Search

Biocatalysis is an emerging and important scientific filed for the asymmetric synthesis of pharmaceuticals and fine chemicals that has accomplished astonishing growth in industrial sector in recent years. For individual biocatalytic synthesis to reach its full potential, the process must be explored from the aspect of various scientific fields, including protein engineering, organic chemistry, reaction engineering, and more. The focus of this PhD thesis are halohydrin dehalogenases (HHDHs), promising and yet quite unexplored group of enzymes, and their potential for industrial-scale synthesis. Through extensive research of the existing literature, a serious lack of kinetic data in biotransformations with enzymes from HHDH group was determined. Therefore, one of the objectives of the thesis was to gain insight into kinetic characteristics of HHDH from Agrobacterium radiobacter AD1 (HheC) and develop a mathematical model in synthesis of important building blocks, since this approach may lead to the discovery of enzyme kinetic limitations and process bottlenecks, and, more importantly, enable the enhancement of process outcome through model-based simulations. The investigated reactions were kinetic resolutions for the synthesis of optically pure, fluorinated β-substituted alcohols and epoxides that represent valuable building blocks in pharmaceutical and fine chemicals industries. Ring-opening reactions of fluorinated styrene oxide derivatives, catalyzed by wild-type HheC and its variants W249P and ISM-4, were explored. Fluorinated derivatives of styrene oxide with substituents in para-position were found to be most convenient substrates for HheC based on the activity, enantioselectivity and hydrolytic stability, whereby 2-[4-(trifluoromethyl)phenyl]oxirane stood out as the best option. Enzyme variant W249P, with exchanged Trp and Pro amino acids on position 249, displayed higher substrate affinity in comparison to the wild type. Hence, it was selected for further kinetic investigation. The synthesis of (R)-2-azido-1-[4-(trifluoromethyl)phenyl]ethanol was described by double substrate Michaelis-Menten kinetics, with the presence of enzyme inhibitions with reacting substrate (R)-2-[4-(trifluoromethyl)phenyl]oxirane, opposite enantiomer (S)-2-[4-(trifluoromethyl)phenyl]oxirane, product (R)-2-azido-1-[4-(trifluoromethyl)phenyl]ethanol, by-product rac-2-[4-(trifluoromethyl)phenyl]-1,2-ethanediol, and co-solvent DMSO. Apart from numerous inhibitions and substantial hydrolysis effect, operational stability decay was found to contribute greatly to the synthesis outcome on higher concentration scale, since deactivation constant is directly correlated to the initial concentration of the substrate, 2-[4-(trifluoromethyl)phenyl]oxirane. The mathematical model was developed, and process simulations were employed in process optimization. Significant improvements in process metrics were achieved by modifying reactor set-up and selecting suitable initial conditions. The optimized biocatalytic system in repetitive batch reactor led to high reaction yield and optical purity (Y = 95%, ee > 99 %). However, process should be optimized further in order to increase reaction productivity that meets the target for industrial synthesis. The existence of various enzyme inhibitions and concentration-dependent enzyme deactivation, as well as low solubility and hydrolytic instability of the substrate, makes the system convenient for the switch from aqueous to alternative media. In the second part of the thesis, the focus was on the investigation of the influences of organic solvents (OSs) on HheC catalytic and structural performances. The stability of HheC in presence of dimethyl sulfoxide (DMSO), the most used co-solvent in HHDH-catalyzed biotransformations, was found to be preserved in cases when DMSO volume ratio does not exceed 30% (v/v). In higher DMSO content, HheC is not able to retain native structure and is completely and rapidly inactivated at 50% (v/v) co-solvent. This was confirmed by the combination of experimental studies, including monitoring enzyme stability and protein size distributions during incubation with different DMSO content, together with molecular dynamic studies (MD). DMSO also proved to be a mixed-type inhibitor of HheC in the reactions of para-nitro-2-bromo-1-phenylethanol (PNSHH) dehalogenation and para-nitro styrene oxide (PNSO) ring-opening with bromide ions. The inhibitory behavior was detected by kinetic Lineweaver-Burk analysis and confirmed by MD. Likewise, DMSO was found to be inhibitor of W249P variant in (R)-2-[4-(trifluoromethyl)phenyl]oxirane azidolysis during kinetic investigation. Wild-type HheC also displayed inadequate catalytic properties in presence of other tested water-miscible co-solvents, specifically dimethylformamide, methanol, isopropanol, acetonitrile, and tetrahydrofuran. In case of hydrophobic solvents, a direct correlation between HheC activity and logP value was found in PNSHH ring-closure reaction. Knowledge of such a relationship makes biocatalysis with organic solvents more predictable, which may reduce the need to experiment with a variety of solvents in the future. However, this trend was not reported for PNSO ring-opening reaction. From hydrophobic OSs, tested alkanes (cyclohexane, n-hexane, n-heptane) were found to be compatible with HheC activity and stability during incubation, indicating the preservation of high enzyme structural integrity in these biphasic systems. Chloroform and toluene displayed inhibitory properties, especially in ring-opening reaction, which is more valuable from the synthetic point of view. In comparison to the wild type HheC, thermostable variant ISM-4 performed better in presence of OSs in terms of activity, stability, and enantioselectivity. In other words, the link between thermal stability and resistance to the action of OSs was established. These results revealed that ISM-4 has excellent potential for biotransformations in organic media, and as such should be explored for future implementations. Biokataliza je važno znanstveno područje u razvoju za asimetričnu sintezu lijekova i finih kemikalija koje je postiglo zapanjujući rast u industrijskom sektoru posljednjih godina. Kako bi pojedinačna biokatalitička sinteza dosegla svoj puni potencijal, proces se mora istražiti s aspekta različitih znanstvenih područja, uključujući proteinsko inženjerstvo, organsku kemiju, reakcijsko inženjerstvo itd. U fokusu ovog doktorskog rada su halogenhidrin-dehalogenaze (HHDH), obećavajuća ali još nedovoljno istražena skupina enzima, te njihov potencijal za industrijsku sintezu. Opsežnim istraživanjem postojeće literature utvrđen je ozbiljan nedostatak kinetičkih podataka u biotransformacijama s enzimima iz skupine HHDH. Stoga je jedan od ciljeva doktorskog rada bio dobiti uvid u kinetičke karakteristike HHDH iz Agrobacterium radiobacter AD1 (HheC) i razviti matematički model za sintezu važnih građevnih blokova, budući da ovaj pristup može dovesti do otkrića kinetičkih ograničenja enzima i uskih grla procesa te, što je još važnije, omogućiti poboljšanje ishoda procesa kroz simulacije temeljene na modelu. Istraživane reakcije bile su kinetičke rezolucije za sintezu optički čistih, fluoriranih β-supstituiranih alkohola i epoksida koji predstavljaju vrijedne gradivne elemente u farmaceutskoj industriji i industriji finih kemikalija. Istražene su reakcije otvaranja prstena fluoriranih derivata stiren-oksida, katalizirane divljim tipom HheC i njegovim mutantima W249P i ISM-4. Utvrđeno je da su fluorirani derivati stiren-oksida sa supstituentima u parapoložaju najprikladniji supstrati za HheC na temelju aktivnosti, enantioselektivnosti i hidrolitičke stabilnosti, pri čemu se 2-[4-(trifluormetil)fenil]oksiran istaknuo kao najbolja opcija. Enzim W249P, sa zamijenjenim Trp i Pro aminokiselinama na poziciji 249, pokazao je veći afinitet prema supstratu u usporedbi s divljim tipom, stoga je odabran za daljnje kinetičko istraživanje. Sinteza (R)-2-azido-1-[4-(trifluorometil)fenil]etanola opisana je dvosupstratnom Michaelis-Menteničinom kinetikom, uz prisutnost inhibicija enzima sa supstratom (R)-2-[4-(trifluormetil)fenil]oksiranom, suprotnim enantiomerom (S)-2-[4-(trifluormetil)fenil]oksiranom, produktom (R)-2-azido-1-[4-(trifluormetil)fenil]etanolom, nusproduktom rac-2-[4-(trifluorometil)fenil]-1,2-etandiolom, i ko-otapalom DMSO. Osim brojnih inhibicija i značajnog učinka hidrolize, utvrđeno je da pad operacijske stabilnosti enzima uvelike pridonosi ishodu sinteze pri višim koncentracijama, budući da je konstanta deaktivacije enzima izravno ovisna o početnoj koncentraciji supstrata, 2-[4-(trifluorometil)fenil]oksirana. Razvijen je matematički model, a pri optimizaciji procesa korištene su simulacije procesa. Značajna poboljšanja u ishodu sinteze postignuta su modificiranjem tipa reaktora i odabirom odgovarajućih početnih uvjeta. Optimizirani biokatalitički sustav u repetitivnom šaržnom reaktoru doveo je do visokog iskorištenja na produktu i optičke čistoće (Y = 95%, ee > 99 %). Međutim, proces treba dodatno optimizirati kako bi se povećala produktivnost reakcije koja ispunjava ciljeve za industrijsku sintezu. Postojanje različitih inhibicija i deaktivacije enzima ovisne o koncentraciji, kao i niska topljivost i hidrolitička nestabilnost supstrata, čine sustav pogodnim za prelazak s vodenog na alternativni medij. U drugom dijelu doktorskog rada fokus je bio na istraživanju utjecaja organskih otapala (engl. organic solvent – OS) na katalitička i strukturna svojstva HheC. Utvrđeno je da je stabilnost HheC u prisutnosti dimetil-sulfoksida (DMSO), najčešće korištenog ko-otapala u HHDH-biotransformacijama, očuvana u slučajevima kada volumni udio DMSO ne prelazi 30% (v/v). Pri većem udjelu DMSO, HheC nije u stanju zadržati prirodnu strukturu te se potpuno i brzo inaktivira pri 50% (v/v) ko-otapala. To je potvrđeno kombinacijom eksperimentalnih istraživanja, uključujući praćenje stabilnosti enzima i raspodjele veličine proteina tijekom inkubacije s različitim sadržajem DMSO, zajedno s molekulsko-dinamičkim studijama (engl. molecular dynamics – MD). Prema HheC, DMSO se također pokazao kao inhibitor miješanog tipa u reakcijama dehalogenacije para-nitro-2-bromo-1-feniletanola (PNSHH) i otvaranja prstena para-nitro stiren oksida (PNSO) s bromidnim ionima. Inhibicijsko ponašanje otkriveno je kinetičkom Lineweaver-Burk analizom i potvrđeno MD analizom. Isto tako, tijekom kinetičkih ispitivanja, otkriveno je da je DMSO inhibitor W249P mutanta tijekom azidolize (R)-2-[4-(trifluorometil)fenil]oksirana. Divlji tip HheC također je pokazao neadekvatna katalitička svojstva u prisutnosti drugih testiranih ko-otapala koja se miješaju s vodom, a posebice dimetilformamida, metanola, izopropanola, acetonitrila i tetrahidrofurana. U slučaju hidrofobnih otapala, izravna korelacija između aktivnosti HheC enzima i logP vrijednosti pronađena je u reakciji zatvaranja prstena PNSHH. Saznanje o takvoj ovisnosti čini biokatalizu s organskim otapalima predvidljivijom, što može smanjiti potrebu za eksperimentiranjem s različitim otapalima u budućnosti. Međutim, ovaj trend nije pronađen u reakciji otvaranja PNSO prstena. Od hidrofobnih OS, utvrđeno je da su alkani (cikloheksan, nheksan, n-heptan) kompatibilni s HheC aktivnošću i stabilnošću tijekom inkubacije, što ukazuje na očuvanje visokog strukturnog integriteta enzima u ovim dvofaznim sustavima. Kloroform i toluen pokazali su inhibicijska svojstva, posebno u reakciji otvaranja prstena koja je vrjednija sa sintetičkog gledišta. U usporedbi s divljim tipom HheC, termostabilni mutant ISM-4 demonstrirao je bolje rezultate u prisutnosti OS u smislu aktivnosti, stabilnosti i enantioselektivnosti. Drugim riječima, za slučaj ovog enzima utvrđena je poveznica između termičke stabilnosti i otpornosti na djelovanje otapala. Ova istraživanja otkrila su da ISM-4 mutant enzima ima izvrstan potencijal za biotransformacije u organskim medijima, te bi ga kao takvog trebalo istražiti za buduće primjene.

