Strömungssimulation als Werkzeug zur Bioreaktorcharakterisierung

Stefanie Brüning, Dissertation Technische Universität München, 2012

Die Entwicklungszeiten von Bioprozessen können durch Miniaturisierung und Parallelisierung von Bioreaktoren signifikant verkürzt werden. Viele der für eine erfolgreiche Maßstabsübertragung notwendigen verfahrenstechnischen Kenngrößen sind aber in miniaturisierten Bioreaktoren nicht messtechnisch zugänglich. Daher war es das Ziel dieser Arbeit, am Beispiel von unterschiedlichen Rührkesselreaktoren im Millilitermaßstab zu untersuchen, welche dieser Kenngrößen mithilfe von numerischer Strömungssimulation abschätzbar sind. Es konnte gezeigt werden, dass Energiedissipation und –verteilung und auch die für den Stofftransport Gas–Flüssig wichtige Phasengrenzflächen in vielen Fällen gut simuliert werden können. Am Beispiel der Homogenisierung von feststoffhaltigen Reaktionsmedien konnte durch die Anwendung der numerischen Strömungssimulation die Entwicklungszeit geeigneter Rührsysteme verkürzt und Mischzeiten gut voraus berechnet werden.

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Publikationen

• Brüning S, Weuster-Botz D (2014): CFD analysis of interphase mass transfer and energy dissipation in a milliliter-scale stirred-tank reactor for filamentous microorganisms. Chem Eng Res Des 92: 240-248.
• Riedlberger P, Brüning S, Weuster-Botz D (2013): Characterization of stirrers for screening studies of enzymatic biomass hydrolyses on a milliliter-scale. Bioproc Biosys Eng 36: 927-935.