Bioverfahrenstechnik 2 Prüfungsvorbereitung

Hygiene Design am Beispiel von Bier
1. Reinigung Bierbrauen
  1. Verifizierung
    1. pH
      1. Nachweis von ehemaligem Reinigungsmittel
      2. Ziel: pH = 6-8
    2. Leitwert
      1. Bestimmt Leitfähigkeit
        Ziel: ca. 350-450µS/cm
      2. Härtenachweis Wasser
        Wädi Wasser gemisch aus See- und Quellwasser deshalb zeitliche und örtliche Schwankungen möglich
    3. Abklatschplatten
      1. MacConkey
        Nachweis von:
        Gramnegative Baktieren
        Salmonellen
        Shigellen
        E.Coli
        Rote Kolonien
        Selektivnährmedium
      2. TSA
        Tryptic Soy Agar
        Nachweis von:
        Viele Anspruchsvolle Bacterien
        Hefen und Schimmelpilze
  2. CIP
    1. Cleaning in Place
  3. Drei-Phasen-Prozess
    1. 1. Diffusions- & Quellphase
      1. Wasser geht in Verschmutzung -> starke Volumenzunahme -> Abtrennung oberste Schmutzschicht
    2. 2. Reinigungsphase
      1. Vorbeiströmende Reinigungsflüssigkeit löst Schmutz wegen adhäsionskräften. Nach zweiter Phase nur no 5% Schmutz
    3. 3. Verlangsamte Schmutzablösung
      1. Abtrennung der Restverschmutzung -> Dauert lange
  4. Verwendete Reinigungsmittel und Ablauf:
    1. 1. / 3. / 5. Wasser
    2. 2. Citronensäure (5%)
    3. 4. Natronlauge (5%)
2. Hygiene Design
  1. Risikonalyse
    1. FMEA
      1. Failure Mode and Effects Analysis
      2. Qualitäts- und Sicherheitsmenagement-Tool zur Vorbeugung von Fehlern. In Form einer Zahl
      3. Berücksichtigung von:
        Prozessschritt
        Gefährdung
        Auswirkung
        Ursache
      4. Berechnung:
        Schadensausmass * Häufigkeit * Entdeckungswahrscheinlichkeit
        Skalen selbst definiert!
        = RPN -> Risk Priority Number
  2. CIP Reinigungssysteme
    1. Einmalverwendungssystem (Verlorene Reinigung)
      1. Prinzip: 1x brauchen dann verwerfen
      2. Vorteile: Günstig, Keine Rückstandpartikel von vorheriger Reinigung, Valdierung leichter Durchführbar
      3. Nachteile: Hoher Energie und Wasser verbrauch, Niedrige Konzentrationen der Reinigungslösung (Verfahrenbedingt) = Längere Reinigungszeiten
    2. Wiederverwendungssysteme (Stapelreinigung
      1. Prinzip: Reinigungslösung wird mehrfach verwendet
      2. Vorteile: Vermindert Wasser- Reinigungsmittel und Energieverbrauch, Reiniugunsanlage schnell verfügbar (Nur Nachspühlung aus Betriebsnetz (Brauchwasser)), Hochkonzentrierte Reinigungslösung = Kurze Reinigungszeiten
      3. Nachteile: Hohe Investitionskosten, Grosse sperrige Anlage, Reinigungsmittel durch Rückstandspartikel verunreinigt, Aufwenidge Validierung
  3. Sprühköpfe für Anlagen
    1. Statische Sprühköpfe
    2. Rotierende Sprühköpfe
    3. Orbitale Sprühköpfe
  4. Definition:
    1. 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
  5. Reaktorbau:
    1. Stahl
      1. 316L bzw. DIN 1.4435
        CrNiMo
      2. Wenig Kohlenstoff -> Besser Schweissbar
      3. Molybdän ->Erhöht Korrosionsbeständigkeit
    2. Dichtungen
      1. Elastomere
        Vertreter
        Synthesekautschuk
        Teflon
      2. 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
    3. Messgeräte
      1. Korrosionsbeständig
      2. Nicht Toxisch
      3. nicht absorbierend
    4. Kopfräume mit Entlüftungsmöglichkeit
    5. Keine Toträume
    6. Rohrleitungswege: Kurz, gerade, mit Gefälle
Kultivierung von S.cerevisiae
Aufarbeitung
1. Aufschluss
  1. mechanisch
    1. Kugelmühle
      1. 0.25-0.5mm Kügelchen
      2. Scherkräfte und Schubspannung
    2. Ultraschall
    3. !! Wärmeentwicklung !!