Aerobic bioconversion is very interesting process for the mathematical modelling and optimisation from the aspect of improving and accelerating the process, which is reflected in a higher organic matter decomposition rate. The aim of this research was to estimate the kinetic parameters in a dynamic model that described aerobic biodegradation of organic fraction of municipal solid waste (OFMSW) with various additions, from an engineering aspect. The presented mathematical model based on heat and mass transfer phenomena is a dynamic model for the gas-liquid-solid system. For the optimization and process simulation, three experiments were performed in three geometrically identical reactor systems at the same time, with different initial composition of composting mixtures. Data obtained experimentally from one reactor were used to optimize kinetic parameters of the model, and data from the other two reactors were used to verify and evaluate the dynamic model. Detailed statistical analysis showed narrow values of 95 % confidence interval for estimated parameters, indicating the appropriate accuracy of parameter estimation. Better data agreement was achieved in the reactor with a smaller ratio of OFMSW and additives, and the most accurately predicted dynamic state variable was the mass of organic matter. Parameter sensitivity analysis showed that the most sensitive parameters were reaction order n and activation energy E. Overall, the application of this model with optimised kinetic parameters of the aerobic biodegradation process represents a tool to predict the most important process variables (SD = 0.3378). This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License., Postupak aerobne biorazgradnje zanimljiv je za numerička istraživanja da bi se postigla bolja učinkovitost postupka, što se odražava u većoj brzini razgradnje organske tvari. Cilj ovog istraživanja bio je procijeniti kinetičke parametre u dinamičkom modelu koji opisuje proces aerobne biorazgradnje organske frakcije komunalnog krutog otpada s različitim dodatcima s inženjerskog aspekta. Predstavljeni matematički model zasnovan na pojavama prijenosa topline i mase dinamički je model sustava plin–tekućina–krutina. U svrhu optimizacije i simulacije postupka izveden je jedan pokus u tri reaktorska sustava sa smjesama različitog početnog sastava. Eksperimentalni podatci dobiveni iz jednog reaktora upotrijebljeni su za procjenu kinetičkih parametara modela, a podatci iz preostala dva reaktora upotrijebljeni su za provjeru i procjenu dinamičkog modela koji izvodi simulaciju. Detaljna statistička analiza pokazala je uske vrijednosti 95 %-tnog intervala pouzdanosti, što ukazuje na odgovarajuću točnost procjene parametara. Bolje slaganje podataka postignuto je u reaktoru s manjim udjelom dodataka, a najpreciznije predviđena varijabla je konverzija organske tvari. Analiza osjetljivosti parametara pokazala je da su najosjetljiviji red reakcije n i energija aktivacije E. Sveukupno, primjena ovog modela s procijenjenim kinetičkim parametrima u aerobnom procesu biorazgradnje pruža alat za predviđanje najvažnijih procesnih varijabli (SD = 0,3378). Ovo djelo je dano na korištenje pod licencom Creative Commons Imenovanje 4.0 međunarodna.

The freezing technique has been employed for a long time to strengthen the mechanical properties of intact rock and rock mass; however, it has not received as much attention as it deserves. This paper thoroughly reviews the effect of freezing on the essential mechanical properties, including uniaxial compressive strength, tensile strength, and Young’s modulus. The laboratory tests include the determination of density, ultrasound speed propagation, and strength parameters such as uniaxial compressive strength, tensile strength, and Young’s modulus. According to previously published results, the strength of different rocks such as marl, limestone, sandstone, tuff, granite, and marble increased significantly due to freezing when the samples were tested in frozen conditions. However, there is variation in strength increase based on rock type. It is outlined here that freezing increases rock strength by a factor of 4 in porous rock and by a factor of 1.8 in crystalline rock. Additionally, Young’s modulus increases with a decrease in temperature; however, a further decrease in temperature from -10 to -20 °C has no effect on Young’s modulus. Moreover, mathematical modelling for frozen rock has been reviewed comprehensively. It was found that porosity, the density of rock grains, density of water, residual unfrozen water content, minimum unfrozen water content at freezing point, material parameters, the initial temperature of rock, crystal size, orientation and alignment of minerals, and the loading rate are the most critical parameters that influence frozen rock strength., Tehnika smrzavanja već se dugo koristi za jačanje mehaničkih svojstava netaknute stijene i stijenske mase. Međutim, nije dobila toliko pažnje koliko zaslužuje. Ovaj rad detaljno razmatra učinak smrzavanja na bitna mehanička svojstva, uključujući jednoosnu tlačnu čvrstoću, vlačnu čvrstoću i Youngov modul. Laboratorijski testovi uključuju određivanje gustoće, širenja ultrazvučne brzine i parametara čvrstoće kao što su jednoosna tlačna čvrstoća, vlačna čvrstoća i Youngov modul. Sukladno ranije objavljenim rezultatima, čvrstoća različitih stijena poput lapora, vapnenca, pješčenjaka, tufa, granita i mramora znatno je porasla zbog smrzavanja, kada su uzorci ispitani u smrznutim uvjetima. Međutim, postoje razlike u povećanju čvrstoće ovisno o vrsti stijene. Ovdje je istaknuto da smrzavanje povećava čvrstoću stijene za faktor 4 u poroznoj stijeni i za faktor 1,8 u kristalinskoj stijeni. Dodatno, Youngov modul uglavnom raste sa sniženjem temperature, dok daljnji pad temperature s -10 na -20 °C nema utjecaja na Youngov modul. Štoviše, matematičkim modeliranjem smrznute stijene utvrđeno je da poroznost, gustoća zrna stijene, gustoća vode, rezidualni sadržaj nesmrznute vode, minimalni sadržaj nesmrznute vode na točki smrzavanja, parametri materijala, početna temperatura stijene, veličina kristala, orijentacija i poravnanje minerala te brzina opterećenja predstavljaju najkritičnije parametre koji utječu na čvrstoću smrznute stijene.

Velike brzine toka nizvodno od brane na rijeci Tisi kod Novog Bečeja (Srbija), uzrokovane velikom razlikom u vodostaju između uzvodnog i nizvodnog toka, dovode do erozije obale na desnoj strani neposredno nizvodno od pomoćnog preljeva, zbog čega je ugrožena i stabilnost brane. Imajući u obliku složenu interakciju parametara toka i pronosa nanosa na toj lokaciji, u radu se koristi pristup utemeljen na prostornom (3D) matematičkom modelu tečenja i pronosa nanosa koji je namijenjen za rješavanje takvih složenih procesa. Modelom je definirano optimalno rješenje koje udovoljava svim zahtjevima stabilnosti analiziranih građevina, pri čemu se uspoređuju rezultati dobiveni analizom postojećih uvjeta s rezultatom mjera koje se predlažu za rješavanje problema., High flow velocities downstream of the Tisa Dam at Novi Bečej (Serbia), produced by the large difference between water levels in the upstream and downstream reaches, cause bank erosion by the right bank immediately downstream of the emergency spillway, threatening stability of the dam itself. Due to complex interaction between the parameters of flow and sediment transport at the given location, an approach involving a spatial (3D) mathematical model of flow and sediment transport, aimed at solving such complex processes, is investigated in this paper. An optimum solution meeting all requirements for the stability of structures in question has been reached by the model, through comparison of the results generated by the existing conditions with the result provided by the measures proposed to fix the problems.

The study aims at modelling the drying kinetics of a pharmaceutical powder with active ingredient Candesartan Cilexetil. The kinetics was carried out in a vacuum dryer at different temperature levels, pressure, initial mass, and water content. The effect of some operating parameters on the drying time was studied. The modelling of drying times was based on the use of experimental design method. The data obtained were adjusted using 17 semi-empirical models, one proposed, a static ANN and DA_SVMR, regrouping all studied kinetics. The proposed model and DA_SVMR model were chosen as the most appropriate to describe the drying kinetics. This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License., Cilj rada je modeliranje kinetike sušenja farmaceutskog praha s aktivnim sastojkom Candesartan Cilexetil. Kinetika je izvedena u vakuumskoj sušilici pri različitim temperaturama, tlaku, početnoj masi i sadržaju vode. Proučavan je utjecaj nekih radnih parametara na vrijeme sušenja. Modeliranje vremena sušenja temeljilo se na primjeni eksperimentalne metode dizajna. Dobiveni podatci prilagođeni su pomoću 17 poluempirijskih modela, jednog predloženog, statičkog ANN i DA_SVMR, pregrupirajući svu proučavanu kinetiku. Predloženi model i model DA_SVMR pokazali su se kao najprikladniji za opisivanje kinetike sušenja. Ovo djelo je dano na korištenje pod licencom Creative Commons Imenovanje 4.0 međunarodna.

