Bioreaktor- und Bioprozesstechnik I (86-431)
Die Vorlesung findet im SoSe 2024 als Präsenzveranstaltung statt.
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
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
- Kontrollaufgabe 2: Leistungseintrag in Bioreaktoren I
- Kontrollaufgabe 3: Leistungseintrag in Bioreaktoren II
- CFD-Anwendungen für Rührkesselreaktoren in der BioVT (Literatur)
- Mischen in Bioprozessen (Youtube-Video)
Block II: Blasensäulen & Airliftreaktoren
- Kontrollaufgabe 4: Betrieb von Blasensäulen
- 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)
- Kontrollaufgabe 5: Nutzung von immobilisierten Enzymen im Fest- und Fließbettreaktor
Block IV: Up-Scaling von Bioprozessen
- Up-Scaling von Bioprozessen (Vorlesungsfolien)
- Kontrollaufgabe 6: Up-Scaling eines Bioreaktors unter Berücksichtigung der maximalen Wärmeabfuhr
- Kontrollaufgabe 7: Up-Scaling eines Bioreaktors bei konstanter Rührerspitzengeschwindigkeit
Block V: Vom Gen zum Produkt
- Gentechnisch optimierte Stämme (Vorlesungsfolien)
- Toward design-based engineering of industrial microbes (Literatur)
Block VI: Upstream-Processing
- Upstream-Processing (Vorlesungsfolien)
- Sicherheitsbestimmungen für S2 bis S4 Anlagen (Zusatzfolien)
- Kontrollaufgabe 8: Upstream Processing bei der industriellen Enzymproduktion
- Kontrollaufgabe 9: Sterilisation im technischen System
Lehrvideos zur Vor- oder Nachbereitung der Vorlesung
ACHTUNG: Prüfungsrelevant sind ALLEINE die Inhalte der Vorlesung und der Übung im JEWEILS AKTUELLEN STUDIENJAHR. Die Inhalte von Vorlesung und Übung können sich gegenüber der aufgezeichneten Vorlesung geändert haben (z. B. Inhalte ergänzt oder gestrichen). Das alleinge Ansehen der hier verlinkten Lehrvideos ersetzt nicht den Besuch der Vorlesung!
Block I: Bioreaktoren
- Lernvideo 1: Einführung & Rührersysteme
- Lernvideo 2: Gasdispersion im Rührkesselreaktor
- Lernvideo 3: Leistungseintrag in Rührkesselreaktoren
- Lernvideo 4: Abtrennung des Reaktorinhaltes von peripheren Leitungsbereichen
Block II: Blasensäulen & Airliftreaktoren
- Lernvideo 5: Blasensäulen
- Lernvideo 6: Berechnungsgrundlagen
- Lernvideo 7: Airliftreaktoren
- Lernvideo 8: Anwendungen
Block III: Fest- & Fließbettreaktoren
- Lernvideo 9: Aufbau und Funktion
- Lernvideo 10: Berechnungsgrundlagen
- Lernvideo 11: Umsatzverhalten im Festbettreaktor
Block IV: Up-Scaling von Bioprozessen
- Lernvideo 12: Up-Scaling - Einführung
- Lernvideo 13: Schüttelkolben - Teil I
- Lernvideo 14: Schüttelkolben - Teil II
- Lernvideo 15: Scale-up Strategien
Block V: Vom Gen zum Produkt
Block VI: Upstream-Processing
| 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: 25. April 2024
- Klausur im SoSe: 30. September 2024, Raum 46-215, 08:30 h - 13:00 h (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 | 17:15 h - 18:45 h | 52-203 | Vorlesung |
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
Hinweis: Die Vorlesungsunterlagen finden Sie im entsprechenden OpenOLAT-Kurs.