Kurs-PM

KKR092 KKR091 Bioreaktionsteknik lp2 HT24 (9 hp)

Kursen ges av institutionen för Life Sciences

 

Kontaktuppgifter

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

Räknestugor: Calle Franzén

Labhandledare: Vijay Raghavendran (vvijay@chalmers.se), Elin Blick (elinbli@chalmers.se), Alex Leman (alex.leman@chalmers.se) 

Simuleringshandledare: Calle, Michael Martindale (micmarti@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

Föreläsningar/Räkneövningar - Utdelat material (Canvas)

Övningskompendier i Bioreaktionsteknik (Canvas)

Följande texter kan användas som stöd och breddning:

• Kompendie ”Cultivation Technology” Gen Larsson (STORE), Kap 1-3 översiktligt, kap 4-9 intensivt.
• Chapters 3 and 4 in: Stephanopoulos, Aristidou and Nielsen (1998), Metabolic engineering. Principles and methodologies. Academic Press. (Available as E-book via the Chalmers library)
• Nielsen J, Villadsen J, Lidén G (2003) Bioreaction Engineering Principles (3^rd edition), Springer (available as E-book) (or other editions)

• Madigan MT, Martinko JM, Stahl DA, Clark DP (2012) Brock biology of microorganisms (13^th edition). Pearson Education (or other editions)

• Matthews, Appling, Anthony-Cahill, van Holde (2013) Biochemistry (4^th edition). Pearson education (or other editions)

 

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

• Nytt föreläsnings- och övningsupplägg, omfattande omflyttningar av materialet.
• Enklare upplägg av laborationen, mindre omfattande labrapport. Det är fortfarande en krävande lab och beräkningar.
• Eventuellt omorganiserat övningshäfte.
• Ny momentindelning, separata högskolepoäng ges för laborationen (1.5 hp) och för inlämningsuppgifter (inkl simuleringsrapport) (1.5 hp).
• Calle Franzén ger alla föreläsningar.

 

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.

I den praktiska laborationen genomför studenter en satsvis odling av jästen Saccharomyces cerevisiae i en 2-liters bioreaktor, i grupper om ca 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 redovisas i en enkel rapport.

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.

Syftet med dessa kursmoment är att ge studenten möjlighet att öva på många av kursens centrala begrepp och metoder på flera olika sätt. Fler detaljerade instruktioner ges under kursens gång.

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

Länk till kursplanen i Studieportalen Studieplan