Rührtechnik in der Biotechnologie

Im Bereich der Biotechnologie unterstützt EKATO Sie auf vielen Gebieten. Dazu gehören nicht nur Bioprozesse wie Fermentation, Homogenisiserung und Sterilisation sondern auch die Synthese von biobasierten und bioabbaubaren Grundstoffen. EKATO’s Expertise beruht auf jahrzehntelanger Erfahrung mit Fermentationsprozessen, der Planung, Analyse und Durchführung vom Labortest bis zum Scale-up auf industrielle Prozessmengen. Dazu kommen zahlreiche Projekte und Referenzen im Bereich der Herstellung von Zuckern und Zuckerersatzprodukten sowie bei der Synthese von „grünen“ Chemikalien und Polymeren.

Aufgabe der Fermentation ist u. a. die Nutzung von Enzymen, Bakterien, Pilzen oder Hefen zum Aufbau chemischer Verbindungen. Fortschritte in vielen Bereichen der Biotechnologie von neuen Erkenntnissen in der Mikrobiologie über die Funktionsweise von Mikroorganismen, Verbesserungen bei der Sterilisation und der Kultivierung von Zellen bis hin zur gezielten genetischen Manipulation zur Erzeugung von Hochleistungsorganismen haben in letzter Zeit ganz neuartige Anwendungen ermöglicht. Keine Frage, die Optimierung der Rührtechnik hat hierzu entscheidend beigetragen. In modernen Fermentationsprozessen gewinnt man Stoffe wie Enzyme, pharmazeutische Wirkstoffe, Aminosäuren oder Vitamine als Stoffwechselprodukte von Mikroorganismen. Viele dieser Herstellungsprozesse verlaufen am effizientesten in gerührten Fermentern.

Umwelt- und klimaschonende Herstellungsverfahren gewinnen in der Prozessindustrie stark an Bedeutung. Rührreaktoren werden häufig eingesetzt, um biobasierte und bioabbaubare Chemikalien oder Polymere herzustellen. Bei solchen Prozessen liefert der gezielte Einsatz maßgeschneiderter Rührsysteme einen effizienten Stoff- und Wärmeübergang und trägt damit zur Nachhaltigkeit und Umweltfreundlichkeit der Prozesse entscheidend bei.

Die Entwicklung geht bei Fermentern zu steigender Produktivität und maximal möglichen Volumina (Economies of Scale). Wenn Sekundärmetaboliten produziert werden kann es auch zu sehr hohen Viskositäten mit extrem nicht-Newtonschen Eigenschaften kommen.

Hierdurch kommen auf den Fermenter in Kombination mit dem Rührwerk steigende Anforderungen bezüglich der Homogenisierung der Fermentationsbrühe, des Wärmeübergangs und des Dispergierens der eingetragenen Luft zu. Um dem Übertrag des neu entwickelten Prozesses vom Labor in den Produktionsmaßstab zum Erfolg zu verschaffen, bietet EKATO sein umfangreiches Know-how an.

Idealerweise beginnt die Zusammenarbeit bereits im Labor- beziehungsweise Pilotmaßstab. Somit kann EKATO bei der Planung und Analyse der Versuche unterstützen, um die Informationen zu erhalten, die sowohl für einen verfahrenstechnisch als auch geometrisch optimalen Scale-up notwendig sind.

Die Wahl des Rührwerks und der Fermentergeometrie mit den benötigten Wärmetauschern und Stromstörern kann durch numerische Strömungssimulationen (CFD) begleitet werden. Für den sicheren und störungsfreien Betrieb aller Komponenten kann die mechanische Auslegung aller kritischen Einbauten zusätzlich mit einer Finiten Elemente Analyse (FEA) abgesichert werden.

Um Anforderungen zur Sterilität des Fermenters zu erfüllen, bietet EKATO neben Lösungen für verschiedene Einbauten auch spezielle Gleitringdichtungssysteme an.