Politechnika
Warszawska

Katalog
ECTS

Nazwa przedmiotu:

Inżynieria bioreaktorów

Koordynator przedmiotu:

dr hab. inż. Magdalena Jasińska, profesor uczelni

Status przedmiotu:

Obowiązkowy

Poziom kształcenia:

Studia II stopnia

Program:

Inzynieria Chemiczna i Procesowa

Grupa przedmiotów:

obowiązkowe

Kod przedmiotu:

1070-ICBIN-MSP-102

Semestr nominalny:

1 / rok ak. 2022/2023

Liczba punktów ECTS:

4

Liczba godzin pracy studenta związanych z osiągnięciem efektów uczenia się:

1. Godziny kontaktowe z nauczycielem akademickim wynikające z planu studiów 60 2. Godziny kontaktowe z nauczycielem akademickim w ramach konsultacji, egzaminów, sprawdzianów etc. 6 3. Godziny pracy samodzielnej studenta w ramach przygotowania do zajęć oraz opracowania sprawozdań, projektów, prezentacji, raportów, prac domowych etc. 29 4. Godziny pracy samodzielnej studenta w ramach przygotowania do egzaminu, sprawdzianu, zaliczenia etc. 20 Sumaryczny nakład pracy studenta 115

Liczba punktów ECTS na zajęciach wymagających bezpośredniego udziału nauczycieli akademickich:

-

Język prowadzenia zajęć:

polski

Liczba punktów ECTS, którą student uzyskuje w ramach zajęć o charakterze praktycznym:

-

Formy zajęć i ich wymiar w semestrze:

• Wykład30h
• Ćwiczenia0h
• Laboratorium0h
• Projekt30h
• Lekcje komputerowe0h

Wymagania wstępne:

Brak wymagań wstępnych. Studenci mogą rejestrować dźwięk podczas zajęć bez prawa rozpowszechniania nagrań. Przedmiot jest realizowany w formie wykładu (30 h) i projektów (30 h). Ocena z przedmiotu jest oceną zintegrowaną.

Limit liczby studentów:

-

Cel przedmiotu:

1. Celem wykładu jest przedstawienie ilościowego opisu procesów zachodzących w bioreaktorach w oparciu o kinetykę wzrostu mikroorganizmów, kinetykę reakcji biochemicznych i hydrodynamikę reaktora. 2. Zdobycie umiejętności oceny stabilności pracy bioreaktorów. 3. Przedstawienie zasad powiększania skali bioreaktorów.

Treści kształcenia:

Wykład 1. Omówienie oddziaływań pomiędzy fazą biologiczną a środowiskiem zewnętrznym. 2. Przedstawienie charakterystyki populacji komórek. Omówienie zagadnień: wieloskładnikowość, heterogeniczność, kontrola wewnętrzna, możliwość adaptacji i efekty stochastyczne. 3. Przedstawienie modeli wzrostu komórek (modele strukturalne, modele segregowane). 4. Przedstawienie ilościowego opisu procesów zachodzących w bioreaktorach idealnych (bioreaktor przepływowy z idealnym mieszaniem, bioreaktor o działaniu półokresowym, bioreaktor z idealnym przepływem tłokowym, bioreaktor z recyrkulacją biomasy, układy bioreaktorów). 5. Omówienie dynamiki bioreaktora przepływowego. 6. Dynamika wzrostu kultur mieszanych (typy oddziaływań, własności dynamiczne). 7. Omówienie problemu występowania naprężeń ścinających w biotechnologii. 8. Charakterystyki pracy bioreaktorów różnego typu (zbiornik z mieszadłem, kolumna barbotażowa, podnośnik powietrza, kolumna z wypełnieniem). 9. Omówienie zasad wyboru bioreaktora i zagadnień powiększania skali. 10. Omówienie katalizy enzymatycznej i kinetyki enzymów unieruchomionych Ćwiczenia projektowe: 1. Wyznaczanie przepływu maksymalizującego produkcję biomasy w bioreaktorze przepływowym z idealnym mieszaniem. 2. Określanie objętości dodatkowego bioreaktora, którego obecność maksymalizuje produkcję biomasy. Modelowanie reaktora z recyrkulacją. 3. Określanie zmienności stężeń pożywki i biomasy w reaktorze bez recyrkulacji pracującym w stanie nieustalonym. 4. Wyznaczanie częstości obrotów mieszadła w fermentorze przemysłowym pozwalającej na uzyskanie wielkości objętościowego współczynnika transportu tlenu, takiego samego jak w przypadku reaktora laboratoryjnego. 5. Dobór bioreaktora z idealnym mieszaniem lub z przepływem tłokowym, w celu osiągnięcie założonego stopnia przemiany dla enzymatycznej reakcji izomeryzacji.

Metody oceny:

1. egzamin pisemny 2. egzamin ustny 3. praca domowa 4. dyskusja 5. seminarium

Egzamin:

tak

Literatura:

1. J. Bałdyga, M. Henczka, W. Podgórska, Obliczenia w Inżynierii Bioreaktorów, OWPW, 1996. lub wydanie 2, 2012. 2. J.E. Bailey, D.F. Ollis, Biochemical Engineering Fundamentals, 2nd ed., Mc Graw-Hill, 1986. 3. W.W. Kafarow, A.J. Winarow, L.S. Gordiejew, Modelowanie Reaktorów Biochemicznych, WNT, 1983. 4. T.K. Ghose, Bioprocess Computations in Biotechnology, Ellis Horwood Ltd, 1990. 5. A.H. Scragg, Bioreactors in Biotechnology. A practical approach, Ellis Horwood Ltd, 1991. 6. H.J. Rehm, G. Reed, Biotechnology Vol.4. Measuring, Modelling and Control, VCH, 1991. 7. M.L. Shuler, F. Kargi, Bioprocess Engineering: Basic Concepts, Prentice Hall, 1992. 8. K. vant Riet, J. Tramper, Basic Bioreactor Design, Marcel Dekker, 1991. 9. S. Aiba, A.E. Humphrey, N.F. Millis, Inżynieria Biochemiczna, WNT, 1977.

