混杂模型模拟甘油发酵过程

以1,3-丙二醇为研究对象,首先建立了甘油发酵的混合半参数模型。混杂半参数模型就是机理与经验模型之间的平衡,特别适用于复杂系统,当然也包括非常复杂的生物系统,可以不通过机理阐明而得到大量数据,近来受到人们的重视。根据建立好的混杂模型,我们利用提前终止法提高了BP神经网络的泛化能力,最终确定了隐含层神经元个数为8,训练函数为traingdx。根据已经建立好了的人工神经网络结

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广州化工

21年 3 0 1 9卷第 2期 l

混杂模型模拟甘油发酵过程张金龙，吴杰，李会。

(青岛科技大学，山东青岛 264;2滨化集团，山东滨州 2 60; 1 602 560 3滨州职业学院，山东滨州 2 6 1 ) 563摘要：,丙二醇为研究对象，以13一首先建立了甘油发酵的混合半参数模型。混杂半参数模型就是机理与经验模型之间的平衡，特别适用于复杂系统，当然也包括非常复杂的生物系统，以不通过机理阐明而得到大量数据，可近来受到人们的重视。根据建立好的混杂模型，我们利用提前终止法提高了 B P神经网络的泛化能力，最终确定了隐含层神经元个数为 8训练函数为 t igx, r n d。根据 a已经建立好了的人工神经网络结构，利用 O E 5函数对间歇和批示流加过程混杂模型的微分方程组进行积分求解， D4最后得到了较好的模拟结果。

关键词：,一 13丙二醇；代谢工程；混杂模型；甘油发酵；人工神经网络

Dy m i o e sM o el fGl c r lFe m e t to fe e ta y rd M o l na e Pr c s d li o y e o r n a i n by Di r n ilH b i ng deZ NG fn—ln , U e,L i HA i o g IHu

( ig a nvri f c n ea dT c nlg,S a dn i d o2 6 4; iz o h m cl ru, 1Qn doU i syo i c n eh o y hn ogQn a 6 0 2 2Bnh uC e ia G o p e t Se o g S a dn izo 5 6 0; izo oai a C l g,S ad n izo 5 6 3, hn ) h n o gBnh u2 6 0 3Bnh uV ct n l ol e hn ogBnhu2 6 1 C ia o eAb t a t s r c:Ta n 3一p o a e i s a s u kig 1, r p n d o a n is e,t e d s r t y rd mo e sde eo e o l c r lfr n ain. h ice e h b d lwa v l p d f rgy eo e me tto i

Hy r e a a t c ma e t e me h n s a d e i c l mo e aa c d,w s s e i l u tb e f r t e c mp iae b d s

mi r mer d h c a im n mp r a d l b l n e i p i i a p cal s i l o h o l t d y a c s se a d t ev r o lx b oo i a y tm,ma b an t e ma sd t t o me h n s e p u d d, ih g t t n y tm n e y c mp e il gc ls se h y o ti s a awi n c a i h h m x o n e wh c o t— aeto n o l e e ty By t sa ls e y rd mo e,t e g n rlz t n a ii f BP n u a ewo k wa m— i n by ma y pe p e r c n l . he e tb ih d h b i d l h e e a ia i b l y o e rl n t r s i o t p o e y u i g’a l e i ai n meh d,a d u tmaey d t r i e he n mb ro i e a e e r n o rv d b sn e ry tr n t t o m o n li t l ee n d t u e fhdd n ly rn u o sf r8,t r i— m hetan

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Ke r s, y wo d:1 3一p o a e il l c r l t b l m;a t c a n u M ewo k;h b d mo e r p n d o;gy e o a oi me s r f il e r n t r i i y r dl i

当前世界上生产 13一二醇的主要方法有丙烯醛法，,丙环氧

在 7L发酵罐中进行， 接种量为 1% (/ )初始装液量为 3L, 0 vv

,

乙烷法，生物发酵法，甲基法，氢化法及山梨糖醇法搅拌转速为 20 rmi,酵温度为 3微羟酸 0 n发/ 7℃, 5 m lL的氢氧化用 o/等 IJ在工业化生产当中，两种方法被广泛的应用，是这钠溶液调节 p 70向发酵罐中通氮气维持厌氧条件。甘油 2, 前但 H= .,两种方法都必须在高温和贵重金属催化剂的作用下进行，并且初始浓度为 4/,al 0g L bt采用的是试剂级甘油，a bt用的是工 2采副产物较多，致使产品的分离纯化比较困难，生产的成本相对较业级甘油。高。因此，人们已经开始把目光转移到生物法生产上面来，且 1 2人工神经网络模型并 .

进行了大量的研究工作。

由于发酵过程具有高度的非线性，变性和模型的不确定时性，在研究过程中的关键变量，例如生物量的浓度和产物的浓度

等等，比较难以在线测量。这样，都发酵过程控制问题就变得十分的复杂，以至于难以得到令人满意的控制性能。在微生物发酵生产的方法中，如何来模拟甘油发酵生产 13一丙二醇的过程，来用于工业的在线测量和控制已经成为了研究的热点问题。

人工神经网络模型时近年来涌现出来的模仿人脑情报处理方式的新型数理模型。它具有高度的对环境的适应能力、自我组织能力、自我调整能力、学习归纳能力以及处理复杂和高度非线性系统的能力。只要过程的输入和输出之间存在着某种确定的对应关系，么这种关系不管有多么复杂，那都可以利用人工神经网络模型来加以关联，因此它可以称得上是一种万能的关联模型。

1实验数据和方法 1 1实验数据来源 .本工作所采用的五组间歇数据分别是 b t,a,a,a a1 bt bt bt 2 3 4和 b t, a批示流加过程的数据分别是 f l和 f 2 al和 bt 5 e d e。B t d a 2作者简介：张金龙 (9 8,, 17一)男工程师，主要从事化学工程应用研究。

1 3实验方法 .本文是在甘油代谢网络的基础上，利用 Me t l to软件求出其 ao基元模式，建立一个混杂半参数模型，后利用 M t b软件对神然 al a经网络进行训练和求解混杂模型的微分方程组。

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