Bioverfahrenstechnik 2 Prüfungsvorbereitung

Bioverfahrenstechnik 2 Prüfungsvorbereitung

1. Hygiene Design am Beispiel von Bier

   • Reinigung Bierbrauen
     • Verifizierung
       • pH
         • Nachweis von ehemaligem Reinigungsmittel
         • Ziel: pH = 6-8
       • Leitwert
         • Bestimmt Leitfähigkeit
           • Ziel: ca. 350-450µS/cm
         • Härtenachweis Wasser
           • Wädi Wasser gemisch aus See- und Quellwasser deshalb zeitliche und örtliche Schwankungen möglich
       • Abklatschplatten
         • MacConkey
           • Nachweis von:
             • Gramnegative Baktieren
               • Salmonellen
               • Shigellen
               • E.Coli
                 • Rote Kolonien
           • Selektivnährmedium
         • TSA
           • Tryptic Soy Agar
           • Nachweis von:
             • Viele Anspruchsvolle Bacterien
             • Hefen und Schimmelpilze
     • CIP
       • Cleaning in Place
     • Drei-Phasen-Prozess
       • 1. Diffusions- & Quellphase
         • Wasser geht in Verschmutzung -> starke Volumenzunahme -> Abtrennung oberste Schmutzschicht
       • 2. Reinigungsphase
         • Vorbeiströmende Reinigungsflüssigkeit löst Schmutz wegen adhäsionskräften. Nach zweiter Phase nur no 5% Schmutz
       • 3. Verlangsamte Schmutzablösung
         • Abtrennung der Restverschmutzung -> Dauert lange
     • Verwendete Reinigungsmittel und Ablauf:
       • 1. / 3. / 5. Wasser
       • 2. Citronensäure (5%)
       • 4. Natronlauge (5%)
   • Hygiene Design
     • Risikonalyse
       • FMEA
         • Failure Mode and Effects Analysis
         • Qualitäts- und Sicherheitsmenagement-Tool zur Vorbeugung von Fehlern. In Form einer Zahl
         • Berücksichtigung von:
           • Prozessschritt
           • Gefährdung
           • Auswirkung
           • Ursache
         • Berechnung:
           • Schadensausmass * Häufigkeit * Entdeckungswahrscheinlichkeit
             • Skalen selbst definiert!
             • = RPN -> Risk Priority Number
     • CIP Reinigungssysteme
       • Einmalverwendungssystem (Verlorene Reinigung)
         • Prinzip: 1x brauchen dann verwerfen
         • Vorteile: Günstig, Keine Rückstandpartikel von vorheriger Reinigung, Valdierung leichter Durchführbar
         • Nachteile: Hoher Energie und Wasser verbrauch, Niedrige Konzentrationen der Reinigungslösung (Verfahrenbedingt) = Längere Reinigungszeiten
       • Wiederverwendungssysteme (Stapelreinigung
         • Prinzip: Reinigungslösung wird mehrfach verwendet
         • Vorteile: Vermindert Wasser- Reinigungsmittel und Energieverbrauch, Reiniugunsanlage schnell verfügbar (Nur Nachspühlung aus Betriebsnetz (Brauchwasser)), Hochkonzentrierte Reinigungslösung = Kurze Reinigungszeiten
         • Nachteile: Hohe Investitionskosten, Grosse sperrige Anlage, Reinigungsmittel durch Rückstandspartikel verunreinigt, Aufwenidge Validierung
     • Sprühköpfe für Anlagen
       • Statische Sprühköpfe
       • Rotierende Sprühköpfe
       • Orbitale Sprühköpfe
     • Definition:
       • Bei der konstruktion und Gestaung werden die Anforderungen an die Reinigbarkeit berücksichtigt, sodass Bereich vermieden werden, in denen sich Schmutz ansammeln könnte. Zeil: Schutz des Produkts
     • Reaktorbau:
       • Stahl
         • 316L bzw. DIN 1.4435
           • CrNiMo
         • Wenig Kohlenstoff -> Besser Schweissbar
         • Molybdän ->Erhöht Korrosionsbeständigkeit
       • Dichtungen
         • Elastomere
           • Vertreter
             • Synthesekautschuk
             • Teflon
         • Dichtungsarten
           • O-Ringe
             • Für Verschluss von Bioreaktoren
           • Wellenabdichtungen
             • Dynamische Dichtungen
               • Gleitringdichtung
                 • Einfachwirkende
                   • Nur 1 Gleitringdichtung pro Rührwerk
                 • Dppelt wirkende
                   • Geleitringdichtung / Sperrflüssigkeit / Geltiringdichtung
             • Statische Dichtungen
               • Magnetkupplung
               • Balg
               • Membran
       • Messgeräte
         • Korrosionsbeständig
         • Nicht Toxisch
         • nicht absorbierend
       • Kopfräume mit Entlüftungsmöglichkeit
       • Keine Toträume
       • Rohrleitungswege: Kurz, gerade, mit Gefälle

