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Bioreaktoren

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D. S.
Lernen
D. S.
Diese Lernkarten bieten einen umfassenden Überblick über Bioreaktoren, ihre Funktionsprinzipien, Aufbauten und Einsatzgebiete. Sie behandeln verschiedene Reaktortypen wie Membran-, Wirbelbett-, Füllkörper-, Tauchstrahl-, Airlift- und Blasensäulenreaktoren, sowie deren Anwendungen in der Lebensmittelindustrie, Umwelttechnik, Pharmazie und Medizin. Die Karteikarten eignen sich für Studierende und Fachleute, die sich mit der Klassifizierung, den Komponenten und den optimalen Bedingungen für biochemische Prozesse vertraut machen möchten.
Karten
17
Lernende
5
Sprache
Deutsch
Kategorie
Technik
Stufe
Andere
Erstellt / Aktualisiert
03.01.2016 / 11.01.2022
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Lernkarten

Definiere Bioreaktor

  • Reaktionsgefaesse / Apparate, in denen die Reaktionspartner mit Hilfe der Biokatalysatoren umgewandelt werden

was ist ein Fermentor?

  • bei Verwendung von lebenden, vermehrungsfaehigen MO und pflanzlichen, tierischen und humane Zellen in einem Bioreaktor

  • Fermentor = engl. Bioreaktor

was ist die Hauptaufgabe eines BR?

  • Sicherung der optimalen Umweltbedingungen fuer das Wachstum der BK bzw. Bildung der Bioprodukte und Stoffwechselleistungen

wo sind die Anwendungsgebiete von BR? (3)

  • Lebensmittelindustrie und Chemie

  • Umwelt und Energie

  • Pharmazie und Medizin

aus welchen Einzelsystemen setzt sich ein BR zusammen? (10)

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  • Korrekturmittelvorlage und Koorekturmitteldosierung

    • z.B. pH-Einstellung

    • Antischaummittel

  • Sicherheitseinrichtungen

    • Schuetzt Inhalt, wie Umwelt von gefaehrlichen MO

welches sind Standardmess- und Regelgroessen beim BR? (10)

  • Temperatur

  • Ruehrer-, Kipp- oder Schuettelgeschwindigkeit

  • pH-Wert

  • geloest-Gas-Konzentration

  • Gasmischung

  • Gasdurchflussrate

  • Druck

  • Antischaum / Niveau

  • Kesselgewicht

  • Dosiermenge (Substrat-, Antischaum-, Saeure-, und Laugenmenge

warum gibt es keine einheitliche Bioreaktorenklassifizierung?

  • Vielfalt der biochemischen Reaktionen, Bioreaktoren, Bauformen, Betriebsweisen usw. Ist eine feste Einteilung kaum realisierbar

wie lassen sich die Bioreaktoren klassifizieren? (7) **

  • Allgemeine Einteilung:

    • Emerssysteme

    • Submerssysteme

  • weitere Klassifizierungssysteme

    • Nach Zeitverhalten

      • stationaer

        • diskontinuierlich

        • halbkontinuierlich

        • kontinuierlich arbeitende BR im Anfahr- und Abfahrzustand bzw. bei Betriebsstoerungen **

      • nicht-stationaer

        • kontinuierlich (Fliessbetrieb)

    • Betriebsweisen

      • diskontinuierlich (batch)

      • halb- oder semikontinuierlich (fed batch, repeated fed batch)

    • Art Belueftung

      • aerob

      • anaerob

    • Art des Energieeintrages

      • mechanisch

      • hydraulisch

      • pneumatisch

    • Form und Fixierung des BK

      • frei

      • immobilisiert

    • Bauform des BR

      • Tankreaktor

      • Saeulenreaktor

      • klassisch

      • Single-Use

Bennene folgende Reaktortypen und teile sie ein (Bild)

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  1. mechanisch

  2. Ruehrreaktor

  3. Schlaufenreaktor

    1. hydraulisch

      1. Umlaufreaktor

      2. Tauchstrahlreaktor

    2. pneumatisch

      1. Blasensaeule

      2. Airliftreaktor

    3. Bettreakoren

      1. Festbettreaktor

      2. Wirbelbettreaktor

    4. Membranbioreaktoren

      1. Flachmembranreaktor

      2. Hohlfaserreaktor

welches ist der weiterverbreiteste Reaktor in der Industrie?

