Кинетические кривые роста микроорганизмов в закрытых системах

 

Государственное бюджетное образовательное  учреждение высшего профессионального

           образования «Уральская государственная медицинская академия»

Министерства здравоохранения  и социального развития Российской Федерации    кафедра фармации

 

 

 

 

 

 

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА № 1

 

 

 

Тема контрольной  работы                      вариант № 67

По дисциплине                                     Биотехнология

По специальности                                      Фармация

 

 

 

 

 

 

 

                                               Работу выполнила  

                                               Факультет фармацевтический, форма  обучения заочная

                                               Курс  6                                   № группы 695 

                                               Преподаватель

                                               Оценка                                   Дата

 

 

 

 

 

 

Челябинск, 2012 год

30.Кинетические кривые роста микроорганизмов в закрытых системах.

Кинетические кривые роста микроорганизмов  в закрытых системах (периодическое  культивирование) имеют сложный  характер (рис 1.1). Выделяют несколько  фаз в развитии культуры.

 После  введения инокулята обычно наблюдают индукционный период (лаг-фазу) (1), в течение которого не происходит сколько-нибудь заметного увеличения числа клеток или образования каких-либо продуктов. В этот период перестраивается метаболизм клетки, синтезируются ферменты, специфичные к использованию новых субстратов, активируется биосинтез белка.

 Индукционный  период сменяется фазой экспоненциального  роста (2), в течение которой  быстро накапливаются биомасса  и продукты разных реакций.  Эта фаза достаточно строго  описывается экспоненциальной кривой.

 В  замкнутой системе экспоненциальная  фаза роста не может развиваться  неограниченно. Как правило, она  переходит в фазу линейного  роста (3), характеризующуюся равномерным  во времени линейным ростом  культуры, имеет место отклонение  от точек в сторону меньших  значений количества клеток или  продуктов, что служит экспериментальным  критерием перехода культуры  в линейную фазу роста.

 Фаза  линейного роста может смениться  весьма непродолжительным периодом, в течение которого скорость  роста культуры снижается до  нуля. Это фаза замедления роста  (4).

 В  некоторых случаях рост культуры  может переходить в достаточно  устойчивую по продолжительности  стационарную фазу. В этих условиях  культура развивается в режиме  постоянства общего числа клеток. Режим характеризуется достаточно  высокими скоростями отмирания  клеток. При этом скорость прироста  биомассы полностью компенсируется  скоростью гибели и лизиса  клеток.

 Если  система полностью истощается  по субстрату или накопление  ингибирующих рост продуктов  является значительным, то скорость  прироста биомассы становится  равной нулю, происходят существенные  физиологические изменения клеток  и, как правило, наблюдается фаза отмирания культуры , сопровождаемая часто полным лизисом клеток.

Принципиальной  особенностью кинетики микробных популяций  является зависимость скорости роста  культуры от концентрации одного или  нескольких наиболее важных компонентов  среды, обеспечивающих биосинтетическую основу метаболизма. Эти компоненты, получившие название лимитирующих субстратов, в определенной степени регулируют скорость роста популяции.В результате экспериментальных исследований зависимости роста культур микроорганизмов были обнаружены две особенности:

 

a. Скорость изменения числа микроорганизмов  в режиме его роста (в экспоненциальной  фазе) линейно связана с концентрацией клеток в системе

где N- это  число клеток; ?- коэффициент пропорциональности,получивший название удельной скорости роста, имеет размерность обратного времени. Предполагается, что ? не зависит от времени в исследуемом интервале. Собственно это уравнение в интегральной форме и представляет собой уравнение экспоненциального роста. Его интегрирование при начальном условии t=0, приводит к функции.

b. Было  найдено, что в большинстве  случаев значение удельной скорости  роста зависит от концентрации  лимитирующего субстрата и эта  зависимость может быть представлена  в форме ,где - предельная максимальная удельная скорость роста; - параметр, получивший название константы сродства субстрата к микроорганизму.

