Formeln BVT
Formeln
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Kartei Details
| Zusammenfassung | Diese Lernkarten behandeln fortgeschrittene Themen der Biotechnologie und Verfahrenstechnik auf Universitätsniveau, mit Fokus auf chemische Reaktionen, Stoffbilanzen und Energiebilanzen. Sie decken Bereiche wie Verbrennungsenthalpie, Oxidationszahlen, Wachstumskinetik und Wärmeübergang ab, wobei Formeln und Berechnungen im Vordergrund stehen. Besonders nützlich sind sie für Studierende und Forscher, die sich mit biotechnologischen Prozessen und deren mathematischer Modellierung beschäftigen, da sie praktische Anwendungen und Übungsaufgaben bereitstellen. |
|---|---|
| Karten | 39 |
| Lernende | 1 |
| Sprache | Deutsch |
| Kategorie | Naturkunde |
| Stufe | Universität |
| Erstellt / Aktualisiert | 22.06.2021 / 06.02.2024 |
| Weblink |
https://card2brain.ch/box/20210622_formeln_bvt
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Differentielle Stoffbilanz
- basiert auf Stoffflüssen
Integrale Stoffbilanz
- basiert auf Stoffmengen
Respirationsquotient RQ
Der respiratorische Quotient (RQ) beschreibt in der Physiologie der Atmung das Verhältnis von ausgeatmeter Kohlenstoffdioxidmenge(CO2) zu aufgenommener Sauerstoffmenge (O2).
Ertragskoeffizient
- Wie viel Biomasse wird gebildet für eine bestimmte Menge eingesetztem Substrat?
- c ist die stöchiometrische Koeffizient vom Produkt
Produktausbeute
\(Y_{PS} = \frac{dc_{p}}{dc_{s}} \)
Energiebilanz
- Im Fließ-GGW: dE/dt = 0
- Bei adiabatischen Prozessen (kein Waermetransport; Q'=0): dE/dt = 0
- Bei Vernachlaessigung der eingetragenen mechanischen Leistung (Q'=0 und W'=0): dE/dt = 0
Standardreaktionsenthalpie
=> gibt die Änderung der Enthalpie im Verlauf einer Reaktion an, also den Energieumsatz einer bei konstantem Druck durchgeführten Reaktion. Die Reaktionsenthalpie ist immer die Differenz der Bildungsenthalpien der Produkte und der Reaktanten.
Die molare Verbrennungsenthalpie (∆\(h^{0}_{c,i}\)) gibt an, wie viel Energie bei der Verbrennung von einem Mol eines brennbaren Stoffes freigesetzt wird. Die Verbrennungsenthalpie ist 0 kJ/mol bei den Oxidationsendprodukten wie z.B. CO2, H2O, N2.
Verbrennungsenthalpie
Die Reaktionswaerme bei der Oxidation organischer Moleküle ist proportional der Anzahl der übertragenen Elektronen.
\(\kappa\)... Oxidationszahl von Edukt (bzg. N-Quelle, wenn nichts angegeben ist, dann verwende N2)
x... Stoffmenge des Edukts
Die Ermittlung der q beruht auf die Messung => linearer Zusammenhang zw. Verbrennungsenthalpie und steigender Reduktionsgrad.
Wie kann die freiwendende Reaktionswärme beim aeroben Wachstum von Zellen abgeschätzt werden?
- N-Quelle ist Ammonium (NH4+)
Stationäre Energiebilanz
- wenn keine Wasserverdunstung auftritt
- wenn die Enthalpieänderung durch eine Reaktion verursacht wird
Laminare Rohrströmung Formeln 2
Laminare Rohrströmung Formeln 1
Druckverlust im Rohr
Wärmeleitung & Wärmeübergang
Wärmeleitung: Qx = - \(\lambda \cdot A \cdot \frac{dt}{dx} \)
Wärmeleitfähigkeit: \([\lambda] = \frac{W}{m \cdot K}\)
Wärmeübergang: Qw = \(\alpha \cdot A \cdot \Delta T\), \(\Delta T = \)| Tw - \(T_{\infty}\)|
Wärmeübergangskoeffizient: \([\alpha] = \frac{W}{m² \cdot K}\)
Nußelt-Zahl & Prandtl-Zahl
Energiebilanzen, die man oft in Übungsaufgaben verwendet
- \(M \cdot c_{p} \cdot \Delta T - Q = 0\) (M soll in mol*s-1 sein), wobei \(\Delta T = Tein - Taus\)ist.