  • Ruehrreaktor

  • Bezeichne die Abbildungen (Bild)

  1. Kessel

  2. Heizkreislauf

  3. Antrieb

  4. Gleitringdichtung

  5. Ruehrwerk (Ruehrorgane, Ruehrwelle, Dichtung)

  6. Zuluftfilter

  7. Begasungsring

  8. Stutzen (Sonden, Transfer)

  9. Schauglaeser

  10. Abluftfilter

  11. Impfstutzen

  12. Probenahmeventil

  13. Ernteventil

  14. Blindzapfen

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siehe Bild

Beschreibe Funktionsprinzip, Aufbau und Einsatzgebiete des Blasensaeulen-BR

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  • Prinzip

    • pneumatischer Energieeintrag

      • Gaseintrag am Boden => aufsteigende Gasblasen reissen Fluessigkeit mit sich

    • Zirkulationsstroemung mit Fluessigkeitsauftrieb in der Saeulenmitte und Abstrom in Wandnaehe

  • Aufbau

    • einfach => keine mechanisch bewegten Teile

    • Vertikale Saeule

  • Einsatzgebiete

    • aerobe Abwasserbehandlung

    • Gaerreaktoren (Bier und Essig)

    • F&E

      (Forschung & Entwicklung) in allen Bereichen

Beschreibe Funktionsprinzip, Aufbau und Einsatzgebiete des Airlift-BR

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  • Prinzip

    • pneumatischer Energieeintrag

      • Gaseintrag

    • Zirkulationsstroemung auf Basis des Mamutpumpenprinzips

      • Mamutpumpe = Druckluftheber, Airlift, Gaslift

  • Aufbau

    • einfach => keine mechanisch bewegten Teile

    • vertikale Saeule

    • innerer oder aeusserer Umlauf

  • Einsatgebiete

    • sehr grosse Reaktoren

    • Herstellung von SCP (z.B. Backhefe, Quorn)

    • Zitronensaeure-Produktion

    • aerobe Abwasserbehandlung, Tiefstrombeluefter

    • F&E-in allen Bereichen **

Beschreibe Funktionsprinzip, Aufbau und Einsatzgebiete des Tauchstrahl-BR

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  • Prinzip

    • hydraulischer Energieeintrag

    • Reaktormedium wird durch Pumpe ueber externe Schlaufe umgewaelzt und wieder senkrecht auf Fluessigkeitsoberflaeche aufgespritzt

    • Spritzstrahl ist so strak, dass umgebende Luft mitgerissen wird => Dispersation

  • Aufbau

    • einfach => keine mechanisch bewegten Teile

    • zwei Typen: Einstoff-/ Zweistoffduese

  • Einsatzgebiete

    • sehr grosse Bioreaktoren

    • Herstellung von SCP (Back-/ Futterhefe)

    • Herstellung von Alkohol, Essig, Zitronsaeure

    • aerobe Wasserbehandlung

 

Beschreibe Funktionsprinzip, Aufbau und Einsatzgebiete des Fuellkoerper-BR

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  • Prinzip

    • Zellen wachsen auf den Fuellkoerpern zw. Einsatz durch Besiedelung, Immobilisation bzw. Biofilmbildung

    • Naehrloesung wird im Kreis gepumpt und von Oben gleichmaessig aufgetragen und stroemt ueber Kultur

  • Aufbau

    • einfach => keine mechanisch bewegten Teile

    • Ein- oder Zweistoffduesen

  • Einsatzgebiet

    • Abwasserbehandlung

    • Enzym- und Aromaproduktion

    • Kultivierung von tierischen und pflanzlichen Zellen

Beschreibe Funktionsprinzip, Aufbau und Einsatzgebiete des Wirbelbett-BR

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  • Prinzip

    • Zellen werden kontinuierlich durch das einstroemende Gas oder Fluessigkeit aufgewirbelt

    • i.d.R. Immobilisierte Zellen oder Enzyme, aber auch flokkulierende (=flockenbildende) MO

  • Aufbau

    • einfach => keine mechanisch bewegten Teile

    • drei Variationen

      • Feststoff / Fluessigkeit-Wirbelschichtreaktor

      • Feststoff / Fluessigkeit / Gas-Wirbelschichtreaktor

      • Feststoff / Gas-Wirbelschichtreaktor

  • Einsatzgebiet

    • Abwasserbehandlung

    • Ethanolgewinnung

    • Starterkulturproduktion

    • Enzym- / Aromaproduktion

    • Kultivierung von immobilisierten, tierischen und pflanzlichen Zellen

Beschreibe Funktionsprinzip, Aufbau und Einsatzgebiete des Membran-BR

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  • Prinzip

    • membranbasierte Trennstufe

    • ueber selektiv-permeable Membran werden Stoffe (Inhaltsstoffe, Zellen) zurueckgehalten bzw. abgetrennt

    • Einsatz von Membranen, um gezielt Stoffe zuzugeben und um Stoffaustausch zu intensivieren

  • Aufbau

    • vielfach aufwaendig und teuer

      • Abhaengig von Membranart, Membranhalterungs-Konstruktion usw.

  • Einsatzgebiet

    • universellen Einsatz in allen Bereichen, aber ausser im Umweltbereich nur in kleinen Massstaeben verfuegbar

    • Abwasserbehandlung

    • Feinchemikalien

    • Biopharmazeutika

    • Enzym- und Aromaproduktion

    • Gewebe- und Zellkulturtechnik

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