Download GRID Feedback 2002 No.2 - Delft Center for Systems and ...

Figuur 2. Laboratoriumopstelling met links de fermentor, in het midden de pompen en
reservoirs met substraat, base en zuur voor pH regulatie en rechts de regelkast. Zowel de
fermentor als de reservoirs staan op balansen om de volumestromen in de tijd te meten
(nauwkeuriger dan de pompsnelheden). Verder zijn er flowregelaars voor de gastoevoer en
afvoer naar de gasanalyzers. De gasfles in het midden achter bevat pure zuurstof om bij te
mengen indien de zuurstofbehoefte groter is dat de mogelijke toevoer via gewone lucht en
maximale menging.
Door deze beperkingen is het van belang om naar modelleermethoden te zoeken,
die met beperkte data een model kunnen genereren, dat geschikt is voor
procesoptimalisatie. Daarnaast is het van belang om de experimenten zo te
ontwerpen, dat er voldoende geschikte data verkregen wordt (experimental design).
Modellen voor bioprocessen.
Bij het modelleren maken we onderscheid tussen kennisgebaseerde
(mechanistische, witte) modellen en datagebaseerde (zwarte) modellen. In het eerste
geval van witte modellen (white-box) wordt er vanuit de proceskennis een
modelstructuur voor het proces gevormd en de parameters worden met
experimentele data geschat. Voorbeelden voor bioprocessen zijn stoichiometrische,
kinetische en metabole modellen. Afhankelijk van de biomassa beschrijving spreken
we ook van ongestructureerde of gestructureerde modellen, waarbij in het laatste
geval rekening wordt gehouden met de subonderdelen van de biomassa over de tijd.
Het maken van witte modellen is vaak tijdrovend en de modelkwaliteit (benadering
van de data) is soms beperkt. Echter de modellen geven vaak wel een redelijk beeld
voor het proces, zowel binnen (interpolatie) als buiten de grenzen van de
beschikbare data (extrapolatie).
Bij zwarte (black-box) modellen worden zowel de modelstructuur, als de parameters
vanuit de data geschat. Dit betekent over het algemeen, dat meer experimentele
data nodig is om het proces goed te modelleren. Vaak is een nauwkeurig model te
18