Введение к работе
Актуальность темы исследований
Развитие фундаментальных и прикладных исследований по новым направлениям биологии и биотехнологии требует создания новых технологических средств для оснащения работ в этой области.
Ключевым направлением при этом в настоящее время является совершенствование принципов управления биотехнологическими процессами, разработка современных средств для осуществления управляемых процессов - средств измерения технологических параметров и автоматического регулирования потоков веществ и энергии с использованием компьютеров.
Создание лабораторных ферментеров, обеспечивающих проведение непрерывных ферментационных процессов с соблюдением строгого значения величины разбавления позволит проводить на них работы теоретического и прикладного характера по непрерывному культивированию микроорганизмов с обеспечением точных количественных расчетов материально-энергетических затрат.
Разработка методических основ, аппаратно-программных средств для обеспечения процессов культивирования микроорганизмов и решение прикладных задач по теме диссертационной работы выполнено в рамках направления "Биотехнология защиты окружающей среды" ГНТП "Новейшие методы биоинженерии", объединяющей наиболее актуальные и перспективные работы, направленные на решение задач защиты окружающей среды методами биотехнологии.
Цель работы состоит в обосновании и исследовании построения аппаратно-программных средств для контроля и управления ферментационными процессами на базе теплофизических параметров и разработке данных средств.
Основные задачи исследования:
Обоснование, разработка и исследование термодинамического метода контроля и поддержания массы КЖ в ферментере, обеспечивающего проведение непрерывных ферментационных процессов с соблюдением строгого значения величины разбавления.
Разработка методов и средств калибровки новой системы контроля и поддержания массы КЖ в ферментере.
Разработка, изготовление и подготовка к промышленному выпуску аппарата для непрерывного культивирования микроорганизмов АНКУМ-3, базирующегося на термодинамическом методе поддержания массы КЖ в ферментере.
Научная новизна работы
Выполнено обоснование и экспериментальная проверка Метода (в дальнейшем термо-инамический метод) контроля и поддержания массы культуральной жидкости (в альнейшем КЖ) в ферментере по результатам измерений вводимой в ферментер гпловой мощности через нагреватель.
Предложен алгоритм расчета и поддержания величины разбавления по массе КЖ, змеряемой непосредственно в ферментере через ее теплоемкость.
Обосновано и осуществлено применение метода сканирующей калориметрии при змерениях теплоемкости КЖ в ходе процесса культивирования микроорганизмов и при ка-ибровке системы поддержания КЖ при изменяющихся ее параметрах в длительных про-ессах.
Практическая значимость
Разработан и создан новый, превышающий мировой уровень аппарат для непрерыв-ого культивирования микроорганизмов АНКУМ-3 на базе созданного термодинамического іетода контроля и поддержания массы КЖ в ферментере, позволяющего обеспечивать точ-ое поддержание массы КЖ в ферментере.
Разработан и промышленно изготавливается дифференциальный сканирующий микро-алориметр ДСМ-2М, обеспечивающий измерение теплоемкости КЖ при калибровке системы оддержания массы КЖ аппарата АНКУМ-3. Данный прибор нашел широкое амостоятельное применение в исследовательских и практических работах в биологии, зизике и химии полимеров, медицине и многих других областях науки и техники.
Обосновано дальнейшее развитие термодинамического метода для решения задачи змерения теплопродукции микроорганизмов.
Предложено и экспериментально проверено новое техническое решение алориметрических камер дифференциального сканирующего микрокалориметра, которое озволяет в десятки раз повысить разрешающую способность современных дифференциальных сканирующих микрокалориметров по энергии регистрируемых тепловых роцессов.
Апробация работы
Результаты работы докладывались на VII Всесоюзной Конференции по калориметрии, Іерноголовка, 1977, Всесоюзном научно-техническом семинаре 'Метрологическое ібеспечение теплофизических измерений при низких температурах, Хабаровск, 1976, ісесоюзной конференции "Процессы и аппараты для мифобиологических производств ІИОТЕХНИКА-86", Грозный, 1986, Совместном семинаре ИБФМ РАН и НПО "Биоприбор", гущино, 1991, Семинаре ИБП РАН, Пущино, 1996 .
Публикации:
По материалам диссертации опубликовано 35 работ.
Структура диссертации
Диссертация состоит из введения, 4 глав, выводов и списка литературы, включающего 112 наименований. Работа изложена на 100 страницах машинописного текста, содержит 27 рисунков и 2 таблицы.