Statins, also known as 3-hydroxy-3-methylglutaryl coenzyme A (HMG-CoA) reductase inhibitors, are the most widely prescribed lipid-lowering drugs in the world. Even though well-established chemical approaches for the production of statins are employed, they are time-consuming and require a large number of steps. The increasing commercial demand for statins and requirements for their high chemical and stereochemical purity have led to immense efforts to find a more efficient and economical production of chiral statin side-chain precursors. Due to the nature of enzymes to perform highly stereoselective attacks under mild conditions, biocatalysis represents the most attractive alternative. The objective of this thesis was the development of two enzymatic cascades for the synthesis of two distinctive statin side-chain precursors. The kinetics of each elementary reaction within the multi-enzyme system and the impact of all present compounds (organic compounds: substrates and products) on the enzyme stability were determined. The developed mathematical models were validated in different reactor types (batch, repetitive batch, and fed-batch reactor). Using the validated models, the reaction conditions were optimized with respect to production of optimum quantity of key molecules and volume productivity. The research was based on the following hypotheses: 1. The kinetic models and enzyme stability properties will enable determination of the most suitable strategy for the implementation of a multi-enzyme process. 2. The mathematical models will enable determination of optimal reaction conditions. 3. The optimized multi-enzyme process for the synthesis of statin side-chain precursors will become an attractive alternative to chemical methods. Two different routes towards the production of statin side-chain precursors were examined, which differed in starting materials and used enzymes. The first statin side-chain precursor was obtained by conducting a reaction that involved a 2-deoxyribose-5-phosphate aldolase (DERA), an NAD(P)-dependent dehydrogenase (DH), and a halohydrin dehalogenase (HHDH), while the second precursor was synthesized by carrying out a tandem reaction consisting of DERA and DH, whereby different genetically modified DERA and DH variants were tested, using inexpensive, easily-accessible aldehydes. To make the DH-catalyzed reactions economically feasible, for each reaction an in situ NAD(P)+ regeneration system was examined using an NAD(P)H-dependent oxidase (NOX). The influence of different pH, buffers and organic compounds (substrates and products) on the activity and/or stability of all applied enzymes was investigated. The kinetic data of each elementary reaction within the multi-enzyme system was obtained applying the initial reaction rate method. The developed kinetic models and the data obtained from the enzyme stability measurements enabled the determination of the most suitable strategy for the implementation of a multi-enzyme process. The mathematical models were developed for different reactor modes and the proposed models were experimentally validated. The possibility of running multi-enzyme one-pot reactions was examined as well. It was experimentally proven that all cascade reactions could be conducted in a sequential multi-step one-pot manner with an integrated coenzyme regeneration system working as simultaneous one-pot in order to obtain industrially relevant metrics. The validated mathematical models were used for further optimization of reaction conditions. Based on the obtained results and calculated metrics, optimal reaction setups and enzymes were found. The validated mathematical models represent a valuable basis for future application in the examined multi-enzyme-catalyzed synthesis of statin side-chain precursors. Statini spadaju u najčešće propisivane lijekove današnjice za snižavanje lipida u krvi. Iako se za njihovu proizvodnju primjenjuju dobro uhodane kemijske metode, one su dugotrajne i sastoje se od velikog broja koraka. Zbog sve veće potražnje za statinima i zbog zahtjeva za njihovom visokom kemijskom i stereokemijskom čistoćom ulažu se veliki napori u pronalaženju učinkovitih i ekonomski prihvatljivih procesa proizvodnje kiralnih prekursora bočnog lanca statina. Iz tog razloga razvijaju se biokatalitički procesi njihove sinteze. Naime, primjena enzima predstavlja vrlo atraktivnu alternativu kemijskim procesima zbog činjenice da kataliziraju stereoselektivne reakcije pri vrlo blagim reakcijskim uvjetima koje rezultiraju proizvodnjom produkata visoke enantiočistoće. Cilj istraživanja bio je razvoj dviju enzimskih kaskada u svrhu proizvodnje dvaju prekursora statina. Određena je kinetika svake pojedine reakcije unutar postavljenih višeenzimskih sustava te utjecaj svih prisutnih komponenata reakcija (organskih spojeva: supstrata i produkata) na stabilnost enzima. Razvijeni matematički modeli reakcija validirani su u različitim izvedbama reaktora (šaržni reaktor, ponovljivi šaržni reaktor, šaržni reaktor s dotokom). Primjenom validiranih matematičih modela optimirani su reakcijski uvjeti s ciljem proizvodnje optimalne količine ključnih molekula i postizanje visoke volumne produktivnosti. Istraživanje se temeljilo na hipotezama kako će kinetički modeli i informacije o stabilnosti enzima omogućiti definiranje najprikladnije strategije implementacije višeenzimskog sustava, da će se primjenom matematičkog modeliranja utvrditi optimalni reakcijski uvjeti te će optimirani višeenzimski sustav za proizvodnju prekursora bočnih lanaca statina biti atraktivna alternativa trenutno zastupljenim kemijskim metodama. Istraživane kaskade razlikovale su se u polaznim molekulama (supstratima) i primijenjenim enzimima. Supstrati koji su se koristili za potrebu sinteza prekursora bili su ekonomski prihvatljivi i lako dostupni aldehidi, a reakcije su bile katalizirane kombinacijom enzima različitih skupina. Supstrati prve rute bili su kloroacetaldehid (CAA) i acetaldehid (AA), dok su supstrati druge rute bili N-(3-oksopropil)-2-fenilacetamid (OPA) i AA. Prva se kaskada sastojala od enzima 2-deoksiriboza-5-fosfat-aldolaze (DERA), NAD(P)-ovisne dehidrogenaze (DH) i halogenhidrin-dehalogenaze (HHDH001), dok se druga sastojala od enzima DERA i DH, pri čemu su bile korištene različite genetički modificirane varijante enzima DERA i DH. S obzirom na to da su određeni stupnjevi reakcija bili katalizirani enzimom DH, ispitana je mogućnost primjene regeneracije koenzima NAD(P)+ in situ primjenom NAD(P)H-ovisne oksidaze (NOX). Prva reakcijska ruta (slika 1.) sastojala se od dvostruke aldolne adicije, oksidacije te od dehalogenacije i otvaranja prstena epoksida u pristustvu jakoga nukleofila. Dvostruka aldolna adicija bila je katalizirana enzimom DERA (DERATm ili DERA024). Prva aldolna adicija AA na CAA rezultirala je nastajanjem međuprodukta 4-kloro-3-hidroksibutanala (CHB), dok je adicijom druge molekule AA na međuprodukt CHB dobiven konačni aldolni produkt 6-kloro-3,5-dihidroksiheksanal (CDH). Oksidacija dobivenog aldehida CDH-a u 6-kloro-3,5-dihidroksiheksansku kiselinu (CDHA) provedena je primjenom enzima DH. U tu svrhu ispitana su dva različita enzima: NAD-ovisna aldehid dehidrogenaza (AlDH) i NADP-ovisna ketoreduktaza (KRED332). Regeneracija koenzima NAD+ provedena je implementacijom regeneracijskog sustava in situ uvođenjem enzima NADH-ovisne oksidaze (NOX009), koja kao kosupstrat zahtjeva kisik. Treći, a ujedno posljednji stupanj kaskade, bila je reakcija katalizirana enzimom HHDH (HHDH001). Enzim HHDH001 katalizira reakciju dehalogenacije CDHA-a, čime se na mjestu klorida fomira epoksid te nastaje konačni produkt 3-hidroksi-4-(oksiran-2-il)-butanska kiselina (HOBA). Ukoliko se reakcija provodi uz dodatak jakog nukleofila, poput kalijeva cijanida, enzim HHDH001 katalizira dvostupnjevitu reakciju nastanka 6-cijano-3,5-dihidroksiheksanske kiseline (CYDHA) preko gore spomenutog međuprodukta HOBA. Druga reakcijska ruta (slika 2.) sastojala se od dvostruke aldolne adicije i oksidacije nastalog aldolnog produkta. Dvostruke aldolne adicije bila je katalizirana enzimom DERA062, dok je oksidacija aldola bila katalizirana NADP-ovisnom DH (KRED354). Reakcija katalizirana enzimom DERA062 rezultirala je produktom N-(2-((2R,4R)-4,6-dihidroksitetrahidro-2H-piran-2-il)etil)-2-fenilacetamidom (DHP). Nastali aldehid DHP bio je enzimski oksidiran u N-(2-((2R,4R)-4-hidroksi-6-oksotetrahidro-2H-piran-2-il)ethil)-2-fenilacetamid (HOP). Ispitana je mogućnost regeneracije koenzima NADP+ implementacijom regeneracijskog sustava in situ uvođenjem enzima NADPH-ovisne DH. Kao mogući enzimi ispitani su NOX001, enzim koji kao kosupstrat zahtjeva kisik, i KRED011, enzim koji kao kosupstrat zahtjeva aceton (ACE). S obzirom na to da enzim DERA prihvaća AA ujedno kao donor i akceptor, reakcija dvostruke aldolne samoadicije AA rezultira nastankom konačnog produkta 3,5-dihidroksiheksanala (DHH) preko međuprodukta 3-hidroksibutanala (HB) (slika 3.). Razlog provedbe oksidacije u oba slučaja bio je prevođenje konačnog produkta (aldehidi CDH i DHP) u svoj stabilniji oblik (kiseline CDHA i HOP). U slučaju prve rute, oksidacija CDH-a je također bila nužna iz razloga što karbonilni spojevi (aldehidi i ketoni) kemijski reagiraju s cijanidom (CN-) čime dolazi do cijanohidrinske reakcije. Time bi nastali neželjeni nusprodukti, a reakcija bi rezultirala sa smanjenim prinosom na konačnom produktu (prekursoru bočnog lanca statina). Metodologija Analitičke metode Uzorci uzeti iz reakcijske otopine analizirani su primjenom tekućinske kromatografije na kromatografu Shimadzu HPLC (Kyoto, Japan). Aktivnosti svih enzima utvrđene su primjenom eksperimentalno definiranih spektrofotometrijskih testova na spektrofotometru Shimadzu UV-1601 (Kyoto, Japan). Optimalni pH i temperatura Utjecaj različitih pufera, pH i temperature na aktivnost i stabilnost svih korištenih enzima određeni su provedbom spektrofotometrijskih mjerenja. Pošto enzimi DH kataliziraju reakcije pri jednom pH (čime nastaje glavni produkt oksidacije), a regeneracija koenzima odvija se pri drugom pH, pronađen je kompromisan pH temeljem dostupne literature i prikupljenih eksperimentalnih rezultata. Stabilnost enzima Stabilnost enzima određena je miješanjem enzima s različitim koncentracijama supstrata ili produkta, u optimalnom puferu pri optimalnoj temperaturi. Tijekom definiranog razdoblja uzimani su uzorci i mjerena je aktivnost enzima. Iz dobivenih rezultata procijenjene su konstante deaktivacije enzima u prisutnosti svakog pojedinog ispitanog spoja. Regeneracija koenzima Regeneracija koenzima provođena je ili uvođenjem novog enzima u reakcijski sustav (NADH-ovisna NOX) ili primjenom istoga enzima koji katalizira glavnu reakciju oksidacije (NADPH-ovisna KRED), ovisno o enzimu koji katalizira glavnu reakciju oksidacije, odnosno njegovoj specifičnosti prema vrsti upotrijebljenog kofaktora. Količina regeneriranog koenzima praćena je spektrofotometrijski pri 340 nm, s obzirom na to da koenzim NAD(P)H apsorbira svjetlost pri toj valnoj duljini. Kinetička mjerenja Za svaki pojedini biokatalitički stupanj unutar promatranog sustava provedena su nezavisna mjerenja praćenjem ovisnosti početne reakcijske brzine o koncentracijama pojedinih komponenti reakcijskog sustava, to jest primjenom metode početnih reakcijskih brzina. Dobiveni eksperimentalni podaci korišteni su za procjenu kinetičkih parametara. Mjerenja su provedena ili primjenom spektrofotometrijskoga testa ili praćenjem reakcije u vremenu mjerenjem koncentracije supstrata ili produkta primjenom tekućinske kromatografije. Jednostupanjske reakcije Sve reakcije uključene u sintezu prekursora bočnog lanaca statina provedene su u barem jednom od sljedećih reaktora: šaržnom reaktoru (BR), ponovljivom šaržnom reaktoru (RBR) ili šaržnom reaktoru s dotokom (FBR). Kada se reakcija provodila u RBR-u, dodavana je svježa količina supstrata ili enzima jednaka onoj početnoj u onome trenutku kada je koncentracija ili aktivnost pala na nulu. Kod reakcija koje su provedene u FBR-u, supstrati i/ili enzimi dovođeni su u reaktor pomoću klipnih pumpi (PHD 4400 Syringe Pump Series, Harvard Apparatus, SAD). Višeenzimski sustavi Nakon što su ispitane sve jednostupanjske reakcije uključene u sintezu prekursora, provedene su kaskadne reakcije. Višeenzimski sustavi sastojali su se od kombinacije različitih enzima u svrhu pojednostavljenja procesa sinteze bez pada produktivnosti. Reakcije su provedene ili u jednom reaktoru ili kao slijedne reakcije u odabranom tipu reaktora. Kod reakcija provedenih u jednom reaktoru, na početku eksperimenta dodani su svi supstrati, enzimi i koenzimi, a kod reakcija provođenih kao niz slijednih reakcija, svaki se sintetski korak gledao kao samostalna reakcija, što znači su se samo najnužniji supstrati, enzimi i koenzimi dodali prije sljedećeg sintetskog koraka, ali bez prethodnog pročišćavanja nastalih (među)produkata. Matematičko modeliranje, validacija i simulacije modela Matematički modeli sastoje se od kinetičkih i bilančnih jednadžbi, a razvijeni su na temelju reakcijske sheme, procijenjenih kinetičkih parametara i bilančnih jednadžbi za odabrani tip reaktora te su validirani na nezavisnom skupu eksperimentalnih podataka prikupljenih iz podataka prikupljenih u odgovarajućem tipu reaktora. Razvijeni modeli poslužili su u simulacijama i optimizaciji početnih parametara reakcije u svrhu dobivanja optimalne koncentracije glavnoga produkta i postizanja volumne produktivnosti. Obrada podataka Za procjenu kinetičkih parametara i konstante operacijske stabilnosti enzima korištene su simpleks-metoda i metoda najmannjih kvadrata primjenom računalnog programa Scientist (MicroMath), pri čemu se kao funkcija cilja koristila suma kvadrata odstupanja. Za potrebe simulacije primijenjen je algoritam Episode za rješavanje skupa diferencijalnih jednadžbi. Standardna devijacija i koeficijenti determinacije izračunati su primjenom statističkih funkcija ugrađenih u Scientist. Rezultati, rasprava i zaključci Da bi se utvrdili optimalni pufer i pH za provedbu enzimskih reakcija, ispitan je utjecaj različitih pufera i pH-vrijednosti na aktivnost i stabilnost enzima. Eksperimentalno je utvrđeno kako je optimalni pufer za provedbu reakcije aldolne adicije AA na CAA katalizirane DERATm-om 0.1 M pufer TEA-HCl, pH 7, dok je za istu reakciju kataliziranu DERA024-om najbolji 0.1 M fosfatni pufer, pH 6. Za reakciju oksidacije CDH-a katalizirane enzimom AlDH odabran je 0.1 M fosfatni pufer, pH 8. Za reakciju aldolne adicije AA na OPA katalizirane enzimom DERA062 utvrđeno je kako je optimalni pufer 0.1 M fosfatni pufer, pH 7, dok je za slijednu reakciju kataliziranu KRED354 optimalni isti pufer, ali pH 8. Ispitan je utjecaj temperature na aktivnost i stabilnost enzima DERATm. Rezultati su potvrdili kako aktivnost enzima raste s porastom temperature u skladu s Arrheniusovom jednadžbom. Pomoću prikupljenih eksperimentalnih podataka određeni su parametri jednadžbe. Enzim je pokazao vrlo dobru termostabilnost zadržavši 87 % inicijalne aktivnosti nakon tri dana inkubacije pri temperaturi 20 – 25 °C. Kako bi se uspješno postavili matematički modeli, bilo je potrebno odrediti utjecaj organskih spojeva (supstrata i produkata) na stabilnost enzima te odrediti kinetiku enzima u reakcijama koje kataliziraju. Konstanta deaktivacije enzima u prisustvu organskih spojeva za svaki pojedini enzim procijenjena je pomoću eksperimentalnih podataka vremenskih promjena aktivnosti enzima za svaku pojedinu koncentraciju pojedinačnog aldehida primjenom kinetike drugoga reda. Procijenjene konstante deaktivacije su potom prikazane kao ovisnost konstante deaktivacije o pojedinoj koncentraciji svakog ispitivanog spoja, te opisane polinomom. Rezultati ispitivanja utjecaja organskih spojeva na stabilnost enzima potvrdili su kako je nužno odrediti optimalne početne koncentracije supstrata te izbjeći akumulaciju spojeva koji imaju destabilizirajući učinak na enzime odabirom prikladne konfiguracije reaktora. Primjenom metode početnih brzina određena je kinetika svih enzima u svakoj pojedinoj reakciji unutar postavljenog višeenzimskog sustava. Kinetika svake pojedine enzimski katalizirane reakcije opisana je jednosupstratnom ili dvosupstratnom Michaelis-Menteničinom kinetikom. Ukoliko je bilo eksperimentalno utvrđeno, kinetičke jednadžbe bile su proširene članovima koji su se uključivali inhibicije uzrokovane supstratom i/ili produktom reakcije. Svi parametri Michaelis-Menteničine kinetike bili su procijenjeni primjenom nelinearne regresije programskog paketa Scientist (MicroMath). Uzimajući vrijednosti kinetičkih parametara u obzir, enzimi su se pogodnim katalizatorima istraživanih reakcija, međutim zaključeno je kako je za dvostruku aldolnu adiciju AA na CAA prikladniji enzim DERA024 nego enzim DERATm, a kako je za oksidaciju CDH-a prikladniji enzimski sustav kojeg čine AlDH/NOX009 nego enzim KRED332. U slučaju druge reakcijske rute, vezano uz regeneraciju koenzima NADP+ in situ, oba bi se enzima mogla uspješno koristiti u svrhu njegove regeneracije, pri čemu primjena enzima NOX001 pokazuje određene prednosti nad KRED011. Temeljem prikupljenih podataka ovisnosti stabilnosti enzima o prisustvu organskih spojeva u reakcijskoj otopini i razvijenih kinetičkih modela predloženi su matematički modeli za odgovarajući tip reaktora. Razvijeni matematički modeli validirani su u odgovarajućem reaktoru provedbom jednoenzimskih i višeenzimskih (kaskadnih) reakcija. Služeći se validiranim matematičkim modelima, optimirani su reakcijski uvjeti promatranih enzimski kataliziranih reakcija s ciljem proizvodnje industrijski relevantne količine ključnih molekula. U tu svrhu, kao mjerilo uspješnosti, poslužili su relevantni industrijski zahtjevi za proizvodnju finih kemikalija, poput količine proizvedenog produkta (> 50 g/L), konverzije supstrata (> 95 %, 24 h), iskorištenje biokatalizatora (> 10 gprodukt/genzim) i produktivnost (> 100 g/(L∙dan)). Kaskadne reakcije bile su provedene u odgovarajućem reaktoru na simultani (ako je uključivalo regeneraciju koenzima) i/ili sekvencijalni (ako su produkti prethodne reakcije bili supstrati sljedeće reakcije bez prethodne alternacije reakcijske otopine) način. Na temelju prikupljenih eksperimentalnih podataka, potvrđeno je kako je moguće pojednostaviti promatrane reakcijske sustave provedbom kaskadnih reakcija i time dobiti veće količine željenog produkta. Iako nije bilo moguće simultano provesti kaskadne reakcije koje uključuju enzime DERA i DH, iz razloga što enzimi DH neselektivno oksidiraju aldehide, eksperimentalno je potvrđeno kako je moguće provesti kaskadne reakcije na sekvencijalan način. Tako je provedbom sekvencijalne kaskade, koja uključuje prisustvo DERA024-e i AlDH/NOX009-a, reakcija rezultirala zadovoljavanjem industrijski značajnih procesnih veličina, u usporedbi s kaskadnom reakcijom provedenom u prisustvu DERA024-e i KRED332-a. Spomenute kaskade provedene su u šaržnom reaktoru, pri čemu su aldolne reakcije provedene s dodacima supstrata i enzima a reakcije oksidacije s dodacima enzima u trenutcima kada su se supstrati u potpunosti potrošili, odnosno kada je preostala aktivnost enzima bila ispod 20 %. Iako zbog kemijske reakcije aldehida s cijanidom nije bilo moguće provesti kaskadnu reakciju katalizirane s HHDH001 na simultan način (AlDH, NOX009 i HHDH001 dodani u istom stupnju), reakcija je provedena na sekvencijalni (po završetku reakcije katalizirane enzimskim sustavom AlDH/NOX009 dodana je HHDH001) način. Ta se kaskada sastojala od prvog stupnja (aldolna reakcija: DERA024, ponovljivi šaržni reaktor), drugog stupnja (reakcija oksidacije: AlDH/NOX009, šaržni reaktor s dodatcima enzima) i trećeg stupnja (reakcija katalizirana s HHDH001, u prisustvu KCN-a, šaržni reaktor), a demonstrirala je mogućnost uspješne provedbe kaskadne reakcije, kao i postizanje industrijskih zahtjeva za proizvodnju finih kemikalija. Provedbom kaskadne reakcije na sekvencijalni način, sačinjene od enzima DERA062 u prvom reakcijskom stupnju i KRED354 i NOX001 ili KRED011 u drugom stupnju, pri optimalnim reakcijskim uvjetima, dobiveni rezultati upućuju kako se oba enzima (NOX001 i KRED011) mogu uspješno koristiti u svrhu regeneracije koenzima NADP+. Zbog jednostavnosti i neznatno boljih rezultata, preporučeni regeneracijski sustav je onaj kataliziran enzimom NOX001. Eksperimentalno je utvrđeno da dolazi do raspada produkta oksidacije HOP-a, čime je dokazano kako nastala kiselina HOP nije stabilniji oblik aldehida DHP-a proizvedenog aldolnom adicijom. Time je dokazano kako oksidaciju trebalo provoditi simultano u prisustvu, na primjer, lipaze kako bi se zaobišao gubitak na produktu HOP, odnosno gubitak HOP-a kao supstrata sljedećeg, trećeg stupnja promatrane kaskade. Ekperimenti provedeni na temelju validiranih matematičkih modela rezultirali su s industrijski značajnim vrijednostima. Ti modeli predstavljaju dragocjenu osnovu za buduću primjenu promatranih kaskadnih sustava u svrhu proizvodnje prekursora bočnog lanca statina.

