Auslegung und Betrieb von Rührkesselbioreaktoren unter erhöhtem Reaktordruck:
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Aachen
Shaker
2002
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INHALTSVERZEICHNIS
1
EINLEITUNG
1
2
HOCHLEISTUNGSBIOREAKTORSYSTEME
-
ANFORDERUNGEN
UND
STAND
DER
TECHNIK
3
2.1
ANFORDERUNGEN
.
3
2.1.1
LEISTUNGSEINTRAG
UND
DURCHMISCHUNG
.
4
2.1.2
WAERMETRANSPORT
.
5
2.1.3
GAS-FLUESSIG-STOFFTRANSPORT
.
6
2.2
REAKTOREN
IN
DER
BIOTECHNOLOGIE
.
9
2.2.1
REAKTORSYSTEME
MIT
LEISTUNGSEINTRAG
DURCH
MECHANISCH
BE
WEGTE
EINBAUTEN
9
2.2.2
REAKTORSYSTEME
MIT
LEISTUNGSEINTRAG
DURCH
KINETISCHE
ENERGIE
DER
FLUESSIGKEIT
.
11
2.2.3
REAKTORSYSTEME
MIT
LEISTUNGSEINTRAG
DURCH
EXPANSION
DES
KOMPRIMIERTEN
GASES
.
12
2.3
METHODEN
ZUR
STEIGERUNG
DER
SAUERSTOFFTRANSPORTKAPAZITAET
OTC
.
13
2.3.1
IN-SITU-PRODUKTION
VON
SAUERSTOFF
.
14
2.3.2
EINSATZ
VON
SAUERSTOFFVEKTOREN
.
15
2.3.3
SAUERSTOFFANREICHERUNG
DER
BEGASUNGSLUFT
.
16
2.3.4
ERHOEHUNG
DES
REAKTORDRUCKS
.
17
3
REAKTORAUSLEGUNG
UND
REAKTORAUFBAU
19
3.1
AUFBAU
DES
REAKTORSYSTEMS
.
19
3.1.1
ALLGEMEINER
AUFBAU
.
20
3.1.2
MESS-,
STEUER
UND
REGELTECHNIK
.
28
3.1.3
REAKTORPERIPHERIE
.
32
3.2
KOSTENBETRACHTUNG
.
32
4
CHARAKTERISIERUNG
DES
GAS-FLUESSIG-STOFFTRANSPORTS
35
4.1
MOTIVATION
.
35
4.2
METHODEN
ZUR
CHARAKTERISIERUNG
DES
GAS-FLUESSIG-STOFFTRANSPORTS
.
37
4.3
THEORETISCHE
GRUNDLAGEN
.
38
4.3.1
MODELLVORSTELLUNGEN
FUER
DEN
GAS-FLUESSIG-STOFFTRANSPORT
.
.
38
4.3.2
GRUNDLAGEN
DES
GAS-FLUESSIG-STOFFTRANSPORTS
MIT
SIMULTANER
CHEMISCHER
REAKTION
.
41
4.3.3
DIE
SULFITOXIDATIONSREAKTION
.
45
4.4
MATERIALIEN
UND
METHODEN
.
46
4.4.1
VERSUCHSAUFBAU
.
46
4.4.2
VERSUCHSABLAUF
UND
AUSWERTUNG
.
46
4.5
ERGEBNISSE
UND
DISKUSSION
.
49
4.5.1
UNTERSUCHUNG
DER
REAKTIONSKINETIK
.
49
4.5.2
MODELLBILDUNG
UND
VERIFIKATION
.
52
4.5.3
EINFLUSS
DES
VOLUMETRISCHEN
RUEHRERLEISTUNGSEINTRAGES
E
UND
DER
GASLEERROHRGESCHWINDIGKEIT
UG
AUF
DEN
VOLUMETRISCHEN
STOFFUEBERGANGSKOEFFIZIENTEN
/
CL
U
.
54
4.5.4
UEBERTRAGBARKEIT
DER
ERGEBNISSE
AUF
KULTURMEDIEN
.
56
4.5.5
EINFLUSS
DES
REAKTORDRUCKS
AUF
DEN
VOLUMETRISCHEN
STOFF
UEBERGANGSKOEFFIZIENTEN
K^A
.
58
4.5.6
SAUERSTOFFTRANSPORTKAPAZITAET
UND
EFFIZIENZ
.
60
4.6
ZUSAMMENFASSUNG
.