- \(-\Delta_{R}H + W - Q = 0\)(\(\Delta_{R}H\) = \(- a \cdot 460\) kJ mol-1 für aerobe Atmung und für alle andere Fälle \(\Delta_{R}H = - a \cdot 115 kJ/mol \cdot \kappa\), wobei \(\kappa \) Oxidationszahl von N-Quelle ist; z.B. \(\kappa = -4\), wenn NH4 N-Quelle ist)
Wärmedurchgang
\(Q_{W}=k \cdot A \cdot \Delta T\), wobei \(\Delta T\)die mittlere Temperaturunterschied ist.
Doppelrohrwärmeaustauscher: Gleichstrom & Gegenstrom
- Formel wichtig, Gegenstrom kam dran bei manchen Altklausuren
Auflösen eines Salzkorns
- Sherwood-Zahl Sh = \(\frac{\beta \cdot L}{Di,j}\), Schmidt-Zahl Sc = \(\frac{v}{Di,j}\), Reynolds-Zahl Re = \(\frac{u \cdot 2R_{0}}{v}\)
- Aus experimentellen Beobachtungen ergibt sich der Zusammenhang: \(Sh = c \cdot Re^{m} \cdot Sc^{n} \cdot (\frac{l}{d})^{p}\)bei bewegtem Wasser/LM
- Bei ruhender Flüssigkeit ist Sh = 2
Permeabilitätskoeffizient
=> beschreibt wie gut ein Stoff bei identischem Konzentrationsgradienten durch die Membran diffundieren kann
Reynolds-Zahl
Re = \(\frac{d^{2}n}{v} = \frac{u \cdot d} {v}\)
Reversible 1 Substrat 1 Produkt Reaktion
- K*, Km,S und Km, P merken!
Enzyminaktivierung
- Halbwertszeit merken (war in einer Übungsaufgabe dran)
Wachstumskinetik
bei Übungsaufgaben kommt oft vor => die Biomassekonzentration in Abhängigkeit von der Zeit:
\(cx = cx0 \cdot e ^{µ_{max} \cdot t}\)
Formelkinetischer Ansatz bei Zellwachstum
=> gilt für exponentielle Phase und Übergangsphase 2, aber nur wenn die Substratkonzentration der limitierende faktor ist
Rührkesselreaktor
Satzreaktor
- war in einem Klausur dran
Wie lauten die Stoffbilanzen für einen Zulaufreaktor? Gleichungen!
Wie lauten die Stoffbilanzen für einen kontinuierlichen Reaktor ( V= konst) Gleichungen! 2P
- Fließ-GGW: \(\frac{dci}{dt}\) = 0, µ = D = V/V
Sauerstoff als limitierendes Substrat
OTR: Wie viel O2 wird in die Flüssigphase transferiert?
OUR: O2-Aufnahmerate von den Zellen
q0: O2-Verbrauchsrate einer Zelle
Biomassekonzentration in Abhängigkeit von t
\(cx = cx0 \cdot e^{µ_{max}\cdot t}\)
OTR (Oxygen transfer rate)
Bodenstein-Zahl & Damköhlerzahl
- Bo: Konvektion/Dispersion
- Da: thermische Inaktivierung/Konvektion
- Eine größe Bodensteinzahl bedeutet eine kleine Damköhlerzahl => damit ist auch die thermische Inaktivierung klein.
Konvektion: Wie viel wird durch "Pumpen" gedrückt?
Haltezeit bei Sterilisation berechnen
Formeln merken!
Arrhenius-Gleichung
\(lnk = lnk_{0} - \frac{E_{A}}{R} \cdot \frac {1}{T}\)
Sterilfiltration mit Tiefenfilter
Sterilisationskriterium
Substrat- und Zellkonzentration im Satzverfahren berechnen
\(cx = cx0 \cdot e^{umax \cdot t}\)
\(cs = cs0-\frac {cx0}{Yxs} \cdot (e^{umax \cdot t} -1)\)
OUR in der Auszehrphase berechnen
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