Witryna www przedmiotu:

brak

Uwagi:

Wykład: Przedmiot jest realizowany w formie wykładu (15 wykładów po 2 godziny). Obecność na wykładzie nie jest obowiązkowa. Weryfikacja osiągnięć efektów uczenia się jest dokonywana na podstawie wyniku egzaminu pisemnego, którego terminy wyznaczane są w sesjach egzaminacyjnych: letniej i jesiennej. W letniej sesji egzaminacyjnej wyznaczane są dwa terminy, w sesji jesiennej – 1 termin. Warunkiem przystąpienia do egzaminu jest zaliczenie projektów. Egzamin pisemny trwa 1 h 45 min. Do rozwiązania są trzy problemy – każdy oceniany w skali od 0 do 10 punktów, co pozwala uzyskać maksymalnie 30 punktów. Aby zdać egzamin należy uzyskać co najmniej 15,5 punktów. Stosowana skala ocen z egzaminu pisemnego: <15,5 – 18,5) 3,0 <18,5 – 21,5) 3,5 <21,5 – 24,5) 4,0 <24,5 - 27,5) 4,5 <27,5 – 30,0> 5,0 Egzamin odbędzie się zdalnie przez platformę Microsoft Teams. Ćwiczenia projektowe: Studenci wykonują dwa projekty. Każdy projekt wydawany jest na tzw. wykładzie wprowadzającym do projektu. Na wykonanie projektu student ma dwa tygodnie. Za każdy projekt student może uzyskać maksymalnie 10 punktów: 3 punkty z wykonania projektu (przy czym za każdy nieusprawiedliwiony dzień opóźnienia w oddaniu projektu odejmowany jest 1 punkt – łącznie odejmowane jest jednak nie więcej niż 3 punkty) i 7 punktów z obrony projektu. Obrona projektu polega na rozwiązaniu problemu związanego tematycznie z projektem oraz odpowiedzi na pytania dotyczące sposobu wykonania projektu i pytania sprawdzające znajomość teorii. W trakcie obrony można korzystać z klasycznego kalkulatora. W przypadku nieprzystąpienia do obrony projektu w wyznaczonym terminie (z powodu choroby lub wypadku losowego) można będzie się umówić na nowy termin obrony po okazaniu zwolnienia lekarskiego lub zaświadczenia o powodzie nieobecności. Zaliczenia projektów będą odbywały się zdalnie przez platformę Microsoft Teams. Skala ocen z projektów: <10,5 – 12,5) 3,0 <12,5 – 14,5) 3,5 <14,5 – 16,5) 4,0 <16,5 - 18,5) 4,5 <18,5 – 20,0> 5,0 Warunkiem zaliczenia przedmiotu jest uzyskanie pozytywnych ocen z egzaminu i z projektów. Ocena zintegrowana obliczana jest na podstawie punków uzyskanych z projektów (maksymalnie 20 punktów) i z egzaminu pisemnego (maksymalnie 30 punktów). Maksymalnie można uzyskać 50 punktów, a minimalna liczba punktów zaliczająca cały przedmiot (przy spełnieniu warunku zaliczenia obu części) to 26 punktów. Stosowana skala ocen: <26,0 – 31,0) 3,0 <31,0 – 36,0) 3,5 <36,0 – 41,0) 4,0 <41,0 – 46,0) 4,5 <46,0 – 50,0> 5,0 W przypadku nieuzyskania zaliczenia przedmiotu konieczne jest jego powtórzenie w kolejnym cyklu realizacji zajęć, przy czym jeśli zostały zaliczone projekty, to powtórzeniu podlega jedynie część wykładowa (egzamin pisemny).

Efekty uczenia się

Profil ogólnoakademicki - wiedza

Charakterystyka W1

Ma wiedzę niezbędną do sporządzania bilansów masy i składnika w bioreaktorach, powiększania skali bioreaktorów, określania stabilności bioreaktorów.
Weryfikacja: egzamin pisemny, egzamin ustny, praca domowa, dyskusja, seminarium
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K2_W04
Powiązane charakterystyki obszarowe: P7U_W, I.P7S_WG.o, III.P7S_WG

Profil ogólnoakademicki - umiejętności

Charakterystyka U1

Potrafi modelować przebieg procesów chemicznych i biochemicznych w reaktorach i bioreaktorach.
Weryfikacja: egzamin pisemny, egzamin ustny, praca domowa, dyskusja, seminarium
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K2_U07
Powiązane charakterystyki obszarowe: P7U_U, I.P7S_UW.o, III.P7S_UW.o

Charakterystyka U2

Potrafi nadzorować przebieg procesów przemysłowych z udziałem mikroorganizmów.
Weryfikacja: egzamin pisemny, egzamin ustny, praca domowa, dyskusja , seminarium
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K2_U05
Powiązane charakterystyki obszarowe: P7U_U, I.P7S_UW.o, III.P7S_UW.o

Profil ogólnoakademicki - kompetencje społeczne

Charakterystyka KS1

Potrafi myśleć i działać samodzielnie.
Weryfikacja: egzamin pisemny, egzamin ustny, praca domowa, dyskusja, seminarium
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K2_K03
Powiązane charakterystyki obszarowe: I.P6S_KO, P6U_K