Впервые на зависимость скорости роста культуры от концентрации субстрата обратил  внимание Моно, поэтому уравнение (3) получило название уравнения Моно. По своей форме это уравнение  соответствует зависимости скорости ферментативной реакции от концентрации субстрата (уравнение Михаэлиса - Мент)

 

 

60.контроль состава технологических процессов газов.

Контроль состава и влажности  газов.

Для правильного  проведения различных технологических  процессов необходимо определять содержание в газовой смеси углекислого  газа, оксида углерода, водорода, кислорода, сероводорода, метана, хлора и других компонентов. Кроме того, воздух производственных помещений контролируют на содержание ядовитых и взрывоопасных примесей.

 Состав  газа выражают в процентах  от общего объема газовой смеси.  Приборы для контроля состава  газовой смеси подразделяют на  переносные неавтоматические газоанализаторы,  используемые в лабораторной  практике, а также для контрольных  измерений и проверки стационарных  автоматических газоанализаторов (в  данном учебнике не рассматриваются), и стационарные автоматические, применяемые в промышленных условиях. По принципу действия стационарные  газоанализаторы подразделяют на химические, электрические, магнитные и оптико-акустические. Последние применяют редко, поэтому они в учебнике не рассматриваются. Химические газоанализаторы для определения процентного содержания отдельных компонентов в анализируемой газовой смеси основаны на поглощении компонентов газовой смеси соответствующими химическими реактивами. По сокращению объема смеси определяют процентное содержание в ней компонента. Горючие газы (например, сернистые) выделяют из смеси методом дожигания с последующим поглощением продуктов их сгорания реактивами.

 Автоматический  химический газоанализатор предназначен для определения содержания углекислого газа СО2 в газовой смеси.

 

 

 

 

 

Рис. 10.23. Автоматический химический газоанализатор: 1 - электрический привод; 2 - редуктор; 3 - плунжер; 4 - цилиндр; 5 - волюметр; 6, 16, 17 - клапаны; 7- увлажнитель; 8 - фильтр; 9, 14 - колокола; 10 - диаграммная лента; 11 - перо; 12 - винт; 13 - воронка; 15 - поглощающий сосуд.

Электрический привод 1 через редуктор 2 периодически перемещает вверх и вниз плунжер 3 в цилиндре 4. Перемещаясь вниз, плунжер вытесняет ртуть в  сообщающийся с ним сосуд —  волюметр 5 (сосуд для первичного отмеривания анализируемого газа) —  и в выхлопной клапан 17. При  повышении уровня ртути газ из волюметра вытесняется и через  клапан 16 поступает в сосуд 15 с  раствором щелочи, которая поглощает  из него весь диоксид углерода, остальной  газ удаляется в атмосферу  через клапан 17.

 Когда  ртуть в волюметре 5 поднимется  до суженной части и перекроет  клапан 17, анализируемый газ из  верхней части, имеющей определенный  объем, пропускается через сосуд  15 и поступает под колокола 9 и  14 измерительной части прибора,  находящиеся в жидкости. Первым  поднимается колокол 14, наполняемый  постоянным объемом газа. Остаток  газа поступает под колокол  9, уровень поднятия которого зависит  от объема газа, оставшегося непогло­щенным. Количество этого остатка характеризуется  прямой линией на диаграммной  ленте 10, которая перемещается  часовым механизмом. Высота отрезка  прямой линии, записанной пером  11 на диаграммной ленте от нулевой  линии, указывает концентрацию  диоксида углерода CО2 в анализируемой  газовой смеси.

 

 

 При ходе плунжера 3 вверх  ртуть в клапане 17 и волюметре  5 опускается и засасывается новая  порция газовой смеси, которая  последовательно пропускается через  фильтр 8, увлажнитель 7 и клапан 6. Одновременно открывается клапан 17, через который газ из-под  колоколов 9 и 14 удаляется в  атмосферу. Плунжер 3, достигнув  верхнего положения, направляется  вниз, и цикл измерения повторяется.  Высоту подъема колокола 14 регулируют  винтом 12. Жидкость в камеры колоколов  14 и 9 и волюметр 5 заливают через  воронки 13.

