Mit diesem Lehrbuch liegt sowohl ein Ausbildungswerk für Studenten, als auch ein Leitfaden für Anwenderzum Thema "Bioreaktoren" vor. Der Autor stellt die Aufgaben, die Entwicklung und den Betrieb von Bioreaktoren vor. Dabei werden systematisch neben einführenden Erläuterungen die verschiedenen Reaktortypen und ihr apparativer Aufbau behandelt.

1 Reaktoren allgemein

1.1 Einleitung
1.2 Bioreaktion und Bioreaktor
2 Aufgaben eines Bioreaktors
2.1 Primäraufgaben
2.1.1 Leistungsberechnungen
2.1.1.1 Pneumatischer Leistungseintrag in Bioreaktoren
2.1.1.2 Hydraulischer Leistungseintrag in Bioreaktoren
2.1.1.3 Rührwerksbioreaktoren
2.1.1.3.1 Leistungsberechnung für Rührwerksbioreaktoren
2.1.1.3.2 Strömungszustände in einem Rührwerksbioreaktor
2.1.2 Homogenisieren
2.1.2.1 Darstellung der Homogenisierung
2.1.2.2 Versuchsergebnisse zur Mischzeitbestimmung
2.1.3 Suspendieren
2.1.4 Dispergieren
2.1.5 Sauerstofftransferrate
2.1.5.1 Modelle für den Stofftransport
2.1.5.2 ExperimentelleBestimmungdes kLa-Wertes
2.1.5.3 Ergebnisse von kLa-Wertbestimmungen
2.1.6 Wärmetransport
2.2 Sekundäraufgabe
2.2.1 Scherkräfte und Scherraten
2.2.2 Schaumbildung
2.2.3 Veränderliche Stoffdaten
3 Entwicklung der Bioreaktoren
3.1 Vom Gärbottich zum Bioreaktor
3.2 Bioreaktoren mit pneumatischem Leistungseintrag
3.2.1 Blasensäulenreaktor
3.2.2 Blasensäulen mit Einbauten (Airliftreaktor)
3.3 Bioreaktoren mit hydraulischem Leistungseintrag
3.3.1 Prinzipieller Aufbau
3.3.2 Strahldüsenreaktor
3.4 Bioreaktoren mit Leistungseintrag durch Rührwerke
3.4.1 Vielfalt der Rührorgane
3.4.2 Test der Rührsysteme
3.4.3 Einbaupositionen der Rührsysteme
3.5 Spezialbauarten von Bioreaktoren
3.5.1 Membran-Bioreaktoren
3.5.2 Bettreaktoren
3.5.2.1 Wirbel-(Fließ-)-bett-Reaktoren
3.5.2.2 Festbettrektoren
3.6 Bioreaktoren für Zellkulturen
3.7 Sonderbauarten von Bioreaktoren
3.7.1 Schüttelkolben
3.7.2 Kleinreaktoren für Zellkulturen
3.7.3 Bioreaktoren zur Kultivierung von Algen
3.7.4 Bioreaktoren zur Sanierung von kontaminierten Böden
3.8 Eigentliche Entwicklung der Bioreaktoren
4 Installation eines Bioreaktors
4.1 Zuluftsektion
4.2 Abgassektion
4.3 Zellrückführung
4.4 Feed- und Korrekturmittelvorlagen
4.5 Temperierkreis
4.6 Komplette Bioreaktoranlage
5 Konstruktionen und Nebenaggregate
5.1 Konstruktionsmerkmale im Sterilbereich
5.1.1 Grundsätzliche Betrachtungen zur Sterilkonstruktion
5.1.2 Materialauswahl für Bioreaktoren
5.1.3 Rohrleitungsverbindungen
5.1.4 Mechanische und statische Auslegungsdaten für Bioreaktoren
5.2 Armaturen und statische Dichtungen im Sterilbereich
5.2.1 Verdränger- und Einschweißkörper
5.2.2 Statische Dichtungen
5.2.2.1 Flächen- und Liniendichtung
5.2.2.2 Darstellungvon Undichtigkeiten
5.2.2.3 Beurteilung von Undichtigkeiten
5.2.2.4 Scale-upderDichtigkeitsprufung
5.2.3 Armaturen im Sterilbereich
