Porównanie ilości enzymu ulegającego dezaktywacji dozowanego do bioreaktora okresowego w warunkach izotermicznych oraz z optymalnym sterowaniem temperaturą

• Autorzy: Grubecki I. , Politowska D

Warianty tytułu

EN

Comparison of enzyme amount undergoing deactivation and added to a batch bioreactor under the isothermal condition and optimal temperature control

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Prowadzenie procesów biotransformacji przy optymalnym sterowaniu temperaturą jest bardziej korzystne aniżeli w przypadku zastosowania warunków izotermicznych. Aby to oszacować przeanalizowano proces z enzymem natywnym ulegającym zarówno dezaktywacji niezależnej od stężenia substratu jak i równoległej. Stosując klasyczną metodę rachunku wariacyjnego uzyskano równanie analityczne pozwalające odpowiedzieć na pytanie, ile enzymu można oszczędzić w procesie prowadzonym przy optymalnym sterowaniu temperaturą w porównaniu z jego przebiegiem w warunkach izotermicznych. Rozważono przy tym wpływ ilorazu energii aktywacji na uzyskane korzyści. Wykazano, że niskie końcowe aktywności enzymu, dla względnie wysokich wartości ilorazu energii aktywacji, powodują znaczące oszczędności enzymu, dwukrotne lub większe, gdy zamiast warunków izotermicznych zastosuje się optymalne sterowanie temperaturą.

EN

It is known that the running of biotransformations at optimal temperature control is more profitable than in a case of isothermal conditions application. In order to quantify it, biotransformation process with native enzyme deactivation both parallel and independent of substrate concentration, running in a perfect batch reactor was analyzed. Making use of variational calculus method the analytical expression was derived enabling one to answer the question how much of enzyme can be saved if instead of commonly applied isothermal conditions the optimal temperature control is used. An effect of the activation energy quotient on the magnitude of such benefits was considered. It was proved that the lower catalyst activity for relatively high values of activation energy quotient caused significant enzyme savings - two or even more time greater than in a case of optimal temperature control application compared to isothermal process.

Słowa kluczowe

PL

dezaktywacja enzymów; aktywność enzymu; bioreaktory; optymalizacja; optymalne sterowanie temperaturą

EN

enzyme deactivation; enzyme activity; bioreactors; optimization; optimal temperature control

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Inżynieria i Aparatura Chemiczna
• Rocznik: 2014
• Tom: Nr 3
• Strony: 149--150
• Opis fizyczny: Bibliogr. 8 poz., rys.

Twórcy

autor

Grubecki I.

• Katedra Inżynierii Chemicznej i Bioprocesowej, Wydział Technologii i Inżynierii Chemicznej, Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy, Bydgoszcz

autor

Politowska D

• Katedra Inżynierii Chemicznej i Bioprocesowej, Wydział Technologii i Inżynierii Chemicznej, Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy, Bydgoszcz

Bibliografia

• 1. Воnvіn D., 1998. Optimal operation of batch reactors - a personal review. J. Proc Cont., 8, 355-368. DOI: 10.1016/S0959-1524(98)00010-9
• 2. Grubecki I., Wójcik М., 2002. Analytical solution of the Euler-Lagrange equation in an optimization problem for a batch reactor with deactivating catalyst. Chem. Eng. Sci., 56, 6617-6621. DOI: 10.1016/S0009-2509(01)00306-2
• 3. Grubecki I., 2012. Analytical determination of the optimal temperature profiles for the reactions with parallel deactivation of enzyme encapsulated inside microorganisms cells. Chem. Biochem. Eng. Q. 26, nr 1, 31-43
• 4. Hass W.R., Tavlarides L.L., Wnek W.J., 1974. Optimal temperature policy for reversible reactions with deactivation: Applied to enzyme reactors. AIChE J., 20, 707-712. DOI: 10.1002/aic.690200411
• 5. Kim C., Kim H.S., Ryu D.D.Y., 1982. Optimization of operating temperature for continuous glucose isomerase reactor system. Biotechnol. Bioeng., 24, 1889-1896. DOI: 10.1002/bit.260240816
• 6. Kordabadi H., Jahanmiri A., 2007. A pseudo-dynamic optimization of a dualstage methanol synthesis reactor in the face of catalyst deactivation. Chem. Eng. Process., 46, 1299-1309. DOI: 10.1016/j.cep.2006.10.015
• 7. Lee S., Crowe C.M., 1970. Optimal temperature policies for batch reactors with decaying catalyst. Chem. Eng. Sci., 25, 743-744. DOI: 10.1016/0009- 2509(70)85105-3
• 8. Szépe S., Levenspiel O., 1968. Optimal temperature policies for reactors subject to catalyst deactivation -1 Batch reactor. Chem. Eng. Sci., 23, 881-894. DOI: 10.1016/0009-2509(68)80022-3