Entwicklung eines Echtzeit-Ausbildungs-Simulators für Fermentationen in Rührkesselreaktoren

ISBN-13: 9783838655291 / Niemiecki / Miękka / 2002 / 148 str.

Bernd C. Bodenschatz

Opis

Diplomarbeit aus dem Jahr 2002 im Fachbereich Medizin - Biomedizinische Technik, Note: 1,1, Fachhochschule Jena (Medizintechnik), Sprache: Deutsch, Abstract: Inhaltsangabe: Einleitung: Ein wesentlicher Bestandteil der biotechnischen Ausbildung sind aufwandige und teure Kultivierungsexperimente. Um Schulern, Auszubildenden und Studierenden den Zugang zu diesen komplexen Experimenten zu erleichtern, konnen Simulationsexperimente in die Ausbildung integriert werden. Das Ziel dieser Arbeit war es, einen Simulator zur Echtzeitsimulation von Kultivierungs- und Fermentationsprozessen in begasten Ruhrkesselreaktoren zu entwickeln. Das entwickelte modulare mathematische Modell besteht aus verschiedenen Teilmodellen, die auf bereits experimentell verifizierten Gesetzmassigkeiten basieren. Die Teilmodelle bestehen im wesentlichen aus Bilanzgleichungen, aus phanomenologischen Beziehungen, aus Korrelationen zur Modellierung von Stoffeigenschaften und aus Kinetiken. Das Gesamtmodell beinhaltet u.a. Warmedurchgang, mikrobielle Warmeentwicklung, Stoffeigenschaften als Funktion der Prozesstemperatur, Sauerstoffubergang als Funktion von Begasung und Ruhrerdrehzahl, Insitu-Sterilisation und Schaumbildung sowie die realistische (verrauschte) Darstellung der Online- und Offline-Daten. Das biologische Teilmodell basiert auf einem neu entwickelten massenbilanzierten Modell zur Beschreibung des Wachstums von Saccharomyces cerevisiae. Es berucksichtigt das aerobe und anaerobe Wachstum auf Glucose, das aerobe Wachstum auf Ethanol, den Crabtreeeffekt, den Pasteureffekt und die Katabolitrepression unter Anwesenheit von Ethanol. Um den Entwurf von Regelungs- und Prozessfuhrungskonzepten zu ermoglichen, wurde das Modell in das Prozessleitsystem WinErs implementiert. Mit dem so entstandenen Simulator konnen alle wichtigen verfahrenstechnischen und biologischen Effekte einer Fermentation sehr realistisch in Echtzeit abgebildet werden. Der Simulator eignet sich sehr gut, um Lernenden biotechnische