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LBT - Lebensmittel und Biotechnologie • Thema anzeigen - Kann mir jemand bei dieser Prüfungsfrage helfen?
Ein neues Thema erstellen Auf das Thema antworten  [ 29 Beiträge ]  Gehe zu Seite 1, 2  Nächste
Autor Nachricht
 Betreff des Beitrags: Kann mir jemand bei dieser Prüfungsfrage helfen?
 Beitrag Verfasst: 16.10.2014, 14:22 
Versuchskaninchen
Versuchskaninchen

Registriert: 13.10.2007, 16:07
Beiträge: 41
Hallo,

ich komm nicht drauf wie ich folgendes Problem lösen kann:

Fed-Batch process
X0 = 10 kg
X1 = 80 kg
V0 = 1 m³
V1 = 4.5 m³
T0 = 3 h
T1 = 13 h

Running process without O2 limitations?
Henry coeff. 27.9 bar*m³/kg
OTR 3 kgO2/m³h
pO2 setpoint 30 %
specific O2 demand 1.7 g/g

Ich bin da leider ein bisschen verloren...


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 Betreff des Beitrags: Re: Kann mir jemand bei dieser Prüfungsfrage helfen?
 Beitrag Verfasst: 19.10.2014, 19:43 
Versuchskaninchen
Versuchskaninchen

Registriert: 20.11.2010, 16:48
Beiträge: 59
Lösung siehe unten


Zuletzt geändert von chrisz am 24.10.2014, 11:36, insgesamt 1-mal geändert.

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 Betreff des Beitrags: Re: Kann mir jemand bei dieser Prüfungsfrage helfen?
 Beitrag Verfasst: 19.10.2014, 21:17 
Eprouvettenschüttler/in
Eprouvettenschüttler/in

Registriert: 07.01.2008, 16:21
Beiträge: 117
Hey Chrisz, warst ein wenig schneller als ich ;)

- c* kann man über die Gleichung

c* = 14,161 - 0,3943*T + 0,007714*T² - 0,0000646*T³

ausrechnen, falls die Temperatur gegeben ist - hier muss man aber die Temperatur in Celsius einfügen. Wenn man gaaanz genau schaut, ist die Temperatur gegeben - in der Henry-Konstante. 27,9 ist der Wert für 35°C, man findet die Tabelle für H bei verschiedenen Temperaturen in den Folien von Prof. Jungbauer. Oder über den Partialdruck, der in der Luft 0,21atm ~ 0,21bar beträgt:

pO2 = H*c*
0,21/27,9 = 0,0075

Wenigstens ist der OTR gegeben.. ansonsten Gleichung 10.52 (wenn man die Konzentration hat) oder 10.53 (wenn man die Drücke hat) aus dem Doran (2. Auflage) verwenden. c kann man über 0,3*c* berechnen (beträgt 30% con c*).

- kLa: OTR = kLa*(c*-c)
kLa = 3/0,00527 = 569,39 h^-1 = 0,158 s^-1

- xmax = (kLa*c*)/q0

- q0 ergibt sich aus dieser Formel:

q0*x = kLa*(c*-c) = OTR
q0 = OTR/x = 3/17,7° = 0,16875 h^-1
Die Biomassekonzentration x müsste 80kg/4,5m³ = 17,7°kg/m³ sein. Jetzt xmax ausrechnen:

xmax = (569,39*0,0075)/0,16875 = 25,3 kg/m³ > 17,7° kg/m³ passt also.

Man könnte auch OTRmax mit OUR vergleichen:

OTRmax = kLa*c* = 569,39*0,0075 = 4,27
hier ist c=0 weil der Sauerstoff sofort von den Zellen verbraucht wird. Da das hier nicht der Fall ist sollte keine O2-Limitierung stattfinden. Sind c* und c hingegen etwa gleich groß, ist der Zellmetabolismus der limitierende Faktor (Sauerstoff wäre da, wird aber nicht aufgenommen).

OUR = (µ*x)/Yx/o = µ*x*Yo/x wird normalerweise OTR gleichgesetzt, was hier nicht funktioniert, weil sie eben nicht gleich sind. Grund dafür ist die willkürlich gewählte Angabe.