65
5
EINFLUSS
DES
KOHLENDIOXIDPARTIALDRUCKS
AUF
DAS
MIKROBIELLE
WACHSTUM
67
5.1
MOTIVATION
.
67
II
5.2
THEORETISCHE
GRUNDLAGEN
.
69
5.2.1
GAS-FLUESSIG-GLEICHGEWICHT
VON
KOHLENDIOXID
.
69
5.2.2
VERFAHRENSTECHNIK
KONTINUIERLICHER
FERMENTATIONSPROZESSE
.
71
5.2.3
STOFFWECHSELPHYSIOLOGIE
VON
PSEUDOMONAS
PUTIDA
.
74
5.3
MATERIALIEN
UND
METHODEN
.
75
5.3.1
VERSUCHSAUFBAU
.
75
5.3.2
BESTIMMUNG
DER
VERWEILZEITVERTEILUNG
.
76
5.3.3
MIKROORGANISMUS
UND
MEDIUM
.
76
5.3.4
ANALYTIK
.
79
5.4
ERGEBNISSE
UND
DISKUSSION
.
81
5.4.1
ENTWICKLUNG
EINER
KONTINUIERLICHEN
METHODE
ZUR
BESTIM
MUNG
DER
KOHLENDIOXIDSENSIBILITAET
VON
MIKROORGANISMEN
.
81
5.4.2
BESTIMMUNG
DER
KOHLENDIOXIDSENSIBILITAET
VON
PSEUDOMO
NAS
PUTIDA
.
87
5.4.3
EINFLUSS
DER
KOHLENDIOXIDINHIBIERUNG
AUF
DIE
PRODUKTIVITAET
90
5.4.4
EINFLUSS
DER
REAKTORBETRIEBSWEISE
AUF
DEN
KOHLENDIOXID
PARTIALDRUCK
.
95
5.5
ZUSAMMENFASSUNG
.
98
6
OPTIMIERUNG
DER
BIOTECHNOLOGISCHEN
PRODUKTION
VON
D
GLUCONSAEURE
UND
KETO-D-GLUCONSAEUREN
MIT
GLUCONOBACTER
OXYDANS
99
6.1
MOTIVATION
.
99
6.2
THEORETISCHE
GRUNDLAGEN
.
100
6.2.1
BIOLOGISCHE
GRUNDLAGEN
.
100
6.2.2
VERFAHRENSTECHNISCHE
GRUNDLAGEN
.
103
6.3
MATERIAL
UND
METHODEN
.
105
6.3.1
BIOREAKTOREN
.
105
6.3.2
MIKROORGANISMUS
UND
KULTURMEDIUM
.
107
6.3.3
ANALYTIK
.
107
6.4
ERGEBNISSE
UND
DISKUSSION
.
110
III
6.4.1
DISKONTINUIERLICHER
PROZESS
(BATCH)
.
110
6.4.2
ZUFUETTERUNGSPROZESS
(FED-BATCH)
.
115
6.4.3
SCALE-UP
.
118
6.5
ZUSAMMENFASSUNG
.
120
7
ZUSAMMENFASSUNG
121
LITERATURVERZEICHNIS
124
A
REAKTORAUSLEGUNG
UND
REAKTORAUFBAU
138
A.L
BERECHNUNG
DES
WAERMEUEBERGANGS
IN
EINEM
RUEHRBEHAELTER
.
138
B
CHARAKTERISIERUNG
DES
GAS-FLUESSIG-STOFFTRANSPORTS
141
B.L
BESTIMMUNG
HENRYKOEFFIZIENTEN
HEO
2
FUER
SAUERSTOFF
IN
EINER
NA
TRIUMSULFITLOESUNG
.
141
B.2
MODELLIERUNG
DES
GAS-FLUESSIG-STOFFTRANSPORTS
MIT
SIMULTANER
CHE
MISCHER
REAKTION
.
142
B.2.1
GPROMS-PROGRAMMCODE
.
142
C
EINFLUSS
DES
KOHLENDIOXIDPARTIALDRUCKS
AUF
DAS
MIKROBIELLE
WACHSTUM
144
C.L
BESTIMMUNG
DER
HENRYKOEFFIZIENTEN
FUER
SAUERSTOFF
HEO
2
UND
KOH
LENDIOXID
HECO
2
M
KULTURMEDIUM
VON
PSEUDOMONAS
PUTIDA
.
.
.
144
IV |
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