Buildings belong to the large energy consumers class and account for 40% of worldwide primary energy consumption. Application of advanced control and diagnosis algorithms in buildings has been intensively investigated with the aim to improve their energy efficiency and bring the buildings sector into the smart city arena. In the thesis, a general methodology for minimizing thermal energy consumption using current energy sources and minimal retrofitting through the use of advanced identification and control techniques is presented and validated via simulation studies and on-line implementation on a real 248-zones skyscraper building. The developed framework paves the way to fast deployment of model-based energy management strategies in buildings and unleashes significant energy and cost-saving potentials of a smart building in a smart city. The following contributions of the developed approach are highlighted: i) a method for identification of an energy model of a system of fan coil units, which gives a direct relation between the thermal energy provided to a zone, actuation commands, heating/cooling medium conditions and the zone temperature, ii) a method for identification of a thermodynamic building model suitable for predictive control design and disturbance estimation, iii) predictive control strategy for zone temperature control and hierarchical coordination with the central heating/cooling medium conditioning system, building microgrid, smart grid or some other building subsystem sharing a common energy link with zones, iv) validation of the developed hierarchical predictive control system within a living-lab environment in terms of achieved thermal comfort and energy cost reduction, v) validation of the developed zone temperature control via on-line implementation on a full-scale skyscraper building. Povećanje energetske učinkovitosti u zgradarstvu jedan je od ključnih uvjeta za smanjenje ukupne potrošnje energije u svijetu. U sklopu disertacije prezentirana je generalna metodologija za smanjenje potrošnje energije u zgradama korištenjem naprednih upravljačkih i estimacijskih algoritama uz minimalna ulaganja i korištenje trenutno dostupnih izvora energije. Razvijeni algoritmi verificirani su na simulacijskim studijama i kroz implementaciju na primjeru neboderske zgrade Sveučilišta u Zagrebu Fakulteta elektrotehnike i računarstva (FERa). Razvijenim algoritmima omogućuje se ostvarivanje značajnih ušteda energije pretvaranjem zgrada u pametne zgrade koje su sastavni dio budućih pametnih gradova. Istaknuti su sljedeći znanstveni doprinosi predloženih algoritama: i) metoda za identifikaciju energetskog modela sustava ventilokonvektora koja daje direktnu vezu između toplinske energije prenesene u zone zgrade, upravljačkih akcija na aktuatorima ventilokonvektora, stanja medija za grijanje/hlađenje i temperature zraka u zonama zgrade, ii) metoda za identifikaciju termodinamičkog modela zgrade pogodnog za upravljanje i estimaciju nemjerljivih toplinskih poremećaja po zonama zgrade, iii) strategija modelskog prediktivnog upravljanja temperaturom u zonama zgrade s mogućnošću hijerarhijske koordinacije s centralnim sustavom pripreme medija za grijanje/hlađenje, mikromrežom ili nekim drugim podsustavom zgrade koji je spregnut sa zonama preko energije, iv) validacija razvijenog sustava za hijerarhijsko prediktivno upravljanje u smislu ostvarenog komfora i ušteda energije na primjeru neboderske zgrade FERa, v) validacija razvijenih algoritama za upravljanje temperaturom u zonama zgrade implementacijom sustava za rad u stvarnom vremenu na cijeloj neboderskoj zgradi FERa.

