Биохимическое производство как многоуровневая иерархическая система

Дан анализ биохимического производства, рассматриваемого с позиций системного подхода как сложная иерархическая система (БТС) с целым рядом взаимосвязанных подсистем и элементов, обеспечивающих преобразование материальных и энергетических потоков в процессе переработки исходного сырья в целевые продукты микробиологического синтеза. Рассмотрены вопросы выбора глобального и локальных критериев эффективности, а также применения принципов многоуровневой оптимизации при анализе БТС и ее подсистем. Приведены примеры построения математических моделей типовых технологических элементов, составляющих БТС, даны алгоритмы их расчета на ЭВМ и методы анализа надежности функционирования в системе. Детально исследованы условия функционирования основных подсистем БТС ферментации , разделения биосуспензий , биоочистки , рассмотрены принципы их структурного анализа и оптимизации. Рассмотрена иерархическая структура управления биохимическими системами и показана эффективность использования управления на основе ЭВМ в задачах оптимизации процессов биохимических производств. [c.2]

Каждый из этих элементов (подсистем) характеризуется сложной иерархической структурой связей, к которой также применим системный подход. Так, клетка как сложная система может быть представлена многосвязной метаболической схемой, соответствующей внутриклеточным процессам. Биореактор с позиций системного анализа представляет многоуровневую систему, состоящую из гидродинамических, тепло-массообменных и биохимических процессов, осуществляемых в определенном конструктивном оформлении. БТС в целом включает технологические процессы и аппараты, связанные материальными и энергетическими потоками, и обеспечивает производство целевого продукта микробиологического синтеза. Рассмотрим качественные характеристики данных подсистем, что позволит оценить их сложность как больших систем и целесообразный уровень детализации при разработке формализованных методов математического описания БТС. [c.7]

Эффективность работы биохимического производства, характеризуемого многоуровневой иерархической схемой связей элементов и явлений различной природы, определяется не только успешным функционированием отдельных стадий и технологических аппаратов производства, но и слаженной, взаимосвязанной работой всех его подсистем и элементов. Применение методологии системного анализа позволяет систематизировать и подчинить единой цели все технологические процессы. При этом исследования биохимической системы в целом основываются на анализе процессов и явлений, протекающих на всех ее иерархических уровнях. Разделение системы на иерархические уровни, соответствующие блокам общей математической модели, позволяет, проведя детальный анализ нижних уровней, обобщить информацию при передаче ее на верхние уровни и выявить основные факторы, влияющие на глобальный критерий оптимальности системы. Рассмотренная в работе иерархическая схема БТС включает шесть основных уровней от процессов на микроуровне, связанных с внутрнклеточиыми превращениями и эффектами переноса энергии, массы в элементарном объеме технологического аппарата, до процессов функционирования отдельных агрегатов и подсистем. [c.5]

Представление сложной биотехнологической системы в виде многоуровневой иерархической схемы позволяет осуществлять целенаправленный анализ функционирования отдельных элементов и подсистем БТС с последующим синтезом оптимальных систем на основе критерия эффективности. К основным подсистемам БТС можно отнести специфичные для биохимического производства стадии ферментации и биоочистки. Стадия ферментации представляет собой технологическую основу производства продуктов микробиологического синтеза, поскольку именно здесь осуществляется превращение исходных компонентов сырья в целевые продукты биосинтеза. Важнейшая роль в биохимическом н целом ряде других производств отводится стадии биоочистки, решающей задачу охраны окружающей среды и обеспечивающей возможность создания замкнутых биотехнологических систем с безотходной технологией. [c.175]

Разработка математических моделей биореакторов является наиболее важной задачей при оптимизации БТС. От эффективности функционирования биореактора, обеспечивающего превращение исходных веществ в продукты микробиологического синтеза, зависят технико-экономические показатели производства в целом. Важно отметить сложность задачи моделирования процессов в биореакторе, где на явления биологической и биохимической природы накладываются физические и физико-химические явления, связанные с переносом вещества и энергии. Рассмотренные ранее принципы системного анализа сложных систем в полной мере применимы и к моделированию процессов в биореакторе, который можно представить в виде многоуровневой иерархической системы [13 . [c.136]