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

kan zowel een fysiologische als mechanische oorzaak hebben. Het laatste geval
treedt op bij hoge biomassa concentraties door te hoge vermogensinput van de
roerder voor de beluchting voor zuurstoftoevoer.
Het gehele proces vindt plaats in een laboratoriumschaal geroerd vat bioreactor met
een volume van 42 liter. De daadwerkelijke industriële productie wordt gedaan in
reactoren van meer dan 10000 m 3 . Tijdens het proces wordt de pH gereguleerd door
toevoeging van loog en zuur. De temperatuur wordt gereguleerd op 30 o C. Tijdens
het proces kunnen extra grondstoffen via substraatpompen worden toegevoerd in de
fed-batch, waarmee de groei en productvorming worden beïnvloed. Aan het einde
van het proces (typisch 5-7 dagen) wordt de clavulaanzuur gezuiverd in een serie
opwerkingsstappen.
Hybride model.
O2
Glycerol
Glutamaat
Ammonium
Fosfaat
Sporenelementen
S. clavuligerus
C 1 N 0.21 O 0.6 H 1.8 P 0.02
20
Celdood
(lysis)
CO2
Biomassa
Clavulaanzuur
Bijproducten ?
Afbraak
(decay)
Figuur 3. Schematische weergave van de microbiele omzetting
van substraten in biomassa en clavulaanzuur.
Voor dit werk zijn tien batch experimenten gedaan, verdeeld over anderhalf jaar en
vervolgens nog zeven fed-batch experimenten over de laatste anderhalf jaar. Alle
experimenten zijn uitgevoerd met minerale (chemisch gedefinieerde) groeimedia
samengesteld uit combinaties van glycerol, glutamaat, succinaat, maltose als
koolstofbron (C), glutamaat, ammonia als stikstofbron (N) en fosfaat als fosforbron
(P). In eerste instantie hebben we een hybride modelleertechniek voorgesteld voor
een eenvoudigere ontwik-keling van (fed)batch modellen. De hybride modelstructuur
combineert differentiaalvergelijkingen, afgeleid uit de massabalansen, met een
metabool netwerkmodel (het witte modeldeel) met fuzzy logic en neural netwerk
deelmodellen, die de kinetische relaties beschrijven (zwarte modeldeel). De
parameters van het zwarte model worden geoptimaliseerd met een integrale
methode met gebruik van de experimentele data.
De gevormde hybride modellen hebben een redelijke kwaliteit, maar het aantal
parameters is erg hoog. Verder bleek, dat de kinetiek (dynamica) in het huidige
proces een beperkte invloed heeft tijdens de diverse fasen (wel verschillend in iedere
fase), waardoor voor een groot deel met statische faseafhankelijke relaties gewerkt
kan worden. Verder bleek het gevormde metabole netwerk niet nauwkeurig genoeg
en is later verder uitgewerkt. Daarnaast bleek, dat zowel de afbraak van biomassa,