BioTech Automation

Automatizácia bioreaktorov na riasy, baktérie a kvasinky – od výučby až po výrobu

Bioprocesy sú pre priemysel čoraz dôležitejšie, pretože predstavujú udržateľné alternatívy konvenčných výrobných procesov a umožňujú výrobu nových produktov. S BioTech Automation Festo predstavuje prehľad už dostupných komponentov a riešení založených na vybraných kultivačných procesoch, ktoré sú zastúpené v dvoch bioreaktoroch: riasovom reaktore na príklade Chlorella vulgaris a nerezovom reaktore na kultiváciu mikroorganizmov ako E. coli. Ďalej je zobrazený modulárny koncept učenia, učiaci sa reaktor. Pomocou bioprocesu sa vyučuje obsah o elektrotechnike, mechanike, informatike a biologických procesoch a vzniká nový pracovný profil: biomechatronický inžinier.

Optimalizované podmienky pre pestovanie mikrogranizmov

Aby mikroorganizmy ako baktérie, riasy a kvasinky mohli ideálne rásť a dosiahnuť vysokú biomasu, musia byť v reaktore vytvorené podmienky prostredia presne prispôsobené ich potrebám. To si vyžaduje meranie, zaznamenávanie a reguláciu mnohých premenných.

Okrem teploty a hodnoty pH zohráva ústrednú úlohu prísun živín a presné plynovanie vzduchu, kyslíka a iných plynov. Na tento účel poskytuje Festo komponenty a riešenia z oblasti manipulácie s plynom, manipulácie s kvapalinami a riadiacej techniky, ako aj riešenia vrátane rozvádzačov pripravených na inštaláciu.

BioTech Automation: Bioreaktor

Bioreaktor
Zvýraznite produkty a ich funkciu

Tu ukazujeme bioreaktor z nehrdzavejúcej ocele, ktorý sa často používa v priemyselnej biotechnológii.

Manipulácia s plynom: presné riadenie prietoku

Na meranie plynov sa používajú regulátory hmotnostného prietoku VEMD. Okrem vzduchu vzniká aj dusík a CO2 a najmä sa používa kyslík.

Manipulácia s kvapalinou: presné dávkovanie cez pretlak

Na meranie kvapalného média v reaktore sa používa proces pretlaku nad kvapalinou cez proporcionálny tlakový regulačný ventil VEAB. Ventil sa používa na aplikovanie predbežného tlaku na nádobu s médiom. Nadmerný tlak spôsobuje, že médium vstupuje do reaktora.

Elektromagnetický ventil VYKA s oddeleným médiom riadi s vysokou presnosťou aj tie najmenšie množstvá a je vhodný aj pre agresívne látky, ako sú zásady, kyseliny a iné chemikálie.

Na reguláciu teploty reaktora sa používa guľový ventil VZBD v súlade s FDA, ktorý sa nastavuje pomocou otočného pohonu DFPD a polohovadla CMSX.

Control: automatické ovládanie všetkých parametrov

Riadenie CPX-E riadi komponenty v reaktore a tým automaticky reguluje hodnotu pH, teplotu a ďalšie faktory ovplyvňujúce rast mikroorganizmov. Napojenie na riadiaci systém je možné pomocou štandardu MTP.

Na prevádzkovej obrazovke CDPX sa zobrazí príslušný prístrojový panel na ovládanie bioreaktora prostredníctvom dotykovej obrazovky.

Viac o integrovaných produktoch

BioTech Automation: Reaktor na riasy

Reaktor na riasy:
Zvýraznite produkty a ich funkciu

Fotosyntéza je centrálna metabolická dráha pre rast rias. To produkuje CO2 premenený na cukor a uvoľnený kyslík.

Gas Handling: dva koncepty pre plynovanie

Aplikácia ukazuje dva spôsoby riadeného plynovania: Na jednej strane sa používa regulátor hmotnostného prietoku VEMD pre vzduch a CO2 do reaktora sa privádza presne správne množstvo.