Regarding the complexity of Ziegler-Natta catalyst kinetics in polypropylene polymerization, so far, there is no adequate model to determine the best process conditions for predicting average molecular weight and dispersity as the most crucial final product properties index. Consequently, a validated model has been developed which describes the relationship between the kinetic model and the existing gap using the polymer moment balance approach. It was concluded that increasing reaction temperature and hydrogen amount are useful and improve the final product indices to a certain limit, but afterwards they have harmful effects on the indices., S obzirom na kinetičku složenost Ziegler-Natta katalizatora u polipropilenskoj polimerizaciji, za sada ne postoji odgovarajući model za određivanje optimalnih uvjeta procesa za predviđanje prosječne molekularne mase i disperzije kao najvažnijih indeksa svojstava konačnog proizvoda. Slijedom toga, razvijen je validirani model koji opisuje odnos između kinetičkog modela i postojećeg jaza pristupom ravnoteže momenata. Zaključeno je da su povišena temperatura reakcije i količina vodika korisni i do određene granice poboljšavaju indekse gotovog proizvoda, ali nakon toga na indekse imaju štetni učinak.

Anemia represents a significant cause of maternal and perinatal mortality, as well as child mortality. The aim of the research was to determine the serum concentration of hepcidin in children aged 6 months to 2 years and adolescents aged 11 to 19 years which suffer from iron deficiency anemia and compare it with the serum concentration of hepcidin in the control groups, as well as to determine its connection with the parameters of the iron metabolism.The research included 173 examinees, 89 of them suffered from iron deficiency anemia and 84 did not suffer from iron deficiency anemia (the latter represented the control group). Blood samples were collected from all study participants. The samples were analyzed for complete blood count and parameters of iron metabolism. ELISA method was used for establishing serum hepcidin levels.The research showed that the concentration of hepcidin is statistically lower in children (4.4 ng/mL) and adolescents (4.1 ng/mL) who suffer from iron deficiency anemia in comparison with the control group (14 ng/mL, 10 ng/mL, respectively). The positive correlation between serum hepcidin level and iron in the serum, ferritin, the mean corpuscular volume and transferrin saturation was confirmed, but the negative one occurred in serum hepcidin level, transferrin and reticulocytes.The age of the examinees does not influence the level of serum hepcidin which makes it a more sensitive indicator of the level of iron in the body. Besides this, serum hepcidin is a reliable biological marker for the assessment of iron deficiency anemia.Anemija predstavlja značajan uzrok maternalnog i perinatalnog mortaliteta, kao i moratliteta dece. Cilj istraživanja je bio da se odredi serumska koncentracija hepcidina u dece uzrasta od 6 meseci do 2 godine i adolescenata uzrasta od 11 do 19 godina koji boluju od siderope nijske anemije i uporedi sa serumskom koncentracijom hepcidina u kontrolnim grupama, kao i da se odredi njegova povezanost sa parametrima koji ukazuju na metabolizam gvožđa.Istraživanjem je obuhvaćeno 173 ispitanika, 89 ispitanika koji su bolovali od sideropenijske anemije i 84 koji nisu bolovali od sideropenijske anemije (koji su predstavljali kontrolnu grupu). Krv je uzorkovana svim ispitanicima. Iz uzoraka je određivana kompletna krva slika i vrednosti parametara metabolizma gvožđa. Nivo hepcidina u serumu je određivan ELISA metodom.Istraživanjem je pokazano da je koncentracija hepcidina statistički značajno niža kod dece (4,4 ng/mL) i adolescenata (4,1 ng/mL) koji boluju od sideropenijske anemije u poređenju sa kontrolnom grupom (14 ng/mL, odnosno 10 ng/mL, po redosledu navođenja). Potvrđena je pozitivna korelacija između concentracije hepcidina i gvožđa u serumu, feritina, srednjeg volumena eritrocita i saturacije transferina, a negativna između nivoa hepcidina i transferina, kao i retikulocita.Uzrast ispitanika ne utiče na koncentraciju hepcidina u serumu što ga čini senzitivnijim pokazateljem nivoa gvožđa u organizmu. Osim toga, vrednost hepcidina u serumu predstavlja pouzdan biološki marker u postavljanju dijagnoze sideropenijske anemije.

Troškovi održavanja i uporabe su neizostavan dio troškova životnog ciklusa. U radu se opisuje razvoj i validacija novog modela predviđanja prosječnih godišnjih troškova održavanja i uporabe sveučilišnih građevina sličnih karakteristika u Osijeku. Model je razvijen prema stvarnim troškovima održavanja i uporabe 13 građevina Sveučilišta u Osijeku koji su prikupljeni za vremensko razdoblje od 12 godina počevši od 1998. godine. Model je ispitan na dvije građevine slične namjene izvan Osijeka. Primjenom predloženog modela predviđanja troškova održavanja i uporabe uz malu količinu ulaznih podataka moguće je predvidjeti godišnje troškove održavanja i uporabe građevina slične namjene te omogućiti uvid u statistički značajne varijable potrebne za predviđanje spomenutih troškova. Predloženi model omogućuje procjenu troškova održavanja i uporabe već u fazi planiranja projekta., Costs of maintenance and operation are important part of the Life cycle costs. This paper describes development and validation of a new model for predicting average annual costs of maintenance and operations for the University buildings in Osijek with similar building characteristics. The model is developed based on historical cost data records obtained from 13 University buildings in Osijek for time period of 12 years starting from 1998. The model was tested at two new sets of data, in buildings outside of Osijek. The proposed operating and maintenance costs model requires reduced amount of data for predicting annual maintenance and operations costs of University buildings of similar building characteristics and highlights statistically significant data required for costs prediction. The model contains only few elements but yet can predict operating and maintenance costs. The proposed model enables maintenance and operations cost estimates already at the initial design phase.

Buka se razlikuje od pojava koje dovode do onečišćenja zraka, vode i tla jer ne ostavlja nikakav trag koji bi poslužio kao stalni podsjetnik na neugodu koju uzrokuje. U SAD-u, Velikoj Britaniji i Bangkoku koriste se modeli kao što su FHWA, CORTN, STOP i GO. Međutim, do sada nije razvijen konačan model za indijske uvjete cestovnog prometa. U ovom se radu prikazuje novi model za predviđanje prometne buke zbog neprekinutog odvijanja cestovnog prometa po četverotračnim cestovnim prometnicama u Indiji. Ovaj model, utemeljen na regresijskoj analizi, može se djelotvorno koristiti kao podrška pri donošenju odluka o predviđanju prometne buke na indijskim cestama., Noise is distinctive in comparison to pollutants like air, water and soil. It does not leave any residual evidence that would serve as a continuing reminder of its unpleasantness. Models like FHWA, CORTN, STOP and GO are used for traffic noise prediction in the US, UK, and Bangkok, respectively. But so far, no definite model has been developed for Indian road conditions. A new road traffic noise prediction model for uninterrupted four-lane Indian roads, developed using the regression analysis, is presented in this paper. This model can be effectively used as a decision-supporting tool for road traffic noise prediction on Indian roads.

The antioxidant activity of three types of pumpkin seed oil or oil mixtures (cold-pressed, produced from roasted seed paste and salad) produced in the northern part of Croatia and the kinetics of their behaviour as free radical scavengers were investigated using DPPH˙. In addition, the involvement of oil tocopherol isomers (α-, γ- and δ-) in different steps of DPPH˙ disappearance and their impact on the rate of reaction were analysed. The kinetics of DPPH˙ disappearance is a two-step process. In the first step, rapid disappearance of DPPH˙ occurs during the first 11 min of the reaction, depending on the oil type, followed by a slower decline in the second step. To describe DPPH˙ disappearance kinetics, six mathematical models (mono- and biphasic) were tested. Our findings showed that γ- and δ-tocopherols affected DPPH˙ disappearance during the first step, and α-tocopherol in the second step of the reaction. Moreover, α-tocopherol demonstrated 30 times higher antioxidant activity than γ- and δ-tocopherols. The results indicated the biphasic double-exponential behaviour of DPPH˙ disappearance in oil samples, due to the complexity of reactions that involve different tocopherol isomers and proceed through different chemical pathways., U ovom su radu ispitani antioksidacijska aktivnost i kinetika uklanjanja DPPH radikala iz bučinih ulja ili uljnih mješavina (iz hladno-prešanog, zatim ulja dobivenog prešanjem prženih bučinih sjemenki i salatnog ulja), proizvedenih na području Sjeverne Hrvatske. Osim toga, ispitan je utjecaj različitih izomera vitamina E (α-, γ- i δ-tokoferola) na brzinu reakcije tijekom različitih stupnjeva nestanka DPPH radikala iz tih ulja. Postupak uklanjanja radikala odvija se u dva stupnja: u prvom stupnju se tijekom početnih 11 minuta reakcija odvija brzo, nakon čega slijedi sporiji, drugi stupanj. Za opisivanje kinetike nestanka radikala upotrijebljeno je šest monofaznih i bifaznih matematičkih modela. Iz dobivenih se rezultata može zaključiti da γ- i δ-izomeri tokoferola sudjeluju u prvom stupnju, dok je α-tokoferol uključen u drugi stupanj procesa uklanjanja radikala. Osim toga, utvrđeno je da α-tokoferol ima 30 puta veću antioksidacijsku aktivnost od γ- i δ-izomera. Rezultati pokazuju da je bifazna kinetika nestanka DPPH radikala posljedica niza složenih reakcija koje se odvijaju različitim mehanizmima, a u kojima sudjeluju izomeri tokoferola.

This paper reports a fuzzy differential equations approach for the modeling of initial condition uncertainty for a proportional derivative closed-loop control of a direct current motor. Uncertainties are considered on the precision of the sensing devices installed on a driver. The closed-loop system is designed for a plant modeled with fuzzy differential equations. Satisfactory analytic and numerical results for the position regulation problem for ideal case and also considering perturbed initial conditions are reported., U radu je razvijen postupak sinteze proporcionalno-derivacijskog regulatora za upravljanje istosmjernim motorom s neizrazitim (engl. fuzzy) početnim uvjetima zasnovane na neizrazitim diferencijalnim jednadžbama. Pritom je uzeta u obzir nesigurnost određena mjernom preciznošću senzora. U predloženom postupku se zatvoreni regulacijski krug dizajnira korištenjem neizrazitih diferencijalnih jednadžbi. Primjenom projektiranog regulatora na probleme pozicioniranja u idealnom slučaju te u slučaju koji uzima u obzir perturbirane početne uvjete ostvareni su zadovoljavajući analitički i numerički rezultati.

U radu se daju rezultati dobiveni određivanjem područja varijacije tehnoloških parametara primijenjenih kod sekundarne obrade čelika u instalacijama LF-tipa u svrhu poboljšanja njegove kvalitete. Primjena dobivenih tehnoloških parametara omogućuje proizvodnju čelika s malom količinom plina (naročito vodika) i pruža nove spoznaje u odnosu na otplinjavanje čelika u instalacijama za sekundarnu obradu čelika., The paper introduces the results obtained in the determination of the variation domains of the technological parameters used for steel secondary treatment in LF-type installations, in view of improving its quality. The use of the resulting technological parameters allows the production of low-gas steel (particularly low-hydrogen) and brings new information pertaining to steel degassing in the steel secondary treatment installations.