Die Temperatur ist wie gesagt in der Henry-Konstante versteckt, braucht man hier aber nicht zwingend - du kannst ja c* über den Partialdruck/Henrykonstante berechnen. Auch der O2-Yield ist nutzlos. Falls das ein Striedner-Beispiel war: Der gibt gerne mal Angaben die nicht nötig sind. Das macht er absichtlich, weil er meint, dass wir das selbst wissen müssen.


Zuletzt geändert von Lycaon am 25.10.2014, 21:07, insgesamt 3-mal geändert.

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 Betreff des Beitrags: Re: Kann mir jemand bei dieser Prüfungsfrage helfen?
 Beitrag Verfasst: 20.10.2014, 08:22 
Versuchskaninchen
Versuchskaninchen

Registriert: 20.10.2014, 08:17
Beiträge: 2
Hallo ich bräuchte auch hilfe zu ner prüfungsfrage vom letzten termin (30.06.2014):

3)a Diagramm with fedbatch process was given. describe the process
calculate μ, number of generations, substrate needed, etc.(4Pkt)
3b) calculate process in a is Oxygen limited by given a OTR of 3 (4 Pkt)
3c) What do you need for a complete C-balance, which sensors, how does they work (4pkt)
3d) explain a strategy for feed control, which equipment is needed? (4pkt)

kann mir jemand dabei helfen?

Danke!

lg sarah


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 Betreff des Beitrags: Re: Kann mir jemand bei dieser Prüfungsfrage helfen?
 Beitrag Verfasst: 20.10.2014, 10:44 
Versuchskaninchen
Versuchskaninchen

Registriert: 13.10.2007, 16:07
Beiträge: 41
Vielen Dank für die Antworten.

Die seltsamen Angaben sind seltsam, weil man sich in Bsp. 1 alles bereits berechnet haben muss - also hab ich hier nur die Ergebnisse hin geschrieben.
Ich hab es ebenfalls wie chrisz gerechnet, war mir aber nicht sicher. Eine weitere Möglichkeit auf c*LA zu kommen ist die Tabelle im Doran, S. 207, wenn ich mich nicht irre. 35 °C ist close enough ;) (waren Coli)

@Lycaon: das heißt den specific O2 demand brauche ich gar nicht? Und ist nicht q0 eben dieser? (hab den Doran nicht dabei)


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 Betreff des Beitrags: Re: Kann mir jemand bei dieser Prüfungsfrage helfen?
 Beitrag Verfasst: 20.10.2014, 16:22 
Eprouvettenschüttler/in
Eprouvettenschüttler/in

Registriert: 07.01.2008, 16:21
Beiträge: 117
Bin grad ziemlich müde, also mal kurz:

q0 = specific oxygen uptake (laut Doran) ist die Menge (z.B. mol oder Gramm) an aufgenommenem Sauerstoff pro Zeiteinheit pro Zellmasse, meist in gO2/gO2h -> h^-1, während der hier angegebene Yield in gO2/gBiomasse (g/g) besagt, wieviel Biomasse man mit z.B. 1,7g O2 bekommt. So hab ich das verstanden :)


Zuletzt geändert von Lycaon am 25.10.2014, 18:36, insgesamt 1-mal geändert.

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 Betreff des Beitrags: Re: Kann mir jemand bei dieser Prüfungsfrage helfen?
 Beitrag Verfasst: 21.10.2014, 12:18 
Versuchskaninchen
Versuchskaninchen

Registriert: 13.10.2007, 16:07
Beiträge: 41
Ok, was mich nämlich hier verwirrt hat, war, dass q0 ja auch in der oxygen consumption rate vorkommt und wenn man sich die ausrechnet darauf kommt, dass sich das Ganze um den Faktor 10 nicht ausgeht.


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 Betreff des Beitrags: Re: Kann mir jemand bei dieser Prüfungsfrage helfen?
 Beitrag Verfasst: 21.10.2014, 19:03 
Eprouvettenschüttler/in
Eprouvettenschüttler/in

Registriert: 07.01.2008, 16:21
Beiträge: 117
Ich muss zugeben, dass das irgendwie echt komisch ist. Es gibt NA (oxygen transfer rate OTR) und OUR (oxygen uptake rate). Im steady state bzw. im Gleichgewicht sind diese beiden Variablen gleich groß.

