El desarrollo de una escala industrial de fermentación de lote alimentado.

...

http://dx.doi.org/10.1016/j.jbiotec.2014.10.029

0168-1656/Crown Copyright © 2014 Publicado por Elsevier B.V. Todos los derechos reservados.

---------------------------------------------------------------

Estudios. Sin embargo, considerando que los modelos no estructurados simples no son suficientes para capturar la dinámica de procesos complejos, estructurados modelos deben ser utilizadas y aplicadas a los procesos industriales para facilitar el desarrollo de estrategias de control mejorado.

El objetivo de esta investigación es desarrollar una simulación realista de una fermentación industrial para ser utilizado como un punto de referencia en el control de proceso y estudios de optimización. El trabajo describe un ampliar- sión de la fermentación de penicilina estructurado modelo desarrollado por Paul y Thomas (1996) y describe todos los componentes de los saldos de las variables de proceso. La simulación fue posteriormente validado con el lote de diez registros de 100.000 L fed-batch penicilina fermentaciones. El simulador mejora en anteriores fed- simulaciones de lotes que considere los problemas típicos encontrados en fermentaciones a gran escala, incluyendo retos asociados con el control del oxígeno disuelto durante el fer- mentations altamente viscoso y controlando los nutrientes clave usando retrasa las mediciones off-line. El simulador y datos de proceso industrial están disponible para su descarga en www.industrialpenicillinsimulation.com. The simulator can also be used as a stand alone application which includes batch to batch variation, deviations relating to input con- centrations and typical process faults including foaming, agitator tripping and problems relating to inaccurate sensors. The devel- oped simulator provides a challenge for researchers to develop robust monitoring and control strategies applicable to a complex industrial-scale penicillin fermentation simulation.

2. Modelo de penicilina a escala industrial.

El modelo estructurado y desarrollado por Paul Thomas (1996) fue adaptado y aplicado aquí, como se ha demostrado que mejor describen el comportamiento de fermentación cuando se compara con otros diez modelos de penicilina (Syndall, 1998). La simulación considera

---------------------------------------------------------------

Tabla 1

Resumen de los parámetros del modelo. El parámetro Unidades descripción[pic 16]

T tiempo por lote h

Una creciente concentración de biomasa 0 g L-1

1 No creciente concentración de biomasa g L-1

Una concentración de biomasa degenerado 3 g L-1

Una concentración de biomasa autolisados 4 g L-1

X concentración de biomasa total g L-1

P concentración de penicilina G L-1

Concentración de sustrato s g L-1

V Volumen buque L

Vm buque volumen m3

Fen el flujo total en L H-1

Fdis tasa de descarga L H-1

FS Sugar caudal L H-1

FPAA flujo de ácido fenilacético L H-1

F el caudal de aceite de soja aceite L H-1

Fw agua para inyección caudal L H-1

Fa/b ácido/base caudal L H-1

Fevp caudal de evaporación L H-1

¿La concentración de oxígeno disuelto de 2 mg L-1

KL un coeficiente de transferencia de masa volumétrica h-1

App viscosidad aparente cP

Fg m tasa de aireación3 min-1

PAG kW de potencia del agitador deaire P Potencia disipada por aireación kW P1 buque contrapresión Pa

B Densidad de caldo m-3 kg.

P0 vaso de presión inferior Pa z líquido Ungassed altura m tb Temperatura del caldo K

Concentración de iones de hidrógeno H + mol L-1

N Nitrógeno tiros disparos kg

Concentración de ácido fenilacético PAA mg L-1

La concentración de nitrógeno N mg L-1

O2fuera el oxígeno fuera de la concentración de gases de CO2 %fuera el dióxido de carbono fuera de la concentración de gases %

CO2,l la concentración de dióxido de carbono disuelto g L-1[pic 17]

De la biomasa durante un sumergido P. chrysogenum fermenta- ción. La simulación divide la estructura interna de la biomasa

---------------------------------------------------------------

Autolisado regiones (A4 ):

O hifas en cuatro regiones distintas: las regiones de crecimiento activo (A0 ), no regiones de cultivo (A1 ), degenerado regiones (A3 ) formado mediante la vacuolización y autólisis de regiones (A4 ), como se ilustra en la Fig. 1. Este documento se omite la descripción de la formación de vacuolas

---------------------------------------------------------------

DA4

Dt = ra[pic 18]

Autolisis

---------------------------------------------------------------

Fen un4

- V[pic 19][pic 20]

Dilución[pic 21]

---------------------------------------------------------------

(4)

Nutrientes que representan las regiones del empobrecido hifas cuyo crecimiento