 

 Автоматические химические  газоанализаторы имеют ряд недостатков,  основными из которых являются  периодичность действия и значительный  расход реактивов, теряющих после нескольких анализов свою поглотительную способность, вследствие чего их приходится заменять новыми.

Электрические газоанализаторы на диоксид углерода. Действие газоанализаторов на диоксид  углерода основано на сравнении теплопроводности газовой смеси и воздуха при  одинаковой температуре. Теплопроводность газовой среды зависит от содержания в ней СО2, которое определяют измерением сопротивления нагретых проводников, помещенных в воздушную и газовую среды.

 Определение  содержания в газах суммы оксида  углерода и водорода основано  на измерении сопротивления электрического  проводника, изменяющегося вследствие  его нагревания при сгорании  этих газов. Эти газоанализаторы  применяют редко, поэтому в  данном учебнике их не рассматривают.

При наличии  в дымовых газах водорода и  диоксида серы электрические газоанализаторы  дают значительную погрешность. Поэтому  в некоторых приборах этого типа предусматривается дополнительная электропечь для дожигания несгоревшего водорода, а диоксид серы из анализируемой  смеси удаляют с помощью сернистого фильтра.

 Для  правильной работы газоанализатора  температура анализируемой смеси  должна быть близка к температуре  помещения, в котором установлен  преобразователь прибора. Перед  поступлением в преобразователь газовая смесь охлаждается в холодильнике, а образующийся при этом конденсат удаляется в конденсационный сосуд.

 Типовая  установка электрического газоанализатора  на диоксид углерода: 1 - керамический  фильтр; 2 - газозаборная трубка; 3 - газовый кран: 4, 5 - водяной и ватный фильтры; 6 - печь для дожигания водорода; 7 - холодильник; 8 - преобразователь для анализа газа на содержание СО2; 9 - показывающий прибор; 10 -источник питания; 11 - миллиамперметр; 12 - водяной предохранитель; 13 - водоструйный насос-эжектор; 14 - U-образный манометр; 15 - отвод для заливки воды; 16 - дренажный сосуд.

 Электрохимические  газоанализаторы на кислород. Действие  их основано на электрохимической  реакции, вызывающей образование  тока в электролите при взаимодействии  кислорода газовой смеси с  электродом. Ток, протекающий по  внешней цепи электролита, пропорционален  концентрации кислорода в газовой  смеси. В составе газовой смеси  не должно быть электрохимически активных газов (хлора, оксидов азота, сероводорода). Электрохимический газоанализатор ГЛ-5108 (рис. 10.25) состоит из преобразователя, увлажнителя с гидрозатвором, реакционной камеры теплообменника со сборником конденсата, электролизера, электроблока и вторичного прибора.

 Электрохимический  газоанализатор на кислород типа 171-5108: 1 - баллон с водородом; 2 - ареометр; 3 - кран-переключатель; 4 - реактор; 5 -теплообменник  со сборником конденсата; 6 - контрольный  электролизер; 7 - преобразователь; 8 - увлажнитель; 9 - электролизер; 10 - реакционная камера  с измерительным патроном и  анодом; 11 - гидрозатвор; 12 - бак с  дистиллированной водой.

 

 

В преобразователе анализируемая  или контрольная газовая смесь  проходит через гальваническую камеру, состоящую из увлажнителя 8, предназначенного для сокращения концентрации электролита  в реакционной камере, и реакционной  камеры, заполненной электролитом. В камере находится измерительный  патрон с серебряным катодом и  свинцовым анодом, с которыми взаимодействует кислород газовой смеси.

 

 После преобразователя 7 газ  проходит через гидрозатвор 11, сообщающийся с баком 12 дистиллированной  воды, и через кран-переключатель  3 возвращается в технологическую  газовую линию. Гидрозатвор защищает  реакционную камеру 10 от попадания  в нее атмосферного кислорода.

В корпусе  размещены поддон для слива электролита  из преобразователя гальванической камеры и нагреватель. В состав электроблока входят стабилизатор напряжения, усилитель или компенсационный мост.