Es gilt:

OUR = Q0 = q0*x
NA = OTR = kLa*(c*-c)

Im ss: OUR = OTR

q0*x = kLa*(c*-c) ist Gleichung 10.41 aus der 2. Auflage.

Wenn du jetzt Q0 = q0*x ausrechnest (0,16875*80kg/4,5m³) kommt auch 3kg/m³h raus.

Es gibt aber noch eine Formel, die nicht im Doran steht, aber anscheinend nicht ganz unwichtig ist:

OTR = Y(o/x)*µ*x d.h. Y(o/x)*µ = q0 = 0,0978

Y(o/x) ist der gegebene Yield mit 1,7gO2/g bzw. kgO2/kg, µ die Wachstumsrate (ist 0,0575) und x die Zellkonzentration. Das Problem dabei ist nur irgendwie, dass ich mit der Endkonzentration (17,7kg/m³) auf einen OTR von 1,7 komme.

Bottom line: Ich weiß noch nicht genau, ob der Yield wirklich überflüssig ist und das Beispiel so gerechnet wird. Es gibt für mich jetzt 2 Möglichkeiten, um zu überprüfen, ob eine O2-Limitierung vorhanden ist:

über xmax und Vergleich mit der Endbiomassekonzentration
über diese seltsame Formel die nicht im Doran vorkommt (OTR = Y*µ*x)


Zuletzt geändert von Lycaon am 25.10.2014, 18:19, insgesamt 2-mal geändert.

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 Betreff des Beitrags: Re: Kann mir jemand bei dieser Prüfungsfrage helfen?
 Beitrag Verfasst: 22.10.2014, 14:38 
Eprouvettenschüttler/in
Eprouvettenschüttler/in

Registriert: 07.01.2008, 16:21
Beiträge: 117
Edit: Laut Striedner soll man µ nicht über Konzentrationen sondern über Massen berechnen, auch die Formel OTR = Y*µ*x ist nicht nötig, dieser post hier dient der Erklärung, warum viele Leute in ihren Mappen 2 verschiedene OTRs stehen haben. Richtig sind der Letzte von Chrisz auf dieser Seite (Seite 1) und der dritte von oben.

- c* (über Henry) und c ausrechnen = 0,0075 bzw. 0,3*0,0075
- µ über x = x0*e^(µ*t) ausrechnen = 0,0575 h^-1
- OTR = OUR = Y*µ*x anwenden, aber aufpassen: Der gegebene OTR von 3 funktioniert nicht für die 17,7kg/m³ (berechnet aus 80kg/4,5m³ = 17,7kg/m³), sondern nur für 30,67kg/m³ - d.h. hier muss der Yield "rausgenommen" werden. Die korrekten Formeln lauten:

OUR = 1,7*0,0575*17,7 = 1,738 und nicht 3. Hier sieht man, dass sich die OTR und die OUR unterscheiden:

OTR = 3 = 1,7*0,0575*x wobei für x = 30,67kg/m³ rauskäme. Ich denke, dass die willkürlich gewählte Angabe das Problem für die Diskrepanz zwischen OUR und OTR ist.
Die OUR (1,73) ist niedriger als die OTR (3) - es sollte also zu keiner Limitierung durch Sauerstoff kommen.

- kLa ausrechnen, aber wieder aufpassen: OTR = kLa*(c*-c)
Eine OTR von 3 ergibt einen kLa von ~570, ein OUR von 1,73 einen kLa von 336. Ich habe mit beiden Werten - dem "OUR-der-eigentlich-gleich-OTR-sein-sollte" (336) und dem OTR - weitergerechnet.
- q0 über q0*x = OUR (wir nehmen ja wieder an, dass OUR = OTR und somit q0*x = OTR ist..) ausrechnen: Das richtige Ergebnis bekommt man, wenn man OUR einsetzt, das ist die ursprüngliche Formel:

1,738 = q0*17,77
x = 0,0978

Für OTR bekäme man mit dem korrigierten x-Wert (30,67) dasselbe Ergebnis, mit den 17,77 auf ein anderes:

