Neue Anforderungen an Wissen und Fähigkeiten Die Einführung dieser speziellen chemischen Reaktoren macht es erforderlich, dass Prozessbedienende, Technikerinnen/Techniker und Ingenieurinnen/Ingenieure eine Reihe von Fachkenntnissen erwerben. Dazu gehören ein Verständnis der Biologie und Mikrobiologie, die Beherrschung aseptischer Techniken zur Gewährleistung der Sterilität, die Vertrautheit mit bioreaktorspezifischen Instrumenten und Steuerungssystemen, die Kenntnis der Grundsätze der Bioverfahrenstechnik und die Fähigkeit zur Analyse und Interpretation von Daten mit Hilfe analytischer Techniken. Höhere Komplexität In Standardreaktoren kommen in der Regel einfachere Steuerungssysteme zum Einsatz, die in erster Linie die Sicherheit und grundlegende Stabilität der chemischen Reaktionen gewährleisten sollen. Im Gegensatz dazu sind die Automatisierungs- und Steuerungssysteme in Bioreaktoren wesentlich anspruchsvoller und auf die besonderen Anforderungen biologischer Prozesse zugeschnitten. Bei diesen Systemen steht die Aufrechterhaltung von Präzision und Stabilität im Vordergrund, wobei der Schwerpunkt auf der Optimierung der Produktivität durch den Einsatz fortschrittlicher Kontrollstrategien und datengesteuerter Entscheidungsfindung liegt. Typische Feldgeräte in Bioreaktoren Verschiedene Sensoren und Messgeräte überwachen wichtige Parameter, um die ordnungsgemäße Funktion des Bioreaktors und die Aufrechterhaltung optimaler Bedingungen für die Bioreaktion sicherzustellen. • Temperatursensoren messen die Temperatur des Kulturmediums und geben Rückmeldung an das Regelungssystem. • pH-Sensoren überwachen kontinuierlich den Säure- bzw. Basengehalt des Kulturmediums, der einen erheblichen Einfluss auf das Zellwachstum und die Produktbildung haben kann. • Gelöst-Sauerstoffsensoren messen die Konzentration des im Kulturmedium gelösten Sauerstoffs, um eine ausreichende Sauerstoffversorgung sicherzustellen. • Drucksensoren stellen sicher, dass der Druckbehälter innerhalb sicherer Druckgrenzen arbeitet und erkennen Druckschwankungen. • Füllstandssensoren überwachen den Flüssigkeitsstand im Bioreaktor, damit das Kulturmedium das gewünschte Volumen beibehält, und verhindern ein Überlaufen oder Austrocknen. • Biomassesensoren messen die Dichte oder Konzentration von Zellen oder Mikroorganismen in der Kultur. • Gassensoren überwachen die Konzentration von Gasen wie Sauerstoff, Kohlendioxid und anderen Gasen im Gasraum oder im Abgas. • Leitfähigkeitssensoren messen die elektrische Leitfähigkeit des Kulturmediums, die mit der Konzentration von Ionen und gelösten Stoffen im Medium in Verbindung gebracht werden kann. • Trübungssensoren messen die Trübung des Kulturmediums, was auf die Zelldichte oder das Vorhandensein von Partikeln hinweisen kann. • Redox-Potential-Sensoren (ORP) messen das Oxidations-Reduktionspotential des Kulturmediums, ein wichtiger Parameter für einige Arten von mikrobiellen Prozessen. • Durchflussmessgeräte messen die Durchflussmenge von Gasen oder Flüssigkeiten, die in den Bioreaktor eintreten oder ihn verlassen. Sie sind wichtig für die Kontrolle der Nährstoffzufuhr und der Abfallbeseitigung. Wesentlicher Input für die Steuerungssysteme Die Daten werden von einem Betriebsdatenerfassungs- und Steuerungssystem (SPS, SCADA, DCS oder einem anderen) erfasst und verarbeitet. Damit können Mitarbeitende Parameter einstellen und anpassen, Echtzeitdaten empfangen und automatisierte Entscheidungen treffen, um optimale Bedingungen aufrechtzuerhalten und Probleme zu beheben, die während des Prozesses auftreten können. Biologisierung Bioreaktoren Die Biologisierung nutzt die Potenziale biologischer Prozesse und Materialien. Da dieser Trend immer mehr an Fahrt gewinnt, werden Bioreaktoren zu wichtigen Grundlagentechnologien in der Prozessindustrie. Sie dienen als unverzichtbare Werkzeuge für die Kultivierung, Kontrolle und Optimierung biologischer Prozesse im kommerziellen und industriellen Maßstab. M32 Prozessautomation I Lernlösungen für die Aus- und Weiterbildung Magazin > Aktuelle Trendthemen
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