БИДАЙ САБАНЫНАН ҚАНТТАРДЫ АЛУ ПРОЦЕСІН БАСҚАРУДЫҢ АВТОМАТТАНДЫРЫЛҒАН ЖҮЙЕСІН ҚЫШҚЫЛДЫҚ ЖӘНЕ ФЕРМЕНТАТИВТІ ГИДРОЛИЗДІ МАТЕМАТИКАЛЫҚ МОДЕЛЬДЕУ НЕГІЗІНДЕ ӘЗІРЛЕУ ЖӘНЕ ЕНГІЗУ

Ұсынылған жұмыста динамикалық кинетикалық модельді модельге негізделген болжамды басқару контурына интеграциялау арқылы жүзеге асырылған бидай сабанының екі сатылы гидролизін басқарудың автоматтандырылған жүйесін әзірлеу және эксперименттік верификациялау нәтижелері берілген. Басқару объектісі сызықтық емес динамикамен, технологиялық шектеулердің болуымен және шикізат құрамының, соның ішінде целлюлоза, гемицеллюлоза және лигнин мөлшерінің өзгеруіне жоғары сезімталдықпен сипатталады, бұл болжамды басқару әдістерін қолдануды негіздейді.

АБЖ құрылымында иерархиялық архитектура іске асырылған: жергілікті PID-реттегіштер температуралық және pH режимдерін тұрақтандырады, ал модельге негізделген болжамды басқару температура, қысым және өңдеу уақыты бойынша шектеулерді ескере отырып, қант шығымын максимизациялау критерийі бойынша басқарушы әсерлерді оңтайландырады. Математикалық модель қышқылды гидролиз кинетикасын (гемицеллюлоза-ксилоза-фурфурол) және ферменттердің ингибирленуі мен инактивациясын ескеретін модификацияланған Михаэлис-Ментен теңдеуіне негізделген ферментативті кезеңді қамтиды.

Басқару 1 минуттық қадаммен дискретті күй моделінде және өтпелі процестерді ескере отырып жүзеге асырылады. Жүйе деректерді жинау және визуализациялау үшін SCADA-мен біріктірілген бағдарламаланатын логикалық контроллер негізінде жүзеге асырылған. Эксперименттік апробация нәтижелері қант шығымының 76-85 %-ға дейін артуын, вариация коэффициентінің 4 %-ға дейін төмендеуін, ингибиторлар концентрациясының азаюын, тұрақтану уақыты мен энергия шығындарының қысқаруын, сондай-ақ жүйенің сыртқы әсерлер мен шикізат құрамының өзгерістеріне төзімділігін көрсетті.

1. Lignocellulosic biomass to bioethanol: a comprehensive review with a focus on pretreatment / S.H. Mood et al // Renewable and Sustainable Energy Reviews. – 2013. – Vol. 27. – P. 77-93.

2. The role of pretreatment in improving the enzymatic hydrolysis of lignocellulosic materials / S. Sun et al // Bioresource Technology. – 2016. – Vol. 199. – P. 49-58.

3. Acid hydrolysis of wheat straw: A kinetic study / E. Guerra-Rodríguez et al // Biomass and Bioenergy. – 2012. – Vol. 36. – P. 346-355.

4. A review on delignification of lignocellulosic biomass for enhancement of ethanol production potential / R. Singh et al // Renewable and Sustainable Energy Reviews. – 2014. – Vol. 32. – P. 713- 728.

5. Enzymatic hydrolysis of lignocellulosic biomass / H. Ostby et al // Journal of Industrial Microbiology & Biotechnology. – 2020. – Vol. 47. P. 623-657.

6. Areeya S. Model predictive control of enzymatic hydrolysis reactor / S. Areeya, M. Sriariyanun // Springer. Lecture Notes in Networks and Systems. – 2021. – Vol. 251, E3. – P. 257-266.

7. Development of novel bioreactor control systems based on smart sensors and actuators / B. Wang et al // Frontiers in Bioengineering and Biotechnology. – 2020. – Vol. 8. – Article 7.

8. Евстафьев С.Н. Активация полисахаридов соломы пшеницы для ферментативного гидролиза методом высокотемпературного этанолиза / С.Н. Евстафьев, Е.С. Фомина // Биотехнология. – 2024. – Vol. 40, № 2. – С. 62-67.

9. Чемерис О.В. Ферментативный гидролиз соломы пшеницы и ячменя препаратом целлюлаз гриба Irpex lacteus / О.В. Чемерис // Проблемы экологии и охраны природы техногенного региона. – 2025. – № 1. – С. 70-74.

10. Кедельбаев Б.Ш. Получение полисахаридов из пшеничной соломы / Б.Ш. Кедельбаев // Архивариус. – 2016. – № 5(9). – С. 623-657.