3 = q0*30,67 <-> 3 = q0*17.77
x = 0,0978 <----> x = 0,168

- xmax ausrechnen: sollte eigentlich gleich sein (Rundungsfehler)
kLa-Wert (336) und q0-Wert (0,0978) der OUR ergeben: xmax = (kLa*c*)/q0 = 25,7kg/m³
kLa-Wert (0,168) und q0-Wert (570) der OTR ergeben: xmax = (kLa*c*)/q0 = 25,4kg/m³

Endergebnis: Wenn man die OUR-Formel verwendet (OUR = Y*x*µ) dann muss man hier sehr aufpassen, weil OTR und OUR eben NICHT gleich sind - aber normalerweise als gleich angenommen werden! In vielen Rechenmappen stehen 2 verschiedene OTR Werte, tatsächlich sind es ein OTR und ein OUR!


Zuletzt geändert von Lycaon am 28.10.2014, 17:26, insgesamt 5-mal geändert.

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 Betreff des Beitrags: Re: Kann mir jemand bei dieser Prüfungsfrage helfen?
 Beitrag Verfasst: 22.10.2014, 15:11 
Versuchskaninchen
Versuchskaninchen

Registriert: 13.10.2007, 16:07
Beiträge: 41
Weil in der Angabe der specific O2 demand mit q0 angegeben war, daher war ich vorallem verwirrt.
Dann nahm ich an, dass kLA*(c*-c) = q0*x ist und wenn man da für q0 1,7 g/g einsetzt, komm ich auf 1.76 kg/h*m³ und nahm an, dass das meine maximal erreichbare Biomassekonz. ist, die ja im Reaktor bereits mit 17,7 kg/h*m³ um den Faktor 10 überschritten ist.

µ musstest du eh für den a) Teil der Frage berechnen.
Wo ist diese Formel her?
OTR = Y*µ*x
Und was ist die ideale Biomassekonz. ?


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 Betreff des Beitrags: Re: Kann mir jemand bei dieser Prüfungsfrage helfen?
 Beitrag Verfasst: 22.10.2014, 16:05 
Eprouvettenschüttler/in
Eprouvettenschüttler/in

Registriert: 07.01.2008, 16:21
Beiträge: 117
Ah ok ^^

Diese Formel steht in vielen Rechenmappen und Übungsbeispielen von BPE II. Da ich sie auch nicht im Doran gefunden habe, hab ich einfach mal gegoogelt, dabei kam das raus: http://cmbe.engr.uga.edu/engr4510/assign/Notes/F4%20-%20Cell%20Growth.pdf Seite 4

Ideale Biomassekonzentration: Naja ich nenn sie halt so, weil ich auch nicht genau weiß, wie ich dazu sagen soll. Wir gehen von einem OTR von 3 aus, der würde uns eine Biomassekonzentration von 30,67kg/m³ bringen.

Der Yield wird hier als gO2/gBiomasse gegeben - Y(o/x), logischer wäre gBiomasse/gO2 - der Kehrwert (1/1,7 = 0,59). Die Formel würde dann lauten OTR = (µ*x)/Y(x/o). Das "Problem" ist, dass diese Formel den Yield quasi ausgleicht. Normalerweise müsste man mit dem Yield multiplizieren (es kommen ja nur 59% raus -> 0,59*x), um das tatsächliche Ergebnis zu erhalten, die Formel dividiert jedoch durch den Yield und nimmt ihn dadurch aus der Gleichung. Besser kann ichs nicht erklären..

Edit: Mit idealer Biomassekonzentration meinte ich den korrigierten x-Wert (30,67), einfach 2 posts über diesem hier nachlesen.


Zuletzt geändert von Lycaon am 28.10.2014, 17:43, insgesamt 3-mal geändert.

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 Betreff des Beitrags: Re: Kann mir jemand bei dieser Prüfungsfrage helfen?
 Beitrag Verfasst: 22.10.2014, 16:26 
Versuchskaninchen
Versuchskaninchen

Registriert: 13.10.2007, 16:07
Beiträge: 41
Aha!
Vielen Dank für die gute Erklärung, jetzt kenn ich mich aus :)

Allerdings kann ich mir nicht vorstellen, dass das erwartet wird, da von der Formel mit Yo/x im BPE 1 Script und im Doran nichts steht :-/

edit: xmax sollte sich, egal wie man es rechnet, gar nicht verändern, da man es ja auch so schreiben könnte:

(x * c*) / (c*-c)

und das hat man alles bereits am Anfang.