U okviru rada provedeno je istraživanje u dvije zemlje regije jugoistočne Europe na više različitih lokacija pješačkih prijelaza radi utvrđivanja vrijednosti stupnja propuštanja pješaka (SPP) od strane vozila. Podaci prikupljeni na 32 lokacije poslužili su za definiranje matematičkog modela SPP-a u zavisnosti od karakteristika lokacija i karakteristika prometnog toka vozila i pješaka. Metodom regresijske analize izrađeno je šest varijanti modela. Izabrani model je testiran na šest lokacija i rezultati su pokazali da model ima vrlo dobro slaganje s empirijskim podacima. Matematički model za proračun SPP imao bi primjenu u operativnoj i planskoj analizi razine usluge na pješačkim prijelazima., A research was conducted, for the paper, in two countries in the South-Eastern Europe region, at multiple pedestrian crossing locations in order to determine the value of motorist yield rate (MYR). The data gathered at 32 locations were used to define a mathematical model for MYR depending on location characteristics and vehicular and pedestrian traffic flow characteristics. Using regression analysis method, six versions of the model were created. The chosen model was tested at six locations and the results showed that the model matches the empirical data very well. The mathematical model for calculation of MYR could be applied in operational and planned analysis of level of service (LOS) at pedestrian crossings.

The study describes enantioselective reduction of (S)-2-hydroxypropiophenone ((S)-2-HPP) to (1S, 2S)-1-phenylpropane-1, 2-diol ((1S, 2S)-1-PPD) mediated by alcohol dehydrogenase (LbADH) from Lactobacillus brevis and (1R, 2S)-1- phenylpropane- 1, 2-diol ((1R, 2S)-1-PPD) by glycerol dehydrogenase (GDH) from Cellulomonas sp.. As these dehydrogenases require the presence of NADH, the coenzyme regeneration was performed with formate dehydrogenase (FDH) from Candida boidinii. The chiral 1, 2-diol syntheses combined with coenzyme regeneration were carried out in repetitive batch reactors. Fresh (S)-2-HPP substrate was added three times during the repetitive experiments. All three enzymes were kinetically characterized and the kinetics of all reactions was determined. Based on results kinetic models for synthesis of both chiral 1, 2- diols for systems with and without coenzyme regeneration were developed and then combined with reactor mass balance equations. The proposed mathematical models were validated in a batch reactor. The developed models were in good agreement with the experimental data. For the system without coenzyme regeneration the equilibrium conversions of 60% and 34% using LbADH and GDH, respectively, were achieved. With coenzyme regeneration complete (S)-2-HPP conversions using both enzymes were achieved.

Razvoj krilnih pumpi temelji se na eksperimentalnom istraživanju i matematičkom modeliranju nestacionarnih hidrauličkih procesa unutar pumpe, u prostoru potiska i usisnom i potisnom cjevovodu. Pomoću eksperimentalnog istraživanja i rezultata matematičkog modeliranja i programskog paketa KRILP, moguće je dovoljno precizno odrediti parametre operativnih procesa krilnih pumpi. Ovo istraživanje ispituje idealizirani i stvarni protok pumpe pod visokim tlakom među pumpama krilnog tipa. U idealiziranom slučaju ispituje se "savršena" pumpa u kojoj se smatra da je curenje jednako nula, a tekućina da je nestlačiva. Na temelju tih pretpostavki, izvedene su jednadžbe koje opisuju karakteristike idealiziranog protoka. Nadalje, ispitan je stvarni protok pumpe s obzirom na stlačivost tekućine, a za izračunavanje tih rezultata korišten je numerički program. Idealizirana analiza pokazuje da je idealizirani protok određen geometrijskim svojstvom protoka., In developing the vane pumps the fundamental basis is experimental research and mathematical modelling of nonstationary hydraulic processes inside the pump, in thrust space and suction and thrust pipeline. By means of experimental research and results of mathematical modelling and software package KRILP, it is possible to determine the parameters of operating processes of vane pumps precisely enough. This research examines the idealized and actual flow ripple of a high-pressure vane within vane type pump. For the idealized case, a "perfect" pump is examined in which the leakage is considered to be zero and the fluid is considered to be incompressible. Based upon these assumptions, expressions describing the characteristics of the idealized flow-ripple are derived. Next, the actual flow-ripple of the pump is examined by considering the fluid compressibility and for computing these results a numerical program is used. From the idealized analysis it is shown that the idealized flow-ripple is determined by geometrical flow property.

Provedena je analiza hidrodinamičkih uvjeta u različitim tipovima mikroreaktora za sustave kapljevina-kapljevina i plin-kapljevina. Ispitane su efektivne difuzivnosti glukoze, katehola, enzima glukoza oksidaze i enzima lakaze u mikroreaktoru. Provedeno je određivanje volumnih koeficijenta prijenosa tvari za sustave kapljevina-kapljevina i plin-kapljevina-kapljevina, te procjena vrijednosti kinetičkih parametara procesa biotransformacije katehola lakazom iz Trametes versicolor u mikroreaktoru u cilju postavljanja dvodimenzionalnog matematičkog modela. Primjenom mikroreaktora postiže se znatno unapređenje procesa biotransformacije katehola enzimom lakazom u usporedbi s klasičnim šaržnim procesom biotransformacije ; konverzija katehola od X = 19, 86 % u mikroreaktoru je postignuta za vrijeme zadržavanja od 72 s, dok je za postizanje približno iste konverzije (X = 19, 04 %) u šaržnom reaktoru reakciju bilo potrebno provoditi u vremenu t = 247 min.

Za istraživanje pojava pri visokobrzinskoj obradi glodanjem, na Mašinskom fakultetu u Sarajevu konstruiran je i izrađen obradni sustav VBS. Kako zahtjevi za visokim brzinama i ubrzanjima glavnih vretena i prijenosnika za pomoćna gibanja iziskuju specifična konstrukcijska i mehatronička rješenja, u članku je definiran pristup i odabir optimalne projektne varijante komponenti eksperimentalnog obradnog sustava VBS. Na sustavu VBS provedena su istraživanja utjecaja parametara obrade na sile rezanja kod čeonog glodanju s visokim brzinama rezanja (od 750 m/min do 3000 m/min). Istraživanja su provedena na legiranom čeliku EN 10083-3 (41Cr4) u poboljšanom stanju. Rezultati istraživanja su pokazali da pri zadržavanju konstantnog posmaka po zubu vrijednost rezultirajuće sile FR opada s povećanjem brzine rezanja. Istraživanja su također pokazala da posmak po zubu ima veliki utjecaj na vrijednost sila rezanja. Primjenom regresijske analize razvijen je matematički model za određivanje sila rezanja te je napravljena usporedba dobivenih eksperimentalnih rezultata s rezultatima proračuna., Machining system VBS was constructed and built at the Faculty of Mechanical Engineering in Sarajevo, for investigations of the phenomena in high speed milling. Since the requests for high speeds and accelerations of the main spindles and the transmitters for the feed motions require specific design and mechatronic solutions, this paper presents the selection of optimal design variety of components integrated in machining system VBS. The investigation of the effect of the cutting parameters on the cutting forces during high speed face milling (range of cutting speed from 750 m/min to 3000 m/min) was conducted on the machining system VBS. Investigations were carried out on hardened alloy steel EN 10083-3 (41Cr4). The results show that cutting force FR decreases by increasing cutting speed. Also the investigations show that the feed per tooth has significant effect upon the values of cutting forces. This paper further presents the mathematical model for calculating cutting force in high speed cutting. Experimental results are compared with calculation results.

Proizvodnja mokre sirove nafte je zbog podizanja kontakta nafta-voda na mnogim naftnim poljima sve veći problem i zbog toga proizvodnja slane mokre nafte utiče na kvalitetu sirove nafte. U ovom radu je predstavljena jednostavna metoda za procjenu svojstava slojne vode korištenjem Arrhenius-ove funkcije i Vandermondove matrice za temperature iznad 30 °C i sadržaja soli između 5 i 25% masenog postotka. Ustanovljeno je da se procjene odlično poklapaju s vjerodostojnim podacima iz literature sa srednjim apsolutnim odstupanjem koje varira između 0,08 do 2,7%. Metoda koja je razvijena u ovoj studiji je od velike važnosti za naftne inženjere i inženjere u praksi jer im omogućava brzu provjeru svojstava slojne vode kod različitih uvjeta bez potrebe izbora bilo koje eksperimentalne metode. Kemijski i naftni inženjeri će ustanoviti da je predloženi pristup prilagođen korisniku s transparentnim izračunima koji ne uključuju složene izraze., Production of wet crude due to the raise in oil-water contact in many oil fields has been a growing field problem and consequently production of salty wet crude affects the quality of crudes. In this work a simple method using Arrhenius-type function and Vandermonde matrix is presented for estimation of formation water properties for temperatures above 30 °C and salt contents between 5 and 25% by mass. Estimations are found to be in excellent agreement with the reliable data in the literature with average absolute deviation varying between 0.08 to 2.7%. The method developed in this study is of immense practical value for petroleum engineers and practice engineers for a quick check on the formation water properties at various conditions without opting for any experimental measurements. In particular chemical and petroleum engineers would find the proposed approach to be user-friendly with transparent calculations involving no complex expressions.

Integrated bioprocess [1] for ethanol production usually combines simultaneous extraction of sucrose from raw sugar beet cossettes, fermentation with a high sugar concentration tolerant strain of yeast Saccharomyces cerevisiae and ethanol recovery from fermented broth. In this research, sucrose extraction from raw sugar beet cossettes in extraction column was studied by different experimental conditions (water temperature and residence time). On the basis of obtained results, mathematical model was established that describes sucrose diffusion from sugar beet cossettes and stagnant medium layer around sugar beet cossettes coupled with convective medium flow in the extraction column. Yeast growth at high substrate concentrations was also studied in order to define kinetic parameters of yeast growth by using differential method. Obtained results clearly pointed out that Jerusalimsky [2] model shows the best agreement with experimental data. Integrated bioprocess system that combines horizontal column bioreactor and stirred tank bioreactor was used for the study of simultaneous sucrose extraction from sugar beet cossettes and ethanol production by using different initial yeast concentration, residence time and bioprocess temperature. On the basis of experimental data two mathematical bioprocess models were established. First model is "cascade" model [3] that describes the whole bioreactor system as series of ideally mixed compartments with back mixing. For each ideally mixed compartment mass balance was established that describes hydrodynamic, mass transfer and reaction phenomena. For whole system set of differential equations was obtained and solved by numerical methods. Second bioprocess model was developed by Computational Fluid Dynamics (CFD) approach. In this approach, the mass balance was established on the micro-scale level and consequently the set of differential equations was also obtained that describes the same phenomena as by first model. Comparison between these two models was done on the basis of model discrepancies from experimental data and it was observed that second model has better agreement with experimental data. Integration of different bioprocess operations into one step can considerably reduced ethanol production costs and consequently lower impact on the environment (lower sustainable process index (SPI [4])). Established integral bioprocess models could be also used as a good tool for the bioprocess optimization and the evaluation of bioprocess sustainability.