Na druhej strane je plynovanie riadené regulátorom tlaku VEAA v spojení so snímačom prietoku SFAH. Toto meria skutočné množstvo CO2 a vzduch.

Manipulácia s kvapalinami: technológia ventilov bezpečná pre potraviny

Pneumaticky poháňaný škrtiaci ventil VZQA bezpečný pre potraviny sa používa na plnenie a vyprázdňovanie reaktora alebo na odber vzoriek.

Control: Používa sa nový produkt

Tieto ventily sú ovládané novým ventilovým ostrovčekom VTUX. CPX-E zabezpečuje riadenie a reguláciu komponentov v reaktore a tým automaticky reguluje hodnotu pH, teplotu, plynovanie a svetlo.

Viac o integrovaných produktoch

Vždy správne riešenie

Okrem jednotlivých komponentov ponúka Festo aj na mieru šité systémové riešenia pre bioreaktory. Prispôsobené automatizačné riešenia sa vyvíjajú z vybraných komponentov, napríklad vo forme kompletných ovládacích skríň. Okrem toho je možné vytvoriť softvér špecifický pre zákazníka od riadenia až po cloud. Bezproblémová integrácia systémov a možnosť analýzy dát v reálnom čase zaisťujú efektívne a transparentné riadenie procesov.

Biologizácia ako oblasť učenia

Festo plní nové výzvy v oblasti biologizácie nielen z technického hľadiska, ale ako líder na trhu v oblasti odborného vzdelávania a ďalšieho vzdelávania dbá aj na kvalifikáciu požadovanú v budúcnosti.

V oblasti vlastného odborného vzdelávania preto Festo spolu s regiónom IHK Stuttgart spustilo doplnkovú kvalifikáciu „Ochrana klímy a trvalo udržateľný rozvoj“. Zameriava sa na mnohé tréningové povolania. Špeciálne pre priemyselno-technických a obchodných stážistov bude modul „Automatizácia biologickej transformácie“.

Festo pokryje časti tohto vo svojom školiacom stredisku a začne s vlastnými školiteľmi. Festo tiež vyvíja modulárny vzdelávací koncept pre začínajúcich biomechatronických inžinierov, ktorý možno použiť na odovzdávanie vedomostí, najmä technických základov.

Konkrétne plány existujú aj vo vysokoškolskom vzdelávaní. V súčasnosti navrhujeme nový kurz biomechatroniky s Univerzitou v Reutlingene, v ktorom sa biologický a technický obsah spája so zameraním na bunku, najmenšiu továreň na svete. Využiť by sa tu mal aj nový učiaci sa reaktor.

Výukový reaktor: Modulárny systém pre biomechatronických inžinierov

Okrem vývoja nových profesionálnych profilov Festo navrhlo modulárny vzdelávací koncept pre začínajúcich biomechatronických inžinierov, ktorý možno použiť na odovzdávanie vedomostí, najmä technických základov. Systém pozostáva z výukového softvéru a rôzneho výukového hardvéru, ktorý je umiestnený v modulárnom nosnom systéme.

Biomechatronický učiaci sa reaktor

Učebný softvér: Učebný softvér je prototyp založený na osvedčenej vzdelávacej platforme Festo LX, ktorá sprostredkúva obsah hravou formou a pripravuje študentov na úlohy.

Učebný hardvér: Doplnkový hardvér pozostáva z bioreaktora na kultiváciu kvasiniek a aplikácie na odber vzoriek. Súčasťou systému sú aj dva produkty od Festo Didactic: riadiaca skriňa SkillsConveyor, ktorá je už k dispozícii, a elektroenergetický vzdelávací systém, ktorý bude prvýkrát predstavený na veľtrhu Hannover Messe.

Nosný systém: Výukový systém pozostáva z piatich modulov a je možné ho ľubovoľne dopĺňať a kombinovať s ďalšími modulmi. Šikmý tvar integrovaných prvkov umožňuje ergonomické učenie.