Bioreaktoren und periphere Einrichtungen

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1 Winfried Storhas 2008 AGI-Information Management Consultants May be used for personal purporses only or by libraries associated to dandelon.com network. Bioreaktoren und periphere Einrichtungen Ein Leitfaden für die Hochschulausbildung, für Hersteller und Anwender Mit 250 Abbildungen und 57 Tabellen vieweg

2 vn Inhaltsverzeichnis Vorwort Formelzeichenerklärung Indices Abkürzungen X XVI XVII 1 Reaktoren allgemein Einleitung Bioreaktion und Bioreaktor 2 2 Aufgaben eines Bioreaktors Primäraufgaben Leistungsberechnungen Pneumatischer Leistungseintrag in Bioreaktoren Hydraulischer Leistungseintrag in Bioreaktoren Rührwerksbioreaktoren Leistungsberechnung für Rührwerksbioreaktoren Strömungszustände in einem Rührwerksbioreaktor Homogenisieren Darstellung der Homogenisierung Versuchsergebnisse zur Mischzeitbestimmung Suspendieren Dispergieren Sauerstofftransferrate Modelle für den Stofftransport Experimentelle Bestimmung des k L a-wertes Ergebnisse von k L a-wertbestimmungen Wärmetransport 58

3 VIII Inhaltsverzeichnis 2.2 Sekundäraufgabe Scherkräfte und Scherraten Schaumbildung Veränderliche Stoffdaten 81 3 Entwicklung der Bioreaktoren Vom Gärbottich zum Bioreaktor Bioreaktoren mit pneumatischem Leistungseintrag Blasensäulenreaktor Blasensäulen mit Einbauten (Airliftreaktor) Bioreaktoren mit hydraulischem Leistungseintrag Prinzipieller Aufbau Strahldüsenreaktor Bioreaktoren mit Leistungseintrag durch Rührwerke Vielfalt der Rührorgane Test der Rührsysteme Einbaupositionen der Rührsysteme Spezialbauarten von Bioreaktoren Membran-Bioreaktoren Bettreaktoren Wirbel- (Fließ-) -bett-reaktoren Festbettrektoren Bioreaktoren für Zellkulturen Sonderbauarten von Bioreaktoren Schüttelkolben Kleinreaktoren für Zellkulturen Bioreaktoren zur Kultivierung von Algen Bioreaktoren zur Sanierung von kontaminierten Böden Eigentliche Entwicklung der Bioreaktoren Installation eines Bioreaktors Zuluftsektion Abgassektion Zellrückführung Feed- und Korrekturmittel vorlagen Temperierkreis Komplette Bioreaktoranlage 154

4 Inhaltsverzeichnis IX 5 Konstruktionen und Nebenaggregate Konstruktionsmerkmale im Sterilbereich Grundsätzliche Betrachtungen zur Sterilkonstruktion Materialauswahl für Bioreaktoren Rohrleitungsverbindungen Mechanische und statische Auslegungsdaten für Bioreaktoren Armaturen und statische Dichtungen im Sterilbereich Verdränger-und Einschweißkörper Statische Dichtungen Flächen-und Liniendichtung Darstellung von Undichtigkeiten Beurteilung von Undichtigkeiten Scale-up der Dichtigkeitsprüfung Armaturen im Sterilbereich Sicherheitseinrichtung Anstecheinrichtung Absperr-und Probenahmeventile Sonderbauarten von Ventilen Rohrleitungsverbindungen Schauglasreinigung Sterilwechselarmatur Nebenaggregate Antriebsarten und Wellenabdichtungen Mechanische Schaumzerstörer Kühler und Befeuchter Sterilfilter Pumpen Oberflächengestaltung Konstruktionen und Installationen für gehobene Sicherheitsanforderungen Prinzipielle Randbedingungen Statische Dichtungen Absicherung des Abgasbereiches Thermischeinaktivierung Chemische Inaktivierung des Abgases Biofilter Steriltechnik Mögliche Kontaminationsgefahren 231

5 X Inhaltsverzeichnis 6.2 Voraussetzungen für die Steriltechnik Untersuchung und Verbesserung von Sterilkonstruktionen Kontaminationsanalysen Maßnahmen zur Verhinderung von Kontaminationen Mögliche Sterilisationsverfahren Keimreduktionsmethoden Absolutsterilisationsmethoden Grundlagen der Hitzesterilisation Sterilisationskriterium Mediumskriterium Allgemeine Betrachtungen Reaktionskinetische Grundlagen Sterilisationsarbeitsdiagramm Kontinuierliche Sterilisation Anlagentechnik und Betriebsweise Strömungstechnik und Verweilzeitverhalten Methoden zur Messung des Verweilzeitverhaltens Modellvorstellungen zum Verweilzeitverhalten Bedeutung der Verweilzeit für das Sterilisationsergebnis Betriebsweisen eines Bioreaktors Bilanzgleichungen Diskontinuierliche Betriebsweise Fed-batch-Betriebsweise Kontinuierliche Betriebsweise Vergleich der einzelnen Betriebsweisen Instrumentierung und Automatisierung eines Bioreaktors Wichtige Primär- und Sekundärparameter Beurteilung der Sondensignale ph-messung Redoxpotential Gelöst-Sauerstoffmessung Schaumsonde Leistungseintrag Gewichtsmessung Wärmebilanzierung Abgasmessung 307

6 Inhaltsverzeichnis XI Flammen-Ionisations-Detektor Gas-Chromatograph. 12 Paramagnetischer Sauerstoffanalysator.. 13 Infrarot-Gasanalysator.14 Massenspektrometer. 15 Autoanalyser 1.16 Optische Dichte 1.17 Keimzahlbestimmung.18 Fluoreszenzsonde.19 In-situ-Mikroskopie.20 Viskosität.21 Wunschliste für Sonden 8.2 Zuordnung der wichtigsten Prozeßgrößen 8.3 Automatisierung Fermentationseinheiten Das Prozeßleitsystem Anforderungen an das Prozeßleitsystem Beschreibung des Prozeßleitsystemes Aufbau der Programme Menü-Anwahl/Programmablauf Auswahl eines Bioreaktors 9.1 Kriterien zur Auswahl eines Bioreaktors 9.2 Einordnung der Bioreaktortypen in Kriterien 9.3 Scale-up-Kriterien für einen Bioreaktor 9.4 Auswahlverfahren 9.5 Ausschreibung 9.6 Abschließende Betrachtung zur Reaktorauswahl oder Die Magie des Rührwerksbioreaktors" 9.7 Hersteller und Lieferanten von Bioreaktoren und peripheren Einheiten Literaturverzeichnis 357 Autorenverzeichnis 364 Sachverzeichnis 365