 Магнитные  газоанализаторы на кислород  применяют для непрерывного определения  процентного содержания кислорода  в продуктах горения промыш­ленных печей и топок, в системах воздушно-кислородного дутья мартеновских и других печей, а также в газовой смеси на кислородных станциях. Работа этих приборов основана на так называемом парамагнитном свойстве кислорода втягиваться в магнитное поле в отличие от других газов (диамагнитных), обладающих значительно меньшей магнитной восприимчивостью. Магнитные газоанализаторы измеряют не саму магнитную восприимчивость, а ее изменение при повышении температуры.

 

 В основе преобразователя газоанализатора — схема моста с двумя платиновыми резисторами: активным 1 и сравнительным 2. Два других плеча образуются из двух секций обмотки трансформатора, питающего схему. Резисторы помещены в камеры постоянного магнита NS, установленного таким образом, что в магнитном поле находится только активный резистор, а сравнительный находится вне его.

 

 Анализируемая газовая смесь  проходит через камеру с постоянной  скоростью. Вследствие этого платиновые  проволоки в двух плечах моста  нагреваются электрическим током  до определенной одинаковой температуры.  Часть потока газовой смеси,  содержащей кислород, притягивается  магнитным полем к нагретому  активному резистору. Кислород, нагреваясь, теряет свои магнитные свойства  и выходит из камеры с общим  потоком газа. Камера непрерывно  пополняется новыми порциями  анализируемой смеси.

 Электрическая  схема (а) и общий вид (б)  преобразователя магнитного газоанализатора  на кислород: 1 - активный платиновый  резистор; 2 -сравнительный платиновый  резистор; NS- постоянный магнит; ИП - измерительный прибор

 

 

В результате температура активного  резистора понижается. Степень его  охлаждения будет тем больше, чем  выше процентное содержание кислорода  в анализируемой смеси. С понижением температуры понижается и его  электрическое сопротивление, вследствие чего нарушается равновесие измерительного моста: в диагонали его появляется напряжение разбаланса, соответствующее процентному содержанию кислорода в газовой смеси. Разбаланс измеряется автоматическим электронным потенциометром ИП, отградуированным в процентах содержания кислорода.

 

 

 

 

 Кроме преобразователя и  автоматического потенциометра  в комплект газоанализатора входят  стабилизатор напряжения, холодильник,  конденсационный сосуд, керамический  и контрольный фильтры, гидрокомпрессор (только для приборов со шкалой 0... 10% кислорода), а также шланги, трубы и арматура.

 

Хроматографы. Хроматографией называют разделение газовой смеси на отдельные  компоненты при ее движении через  слой поглотителя (сорбента).

 

 Определенное количество контролируемой  газовой смеси вместе с газом-носителем  пропускают через поглотитель,  находящийся в разделительной  колонке. Так как адсорбционные  свойства компонентов газовой  смеси различные, то и скорости  их прохождения через разделительную  колонку разные. Это приводит  к разделению анализируемой газовой  смеси на отдельные компоненты, которые и выходят из колонки  в виде так называемой бинарной  смеси с газоносителем.

 

 Из колонки бинарная смесь  попадает в измерительную ячейку (камеру) детектора, через другую  его ячейку — сравнительную  — непрерывно проходит чистый  газ-носитель. Принцип действия детектора  основан на разной теплопроводности  анализируемой газовой смеси  и чистого газа-носителя.

 

 В качестве чувствительных  элементов детектора используют  терморезисторы, размещенные в каждой  из двух ячеек детектора (измерительной  и сравнительной). При пропускании  через обе ячейки газа одного  и того же состава температура  нагрева обоих терморезисторов  будет одинаковой; при пропускании  через ячейки газов разного  состава температура нагрева  терморезисторов, а следовательно,  и их электрическое сопротивление  будут разными. Если терморезисторы  включить в схему электрического  уравновешенного моста постоянного  тока, то при пропускании газов  разного состава равновесие моста  нарушится. Разбаланс моста пропорционален концентрации отдельных компонентов в смеси пробы газа, что фиксируется на картограмме регистрирующего прибора.