This paper deals with experimental determination, mathematical modelling, analytical calculation and verification of the rolling force. The results of performed research indicate that mathematical-experimental modelling can be successfully used to define the rolling force and technological parameters of the rolling process. In this paper a mathematical model of the rolling force F = f (Δh, ε, δ, k) has been developed. Main achievements are: original experimental identification of the rolling force, original measuring sensor for rolling force measurement and a mathematical model for defining the rolling force., U ovom rada je prikazano eksperimentalno određivanje sile valjanja, matematičko modeliranje, proračun i verifikacija sile valjanja. Rezultati provedenog istraživanja pokazuju da se matematičko-eksperimentalno modeliranje može uspješno primijeniti za definiranje sile valjanja i tehnoloških parametara procesa valjanja. Osim toga, u radu je definiran matematički model sile valjanja F = f (Δh, ε, δ, k). Glavna postignuća su: originalna eksperimentalna identifikacija sile valjanja, originalni mjerni senzor za mjerenje sile valjanja i matematički model za definiranje sile valjanja.

Ovaj rad bavi se matematičkim modeliranjem vodnih gubitaka u realnom vremenu na postojećem vodoopskrbnom sustavu. Korištene su dvije metode koje se bave gubicima u vodoopskrbnim sustavima, te pojašnjavaju vezu između tlaka i gubitaka. Emitter koeficijent i FAVAD metoda još nisu korištene u Republici Hrvatskoj. Praktični dio rada sadrži matematičko modeliranje dijela vodoopskrbnog sustava Velike Gorice, te smanjivanje gubitaka u istom. Cilj smanjenja gubitaka je smanjenje nepotrebnih troškova i produženje vijeka trajanja infrastrukture.

U predavanjim je obrađena fiziologija krvotoka i prikazan matematički model s koncentriranim parametrima, te analizirani dobiveni rezultati.

Na zadanoj dionici rijeke Dunav predviđena je regulacija riječnog korita i u okviru ovog rada izvršeno je modeliranje utjecaja predloženih građevina na hidrauličke karakteristike Dunava u uvjetima malih, srednjih i velikih voda s direktnim utjecajem na plovnost Dunava.

Nove tehnologije, pomoću kojih se u realnome vremenu mogu odrediti osobine ležišta, potrebne su kako bi se iskoristila dinamika istraživanja i proizvodnje i minimizirao stupanj neizvjesnosti oko postojećih modela ležišta koristeći veliku količinu podataka koju kontinuirano proizvodi pametna tehnologija. Primarni cilj studije ležišta je predvidjeti buduće ponašanje ležišta te pronaći smjer i način povećanja konačnog iscrpka. Simulacija koristi mnogo više od same izrade i korištenja dobroga modela ležišta kako bi se analizirao proces, bilo da se radi o sustavu ležišta nafte ili problemu preklapanja mreže. Konkretnije, simulacija je proces u kojem inženjer integrira nekoliko faktora kako bi stvorio informacije na osnovu kojih menadžeri mogu donijeti pouzdane odluke. Pri cijelome procesu inženjer bi trebao vladati situacijom. Tehnologija simulacije ležišta se neprestano poboljšava i unapređuje. Kontinuirano se stvaraju novi modeli, pomoću kojih se mogu simulirati sve složeniji programi iskorištavanja ležišta. U ovoj studiji korišteno je zavodnjavanje s plošnom mrežom od pet točaka proizvodnih i utisnih bušotina, kako bi se povećao iscrpak i održao tlak potreban za postizanje traženog kapaciteta proizvodnje., New techniques, capable of characterizing reservoirs in real time, are needed to utilize the dynamic nature of upstream oil operations and minimize the degree of uncertainty around existing reservoir models using high density of data continuously generated by smart technology. The primary objective of a reservoir study is to predict future performance of a reservoir and find the ways and means of increasing ultimate recovery. Simulation uses a lot more than just the design and use of a good reservoir model to analyze a process, be it an oil reservoir system or a network-switching problem. More realistically, simulation is a process where engineer integrates several factors to produce information and on the basis of that managers can make reliable decisions. At all points along the way engineer should be on the top of situation. Reservoir simulation technology is being constantly improved and enhanced. New models, able to simulate more and more complex recovery schemes, are proposed continuously. In this study waterflooding of five-spot pattern has been used to increase recovery and maintain pressure to sustain the required production rate.

Based on the known approaches and published mathematical models, as well as on theoretical consideration using our experimental data, the integrated approach to mathematical modelling of atrazine biodegradation processes has been employed and sophisticated mathematical models for different reaction systems have been developed. The applicability of these models which take into account physical, chemical, biochemical and biological complexity of atrazine biodegradation was further analyzed in comparison with mathematical models describing simple consecutive reaction systems using first-order kinetics. Kinetics of atrazine degradation in liquid media and soil contaminated with atrazine at the temperatures of 10 and 30 °C was assessed and compared. Biodegradation experiments in liquid media were conducted at atrazine concentrations ranging from 0.14 to 25 mmol/L, while the experiments in soil were conducted at atrazine concentration of approx. 0.44 μmol/g. Computer simulations were applied to explain experimental results and test the adequacy of mathematical models. Detailed analysis of computer simulation data showed that the developed integrated mathematical models could be considered as the most convenient for describing kinetics of atrazine biotransformation in both liquid media and contaminated soil, although even simple mathematical models are suitable for explaining some experimental results, especially when evaluating the temperature effects on biodegradation efficacy of the applied mixed bacterial culture., Na temelju poznatih pristupa i objavljenih matematičkih modela te teorijskog razmatranja vlastitih eksperimentalnih podataka, pristupilo se potpunijem modeliranju procesa biologijske razgradnje atrazine razvijajući sofisticirane matematičke modele za različite reakcijske sustave. Primjenjivost tih modela, u kojima se uzima u obzir fizička, kemijska, biokemijska i biologijska kompleksnost razgradnje atrazina, analizirala se tako da ih se usporedilo s matematičkim modelima pomoću kojih se opisuju jednostavni sljedbeni reakcijski sustavi primjenom kinetike reakcija prvoga reda. Procijenjene su i uspoređene kinetike razgradnje atrazina pri 10 i 30 °C u tekućinskim reakcijskim medijima i uzorcima tla onečišćena atrazinom. Pokusi biologijske razgradnje u tekućinskim medijima provedeni su pri početnim koncentracijama atrazina od 0,14 do 25 mmol/L, dok su pokusi s uzorcima tla provedeni pri početnim koncentracijama atrazina od 0,44 µmol/g u onečišćenu tlu. Kompjutorskom simulacijom objašnjeni su eksperimentalni rezultati i ocijenjena prikladnost matematičkih modela. Iscrpnom analizom simulacijskih podataka potvrđeno je da su upotpunjeni matematički modeli najprikladniji za opis kinetike biologijske razgradnje atrazina i u tekućinskim podlogama, i u onečišćenu tlu, iako su čak jednostavni matematički modeli prikladni za pojašnjenje nekih eksperimentalnih rezultata, posebice kada se vrednuje utjecaj temperature na biodegradacijsku učinkovitost primijenjene mješovite mikrobne kulture.

U ovom radu istražila se mogućnost odsumporavanja FCC benzina metodom kapljevinske ekstrakcije pomoću dva otapala (sulfolan i furfural). Eksperimenti su se proveli u svrhu određivanja najučinkovitijeg otapala s obzirom na procesne parametre; temperaturu, vrijeme ekstrakcije i omjer otapalo / FCC benzin, te se ispitao utjecaj stupnjeva ekstrakcije na količinu zaostalog sumpora u uzorku nakon procesa ekstrakcije. Dobiveni rezultati pokazuju da se niži sadržaj sumpora postigao u uzorcima koji su bili podvrgnuti ekstrakciji sulfolanom pri temperaturi od 50 şC i omjerima otapalo / FCC benzin iznad 2. Navedeni rezultati su se potvrdili statističkom analizom procesa ekstrakcijske desulfurizacije sulfolanom upotrebom 23 cjelovitog faktorskog plana. Maksimalna učinkovitost ekstrakcijske desulfurizacije se ostvarila pri višim vrijednostima temperature i omjera otapalo / FCC benzin, dok je vrijeme u istraživanom području vrijednosti imalo najmanje utjecaja na mjerenu količinu sumpora u uzorku. Najmanji udio sumpora u uzorku FCC benzina nakon procesa ekstrakcijske desulfurizacije sulfolanom iznosio je 196 mg kg-1 i dobiven je pri višim nivoima temperature, omjera sulfolan / FCC benzin i vremena trajanja procesa. Razvijen je i testiran empirijski model koji se može upotrijebiti za predviđanje količine sumpora nakon procesa ekstrakcije sulfolanom u opisanom sustavu., Extractive desulfurization of FCC gasoline with two solvents (sulfolane and furfural) was studied. Experiments have been carried to determine more suitable solvent with respect to process parameters including temperature, batch time, solvent / FCC gasoline ratio and extraction times. Results show that lower sulfur content in raffinate was achieved with sulfolane at temperatures around 50 şC and solvent / FCC gasoline ratio above 2. This was also verified with statistical analysis of the extractive desulfurization with sulfolane by 23 full factorial design. Maximum desulfurization efficiency was obtained at high levels of temperature and sulfolane / FCC gasoline ratio; time in researched range of values had small impact and minimum sulfur content in raffinate of 196 mg kg-1 was obtained at higher levels of temperature, time and sulfolane / FCC gasoline ratio. Mathematical model that can be used for predicting sulfur content in raffinate after extractive batch process with sulfolane was statistically developed and proven with analysis of variance.

The article presents numerical simulations of fluid flow and chemical homogenization of liquid steel in gas-stirred ladle with two asymmetric porous plugs. In this study mixing time is analyzed as a function of porous plug location. All calculations were carried out by commercial computer program Fluent using k-ε turbulence model. Results show the velocity vectors of liquid steel and tracer concentration field after alloy addition. Numerical calculations were used to get the mixing time of liquid steel as a function of gas flow rate and porous plugs location., Članak predstavlja numeričke simulacije tijeka tekućine i kemijske homogenizacije tekućeg čelika u loncu s miješanjem plina pomoću asimetrično postavljenih poroznih čepova. U ovoj se studiji vrijeme miješanja analizira kao funkcija položaja poroznog čepa. Svi su izračuni provedeni pomoću komercijalnog računalskog programa Fluent koristeći k- ε modele turbulencije. Rezultati pokazuju vektore brzine tekućeg čelika i polje koncentracije obilježenih indikatora nakon dodavanja legure. Numerički su proračuni upotrijebljeni za dobivanje vremena miješanja tekućeg čelika kao funkcije brzine toka plina i položaja poroznog čepa

Mathematical modeling has been extensively used to study the fluid flow phenomena taking place in continuous casting tundish. The article presents an analysis of the hydrodynamic properties of a real industrial facility – a six-strand tundish of a capacity of 30 Mg liquid steel. As a result of numerical computations carried out, spatial distributions of the velocity vectors, fields of turbulence kinetic energy, temperature of steel flowing in the tundish and characteristics called RTD (Residence Time Distribution) were get. Calculations were carried out by commercial computer program FLUENT. The geometry and nodal point grid were generated in the GAMBIT program. Results of computer simulation were verificated on the industrial tundish., Matematičko se modeliranje intezivno upotrebljava za proučavanje fenomena tijeka tekućina koji se događaju u razdjelnom loncu konti-lijeva. Predstavlja se analiza hidrodinamičkih svojstava realnog industrijskog postrojenja s šestožilnim razdjelnim loncem kapaciteta 30 Mg tekućeg čelika. Kao rezultat provedenih numeričkih proračuna, dobivene su prostorne distribucije vektora brzine, polja turbulencijske kinetičke energije, temepratura čelika koji teče u razdjelnik i karakteristika zvana RTD (Residence Time Distribution). Proračuni su provedeni komercijalnim računalskim programom FLUENT. Geometrija i mreža čvorova generirani su programom GAMBIT. Rezultati računalske simulacije provjereni su na industrijskom lijevanju uz upotrebu razdjelnika.