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 Betreff des Beitrags: Re: Kann mir jemand bei dieser Prüfungsfrage helfen?
 Beitrag Verfasst: 23.10.2014, 19:48 
Versuchskaninchen
Versuchskaninchen

Registriert: 20.11.2010, 16:48
Beiträge: 59
Lösung siehe unten


Zuletzt geändert von chrisz am 24.10.2014, 11:35, insgesamt 1-mal geändert.

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 Betreff des Beitrags: Re: Kann mir jemand bei dieser Prüfungsfrage helfen?
 Beitrag Verfasst: 24.10.2014, 10:12 
Versuchskaninchen
Versuchskaninchen

Registriert: 29.11.2010, 09:03
Beiträge: 41
Ja, irgendwie hab ich das BSP auch schon gefühlte 1000 mal probiert....und bin mir auch noch immer nicht sicher wie es genau geht. Warst du heute bei ihm und hast ihn gefragt? Würde mich nämlich sehr interessieren was er zu dem BSP sagt

glg michi


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 Betreff des Beitrags: Re: Kann mir jemand bei dieser Prüfungsfrage helfen?
 Beitrag Verfasst: 24.10.2014, 11:34 
Versuchskaninchen
Versuchskaninchen

Registriert: 20.11.2010, 16:48
Beiträge: 59
So alle miteinander, hab heute mit Prof. Striedner nach der VO bisserl geplaudert und so gehts:

Zuerst Prozess charakterisieren und µ ausrechnen. Wichtig: unbedingt über Massen, weil da keine Volumenänderung berücksichtigt werden muss.
µ = ln(X1/X0) / t = 0,208 h-1

Über Konzentrationen bekäme man eine andere Rate, die sich aus Verdünnung und Wachstum zusammensetzt:
x(t) = [X(t)/V(t)]*exp(µ-d)*t
mit X(t) = X0*exp(µt) und V(t) = V0*exp(dt)
Theoretisch könnte man damit auch rechnen, aber davon hat er mir ausdrücklich abgeraten. µ ist die Wachstumsrate, d die Volumensvergrößerungsrate.

Nächster Punkt Sauerstoff, so wie hier schon ein paar mal beschrieben also np ez.
C* = p/H und C = 0,3C*

Dann einen kla(min) berechnen aus OTR = kla(C*-C) -> kla(min) = 0,158s-1
Mit kla(min) xmax ausrechnen nach x(max) = (kla*C*) / qo
qO kommt hierbei aus OTR = Qo = qox wobei für x die im Prozess maximale Konzentration eingesetzt wird. qo = 0,168 kgO2/kg*h.
Damit kommt für x(max) ~ 25 kg/m3 raus.

Bei der x(max) Geschichte wird angenommen in der Suppe is kein O2 mehr gelöst (C = 0), darum C*.

Die Antwort wäre dann:
Der Fed-Batch mit der Zielbiomasse 80kg (=17,78 kg/m3) ist bei einer OTR von 3kgO2/m3*h mit einem kla >= 0,158s-1 nicht O2-limitiert. Bei vollständigem O2-Verbrauch kann maximal 25 kg/m3 Biomassekonzentration erreicht werden.

Dann noch ein paar Anmerkungen von ihm:
*) Normalerweise ist kla gegeben und es ist nur zu prüfen ob der Prozess mit diesem kla läuft oder eben nicht.
*) Die ominöse Formel qo = Y*µ*x kommt irgendwo aus BPEII. Hier braucht man sie nicht. qo wird aus Qo = qox berechnet. Damit ist der Yo/x hier tatsächlich egal.
*) Immer über Massen bilanzieren -> das vermeidet unschöne Fehler.
*) So ein Bsp. ist eher Teil von BPEII, da er meint die Geschichte mit kla festlegen etc. geht schon recht tief in die Materie und ist damit eher in der weiterführenden LVA zu behandeln.


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