Bioverfahrenstechnik an der Hochschule Anhalt

Karteikarten und Zusammenfassungen für Bioverfahrenstechnik an der Hochschule Anhalt

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3. Grenzen Sie die Kuchen- von der Tiefen- und der Querstromfiltration ab!

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4. Welche Möglichkeiten gibt es, die Partikelgrößenverteilung zu bestimmen?

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6. Beschreiben Sie das Sedimentationsverfahren!

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9. Grenzen Sie die Verteilungssummenfunktion von der Verteilungsdichte ab!

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1. Nach welchen Kriterien können Partikel eingeteilt werden?

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2. Was ist eine Partikelverteilungsgröße und warum wird sie angewendet?

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3. Warum ist eine aktive Begasung bei aeroben Prozessen erforderlich?

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1. Welche Prozesse erfordern eine Versorgung mit Sauerstoff?

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7. Was ist Koaleszenz?

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8. Nennen Sie drei Methoden zur Ermittlung des volumetrischen Stoffübergangskoeffizienten! 

Und beschreiben Sie das Vorgehen der Aufsättigungsmethode!

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Die Bioverfahrenstechnik befasst sich vorallem mit der Änderung bzw. Umwandlung von Stoffen.

Nennen Sie je ein Beispiel für die Änderung von 

a) der Zusammensetzung

b) der Eigenschaften

c) der Stoffart


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Was sind die wichtigsten Schritte bei der Optimierung von Verfahrensoperationen?

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Bioverfahrenstechnik

3. Grenzen Sie die Kuchen- von der Tiefen- und der Querstromfiltration ab!

Tiefenfiltration

Aufbau: mehrere Meter dicke Schicht

Ablauf: Partikel lagern sich aufgrund von Trägeheits- oder elektrostatischen Kräften auf der großen Oberfläche im Inneren des Filtermaterials ab


Vergleich: wie bei Kuchenfiltration muss eine intervallartige Reinigung oder der Austausch des Filtermittels erforderlich



Querstromfiltration

Ablauf: nutzt ebenfalls Trägheitsprinzip

- durch parallel zum FIltermittel angeordnete Strömung können Partikel keinen Filterkuchen ausbilden

--> Überströmgeschwindigkeit lässt lediglich dünne Deckschicht zurück

Bioverfahrenstechnik

4. Welche Möglichkeiten gibt es, die Partikelgrößenverteilung zu bestimmen?

1. Siebklassierung

  • Präzisionssiebung
  • Nasssiebung
  • Luftstrahlsiebung
  • Vibrationssiebung


2. Sedimentationsverfahren

  • inkremental
  • kumulativ


3. Optische Verfahren

  • Bildauswertungsprogramme
  • Streulichtverfahren


4. Zählverfahren

  • Coulter-Counter

Bioverfahrenstechnik

6. Beschreiben Sie das Sedimentationsverfahren!

--> nutzt größenabhängige Sinkgeschwindigkeit 

==> kleinere Partikel brauchen länger für gleiche Strecke


Ausgangspunkt: homogene Suspension


Inkrementalverfahren:

--> innerhalb endlicher Zeit nimmt Konzentration in oberen Schichten ab

--> Feststoffkonz. entweder durch Probennahme (Pipettierverfahren) oder inline Analytik (Fotosedimenter, Röntgensedimenter) untersucht


Kumulativverfahren:

--> Konzentration am Boden nimmt zu

--> Feststoffzunahme über Wägung gemessen

--> nach Sedimentation aller Partikel der größten Klasse wird kontinuierliche Massezunahme sprunghaft niedriger ==> ermöglicht Analyse aller Teilmassen

Bioverfahrenstechnik

9. Grenzen Sie die Verteilungssummenfunktion von der Verteilungsdichte ab!

Verteilungssummenfunktion:

  • Modalwert (häufigste Partikelgröße) über Wendepunkt bestimmt
  • Gibt den prozentualen Anteil der jeweiligen Mengenart einer bestimmten Größe

--> Medianwert teilt Funktion in zwei Hälften

  • Je steiler die Verteilungssumme, desto größer der Feinkornanteil


Verteilungsdichtefunktion:

  • Modalwert über Maximum bestimmt
  • Gibt relative Häufigkeit bezogen auf Intervallbreite (Dichte der Verteilung)
  • (Auch bimodale bzw. multimodale Verteilungen möglich)

Bioverfahrenstechnik

1. Nach welchen Kriterien können Partikel eingeteilt werden?

--> am häufigsten über geometrische Abmessungen:

  • Äquivalentdurchmesser
  • Umfang
  • spezifische Oberfläche
  • Volumen


--> von Form bzw. Sphärizität der Partikel abhängig

--> Kugeln haben kleinste Oberfläche bei gleichem Volumen


untergeordnete Parameter für Spezialanwendungen:

  • Dichte
  • Farbe
  • thermische Leitfähigkeit
  • Porosität

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2. Was ist eine Partikelverteilungsgröße und warum wird sie angewendet?