 

 

 

 

Контроль технологических процессов

 

АКВТ-01 - стационарный газоанализатор кислорода в отходящих газах

 

Предназначен для непрерывного автоматического измерения концентрации свободного кислорода и оксида углерода в отходящих газах процессов сгорания различных видов топлива с целью оптимизации режимов горения и выдачи унифицированного сигнала.

 

Область применения: в котлоагрегатах ТЭЦ, ГРЭС, различных котельных, а также в промышленных печах металлургии, нефтепереработки, металлургии, машиностроения и в других отраслях промышленности.

 

Тип газоанализатора - стационарный.

 Принцип работы - электрохимический  (на основе ZrO2) и термокаталитический  на СО.

Способ забора пробы - диффузионный.

 

ГАММА-100 - многофункциональный газоанализатор многокомпонентных смесей

 

Газоанализатор предназначен для  непрерывного автоматического измерения  от 1-го до 3-х компонентов из следующего набора газов СО, СО2, SО2, H2, N2, CН4, NO, О2 при контроле различных технологических процессов. Газоанализатор ГАММА-100 изготавливается, как в трех-, двухкомпонентном, так и в однокомпонентном варианте и используется в составе автоматизированных систем управления технологическими процессами в черной, цветной металлургии, цементной и стекольной промышленности, предприятиях производства кирпича и керамики, в химической и нефтехимической промышленности, ТЭЦ, ГРЭС, котельных и т.д.

 

Тип газоанализатора - стационарный.

 Способ забора пробы - принудительный.

Принцип работы - оптико-абсорбционный; - термомагнитный.

ГТВ-1101ВЗ - стационарный взрывозащищенный газоанализатор водорода

 

Газоанализатор предназначен для  непрерывного автоматического измерения  объемной доли водорода в углеводородах, в кислороде, в азоте, в воздухе, а так же кислорода в водороде.

 

Область применения газоанализатора: нефтеперерабатывающие заводы, электролизные  установки, контроль утечек водорода в  охлаждающей системе турбогенераторов и других технологических установках.

 

Тип газоанализатора - стационарный.

 Способ забора пробы - диффузионный  или принудительный.

Принцип работы – термокондуктометрический.

 

ГТВ-1101М-А - стационарный газоанализатор водорода (атомное исполнение)

 

Газоанализатор предназначен для  непрерывного автоматического измерения  объемной доли водорода в азоте или  воздухе.

 

Область применения: контроль технологических  процессов на предприятиях атомной  энергетики.

 

Тип газоанализатора - стационарный.

 Способ забора пробы - принудительный.

Принцип работы – термокондуктометрический.

 

ГТМ-5101ВЗ - стационарный взрывозащищенный газоанализатор кислорода

 

Предназначен для непрерывного автоматического измерения объемной доли кислорода в различных средах.

 

Область применения: в агрегатах  ТЭЦ, ГРЭС, АЭС (электролизное производство, анализ отходящих газов, анализ воздуха), нефте- и газоперерабатывающей, химической и других отраслях.

Тип газоанализатора - стационарный.

Принцип работы - термомагнитный.

Способ забора пробы - принудительный или диффузионный.

 

ГТМ-5101М-А - стационарный газоанализатор кислорода (атомное исполнение)

 

Предназначен для непрерывного автоматического измерения объемной доли кислорода в азоте.

 

Область применения: при контроле технологических процессов на предприятиях атомной энергетики.

 

Тип газоанализатора - стационарный.

 Принцип работы - термомагнитный.

 Способ забора пробы - принудительный.

ГЛ-5108 - стационарный газоанализатор микроконцентраций кислорода

 

Газоанализатор предназначен для  непрерывного автоматического измерения  и записи микроконцентраций кислорода  в различных чистых газах (водороде, пропилене, аргоне, гелии, этилене, азоте  и т.д.), не образующих взрывоопасных  смесей, не реагирующих с кислородом, между собой, с материалами катода и электролитом.

 

Область применения газоанализатора: в криогенно-жидкостных комплексах, в химической и металлургической промышленности, в системах автоматического  регулирования технологических  процессов.

