ СТАНЦИИ: ОЦЕНКА ВОЗДЕЙСТВИЯ АС НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ Директор института Курочкин В.И. Начальник БКП-2 Ермаков Ю.Г. Начальник отдела Минасян Р.Г. Москва - 1990 ОТВЕТСТВЕННЫЕ ИСПОЛНИТЕЛИ: Минасян Р.Г. Институт Атомэнергопроект...»

«1. Лазерная хирургия глаукомы Ремесников И.А. - доклад в Ремесникова И.А ОКБ №1 г. Волгограда на обществе офтальмологов, 1997 г. 2. Применение компьютеризированной системы флюоресцентной ангиографии глазного дна Ремесников И.А. - доклад Ремесникова И.А в ОКБ №1 г. Волгограда на обществе офтальмологов, 1997 г. 3. Превентивная лазерная хирургия Ремесников И.А. - доклад на обществе офтальмологов в ВФ ФГБУ МНТК Микрохирургия глаза, 1998 г. 4. Лазертрабекулопластика как метод раннего лечения...»

«Системы кабельного телевидения Под редакцией доктора технических наук, профессора М.Ф. Тюхтина Издание второе, переработанное и дополненное Москва Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана 2007 617 УДК 621.397 ББК 32.949 С409 Р е ц е н з е н т: кафедра Радиоэлектронные системы и устройства Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана Системы кабельного телевидения / З.А. Зима, И.А. КолС409 паков, А.Б. Романов, М.Ф. Тюхтин; Под ред. М.Ф. Тюхтина. — 2-е изд., перераб. и доп. —...»

«www.koob.ru М. Норбеков, Ю. Хван Энергетическое здоровье От авторов Уважаемые читатели! Вы держите в руках эту книгу, не подозревая, что, собственно говоря, сами подтолкнули нас к скорейшему ее написанию. Первые наши две публикации — Уроки Норбекова и Тренировка тела и духа — вызвали огромную волну читательского интереса, которая захлестнула нас потоками писем, говорящих о том, что освоенные горизонты вам стали откровенно малы. Нам стало ясно, что наши корреспонденты в подавляющем большинстве...»






 
© 2013 www.knigi.konflib.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.