6 ECTS credits
160 u studietijd
Aanbieding 1 met studiegidsnummer 4001738FNR voor alle studenten in het 1e semester met een gespecialiseerd master niveau.
In dit studiedeel worden de analyse, het ontwerp en de optimalisatie van bioreactoren behandeld. Dit is gesteund op het mathematisch modelleren van de stoechiometrie, de reactie- en de massatransportkinetiek, en het opstellen van materiaalbalansen. Dit studiedeel vormt de basis voor andere vakken in de industriële microbiologie, milieuprocessen en voedingstechnologie
Inhoudstafel
H.0 INLEIDING
Wat, Waarom en Hoe van het bioreactorontwerp
H.1 KINETIEK EN STOECHIOMETRIE VAN BIOPROCESSEN
1.1 Kinetische modellen
1.1.1 Niet-gestructureerde modellen voor rX
1.1.2 Modellen voor rS en rP
1.1.3 Gestructureerde modellen
1.2 Definitie van yieldcoëfficiënten Y
1.3 On-line estimatie en updating van de yieldcoëfficiënten
1.4 Thermodynamische bovenlimieten voor de yieldcoëfficiënten Y
1.5 De energetische efficiëntie
1.7 Invloed temperatuur op kinetiek
H.2 BASISREACTORTYPES
2.1 Ideale enkelvoudige reactoren: massabalansen
2.1.1 Ideale roerketeltypes (continu & discontinu)
2.1.2 De propstroomreactor
2.1.3 Vergelijking van de concentratieprofielen in de enkelvoudige basisreactortypes
2.2 Vergelijking van de performantie van de basisreactortypes
2.2.1. Algemene vergelijking voor reacties van het type r=k.cn.
2.2.2 Alternatieve voorstellingswijze: grafisch
2.2.3 Reacties met niet-positieve orde kinetiek
2.3 Samengestelde reactoren
2.3.1.Recirculatiereactor
2.3.2. N ideale roerketels met zelfde volume in serie
H.3 NIET-IDEALE REACTOREN
3.1 Inleiding
3.2 Verblijfstijddistributie
3.2.1 Definitie
3.2.2 Verblijfstijddistributie: experimentele bepaling
3.3 Verblijfstijddistributiefuncties van de ideale reactortypes
3.4 Reactormodellen voor niet-ideale stromingen en hun bijbehorende RTD
3.4.1 Axiale dispersiemodel
3.4.2 N CSTR’s in serie
3.4.3 Serie- en parallelschakeling van ideale reactoren
3.5 Gebruik van de verblijfstijddistributie om de modelparameters te fitten.
3.6 Verband RTD met reactorperformantie (conversiegraad)
H.4 GAS/VLOEISTOF-MASSAOVERDRACHT
4.1 Algemene modellering +definitie kLa’.
4.1.1 Algemene beschrijving voor het gas/vloeistoftransport van een component A.
4.1.2 Beschrijving voor het gas/vloeistoftransport van O2
4.1.3 Andere definities van de specifieke oppervlakte a.
4.2 Meetmethodes voor de bepaling van de KLa’-coëfficiënt.
4.2.1 De natriumsulfiet-methode.
4.2.2 Dynamische beluchting (zonder cellen).
4.2.3 Dynamische beluchting (met cellen).
4.2.4 Directe meting (massabalansmethode)
4.3 Basismodellen voor KL
4.3.1 Nernst-model of 2-filmenmodel
4.3.2 Higbie model (penetratiemodel).
4.4 Praktische modellen en correlaties voor kLa’
4.4.1 Niet-geroerde massaoverdracht.
4.4.2 Geroerde massaoverdracht
4.4.3 Invloed van de vloeistofsamenstelling en reologie op de KLa’-coëfficiënt.
4.5 Opschaling
4.5.1 Basisregels
4.5.2 Kritische dimensieloze getallen en parameters.
4.5.3 Opschalingsregels
H.5 GECOMBINEERDE REACTIE & DIFFUSIE.
