Kurs-PM

KKR091 KKR091 Bioreaktionsteknik lp2 HT23 (9 hp)

Kursen ges av institutionen för Life Sciences i samarbete med Kemi och kemiteknik

 

Kontaktuppgifter

Examinator: Carl Johan Franzén (Calle, franzen@chalmers.se, Tel: 7723805)

Föreläsare:  Calle Franzén, Claes Niklasson (claesn@chalmers.se, 7723027)

Räknestugor: Calle Franzén

Labhandledare: Fabio Caputo (fabioca@chalmers.se), Elin Blick (elinbli@chalmers.se)

Simuleringshandledare: Calle, Fritjof Havemeister (frihav@chalmers.se)

 

Kursens syfte

Kursen i bioreaktionsteknik syftar till att studenterna ska erhålla grundläggande kunskaper i kemisk och bioteknisk process- och reaktionsteknik, särskilt hur reaktorutformning och blandningsförhållanden påverkar kemiska och biologiska reaktioner. Kursen syftar vidare till att möjliggöra kvantitativ analys och optimering av reagerande system som är grundförutsättningar för hållbart och miljövänligt nyttjande av naturresurser. 

 

Schema

TimeEdit

Detaljerat schema inklusive laborationer

Kurslitteratur

Kompendie ”Cultivation Technology” Gen Larsson (STORE), Kap 1-3 översiktligt, kap 4-9 intensivt.  

Föreläsningar/Räkneövningar - Utdelat material (Canvas)

Övningskompendier i Bioreaktionsteknik (Canvas)

 

Kursens upplägg

Innehåll

• kemiska och biotekniska reaktorer
• dynamiska och stationära material- och energibalanser i ideala tank- och tubreaktorer
• mikrobiell odlingsteknik
• matematisk modellering (mikro- o makroskopisk)
• tillväxt- och produktbildningskinetik
• optimering
• masstransport
• biotekniska mätmetoder
• industriella processer
• icke-ideala reaktorer
• uppehållstidsfördelningar

Organisation

Kursen består av föreläsningar, räkneövningar, inlämningsuppgifter, simuleringsuppgifter och en laboration. Den laborativa delen behandlar aerob och anaerob satsvis odling av jästceller. I kursen ingår beräkningsuppgifter samt modellering och simulering av biotekniska processer, delvis med hjälp av Matlab.

 

Förändringar sedan förra kurstillfället

• Ny examinator.
• Nytt format på kurs-PM och schema för ökad tydlighet och översiktlighet.
• Schemat för laborationerna är uppdaterat så det blir minst en veckas uppehåll mellan labben i Molekylär bioteknik och labben i Bioreaktionsteknik.
• Räknestugor införs. Calle kommer att vara på plats 9-10.

 

Lärandemål

Efter slutförd kurs ska studenten kunna

• beräkna stökiometri, reaktionskinetik, omsättning och utbyten i kemiska och biotekniska reaktorer
• uppskatta olika faktorers inverkan på mass- och värmetransport och redogöra för de teoretiska grunderna till dessa
• utföra optimeringsuppgifter avseende reaktordimensionering, "mode of operation", temperatur, flödeshastigheter och recirkulering
• simulera celltillväxt, substratförbrukning och produktbildning i satsvisa, semi-satsvisa och kontinuerliga reaktorer genom matematisk modellering på såväl mikroskopisk (reaktions- och cellmetabolism-) som makroskopisk (reaktor-) nivå
• reflektera över hur material- och energibalanser samt optimering av reaktorer och reaktorsystem påverkar användandet av resurser som vatten, råvaror och energi
• planera och utföra experiment i bioreaktorer med god laborativ praxis. Kritiskt granska experimentella resultat och slutsatser

 

Examination

Examination sker genom Laborationer och en skriftlig tentamen. Studentens förmåga att beräkna viktiga variabler utgående från uppmätta eller givna data testas i båda dessa former. 

Slutbetyget grundas helt på resultatet vid den skriftliga tentamen, Tentamen har förlängd till (5 timmar). Den innehåller framförallt beräkningsuppgifter men också en mindre andel beskrivande frågor. Tentamen är på 60 poäng med gränserna 30 p för betyg 3, 39 p för betyg 4 och 48 p för betyg 5.

Laborationen innehåller dels en praktisk laboration och dels flera inlämningsuppgifter. Syftet med dessa kursmoment är att ge studenten möjlighet att öva på många av kursens centrala begrepp och metoder på flera olika sätt.

I den praktiska laborationen genomför studenter en satsvis odling av jästen Saccharomyces cerevisiae i en 2-liters bioreaktor, i grupper om tre studenter. Från de genomförda mätningarna ska specifik tillväxthastighet, utbyten av biomassa och produkter, substratförbruknings- och produktbildningshastigheter beräknas samt kol- och redoxbalanser genomföras. Resultaten ska redogöras för i en skriftlig laborationsrapport.

De tre inlämningsuppgifterna behandlar stationära och dynamiska materialbalanser, kol- och reduktionsgradsbalanser, stökiometri, utbytesfaktorer, reaktions- och tillväxtkinetik och syretransport. I simuleringsuppgiften sammanförs dessa begrepp genom att studenterna får simulera kemiska och mikrobiella reaktioner i idealt omrörda tankreaktorer i Matlab.

Fler detaljerade instruktioner ges under kursens gång.

För slutbetyg på kursen krävs dels godkänt på tentamen (betyg 3, 4 eller 5) samt godkänt på laborationen inklusive inlämningsuppgifterna labrapport, stationära materialbalanser, masstransport och simuleringsuppgift. 

Länk till kursplanen i Studieportalen Studieplan