Bioreaktor- und Bioprozesstechnik I (86-431)
Die Vorlesung soll im SoSe 2022 als Präsenzveranstaltung stattfinden.
Innerhalb des Moduls werden den Studierenden theoretische Grundlagen zur Auslegung und zur Berechnung von verschieden Bioreaktoren vermittelt. Die Studierenden sollen erlernen, nach welchen Kriterien ein Bioprozess ausgelegt wird und wie die im Labor erzielten Ergebnisse in die industrielle Praxis übertragen werden können. Anhand konkreter Verfahrensbeispiele werden die Einsatzgebiete der Bioverfahrenstechnik verdeutlicht.
Die Vorlesung ist in verschiedene Blöcke gegliedert, in denen folgende Punkte eingehend behandelt werden:
- Bioreaktoren (Auswahl, Leistungseintrag, Stoffübergang und Bilanzierung)
- Blasensäulen & Festbettreaktoren
- Up-Scaling von Bioprozessen (Parallelisierung, Optimierung durch stochastische Verfahren, Kennzahlen in Bioprozessen, Maßstabs-übertragungsregeln)
- Up-Stream-Processing (Rohstoffversorgung, -lagerung und -aufbereitung, SIP, CIP)
- Genetisch optimierte Produktionsstämme
- Integrierte Prozesse und Verfahrensentwicklung
- Einführung in die Modellierung und Simulation von Bioprozessen
| Kontakt | |
|---|---|
| Dozent: | Prof. Dr. rer. nat. Roland Ulber |
| Weitere Beteiligte: | Wissenschaftliche Mitarbeiter |
Weitere Informationen
- Anzahl der SWS: 2 Std. Vorlesung
- Anzahl der ECTS Credits: 3
- Unterrichtssprache: Deutsch
- Kennung: MV-BioVT-86431-V-3
- Leistungspunkte: 3
- Start der Vorlesung: 28. April 2022
- Klausur im WS 2022/23: 29. März 2023, 08:30h - 11:30h, 24-102 (3 h Klausurzeit)
- Zur Klausur darf ein doppelseitig, handgeschriebenes DINA4-Blatt mitgebracht werden, welches Formeln, Text und Abbildungen enthalten darf. Das Blatt muss mit der Klausur abgegeben werden.
Termine
| Tag | Uhrzeit | Raum | Art |
|---|---|---|---|
| Donnerstag | 18:00 h - 19:30 h | 52-203 | Vorlesung |
Online-Klausurvorbesprechung am 25. August um 10:00 h in Zoom
Literatur
- Volker C. Hass, Ralf Pörtner; Praxis der Bioprozesstechnik mit virtuellem Praktikum; Spektrum Akademischer Verlag, ISBN 978-3-827-41795-4
- Horst Chmiel; Bioprozesstechnik, Einführung in die Bioverfahrenstechnik; Elsevier GmbH, Spektrum Akademischer Verlag, 3. Auflage ISBN 978-3-827-42476-1
- Winfried Storhas; Bioverfahrensentwicklung; WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, ISBN: 978-3-527-67385-8
- Pauline Doran; Bioprocess Engineering Principles 2nd Edition; Academic Press (2013) ISBN 978-0-12-220851-5
Vorlesungsunterlagen
Die Vorlesung ist in thematische Blöcke eingeteilt. Die Vorlesungsunterlagen zu den Blöcken finden Sie im entsprechenden OpenOlat-Kurs. Um die Unterlagen über die untenstehenden Links aufrufen zu können, müssen Sie dem OpenOlat-Kurs beigetreten sein und das in der Vorlesung mitgeteilte Passwort verwenden. Für den Abruf der Videos müssen Sie bei Panopto angemeldet sein. Die Weitergabe der Unterlagen an Dritte ist nicht gestattet!
Zur Auffrischung der Grundlagen vorab:
- Übersicht über industrielle Bioprozesse - Teil 1 (Youtube-Video)
- Übersicht über industrielle Bioprozesse - Teil 2 (Youtube-Video)
- Übersicht über industrielle Bioprozesse - Teil 3 (Youtube-Video)
Block I: Bioreaktoren
- Bioreaktoren (Vorlesungsfolien)
- Lernvideo 1: Einführung & Rührersysteme
- Lernvideo 2: Gasdispersion im Rührkesselreaktor
- Lernvideo 3: Leistungseintrag in Rührkesselreaktoren
Nach Lernvideos 1 bis 3:
- Kontrollaufgabe 1: Rühren in Bioreaktoren
- Lösungsvideo 1: Übungsaufgabe 1
- Kontrollaufgabe 2: Leistungseintrag in Bioreaktoren I
- Lösungsvideo 2: Übungsaufgabe 2
- Kontrollaufgabe 3: Leistungseintrag in Bioreaktoren II
Lernvideo 4: Abtrennung des Reaktorinhaltes von peripheren Leitungsbereichen
- CFD-Anwendungen für Rührkesselreaktoren in der BioVT (Literatur)
- Mischen in Bioprozessen (Youtube-Video)
Block II: Blasensäulen & Airliftreaktoren
- Blasensäulen & Airliftreaktoren (Vorlesungsfolien)
- Lernvideo 5: Blasensäulen
- Lernvideo 6: Berechnungsgrundlagen
- Lernvideo 7: Airliftreaktoren
- Lernvideo 8: Anwendungen
Nach Lernvideos 5 bis 8:
- Comparison of different bioreactor performances (Literatur)
- Why use bubble-column bioreactors? (Literatur)
- Why use air-lift bioreactors? (Literatur)
- CFD-Simulation einer Blasensäule (Youtube-Video)
Block III: Fest- & Fließbettreaktoren
- Fest- & Fließbettreaktoren (Vorlesungsfolien)
- Lernvideo 9: Aufbau und Funktion
- Lernvideo 10: Berechnungsgrundlagen
- Lernvideo 11: Umsatzverhalten im Festbettreaktor
Nach Lernvideo 9 bis 11:
- Kontrollaufgabe 5: Nutzung von immobilisierten Enzymen im Fest- und Fließbettreaktor
- Lösungsvideo 5: Übungsaufgabe 5
Block IV: Up-Scaling von Bioprozessen
- Up-Scaling von Bioprozessen (Vorlesungsfolien)
- Lernvideo 12: Up-Scaling - Einführung
- Lernvideo 13: Schüttelkolben - Teil I
- Lernvideo 14: Schüttelkolben - Teil II
- Lernvideo 15: Scale-up Strategien
Nach Lernvideos 12 bis 15:
- Kontrollaufgabe 6: Up-Scaling eines Bioreaktors unter Berücksichtigung der maximalen Wärmeabfuhr
- Lösungsvideo 6: Übungsaufgabe 6
- Kontrollaufgabe 7: Up-Scaling eines Bioreaktors bei konstanter Rührerspitzengeschwindigkeit
- Lösungsvideo 7: Übungsaufgabe 7
Block V: Vom Gen zum Produkt
- Gentechnisch optimierte Stämme (Vorlesungsfolien)
- Lernvideo 16: Gentechnisch optimierte Produktionsstämme
Block VI: Upstream-Processing
- Upstream-Processing (Vorlesungsfolien)
- Sicherheitsbestimmungen für S2 bis S4 Anlagen (Zusatzfolien)
- Lernvideo 17: Gentechnikgesetz
- Lernvideo 18: Industriell eingesetzte Substrate
- Lernvideo 19: CIP & SIP
Nach Lernvideos 16 bis 19:
Hinweis: Die Vorlesungsunterlagen finden Sie im entsprechenden OpenOLAT-Kurs.