Bir biyoreaktörde pH' ın iç model kontrolu (IMC)
Internal model control (IMC) of a bioreactor
Yazar: İSMAİL ÇELİK
Danışman: PROF. DR. MUSTAFA ALPBAZ
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2007
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
ÖZETYüksek Lisans TeziBİR BİYOREAKTÖRDE pH' IN İÇ MODEL KONTROLU (IMC)İsmail ÇELİKAnkara ÜniversitesiFen Bilimleri EnstitüsüKimya Mühendisliği Anabilim DalıDanışman: Prof. Dr. Mustafa ALPBAZBiyoreaktörde yüksek ürün verimi elde edebilmek için pH, sıcaklık, çözünmüş oksijenderişimi, karıştırma hızı gibi parametrelerin optimum değerlerinde işletilmesi gerekmektedir.Bu çalışmada kullanılan Saccharomyces cerevisiae mayası; etanol, gliserol, ekmek mayası veinvertaz başta olmak üzere birçok enzimin üretiminde kullanılan bir mikroorganizmadır. Bumayanın varlığında ortam pH' ının hücre içi ile ortam arasındaki katyon değişimi nedeniyle3.3 değerine kadar düştüğü gözlemlenmiştir.Bu çalışmada, havalı koşullarda S. cerevisiae mikroorganizmasının çoğaltıldığı birbiyoreaktörde maksimum ürün derişimine ulaşmak amacıyla pH optimum değerinde kontroledilmiştir. Bu amaçla; sisteme on-line bağlı bilgisayarda yazılmış olan PID Kontrol veprosesin uygun bir modelini kullanarak çıkış değişkeni değerini set noktasına getirmeyiamaçlayan IMC yöntemi kullanılmıştır. Biyoreaktörde kontrol edilen değişken olarak pH,ayarlanabilen değişken olarak da baz akış hızı seçilmiştir.Yapılan çalışmada, karıştırmalı kesikli olarak işletilen soğutma ceketli bir biyoreaktörde S.cerevisiae mayası kullanılarak maksimum derişime sahip mikroorganizma üretimi için pH,optimum değeri olan 5 değerinde kontrol edilmiştir. pH kontrolunda ortama eklenecek olanmaddenin asit, baz veya tampon arasından seçilmesi için gerekli çalışmalar yapılmıştır.Ayrıca; ürün derişiminin maksimize edilmesi amacıyla pH kotrolun gerekliliği araştırılmış vebu amaçla pH kontrollu ve pH kontrolsuz deneyler yapılmıştır. Bu deneylerde, biyoreaktörsıcaklığı S. cerevisiae mikroorganizmasının optimum çoğalma sıcaklığı olan 32 oC veoptimum karıştırma hızı 600 devir/dakika değerlerinde sabit tutulmuştur.2006, 119 sayfaAnahtar Kelimeler: S. cerevisiae, biyoreaktör, İç Model Kontrol, pH kontrol

Abstract:
ABSTRACTMaster of Science ThesisINTERNAL MODEL CONTROL (IMC) OF A BIOREACTORİsmail ÇELİKAnkara UniversityGraduate School of Natural and Applied SciencesDepartment of Chemical EngineeringSupervisor: Prof. Dr. Mustafa ALPBAZIn order to achieve high product efficiency, some parameters such as pH, temperature,dissolved oxygen concentration, mix speed must be controlled at their optimum values. Theyeast employed in this study, Saccharomyces cerevisiae, is commonly used for producingethanol, glycerol, bakers? yeast and a lot of enzymes, especially invertase. It was investigatedthat medium pH decreases to 3.3 because of cation exchange between the yeast body and its?environment.In this study, during yeast increment process at airy condition pH is controlled at its? optimumvalue to achieve maximum yeast concentration. To this end, by using on-line computerconnection, IMC and PID Control are implemented, where IMC Control uses an appropriatemodel of the process to adjust the output variable value to set point. As controlled variableand adjustable variable, respectively, pH and base flow rate are chosen.In the work done, pH is controlled at 5 which is the optimum value of yeast growth, in a batchbioreactor with cooling jacket in the presence of S.cerevisiae yeast, to achieve maximumyeast concentration. Necessary studies were performed to choose the correct substance for pHcontrol among acid, base and buffer solutions which will be added to the bioreactor.Furthermore, pH controlled and uncontrolled experiments were performed to determine therequirements for pH control to maximize product yield. In those experiments, temperature andmix speed was constant at their optimum values, 30 oC and 600 rpm, respectively.2006, 119 pagesKey Words: S. cerevisiae, bioreactor, Internal Model Control, pH control.