5.1 Massabalansen en geometrieën.
5.1.1 Vlakke plaat
5.1.2 Sferische partikels
5.1.3 Cilinder
5.2 Concentratieprofielen bij steady-state
5.2.1 Vlakke plaat met nulde-orde reactie
5.2.2 Sferisch partikel met nulde-orde reactie
5.2.3 Vlakke plaat met een 1ste-orde reactie
5.2.4 Sferisch partikel met een 1ste-orde reactie
5.3 Katalysatorefficiëntie
5.3.1 Nulde-orde reacties
5.3.2 Eerste orde reacties
5.4 Eindbeschouwing
H.6 Sterilisatie
6.1. Kinetiek
6.2 Slaagkansen van het sterilisatieproces voor een populatie micro-organismen
6.3 Continue sterilisatie: invloed van de RTD
gedrukte nota's te verlrijgen bij BIOTECHO of via docent
Aanvullend studiemateriaal:
BAILEY, J.E.; OLLIS, D.F., Biochemical Engineering Fundamentals (2nd. ed.),
New York, Mc Graw Hill, 1986.
DUNN, I.J., HEINZLE, E., INGHAM, J., PRENOSIL, J.E., Biological Reaction Engineering, VCH Verlag, 1992
NIELSEN, J., VILLADSEN, J., Bioreactor Engineering Principles, Plenum Press, 1994
LEE, J.M., Biochemical Engineering, Prentice Hall, 1992
SHULER, M.L., KARGI, F., Bioprocess Engineering, Prentice Hall, 1992
ASSENJO, J.A., MERCHUK, J.C., Bioreactor System Design, Marcel Dekker, 1995
Een bioproces kwantitatief analyseren en de modelleringsvergelijkingen opstellen voor een dergelijk proces.
Weten welke reactoren en werkwijzen mogelijk zijn en een keuze kunnen maken voor een bepaalde bioconversie.
De beoordeling bestaat uit volgende opdrachtcategorieën:
Examen Schriftelijk bepaalt 100% van het eindcijfer
Binnen de categorie Examen Schriftelijk dient men volgende opdrachten af te werken:
Het examen is schriftelijk met gelegenheid tot mondelinge bespreking gedurende het examen. Het examen is gesloten-boek en bestaat uit 3 of 4 hoofdvragen met gelijk gewicht. Elke hoofdvraag bestaat uit een reeks deelvragen die een mix vormen van elementen gezien tijdens de theorie en de practica en peilen naar het vermogen van de student om:
- de betekenis en de reden van aanwezigheid van alle parameters in de opgestelde en aangeleerde vergelijkingen te kunnen duiden
-de aangeleerde vergelijkingen en oplossingsmethodes te kunnen toepassen op andere, doch gelijkaardige situaties en geometrieen dan deze gezien tijdens de hoorcoleges of de oefeningen
-het optimale reactorontwerp voor een gegeven toepassing kunnen selecteren en de benodigde verblijfstijd en het bijhorende reactorvolume van ideale en niet-ideale stromingsreactoren kunnen berekenen
-kruisverbanden tussen de verschillende delen van de cursus te kunnen leggen
Deze aanbieding maakt deel uit van de volgende studieplannen:
Master in de bio-ingenieurswetenschappen: cel- en genbiotechnologie: medische biotechnologie
Master in de bio-ingenieurswetenschappen: cel- en genbiotechnologie: moleculaire biotechnologie
Master in de bio-ingenieurswetenschappen: cel- en genbiotechnologie: agrobiotechnologie
Master in de bio-ingenieurswetenschappen: chemie en bioprocestechnologie: voedingsbiotechnologie
Master in de bio-ingenieurswetenschappen: chemie en bioprocestechnologie: chemische biotechnologie
Master in de bio-ingenieurswetenschappen: chemie en bioprocestechnologie: biochemische biotechnologie