2. Kultivierung von S.cerevisiae

3. Aufarbeitung

   • Aufschluss
     • mechanisch
       • Kugelmühle
         • 0.25-0.5mm Kügelchen
         • Scherkräfte und Schubspannung
       • Ultraschall
       • !! Wärmeentwicklung !!
     • chemisch
       • Tripton-X
       • !¨Proteasen !! Nicht zulange einwirkenlassen
   • Biomasseabtrennung
     • Druckfiltration
       • Unterschiedliche Schichten / Grösste Porengrösse direkt am Zufluss / kleinste am Ausfluss
       • Druck unterstützt / Je höher Druck desto grösseres spezifische Filtratvolumen / Nimmt Zeitlich ab -> Filterkuchenbildung
         • Vf = V/A [m^3/m^2]
     • Querstromfiltration
       • Für Aufkonzentration einer Substanz innerhalb einer Flüssigkeit / Permeat- und Konzentrat-Fliessrichtungen stehen senkrecht zu einander
       • KEIN Filterkuchen
     • Sedimentation mit Flockungsmittel
       • Nicht zuwenig -> Nicht alles wird Absetzen -> Bleibt "Trübe" / Nicht zu viel -> Zuwenig verrunreinigung kein beschleunigtes Absetzen
       • Archimedes und Ljascenko-Zahl
         • !!Formfaktoren!! Für Berechnungen
           • Kugelig = 1 Gerundet = 0.8 länglich = 0.6
     • Tellerzentrifuge = Seperator
       • Wie Zentrifuge aber KEIN Batch-Verfahren
       • Leichte Teilchen gehen nach Oben -> Zentrifugat abzug / Schwere Teilchen nach unten -> Sedimentschlamm
   • Biomassekonfektion
     • Trocknungsmethoden
       • Wirbelschichttrocknung
         • Edukt: Rieselfähig
         • Betrieb: Kontinuierlich o. Diskontinuierlich
         • Verweilzeit: Minuten
       • Gefriertrocknung
         • Verweilzeit: Stunden
         • 3 Phasen
           • 1. Frieren
             • 1 K*min^-1
           • 2. Haupttrocknung
             • Vacuum (6mBar) Tripelpunkt Wasser
             • Auflagefläche gewärmt rest gekühlt
           • 3. Nachtrocknung
             • Leicht erwärmte Auflagefläche soll rest Flüssigkeit Sublimieren
         • Frostschutzmittel -> Schonend
       • Sprühtrocknung
         • Edukt. Flüssig
         • Betrieb: Kontinuierlich
         • Verweilzeit: Sekunden
     • "So Trocken wir nötig, NICHT so trocken wie möglich"
     • Vorsicht Hitze -> Produkt denaturierung
     • Trocknungskurve 3 Abschnitte
       • 1. Oberflächen Trocknung Maximale Trocknungsgeschw. Niedrige Temperatur des Stoffs
       • 2. Aussen Trocken -> Schicht Verhindert Trocknung zuhnemend Trocknungsgeschw. nimmt ab Temperatur Aussen nimmt zu
       • 3. Trocknung abgeschlossen Einstellung eines Feuchtigkeitsgleichgewichts zwischen Umgebung und Stoff
     • Berechnungen
       • Trocknungsenergie (Q)
         • Trocknungsmenge* deltaFeuchte * Verdampfungsenthalpie
           • Q = m*(xEin-xAus)*h
       • konvektive Trocknung
         • Trocknung über Trocknungsgas
         • Trocknungsgasmenge * spez. wärmekapazität Trocknungsgas * deltaTemperatur des Trocknungsgases
       • Kontakttrocknung
         • Q = Wärmeübergangskoeffizient * Wärmeübertragungsfläche * (tHeizfläche-tProdukt)*Kontaktzeit
           • Q = k*A*(Theiz-Tprod)*t
         • Trockung über Heizfläche
           • Mischung verbessert Trocknungseffekt
       • Energietransport durch Strahlung
         • Radiation

4. Exkursionen und Schulungen