Βιοχημική Μηχανική
Θεωρία: 2 ώρες/εβδομάδα | Εργαστήρια: 3 ώρες/εβδομάδα | Μονάδες ECTS: 4
Περιεχόμενο – Σκοπός του μαθήματος
Το αντικείμενο της Βιοχημικής Μηχανικής περιλαμβάνει τις βασικές βιοχημικές διεργασίες που χρησιμοποιούνται σε βιομηχανική κλίμακα για την παραγωγή καυσίμων, χημικών προϊόντων, φαρμακευτικών προϊόντων, προϊόντων διατροφής και προϊόντων της διαγνωστικής ιατρικής. Έμφαση δίνεται στην ανάλυση, το σχεδιασμό, τον έλεγχο και τη βελτιστοποίηση βιοδιεργασιών.
Στόχος του μαθήματος είναι η κατανόηση των βασικών χαρακτηριστικών της επιστήμης της μηχανικής που σχετίζονται με τις βιοδιεργασίες.
Αναλυτικό Περίγραμμα του Μαθήματος
- ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗ ΒΙΟΧΗΜΙΚΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ. Στάδια ανάπτυξης των βιοδιεργασιών. Βασικοί παράγοντες που επηρεάζουν την εξέλιξη των βιοδιεργασιών. Ανάλυση ενός γενικού διαγράμματος ροής των βιοχημικών διεργασιών στη βιομηχανία.
- ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΤΩΝ ΙΣΟΖΥΓΙΩΝ ΜΑΖΑΣ ΣΤΙΣ ΒΙΟΔΙΕΡΓΑΣΙΕΣ. Βασικές αρχές θερμοδυναμικής. Υπολογισμοί κατά την εφαρμογή του ισοζυγίου μάζας. Στοιχειομετρία μικροβιακής ανάπτυξης και παραγωγής προϊόντος. Παραδείγματα.
- ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΤΩΝ ΙΣΟΖΥΓΙΩΝ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΣΤΙΣ ΒΙΟΔΙΕΡΓΑΣΙΕΣ. Βασικές έννοιες στην ενέργεια. Υπολογισμοί κατά την εφαρμογή του ισοζυγίου ενέργειας. Ισοζύγια ενέργειας για συστήματα, στα οποία δεν περιλαμβάνεται αντίδραση. Ισοζύγιο ενέργειας για καλλιέργειες κυττάρων. Παραδείγματα.
- ΡΕΟΛΟΓΙΑ. Κατηγοριοποίηση ρευστών. Ιξώδες. Μεταφορά ορμής. Νευτώνεια και μη Νευτώνεια ρευστά. Ρεολογικά χαρακτηριστικά του πολφού ζύμωσης. Παράγοντες που επηρεάζουν το ιξώδες του πολφού ζύμωσης. Τυρβώδης ροή.
- ΒΑΣΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ ΤΗΣ ΑΝΑΜΕΙΞΗΣ. Εξοπλισμός Ανάμειξης. Είδη αναδευτήρων. Μηχανισμοί ανάμειξης. Βελτίωση της ανάμειξης στο βιοαντιδραστήρα. Επίδραση των ρεολογικών χαρακτηριστικών του πολφού στην ανάμειξη. Ο ρόλος της διατμητικής τάσης.
- ΒΑΣΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ ΤΗΣ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ. Εξοπλισμός μεταφοράς θερμότητας. Μηχανισμοί μεταφοράς θερμότητας. Μεταφορά θερμότητας μεταξύ ρευστών.
- ΒΑΣΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ ΤΗΣ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΜΑΖΑΣ. Ο ρόλος της διάχυσης στις βιοδιεργασίες. Πρόσληψη οξυγόνου σε κυτταρικές καλλιέργειες. Παράγοντες που επηρεάζουν τη μεταφορά οξυγόνου σε βιοαντιδραστήρες.
- ΒΙΟΑΝΤΙΔΡΑΣΤΗΡΕΣ. Ταξινόμηση και είδη. Παράγοντες που επηρεάζουν τη λειτουργία ενός βιοαντιδραστήρα. Σχεδιασμός βιοαντιδραστήρα. Αποστείρωση.
- ΚΥΡΙΕΣ ΜΕΘΟΔΟΙ ΑΠΟΣΤΕΙΡΩΣΗΣ.
Επιπλέον, πραγματοποιείται επίσκεψη σε βιομηχανία παραγωγής βιοχημικών προϊόντων και εκπονείται μελέτη (υπό τη μορφή εργασίας) της συνολικής διεργασίας παραγωγής.
Τρόπος Αξιολόγησης
Η επίδοση στο μάθημα αξιολογείται με τη γραπτή εξέταση στο θεωρητικό μέρος του μαθήματος, τη γραπτή και προφορική παρουσίαση των αποτελεσμάτων των εργαστηριακών ασκήσεων και την επιτυχή ολοκλήρωση προσωπικής εργασίας.
Προτεινόμενα Συγγράμματα
- P.M. Doran, Αρχές Μηχανικές Βιοδιεργασιών, Εκδόσεις Broken Hill, 2019.
- M.L. Shuler and F. Kargi, Μηχανική Βιοδιεργασιών: Βασικές Έννοιες, Πανεπιστημιακές Εκδόσεις Ε.Μ.Π. 2005.
- Γ. Λυμπεράτος και Σ. Παύλου, Εισαγωγή στη Βιοχημική Μηχανική, Εκδόσεις Τζιόλα, 2018.
- Μ. Λιακοπούλου – Κυριακίδου, Βιοτεχνολογία με Στοιχεία Βιοχημικής Μηχανικής, 2η Έκδοση, Εκδόσεις Ζήτη, 2017.
Εκπαιδευτικό Υλικό / E-class
Διδάσκων