--> Partikelverteilung beschreibt die zufällig statistisch verteilten Partikelgrößen innerhalb eines Systems.

--> Wichtig, da disperse Systeme selten monodispers sind (alle gleiche Größe), sondern polydispers (viele verschiedene)

Bioverfahrenstechnik

3. Warum ist eine aktive Begasung bei aeroben Prozessen erforderlich?

Die MO benötigen Sauerstoff zur Bildung des universellen Energieträgers ATP, sowie zur Regenerierung von NAD+ und FAD, damit die energieliefernden oxidations Reaktionen nicht zum Erliegen kommen. 

--> Zellatmung

Bioverfahrenstechnik

1. Welche Prozesse erfordern eine Versorgung mit Sauerstoff?

aerobe Prozesse:

  • obligat --> sterben sonst
  • fakultativ --> sonst unerwünschte Umstellungen des Metabolismus

Bioverfahrenstechnik

7. Was ist Koaleszenz?

Der schnelle Zusammenschluss von Gasblasen bei der Begasung von reinem Wasser.

  • Beim Aufeinandertreffen der Blasen findet zunächst eine Verformung statt
  • Zwischen den Blasen beginnt das Wasser der Hydratschicht abzufließen,  is es zu einer Berührung der Gasphasen der beiden Blasen kommt
  • Nach diesem "Point of no Return" vereinen sich die beiden Blasen zu einer
  • Findet nicht statt,  wenn aus hydrodynamischen Gründen die Kontaktzeit zu kurz ist


--> Bei Zugabe von Salzen, wie es auch bei Medien zur Einstellung eines isotonischen Druckes in der Kultivierungsbrühe der Fall ist, kommt es zu einer Verlängerung der Dehydratisierungszeit. Die Kontaktzeit der Blasen reicht seltener für eine Verschmelzung aus.


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8. Nennen Sie drei Methoden zur Ermittlung des volumetrischen Stoffübergangskoeffizienten! 

Und beschreiben Sie das Vorgehen der Aufsättigungsmethode!

Chemische Methoden:

1. : Verbrauch von Sauerstoff durch Oxidation von Sulfit mittels Kupfer- oder Kobaltkatalysator.

--> meist wird O2-Konz. direkt über eine Sonde verfolgt

2. CO2-Aufnahme in eine basische Flüssigkeit

--> Über die Relation der Diffusionskoeffizienten kann auf beliebige andere Gase geschlossen werden


--> Beide Methoden verändern durch die Vorrausetzung des Zusatzes von Chemikalien das Koaleszenzverhalten des Mediums und liefern damit häufig falsch zu hohe Werte.



Alternative:

3. Aufsättigungsmethode

  • durch Strippen des Mediums mittels Stickstoff der O2 weitesgehend ausgetrieben 






  • Wird Begasung auf Luft umgestellt, lässt sich der Stoffübergangskoeffizient über den Anstieg des Gelöstsauerstoffs ermitteln


--> Schwachpunkt der Methode: Ansprechzeit der verwendeten Sonde, da die Sättigung des Mediums die Reaktionsfähigkeit der Sonde mitunter übersteigt und damit unzugänglich macht.


Vorteil: Da keine den Metabolismus beeinflussen den Chemikalien verwendet werden, lässt sich diese Methode auch während der Kultivierung einsetzen. 

(Dabei muss zusätzlich die aktuelle Sauerstoffaufnahmerate ermittelt werden)






Bioverfahrenstechnik

Die Bioverfahrenstechnik befasst sich vorallem mit der Änderung bzw. Umwandlung von Stoffen.

Nennen Sie je ein Beispiel für die Änderung von 

a) der Zusammensetzung

b) der Eigenschaften

c) der Stoffart


a) Zusammensetzung: 

  • Filtrieren
  • Extrahieren
  • Destillieren


b) Eigenschaften:

  • Eindampfen
  • Trocknen


c) Stoffart:

  • biochemische Umsetzung

      Bsp: Glucose --> Citronensäure

Bioverfahrenstechnik

Was sind die wichtigsten Schritte bei der Optimierung von Verfahrensoperationen?

1. Charakterisierung von Stoffsystemen

2. Stofftransportvorgänge (Modellierung

3. Auswahl von Bioreaktoren

4. Optimierung von Betriebsparametern 

5. Maßstabsübertragung (Scale Up)

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