BioTech Automation Automatisierung von Bioreaktoren für Algen, Bakterien und Hefen
BioTech Automation Bioreaktoren für Algen, Bakterien und Hefen von der Lehre bis zur Produktion Bioprozesse werden immer wichtiger für die Industrie, da sie nachhaltige Alternativen zu herkömmlich hergestellten Produkten bieten. Mit einer Vielzahl an Komponenten und Lösungen aus unserem Produktportfolio können industrielle Bioprozesse langfristig effizient betrieben werden. Zudem engagieren wir uns in der Biologisierung als Lernfeld. Damit Mikroorganismen wie Bakterien, Algen und Hefen ideal wachsen und um eine hohe Biomasse zu erreichen, müssen im Reaktor exakt auf ihre Bedürfnisse zugeschnittene Umgebungsbedingungen hergestellt werden. Dies erfordert das Messen, Erfassen und Regeln von vielen Größen. Neben der Temperatur und dem pH-Wert spielen die Nährstoffversorgung sowie eine exakte Begasung von Luft, Sauerstoff sowie weiteren Gasen eine zentrale Rolle. Den neuen Herausforderungen im Bereich Biologisierung begegnet Festo nicht nur von technischer Seite. Als Marktführer in der technischen Bildung haben wir auch die künftig notwendigen Qualifikationen im Blick. Neben der Entwicklung von neuen Berufsprofilen hat Festo ein modulares Lernkonzept für angehende Biomechatroniker entworfen, das für die Wissensvermittlung vor allem technischer Grundlagen genutzt werden kann. Hierfür stellt Festo Komponenten und Lösungen aus den Bereichen Gas Handling, Liquid Handling und der Steuerungstechnik (Control) zur Verfügung sowie Lösungen bis zum einbaufertigen Schaltschrank. Zusätzlich bieten wir kundenspezifische Software von der Steuerung bis zur Cloud an. Durch die nahtlose Integration der Systeme und die Möglichkeit der Datenanalyse in Echtzeit gelingt eine effiziente und transparente Prozesssteuerung. Hier zeigen wir einen Edelstahlbioreaktor, wie er in der industriellen Biotechnologie häufig eingesetzt wird. Gas Handling: präzise Durchflussregelung Zur Dosierung der Gase werden die Massendurchflussregler VEMD verwendet. Neben Luft werden auch Stickstoff, CO2 und insbesondere Sauerstoff eingesetzt. Liquid Handling: exakte Dosierung durch Überdruck Zur Dosierung der flüssigen Medien im Reaktor wird über das Proportional-Druckregelventil VEAB das PressureOver-Liquid-Verfahren angewendet. Das mediengetrennte Magnetventil VYKA kontrolliert selbst kleinste Mengen hochpräzise und eignet sich auch für aggressive Stoffe wie Laugen, Säuren und andere Chemikalien. Zur Temperierung des Reaktors wird das FDA-konforme Kugelhahnventil VZBD eingesetzt, das vom Schwenkantrieb DFPD und dem Positioner CMSX eingestellt wird. Control: automatisierte Regelung aller Parameter Die Steuerung CPX-E steuert die Komponenten im Reaktor und regelt damit automatisiert pH-Wert, Temperatur und weitere Einflussfaktoren für das Wachstum der Mikroorganismen. Eine Anbindung an ein Leitsystem mittels MTP-Standard ist möglich. Bioreaktor: Highlight-Produkte und ihre Funktion Algenreaktor: Highlight-Produkte und ihre Funktion Das System besteht aus einer Lernsoftware und verschiedener Lernhardware, die in einem modularen Trägersystem untergebracht sind. Lernsoftware: Prototyp auf Basis der bewährten Lernplattform Festo LX, der die Inhalte spielerisch vermittelt und die Lernenden auf die Aufgaben vorbereitet. Lernhardware: Neben dem Bioreaktor zur Kultivierung von Hefen und Funktionen zur Probenentnahme sind im System auch zwei Produkte von Festo Didactic verbaut: der Schaltschrank des