  2. chemisch
    1. Tripton-X
    2. !¨Proteasen !! Nicht zulange einwirkenlassen
2. Biomasseabtrennung
  1. Druckfiltration
    1. Unterschiedliche Schichten / Grösste Porengrösse direkt am Zufluss / kleinste am Ausfluss
    2. Druck unterstützt / Je höher Druck desto grösseres spezifische Filtratvolumen / Nimmt Zeitlich ab -> Filterkuchenbildung
      1. Vf = V/A [m^3/m^2]
  2. Querstromfiltration
    1. Für Aufkonzentration einer Substanz innerhalb einer Flüssigkeit / Permeat- und Konzentrat-Fliessrichtungen stehen senkrecht zu einander
    2. KEIN Filterkuchen
  3. Sedimentation mit Flockungsmittel
    1. Nicht zuwenig -> Nicht alles wird Absetzen -> Bleibt "Trübe" / Nicht zu viel -> Zuwenig verrunreinigung kein beschleunigtes Absetzen
    2. Archimedes und Ljascenko-Zahl
      1. !!Formfaktoren!! Für Berechnungen
        Kugelig = 1 Gerundet = 0.8 länglich = 0.6
  4. Tellerzentrifuge = Seperator
    1. Wie Zentrifuge aber KEIN Batch-Verfahren
    2. Leichte Teilchen gehen nach Oben -> Zentrifugat abzug / Schwere Teilchen nach unten -> Sedimentschlamm
3. Biomassekonfektion
  1. Trocknungsmethoden
    1. Wirbelschichttrocknung
      1. Edukt: Rieselfähig
      2. Betrieb: Kontinuierlich o. Diskontinuierlich
      3. Verweilzeit: Minuten
    2. Gefriertrocknung
      1. Verweilzeit: Stunden
      2. 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
      3. Frostschutzmittel -> Schonend
    3. Sprühtrocknung
      1. Edukt. Flüssig
      2. Betrieb: Kontinuierlich
      3. Verweilzeit: Sekunden
  2. "So Trocken wir nötig, NICHT so trocken wie möglich"
  3. Vorsicht Hitze -> Produkt denaturierung
  4. Trocknungskurve 3 Abschnitte
    1. 1. Oberflächen Trocknung Maximale Trocknungsgeschw. Niedrige Temperatur des Stoffs
    2. 2. Aussen Trocken -> Schicht Verhindert Trocknung zuhnemend Trocknungsgeschw. nimmt ab Temperatur Aussen nimmt zu
    3. 3. Trocknung abgeschlossen Einstellung eines Feuchtigkeitsgleichgewichts zwischen Umgebung und Stoff
  5. Berechnungen
    1. Trocknungsenergie (Q)
      1. Trocknungsmenge* deltaFeuchte * Verdampfungsenthalpie
        Q = m*(xEin-xAus)*h
    2. konvektive Trocknung
      1. Trocknung über Trocknungsgas
      2. Trocknungsgasmenge * spez. wärmekapazität Trocknungsgas * deltaTemperatur des Trocknungsgases
    3. Kontakttrocknung
      1. Q = Wärmeübergangskoeffizient * Wärmeübertragungsfläche * (tHeizfläche-tProdukt)*Kontaktzeit
        Q = k*A*(Theiz-Tprod)*t
      2. Trockung über Heizfläche
        Mischung verbessert Trocknungseffekt
    4. Energietransport durch Strahlung
      1. Radiation
Exkursionen und Schulungen

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