 

Тип газоанализатора - стационарный.

 Принцип работы - электрохимический. 

Способ забора пробы - принудительный.

ИКВЧ (с) - стационарный измеритель концентрации взвешенных частиц

 

Предназначен для непрерывного измерения оптической плотности пылегазовых сред и колебаний оптической плотности дымовых потоков, а также массовых концентраций взвешенных частиц (пыли).

 

Область применения: ТЭЦ, ГРЭС, котельни работающие на твердом и жидком топливе, контроль состояния запыленности воздуха в промышленных помещениях, литейных цехах, сварочных и шлифовальных мастерских, шахтах, в подземном и надземном строительстве, на цементных заводах, металлургических комбинатах, кирпичные заводы.

 

Принцип работы оптический абсорбционный, основанный на измерении интенсивности  ослабленного пылегазовой средой (дымовыми газами) модулированного электромагнитного  излучения.

 

КОРЭС - комплект газоаналитического оборудования ресурсоэнергосбережения

 

Система предназначена для оптимизации  процессов горения, а также для  измерения, контроля основных экологически вредных выбросов и решения других технологических задач, связанных  с контролем состава газовых  смесей. Комплекс производит измерение  концентрации следующих газов: О2, СО, СО2, Н2, NO, N2, SO2, СН4 в любой комбинации, а также измерение температуры, концентрации пыли и других параметров отходящих газов, расчет и индикацию коэффициента избытка воздуха, КПД и фактического валового выброса загрязняющих веществ.

 

Электроды промышленные стеклянные ЭПс

 

Предназначены для преобразования активности ионов водорода (значения рН) водных растворов и пульп в  значение электродвижущей силы.

 

Область применения: контроль технологических  процессов на предприятиях металлургической, химической, нефтехимической, целлюлозно-бумажной, энергетической и других отраслях промышленности.

 

Электроды промышленные вспомогательные  ЭПв.

 

Предназначены для создания опорного потенциала в паре со стеклянными  и другими индикаторными электродами  при потенциометрических измерениях в водных растворах и пульпах.

 

Область применения: контроль технологических  процессов на предприятиях металлургической, химической, нефтехимической, целлюлозно-бумажной, энергетической и других отраслях промышленности.

 

АНКАТ-500 – газоанализатор микроконцентраций  кислорода

 

Предназначен для непрерывного измерения объемной доли микроконцентраций кислорода в различных газах (азоте, аргоне, гелии, водороде, пропилене и д.р.).

 

Область применения: криогенно-жидкостные комплексы, в химической и металлургической промышленностях, в системах регулировки  технологическими процессами.

 

Тип газоанализатора - стационарный.

 Принцип работы - электрохимический. 

 Способ забора пробы - принудительный.

 Режим работы – непрерывный.

 

ХРОМАТ-900 - промышленный проточный  хроматограф

 

Предназначены  для непрерывного автоматического измерения компонентного  состава природного газа (метана, этана, пропана, бутана, пентана, гексана, гептана, гексана, нонана, азота, кислорода, углекислого газа, водорода, гелия, сероводорода, метилмеркаптана, этилмеркаптана, пропилмеркаптана), содержащихся в транспортируемом газе.

 

Область применения: газовые магистрали газотранспортных, газоперерабатывающих и газораспределительных организаций.

 

Тип хроматографа - стационарный.

 Режим работы - непрерывный. 

Режим измерения - циклический.

 

ОПТИМА-3 - газоанализатор измерения  концентрации кислорода и окиси  углерода в отходящих газах

 

Газоанализатор "Оптима-3" предназначен для измерения объемной доли кислорода (О2), объемной доли оксида углерода (СО) и сигнализации о увеличении или уменьшении объемной доли кислорода и увеличении объемной доли оксида углерода относительно установленных значений (порогов).

 

Oбласть применения: Топливосжигающие установки, работающие на газовом топливе. Газоанализатор используется с целью достижения оптимального соотношения топливо-воздух, а также для сигнализации о появлении признаков неполного сгорания топлива при любом содержании кислорода.