Der Kalender des letzten Monats konzentrierte sich auf Präzisionsfermentation in der Biotechnologie und darauf, wie CFD beim Hochskalieren von Fermentationsreaktoren helfen kann.
Die Herausforderung des Hochskalierens in der Präzisionsfermentation
Hochskalieren in der Präzisionsfermentation ist eine komplexe Aufgabe, die den Übergang von kleinen Laborexperimenten zu großmaßstäblichen industriellen Prozessen beinhaltet. Es geht dabei nicht nur darum, die Größe der Ausrüstung zu erhöhen; es geht darum, sicherzustellen, dass der Prozess auch in größerem Maßstab effizient, effektiv und vorhersehbar bleibt. Hier liegt die Herausforderung: Wie kann man sicherstellen, dass der hochskalierte Prozess die Präzision und Effizienz seines kleineren Gegenstücks widerspiegelt?
Die Nutzung von CFD beim Hochskalieren
Die Computational Fluid Dynamics (CFD) spielt eine entscheidende Rolle bei der Bewältigung dieser Herausforderung. CFD ist ein leistungsstarkes Werkzeug, das eine detaillierte Simulation von Strömungsverläufen ermöglicht, was bei Fermentationsprozessen wesentlich ist. Durch CFD kann man die Erhaltungsgleichungen für Masse, Impuls und Enthalpie modellieren, neben Faktoren wie Turbulenz, Viskosität, Masse- und Wärmeübertragung und Phaseninteraktionen. Aber die Frage bleibt: Wie nutzt man CFD effektiv, um das Hochskalieren in der Präzisionsfermentation zu erleichtern?
Schritte im CFD-unterstützten Hochskalieren:
- Verstehen des Prozesses: Der erste Schritt beinhaltet ein gründliches Verständnis des Fermentationsprozesses im Labormaßstab. Dies umfasst das Kennen der Schlüsselvariablen und wie sie innerhalb des Systems interagieren.
- Entwicklung des Modells: Mit CFD wird ein detailliertes Modell des Fermentationsprozesses entwickelt. Dieses Modell basiert auf dem Labormaßstab, ist aber auf größere Maßstäbe anpassbar.
- Simulation des Hochskalierens: Das Modell wird dann verwendet, um den Hochskalierungsprozess zu simulieren. Diese Simulation umfasst Anpassungen an der Größe der Reaktoren und den Betriebsbedingungen, um eine industrielle Einrichtung widerzuspiegeln.
- Analyse der Ergebnisse: Das CFD-Modell liefert detaillierte Einblicke, wie sich die Prozessvariablen beim Hochskalieren verhalten werden. Dies umfasst das Verständnis von Veränderungen in Temperatur, Konzentrationsgradienten, Scherraten und anderen kritischen Faktoren
- Optimierung: Basierend auf den Simulationsergebnissen kann der Prozess angepasst und optimiert werden. Dieser Schritt ist entscheidend, um sicherzustellen, dass der hochskalierte Prozess genauso effizient und effektiv ist wie die kleinere Version.
- Vorhersagefähigkeit: Ein Schlüsselvorteil der Nutzung von CFD beim Hochskalieren ist seine Vorhersagefähigkeit. Sie ermöglicht die Identifizierung potenzieller Probleme, bevor sie im tatsächlichen industriellen Aufbau auftreten, und spart Zeit und Ressourcen.
Fazit
CFD ist ein unschätzbares Werkzeug im Hochskalierungsprozess der Präzisionsfermentation. Es ermöglicht detaillierte Simulationen, die vorhersagen können, wie sich ein Prozess in größerem Maßstab verhalten wird, und ermöglicht es, Optimierungen und Anpassungen im Voraus vorzunehmen. Dieser Ansatz stellt sicher, dass die Effizienz und Präzision von Prozessen im kleinen Maßstab beim Übergang zu einem industriellen Maßstab beibehalten werden, ein entscheidender Aspekt für den Erfolg in der Biotechnologie.