Verfahrenstechnik

M.Sc.

Philipp Waldherr

Wissenschaftlicher Mitarbeiter

p.waldherr@tu-berlin.de

+49 30 314 70771

Raum MAR 2.051 / ACK 190a
Adresse Marchstr. 23
10587 Berlin

Experimentelle und CFD-numerische Untersuchungen zur mechanischen Beanspruchung filamentös wachsender Mikroorganismen in Rührkesseln

Motivation

Filamentös wachsende Mikroorganismen werden industriell bereits vielfältig eingesetzt, um Produkte beispielsweise für die Lebensmittel-, Pharma- oder Konsumgüterindustrie (Zitronensäure, Antibiotika, Enzyme für Waschmittel) herzustellen. Durch die hohe Komplexität biotechnologischer Prozesse besteht weiterhin großes Potential die Produktausbeute und Verfahrenseffizienz zu steigern.

Kultivierungen werden meist im Rührkessel durchgeführt. Eine wichtige Einflussgröße ist die mechanische Belastung durch den Rührer, da die Mikroorganismen durch Scher- und Dehnkräfte geschädigt werden können. Ziele der Arbeit sind u.a. Rührer hinsichtlich ihrer Scherbeanspruchung zu charakterisieren und scherarme Rührer zu entwickeln.

CFD-numerische Arbeiten

Bisherige Untersuchungen legen nahe, dass die Scherbeanspruchung eines Rührers eine Kombination aus der maximalen Belastung und der Häufigkeit des Erfahrens hoher Be­lastungen ist. Die Beurteilung dieser Beanspru­chungshistorie erfolgt numerisch anhand von Partikelbahnen masseloser Parcels nach der Particle-Tracking-Methode. Die von einem Parcel durchlaufenen lokalen Scherraten können dabei aufgenommen werden (vgl. Abb. 1a). Die Darstellung der Verweilzeit bei bestimmter Scherrate über dem dazugehörigen Scherratenwert (Abb. 1b) zeigt eine deutlich höhere Scherbeanspruchung durch den Wellenbandrührer im Vergleich zum Scheiben­rührer.

Experimentelle Arbeiten

Exemplarisch werden die Untersuchungen am filamentös wachsenden Pilz Aspergillus niger durchgeführt, dessen Wachstumsform (Morphologie) gezielt eingestellt werden kann. Ob kugelförmige Pellets oder myzeliges Wachstum (vgl. Abb. 2) vorliegt, wird durch die Osmolalität des Kultivierungsmediums eingestellt. Untersucht wird der Einfluss der mechanischen Belastung auf die Produktivität der Mikroorganismen.

Publikationen

2022

Waldherr, P.; Bliatsiou, C.; Panckow, R.; Böhm, L.; Kraume, M.
Characterizing particulate systems towards the analysis of hydrodynamic stress in stirred-tank (bio)reactors
Chemie Ingenieur Technik, 94 (9) :1336
2022

2020

Bliatsiou, C.; Schrinner, K.; Waldherr, P.; Tesche, S.; Böhm, L.; Kraume, M.; Krull, R.
Rheological characteristics of filamentous cultivation broths and suitable model fluids
Biochemical Engineering Journal, 163 :107746
2020

2019

Jurtz, N.; Waldherr, P.; Kraume, M.
Numerical Analysis of the Impact of Particle Friction on Bed Voidage in Fixed-Beds
Chemie Ingenieur Technik, 91 (9) :1260-1266
2019