bereits erhältlichen SkillsConveyor und das Lernsystem Electeo, das erstmals auf der Hannover Messe vorgestellt wird. Trägersystem: Das System besteht aus fünf Modulen und lässt sich beliebig ergänzen und mit weiteren Modulen kombinieren. Durch die abgeschrägte Form der integrierten Elemente ist ein ergonomisches Lernen möglich. Mehr zum Lernreaktor und zum neuen Berufsprofil finden Sie unter www.festo.com/biomechatronik Für das Wachsen von Algen ist die Photosynthese ein zentraler Stoffwechselweg. Dabei wird CO2 in Zucker umgewandelt und Sauerstoff freigesetzt. Gas Handling: zwei Konzepte zur Begasung Die Applikation zeigt zwei Wege der kontrollierten Begasung: Einerseits wird mit jeweils einem Massendurchflussregler VEMD für Luft und CO2 genau die richtige Menge in den Reaktor gefördert. Andererseits wird die Begasung mit dem Druckregler VEAA in Verbindung mit dem Durchflusssensor SFAH kontrolliert. Dieser misst die tatsächliche Menge an CO2 und Luft. Liquid Handling: lebensmittelechte Ventiltechnik Das pneumatisch angetriebene lebensmittelechte Quetschventil VZQA wird für das Befüllen und Entleeren des Reaktors oder zur Probenentnahme eingesetzt. Control: Produktneuheit im Einsatz Angesteuert werden diese Ventile mit der neuen Ventilinsel VTUX. Die CPX-E sorgt für die Steuerung und Regelung der Komponenten im Reaktor und regelt damit automatisiert pH-Wert, Temperatur, Begasung und Licht. Lernreaktor: modulares System für Biomechatroniker
Technische Daten Bioreaktor Edelstahlreaktor mit Volumen 15l Integrierte Produkte: – 4 Massendurchflussregler VEMD – 3 Servoantriebsregler CMMT-ST – 2 Schrittmotoren EMMB-ST – 2 Proportional-Druckregelventile VEAB – 2 Mediengetrennte Magnetventile VYKA – 1 Drucksensor SPAW – 1 Magnetventil VZWD – 1 Kugelhahneinheit VZBD, DFPD, CMSX – 1 Wartungsgeräte-Kombination MSB4 – 1 Ventilinsel VTUG-EX – 1 Steuerung CPX-E – 1 Bediendisplay CDPX – 1 Schrägsitzventil VZXA – 1 Schrittmotor EMMT-ST Projektbeteiligte Projektinitiator: Dr. Wilfried Stoll, Geschäftsführender Gesellschafter, Festo Holding GmbH Projektteam: Salvatore Bennardo, Luca Conzelmann, Stefan Dietl, Philipp Eberl, Benjamin Fitz, Dr. Nina Gaißert, Andreas Häckh, Dirk Hochholdinger, Ralf Kapfhamer, Dr. Elias Knubben, Sandra Lichtenberger, Simone Mangold, Werner Müller, Uwe Neuhoff, Jörg Peschel, Gerhard Rosenberger, Anuj Sambhare, Thomas Schulz, Thomas Simader, Matthias Wagner, Xiaojia Yao, Florian Zieker, Dirk Zitzmann, Festo SE & Co. KG Felix Schumacher, Shyft Design, Stuttgart Festo SE & Co. KG Ruiter Straße 82 73734 Esslingen Deutschland Telefon +49 711 347-0 cc@festo.com www.festo.com/bionik de 4/2024 Algenreaktor Photobioreaktor mit Volumen 2×5l Integrierte Produkte: – 4 Rückschlagventile H-QS – 2 Massendurchflussregler VEMD – 2 Durchflusssensoren SFAH – 2 Quetschventile VZQA – 2 Drucksensoren SPAW – 1 Druckregelventil VEAA – 1 Druckregler VRPA – 1 Magnetventil MH2 – 1 Drossel-Rückschlagventil GR-QS – 1 Wartungsgeräte-Kombination MSB4 – 1 Ventilinsel VTUX – 1 Steuerung CPX-E – 1 Bediendisplay CDPX Lernreaktor: Biomechatroniker Bioreaktor mit Volumen 2l Integrierte Produkte: – 4 Medienventile VYKA – 1 Wartungseinheit MSB4 – 1 Druckregler LRP – 1 Steuerung CPX-E – 1 Remote-IO-System CPX-AP-A – 1 Massendurchflussregler VEMD – 1 Proportional-Druckregelventil VEAB – 1 Schaltschrank SkillsConveyor – 1 Lernsystem Electeo Trägersystem: – Modulares Möbelset – Koffersystem: bott Systainer
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