Phototrophe Biofilme bieten ein enormes Produktionspotential. Insbesondere im Zusammenhang mit einer oberflächenassoziierten Kultivierung terrestrischer Cyanobakterien als Biofilme wird eine Vielzahl noch unbekannter antimikrobiell wirkender Substanzen vermutet. Um dieses Potenzial auszuschöpfen, ist die Weiterentwicklung der Produktionstechnologie essenziell. In der vorliegenden Arbeit wurde, durch die Verwendung von Füllkörpern als Aufwuchskörper, ein Ansatz zur Erhöhung der volumenbezogenen Kultivierungsoberfläche für die phototrophe Kultivierung untersucht, um die Effizienz emerser Produktionssysteme zu erhöhen. Anhand verschiedener Füllkörper wurden essenzielle Füllkörpereigenschaften für die phototrophe Kultivierung, insbesondere die Lichtverteilung, Aerosolversorgung und Biofilmansiedlung, untersucht. Ausgehend von den gewonnenen Erkenntnissen wurden Anforderungen an geeignete Füllkörper definiert, die Eignung existenter Füllkörper beurteilt und ein Füllkörper zur Entwicklung eines aerosolgesteuerten Kultivierungssystems ausgewählt. Beruhend auf den Eigenschaften des ausgewählten Füllkörpers und den Anforderungen an den emersen Produktionsprozess, wurde ein für die Verwendung von Füllkörpern konzipierter Schüttgutbioreaktor im Labormaßstab entwickelt und optimiert. Hierzu wurde ein erster Prototyp des Bioreaktorsystems konstruiert und mit Hilfe additiver Fertigungsverfahren hergestellt, sowie das Prozesskonzept durch Untersuchungen validiert. Basierend auf dem ersten Prototyp wurde iterativ ein optimiertes Bioreaktorsystem für die aerosolgesteuerte Produktion von phototrophen Biofilmen auf Füllkörpern entwickelt, welches den Ausgangspunkt für ein Up-Scaling darstellt.
Aktualisiert: 2023-04-20
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Die Phasenverteilung im Querschnitt einer Kolonne stellt eine Schlüsselkomponente zu einem besseren Verständnis der Auslegung gepackter Kolonnen dar. Zwar sind die einzelnen physikalischen Phänomene in einer Absorptionskolonne hinreichend bekannt, um die Überlagerung und das Zusammenspiel zu verstehen und zu berück-sichtigen, muss jedoch die Kenntnis der Phasenverteilung vorliegen. Die vorliegende Arbeit bestätigt die sinnvolle Anwendung von sogenannten Zwei-Kolonnen-Modellen sowie für die gängigen Auslegungsstrategien für gepackte Kolonnen zur Beschreibung der Trennwirksamkeit unter Berücksichtigung der Phasenverteilung im Querschnitt. Hierzu muss die Ausprägung der Phasenverteilung jedoch bekannt sein, wobei dies zumeist nur für den sogenannten Gleichgewichtsfall zutrifft, welcher den Zustand der Verteilung beschreibt, der sich nach einer gewissen Lauflänge der Phasen konstant einstellt. Bis zum Gleichgewichtszustand treten Einlaufeffekte auf. Es wird gezeigt, dass die Modellstruktur des Zwei-Kolonnen-Modells auch mit diversen Erweiterungen nicht in der Lage ist, diesen Effekt abbilden zu können.
Daher wird ein strukturell neuartiges Zellenmodell entwickelt, dessen Vorteile in einer Unterscheidung zwischen Wand- und Kernbereich, der Berücksichtigung lokaler Strömungsbedingungen, einem lokalen Betriebsverhalten und dimensionsunabhängigen Anpassungsparametern liegen. Die Ergebnisse des Modells zeigen Vorteile in der Beschreibung der Verteilung über die axiale Kolonnenhöhe, des Wandbereiches und in der Extrapolation im Kolonnendurchmesser sowie der Kolonnenhöhe.
Zur experimentellen Charakterisierung von Einbauten wird die Gittersensormesstechnik für den Einsatz in gepackten Kolonnen mit flüssigdisperser Phase angewendet und validiert.
Aktualisiert: 2021-03-11
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Aktualisiert: 2021-07-26
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Aktualisiert: 2023-03-14
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Aktualisiert: 2023-04-08
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Aktualisiert: 2023-04-08
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