5.2.3.1 Sicherheitseinrichtung
5.2.3.2 Anstecheinrichtung
5.2.3.3 Absperr-undProbenahmeventile
5.2.3.4 Sonderbauarten von Ventilen
5.2.3.5 Rohrleitungsverbindungen
5.2.3.6 Schauglasreinigung
5.2.3.7 Sterilwechselarmatur
5.3 Nebenaggregate
5.3.1 Antriebsarten und Wellenabdichtungen
5.3.2 Mechanische Schaumzerstörer
5.3.3 Kühlerund Befeuchter
5.3.4 Sterilfilter
5.3.5 Pumpen
5.4 Oberflächengestaltung
5.5 Konstruktionen und Installationen für gehobene Sicherheitsanforderungen
5.5.1 Prinzipielle Randbedingungen
5.5.2 Statische Dichtungen
5.5.3 Absicherung des Abgasbereiches
5.5.3.1 Thermische Inaktivierung
5.5.3.2 Chemische Inaktivierung des Abgases
5.5.3.3 Biofilter
6 Steriltechnik
6.1 Mögliche Kontaminationsgefahren
6.2 Voraussetzungen für die Steriltechnik
6.2.1 Untersuchung und Verbesserung von Sterilkonstruktionen
6.2.2 Kontaminationsanalysen
6.2.3 Maßnahmen zur Verhinderung von Kontaminationen
6.3 Mögliche Sterilisationsverfahren
6.3.1 Keimreduktionsmethoden
6.3.2 Absolutsterilisationsmethoden
6.4 Grundlagen der Hitzesterilisation
6.4.1 Sterilisationskriterium
6.4.2 Mediumskriterium
6.4.2.1 Allgemeine Betrachtungen
6.4.2.2 Reaktionskinetische Grundlagen
6.4.3 Sterilisationsarbeitsdiagramm
6.5 Kontinuierliche Sterilisation
6.5.1 Anlagentechnik und Betriebsweise
6.5.2 Strömungstechnikund Verweilzeitverhalten
6.5.2.1 Methoden zur Messung des Verweilzeitverhaltens
6.5.2.2 Modellvorstellungen zumVerweilzeitverhalten
6.5.2.3 Bedeutung der Verweilzeit für das Sterilisationsergebnis
7 Betriebsweisen eines Bioreaktors
7.1 Bilanzgleichungen
7.2 Diskontinuierliche Betriebsweise
7.3 Fed-batch-Betriebsweise
7.4 Kontinuierliche Betriebsweise
7.5 Vergleich der einzelnen Betriebsweisen
8 Instrumentierung und Automatisierung eines Bioreaktors
8.1 Wichtige Primär- und Sekundärparameter
8.1.1 Beurteilung der Sondensignale
8.1.2 pH-Messung
8.1.3 Redoxpotential
8.1.4 Gelöst-Sauerstoffmessung
8.1.5 Schaumsonde
8.1.6 Leistungseintrag
8.1.7 Gewichtsmessung
8.1.8 Wärmebilanzierung
8.1.9 Abgasmessung
8.1.10 Flammen-Ionisations-Detektor
8.1.11 Gas-Chromatograph
8.1.12 Paramagnetischer Sauerstoffanalysator
8.1.13 Infrarot-Gasanalysator
8.1.14 Massenspektrometer
8.1.15 Autoanalyser
8.1.16 Optische Dichte
8.1.17 Keimzahlbestimmung
8.1.18 Fluoreszenzsonde
8.1.19 In-situ-Mikroskopie
8.1.20 Viskosität
8.1.21 Wunschliste für Sonden
8.2 Zuordnung der wichtigsten Prozeßgrößen
8.3 Automatisierung
8.3.1 Fermentationseinheiten
8.3.2 Das Prozeßleitsystem
8.3.2.1 Anforderungen an das Prozeßleitsystem
8.3.2.2 Beschreibung des Prozeßleitsysternes
8.3.3 Aufbau der Programme
8.3.4 Menü-Anwahl/Programmablauf
9 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 Rühr-werksbioreaktors"
9.7 Hersteller und Lieferanten von Bioreaktoren und peripheren Einheiten
Autorenverzeichnis.