Polychlorinated biphenyls are a family of 209 compounds made up of attached benzene rings with varying numbers and locations of chlorine atoms. PCBs are characterized by their low flammability, low electrical conductivity, high resistance to thermal breakdown and to other chemical agents, and high degree of chemical stability. These qualities make them effective coolants, lubricants, and insulators. The physical attributes that make PCBs useful in industry also make them a serious health threat to workers, wildlife, and communities. PCBs’ environmental persistence and long-range transport properties facilitate their movement to all environmental compartments. PCBs continue to enter the groundwater, soils, and atmosphere from multiple sources including old industrial equipment, recycled oil and materials, chemical manufacturing, landfills, and incineration of industrial and municipal waste. Even so called “ closed” industrial systems can release large amounts of PCBs. Until recently it was believed that there were no natural sources of PCBs. However, PCBs not associated with anthropogenic activities were identified in ash from volcanic eruptions, and subunits of PCBs have also been identified as components of glycoproteins. Understanding how the chemical behaves in the environment provides information on possible effects on human health and allows for the risk to humans and the environment to be assessed. In order to assess the behavior of a chemical, the intrinsic properties and emission patterns of the chemical must be known. Due to the persistence of POPs, and their tendency to bioaccumulate and biomagnify, almost undetectable concentrations in the abiotic environment have the potential under certain conditions to result in significant exposure levels for organisms at higher trophic levels, e.g. humans (with biomagnification factors greater than 107 in some cases). PCBs concentrate in the food web and bioaccumulate in the fatty tissue of wildlife and people. Virtually everyone has PCBs in their bodies. In order to understand distribution and transformations of PCBs in the environment, we need, besides their basic physical characteristics, additional information on their environmental behaviour and reactions. Even a good knowledge of physical and chemical properties of these persistent industrial substances does not enable precise distribution of PCBs over the Earth since such a global experiment was performed only once, and because it is complex, long-lasting, unplanned, subject to changes, and practically impossible to reconstruct. Thus, for complete understanding of distribution phenomena it is necessary to combine results of monitoring and field studies with the mathematical models, which are substitutes for the controlled experiment that cannot be performed in the natural systems.

Sažetak U radu je postavljen matematički model odabranog modela izomerizacije. Pri postavljanju modela proces je istražen sa stajališta reakcijskog mehanizma, kinetike reakcija izomerizacije, te parametara kemijske ravnoteže. Simulacijski model reaktora izveden je prema postavljenim materijalnim bilancama, a modelom su opisani i procesi izmjene topline, te procesi izmjene tvari postupcima separacije. Postavljeni simulacijski model omogućio je istraživanje i proučavanje optimalnih radnih uvjeta procesa simuliranjem, te je predloženo unapređenje procesa sa stajališta povećanja prinosa visokooktanskog produkta procesa izomerizacije, kao i povećanja oktanskog broja proizvoda. Rezultati dobiveni simuliranjem procesa unaprijeđenog dodatkom kolone za deizopentanizaciju pokazali su povećanje iscrpka izomerizata za čak 42% u usporedbi s procesom bez unapređenja, dok je izvedba procesa s molekulskim sitima rezultirala značajnim povećanjem istraživačkog oktanskog broja proizvoda od 9 jedinica. Rezultati simuliranja procesa bez unapređenja i procesa s kolonom deizopentanizera pokazali su vrlo dobro slaganje s eksperimentalnim podacima industrijskog procesa., The paper defines a mathematical model of the chosen isomerization model. While setting the model, the process was explored from the viewpoint of reaction mechanism, isomerization reactions kinetics, and chemical balance parameters. The reactor simulation model has been elaborated according to the set material balances, while the model describes also the heat exchange processes, as well as those of substance exchange using separation procedures. The set simulation model has enabled research and study of optimal operating process conditions using simulation, and process advancement has been suggested from the viewpoint of increasing the yield of the high octane isomerization process product, as well as the yield of the product octane number. The results obtained through the simulation of the process advanced by the addition of the deisopentanizer column have shown an increased isomerate yield by as much as 42% compared with the process without advancement, while the process implementation with molecular sieves has resulted in a considerable increase of the product research octane number of 9 units. The results of process simulation without advancement and those of the process with deisopentanizer column have shown very good match with the experimental data of the industrial process.

Ispitivani su utjecajni faktori na duljinu u očici. Matematičkim modeliranjem utvrđen je najznačajniji utjecaj dubine kuliranja, zatim karakteristika pređa za pletenje, a vrijeme odnosno postupak relaksacije nema bitan utjecaj na duljinu u očici.

Grad Rijeka najveća je hrvatska luka na Jadranskom moru, te predstavlja važan gospodarski i politički centar obalnog i priobalnog dijela države. Grad je svoje ime dobio po rijeci Rječini, a koja se u njegovom najužem centru ulijeva u more. Rječina predstavlja pravi primjer bujičnog vodotoka sa velikim oscilacijama protoke u ovisnosti o godišnjim ciklusima oborina.Protoka se kreće od potpunog presušivanja do 400 m3/sek u izrazito kišnim razdobljima obično jesen. Dužina vodotoka iznosi 18, 3 km od izvorišta u zaobalju na visini 325 m.n.m.do utoka u more. Direktan sliv ( orografski ) iznosi 218 km2 dok je utjecajno područje zbog složenosti hidrogeologije krša sigurno daleko veće. Gornji tok Rječine karakteriziran je veliki padovima, kanjonskim djelovima i nestabilnim obalnim zonama dok je donji ( unutar gradske jezgre ) upotpunosti reguliran i pod direktnim utjecajem mora. Ovakvi međuodnosi ponajviše su uzrokovali pojavu većih količina nanosa u donjem toku vodotoka kao i direktan utjecaj oscilacije mora ( plima i oseka ) na propagaciju poplavnih valova. Osim ovih problema bitni parametar čine i mostne konstrukcije unutar gradske jezgre , a koje su većinom zatvorile primarni regulacijski profil, te sa motrišta evakuacije poplavnih valova uvećale opasnost od izlijevanja vode van korita. Poplave Rječine više su puta ugrožavale grad Rijeku čak su ga u jesen 1898 godine potuno poplavole te bitno oštetile. Po izvođenju većih regulaciskih radova ( početkom 20 stoljeća ) poplave su bile manjih razmjera i najveća je zabilježena u jesen 1952 godine kad je došlo do većih izljevanja vode iz korita. Zbog navedeni problema sa taloženjem većih količina nanosa u donjem tijeku i njegovim negativnim utjecajem na propagaciju poplavnih valova ciklički se pristupalo njegovom čiščenju i uklanjanju iz reguliranih dionica. Limitirajući faktori mogućih mjera obrane od poplave ( mali i skupi raspoloživi prostor, male visinske razlike unutar gradske jezgre, brzina propagacije poplavnih valiva ) usmjerile su aktivnosti Hrvatskih voda ( poduzeća zaduženog za sprovođenje mjera obrane od poplava ) na predikciju mogućih scenarija poplava odnosno utjecaja ključnih elemenata na pojavnost i intezitet poplava. Upravo sa tom svrhom prišlo se izradi matematičkog modela poplava na dionici Rječine od ušća u more do stacionaže km 1 + 600 odnosno o zaključnog praga kod Tvornice papira.Na osnovu prethodno opisanog matematičkog modela te uspostavljne mreže konačnih elemenata koji u računalu opisuju korito i teren oko vodotoka sprovedeni su proračuni za dvije osnovne grupe scenarija pojave poplava. Oni su bazirani na ulaznim hidrološkim obradama osmotrenih podataka koji se neprekidno registriraju na predmetnom području još od 1947 godine, te koji za zadani profil kod tvornice papira daju vslijedeće vrijednosti protoke: - Q = 361 m3/sek za stogodišnji povratni period - Q= 466 m3/sek za tisuću godišnji povratni period. Kao osnovni parametar osim protoke u scenarijima je varirana i visina mora koja se također na osnovu dugogodišnjih opažanja može kretati od maksimalne plime + 1, 20 m.n.m. do maksimalne oseke – o, 80 m.n.m. te promjenjivo stanje nanosa u reguliranom koritu. Stanje zapunjenog stanja u koritu bazirano je na snimcima korita prije njegovog zadnjeg čišćenja odnosno istima po okončanju radova. Rezultati proračuna dati su u obliku dijagrama sa uzdužnim presjekom predmetne dionice te označenim linijama obala te visinama vodnog vala u svakoj točki. Osnovni rezulltati najbolje su ilustrirani tablicom 1. a koja daje efekte oscilacije visine mora na propagaciju poplavnog vala tisuću godišnjeg povratnog perioda kao i tablice 2 koja prikazuje to isto ali za protoku stogodišnjeg povratnog perioda. U tablici 3 vidljivi su rezultati propagacije poplavnih valova kroz korito koje je zapunjeno nanosom kao i čisto korito uz protoku stogodišnjeg povratnog perioda i visinu mora 0, 00 m.n.m. .Osim prethodno navedenih proračuna u tablici 4 vide se razlike u visini vodnog lica u slučaju propagacije sto i tsuću godišnjeg polavnog vala uz visinu mora 0, 00 m.n.m. Pouzdanost modela dokazana je kalibracijom modela sprovedenom na osnovu višegodišnjih limnigrafskih i mareografskih mjerenja kao drugih direktnih mjerenja za vrijeme propagacije većih vodnih valova. Osim uzdužnih prikaza propagacije vodnih valova unutar korita model omogućava simulaciju i praćenje propagacije vodnog vala u trenucima kada od napušta korito dajući visinu i brzinu vode u svakoj točki. Prikaz jednog od takvih proračuna dat je na slici 1. Uspoređujući rezultate vidljive kroz dane tablice važno je istaknuti slijedeće : - utjecaj visine mora varira u odnosu na veličinu ulazne protoke i to u smislu da je manji šti je protoka veća - utjecaj nanosa u koritu je velik na izvodne dionice na način da uzrokuje mnogo ranije pojave izljevanja vode iz reguliranih djelova vodotoka - sigurnost regulacije kreće se na nivou stogodišnjeg povratnog perioda i to u uvijetima srednje visine mora dok tisuću godišna voda izaziva pojave većeg razlijevanja van korita Sadašnji rezultati matematičkog modela donjeg toka Rječine umnogome će pomoći rješavanju problema poplava na način da su omogućili procjenu stvarne opasnosti od poplava kao i šteta koje nastaju kod razlijevanja vode iz korita, izboru najpovoljnijih strukturalnih i nestrukturalnih mjera zaštite od polava grada Rijeke te konačno zanstvenom doprinosu u sagledavanju utjecaja mora na propagaciju vodnih valova na ušćima rijeka kao i na globalnim efektima stanja nanosa u koritu na efekt poplavljivanja.

Za potrebe projektiranja različitih sustava upravljanja plovnim objektima (kurs, trajektorija, stabilizacija ljuljanja, dinamičko pozicioniranje i dr.) potrebno je definirati značajke poremećaja (vjetar, valovi i morske struje). Uobičajeni pristup za opis vjetrenih valova je primjena energetskih spektara (Pierson-Moskowitz, JONSWAP, Voznesensky-Netsvetaeva, Dar­byshirea, Tabain, i dr.). Primjenom tehnike spektralne faktorizacije spektri valova mogu se predstaviti prijenosnom funkcijom u linearnom području. U radu je prikazan jedan algoritam nelinearne regresije primijenjen za racionalizaciju spektra vjetrenih valova.

The mathematical model of the steam generator combustion chamber