Уровни решаемых биоинженерных задач при разработке технологии производства
Автор: unikums • Июнь 13, 2020 • Лекция • 2,019 Слов (9 Страниц) • 442 Просмотры
Лекция 1
Уровни решаемых биоинженерных задач при разработке
технологии производства
В процессе получения инженерного образования на кафедрах специализации, а также при решении в научных учреждениях и исследовательских лабораториях предприятий задач разработки биоинженерных вопросов технологии производства целесообразна определенная последовательность этапов или уровней, которые подчинены один другому по принципу иерархии.
В табл. 1 изображена такая иерархия уровней, проиллюстрированная основными конкретными вопросами транспортных процессов и микробного биосинтеза биологически активных соединений.
Начальный уровень — физический, химический и биофизический позволяет понять механизм технологического процесса и составить его математическое описание, включающее уравнения гидродинамики, тепломассопере- дачи и кинетики биофизических процессов. Этот уровень необходим, но он еще весьма далек от реальности промышленного производства. При решении задач лабораторного или опытного производства возникает второй уровень изучения и исследования — опытно-технологический. Математическое описание процесса пополняется уравнениями производительности аппаратуры, уравнениями энергозатрат, характеристик аппаратов и сырья, в также ограничениями, накладываемыми общими нормами техники безопасности и требованиями локальной автоматизации. На этом уровне решаются задачи технической оптимизации (или подоптимизации), когда в качестве критерия оптимальности выбираются технические параметры — максимальный выход при биосинтезе, минимальный расход сырья, длительность периодического
процесса, энергозатраты, масса аппарата или другие параметры. На этом уровне разрабатываются основы масштабирования.
Задачи подлинной оптимизации возникают лишь на третьем уровне, в
Таблица 1
Уровни изучения и решаемых биоинженерных задач в производстве
биологически активных соединений на стадии микробного биосинтеза
Уровни решаемых задач и достигаемый результат | Транспортные процессы в культиваторе | Биосинтез |
Физический, биофизико-химический; понимание механизма процесса, математические модели этого уровня | Гидродинамика перемешивания и газосодержания жидкости; массопередача в системе газ—жидкость —клетки; кинетика потребления СО2. | Термодинамика жизнедеятельности микроорганизмов; микрокинетика роста, потребления питательных веществ и биосинтеза вторичных метаболитов |
Опытно-технологический, удовлетворяющий требованиям опытного производства; выявление экстремумов технических параметров (подоптимизация) | Обеспечение потребности в О2 и отводе СО2, минимизация энергозатрат на подачу воздуха—перемешивание, расхода пеногасителясителя, расхода хладо- агента или поверхности теплообмена; локальные системы автоматизации, соблюдение общих норм техники безопасности. | .Максимизация выхода продукта биосинтеза или производительности аппарата путем программного управления температурой, pH и загрузкой питательного вещества, разработка основ масштабирования. |
Технологический или производственный; обеспечение экономически наивыгоднейших параметров технологии и аппаратуры (оптимизация) и удовлетворение социальным требованиям производства | Масштабирование процессов и аппаратов, выбор в промышленных аппаратах, имеющих наивыгоднейшую емкость, экономически оптимальных режимов загрузки питательных веществ, пеногашения, аэрации, перемешивания, отвода теплоты; выбор вариантов технологии и аппаратуры, безопасных для здоровья и жизни персонала, а также механизация, автоматизация и АСУТП, удовлетворяющие требованиям НОТ, уменьшения дефицита персонала и экономическому критерию. |
...