Από το Εργαστήριο στη Βιομηχανία: Θέματα Κλιμάκωσης

Μαθησιακά Αποτελέσματα

Γνώσεις και Κατανόηση

Μετά την επιτυχή ολοκλήρωση του μαθήματος, οι φοιτητές θα είναι σε θέση να:

• Εξηγήσουν τις θεμελιώδεις αρχές που διέπουν την κλιμάκωση των βιοδιεργασιών από εργαστηριακή σε βιομηχανική κλίμακα.
• Περιγράψουν βασικές παραμέτρους μηχανικής, συμπεριλαμβανομένης της μεταφοράς μάζας, της μεταφοράς θερμότητας, της ανάμειξης και της μεταφοράς οξυγόνου σε βιοαντιδραστήρες.
• Αναλύσουν την επίδραση της κλίμακας στην απόδοση του βιολογικού συστήματος, συμπεριλαμβανομένης της μικροβιακής φυσιολογίας και παραγωγικότητας.
• Αξιολογήσουν τον σχεδιασμό του βιοαντιδραστήρα, τις στρατηγικές λειτουργίας και τα συστήματα ελέγχου διεργασιών που χρησιμοποιούνται στη βιομηχανική βιοπαραγωγή.
• Κατανοήσουν τις τεχνικές επεξεργασίας κατάντη και την ενσωμάτωσή τους σε συστήματα παραγωγής μεγάλης κλίμακας.

 Δεξιότητες

Οι φοιτητές θα είναι σε θέση να:

• Εφαρμόσουν κριτήρια κλιμάκωσης και αρχές μηχανικής για τον σχεδιασμό και τη βελτιστοποίηση των βιοδιεργασιών.
• Αναλύσουν και αντιμετωπίσουν προβλήματα που σχετίζονται με την ανάμειξη, τον περιορισμό οξυγόνου και την ετερογένεια των διεργασιών σε μεγάλη κλίμακα.
• Σχεδιασμός στρατηγικών για την παρακολούθηση, τον έλεγχο και τον αυτοματισμό διεργασιών σε βιομηχανικούς βιοαντιδραστήρες.
• Αξιολόγηση επιλογών κατάντη επεξεργασίας για αποτελεσματική ανάκτηση και καθαρισμό προϊόντων.
• Αξιολόγηση της τεχνοοικονομικής σκοπιμότητας και της απόδοσης των κλιμακούμενων βιοδιεργασιών.

Ικανότητες

Οι φοιτητές θα είναι σε θέση να:

• Αξιολογούν κριτικά στρατηγικές κλιμάκωσης και βιομηχανικές μελέτες περιπτώσεων.
• Λαμβάνουν τεκμηριωμένες αποφάσεις κατά την αντιμετώπιση προκλήσεων που σχετίζονται με την ανθεκτικότητα, την αναπαραγωγιμότητα και τη μεταβλητότητα των διεργασιών.
• Ενσωματώνουν κανονιστικές απαιτήσεις, διασφάλιση ποιότητας και ορθές πρακτικές παραγωγής στον σχεδιασμό διεργασιών.
• Συνεργάζονται αποτελεσματικά με διεπιστημονικές ομάδες για τη μετατροπή της εργαστηριακής έρευνας σε βιομηχανικές εφαρμογές.

Περιεχόμενο Μαθήματος

• Εισαγωγή στην κλιμάκωση βιοδιεργασιών – Διαφορές μεταξύ εργαστηριακής, πιλοτικής και βιομηχανικής κλίμακας. βασικές προκλήσεις στη μετατροπή των εργαστηριακών αποτελεσμάτων σε βιομηχανικές διεργασίες.
• Σχεδιασμός και Διαμόρφωση Βιοαντιδραστήρων – Τύποι βιοαντιδραστήρων που χρησιμοποιούνται στη βιομηχανική βιοτεχνολογία και τα λειτουργικά τους χαρακτηριστικά.
• Μεταφορά Μάζας και Μεταφορά Οξυγόνου σε Βιοαντιδραστήρες – Φαινόμενα μεταφοράς αερίου-υγρού, περιορισμός οξυγόνου και στρατηγικές για τη βελτιστοποίηση της παροχής οξυγόνου.
• Ανάμειξη, Υδροδυναμική και Φαινόμενα Διάτμησης – Δυναμική ρευστών σε βιοαντιδραστήρες και η επίδρασή τους στην απόδοση των μικροβιακών και κυτταροκαλλιεργειών.
• Μεταφορά Θερμότητας και Έλεγχος Θερμοκρασίας Διεργασίας – Θερμική διαχείριση σε βιοαντιδραστήρες μεγάλης κλίμακας και επιπτώσεις στα βιολογικά συστήματα.
• Κριτήρια Κλιμάκωσης και Παράμετροι Μηχανικής – Προσεγγίσεις για κλιμάκωση, συμπεριλαμβανομένης της σταθερής εισόδου ισχύος, του σταθερού συντελεστή μεταφοράς οξυγόνου και της γεωμετρικής ομοιότητας.
• Στρατηγικές Παρακολούθησης και Ελέγχου Διεργασιών – Αισθητήρες, αυτοματισμός και ψηφιακά εργαλεία για τον έλεγχο βιολογικών διεργασιών μεγάλης κλίμακας.
• Κατάντη Επεξεργασία σε Βιομηχανική Κλίμακα – Στρατηγικές διαχωρισμού, καθαρισμού και ανάκτησης προϊόντων για παραγωγή μεγάλης κλίμακας.
• Ανθεκτικότητα Διεργασίας, Αναπαραγωγιμότητα και Κανονιστικές Ζητήσεις – Έλεγχος ποιότητας, κανονιστικά πλαίσια και ορθές πρακτικές παραγωγής στη βιομηχανική βιοτεχνολογία.
• Τεχνοοικονομικές Σκέψεις στην Κλιμάκωση – Ανάλυση κόστους, μετρήσεις παραγωγικότητας και οικονομική σκοπιμότητα βιομηχανικών βιοδιεργασιών.
• Βιομηχανικές Μελέτες Περιπτώσεων: Από την Ανακάλυψη στην Εμπορευματοποίηση – Παραδείγματα επιτυχημένης μετατροπής εργαστηριακών ανακαλύψεων σε βιομηχανικές βιοδιεργασίες.

Συνιστώμενη Βιβλιογραφία

• Shuler ML, Kargi F (2017) Bioprocess engineering: basic concepts. 3rd ed. Prentice Hall, Upper Saddle River.
• Nielsen J, Keasling JD (2016) Engineering cellular metabolism. Cell 164:1185–1197.
• Doran PM (2013) Bioprocess engineering principles. 2nd ed. Academic Press, London.
• Villadsen J, Nielsen J, Lidén G (2011) Bioreaction engineering principles. 3rd ed. Springer, New York.