Multiphase Stirred Tank Bioreactors – New Geometrical Concepts and Scale‐up Approaches

From the start of industrial biotechnology, there has been a perception that biological entities are damaged by stirring, so‐called ‘shear damage'. Often, it was the soft option to explain a loss of performance when it was due to other factors, such as bubble ingestion with proteins or on scale‐up, where tip speed increased when it was due to decreased homogeneity, especially in pH. For many years, poor control and the range of analytical tools available made a more in‐depth explanation difficult; and the concepts of ‘high' and ‘low shear' impellers, now largely disproven, increased it. Here, the size of the biological entity is compared to the Kolmogorov microscale of turbulence leading to a reasonably clear picture emerging. The article starts with the author's introduction to the issue approximately 42 year ago with enzymes, conveniently also the smallest entity; and finishes with the largest, filamentous fungi.

Section: Preamblementioning

confidence: 99%

The Impact of Fluid Dynamic Stress in Stirred Bioreactors – The Scale of the Biological Entity: A Personal View

Nienow

2020

“…Derzeitige Forschungsschwerpunkte erzielten erfreuliche Fortschritte beispielsweise bei der Beschreibung des Stofftransports zwischen der Gas-und der Flüssigphase. Exemplarisch seien hier [10][11][12][13] erwähnt. Werden diese neuen Erkenntnisse in Form von Korrelationen beschrieben, wäre eine Anwendung in einem solchen Modell ebenfalls möglich und könnte die Zuverlässigkeit der Beschreibung der Sensitivität des Wechselspiels zwischen Fluiddynamik und Reaktion erhöhen.…”

Section: Wechselwirkung Der Reaktion Und Der Fluiddynamikunclassified

Einfluss der Wechselwirkung von Reaktion und Fluiddynamik auf das Verhalten von Strahlschlaufenreaktoren

Bey

Harbou

2020

Strahlschlaufenreaktoren werden als Apparate für die Umsetzung chemischer bzw. biologischer Reaktionen eingesetzt. Kennzeichen dieser Apparateform ist eine interne Zirkulationsströmung, im Wesentlichen angetrieben durch das Eindüsen von Flüssigkeit. Die Düse kann zudem zum Eintragen und Dispergieren von Gas verwendet werden. Die interne Fluiddynamik und damit das Reaktorverhalten wird signifikant durch den eingetragenen Impuls und durch die interne Gasverteilung bestimmt. Um den wechselseitigen Einfluss einer gasverbrauchenden Reaktion und der internen Fluiddynamik zu beschreiben, wurde ein vereinfachtes Modell, basierend auf einer Impulsstrombilanz und einer Materialbilanz, verwendet. Aus den exemplarischen Rechnungen ergibt sich ein kritischer Bereich für unselektive Reaktionen und für die fluiddynamische Stabilität.

“…Henzler 25, 26 und Böhm et al. 28 der spezifische Leistungseintrag pro Rührervolumen bzw. ‐masse betrachtet

true \frac{P}{m_{normalR}} = \frac{Ne N^{3} d^{5}}{V_{normalR}} ~ \frac{Ne}{N_{normalR} h_{normalP}} w_{normaltip}^{3}

…”

Section: Dispergieren (Flüssig/flüssig)unclassified

“…Daher wurde gemäß dem Vorschlag von Biedermann [24] bzw. Henzler [25,26] und Böhm et al [28] der spezifische Leistungseintrag pro Rührervolumen bzw. -masse betrachtet…”

Section: Entwicklung Eines Empirischen Beanspruchungsmodellsunclassified

Rührtechnologische Forschung zum Suspendieren und Dispergieren

Wollny

Sperling

2020

Im Beitrag geht es um den Einfluss der Rührer auf das Suspendierverhalten schwerer Partikel und den Einzug leichter Partikel von der Fluidoberfläche. Es wird gezeigt, dass für den Einzug leichter Partikel eine Ein-Stromstörer-Variante und ein nach oben fördernder Axialrührer optimal sind. Es wird auch die Problematik des beanspruchungsarmen Rührens vorgestellt und wie folgt zusammengefasst: Jene Rührer/Reaktor-Konfiguration, die für einen bestimmten spezifischen Leistungseintrag die höchste Rührerumfangsgeschwindigkeit benötigt, produziert die höchste hydrodynamische Partikelbeanspruchung.