8/16/2019 Computer Aided Bioprocess Engineering

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U N I V E R S I T Y C O L L E G E L O N D O N

E X A M I N A T I O N F O R I N T E R N A L S T U D E N

M O D U L E C O D E: B E N G 3 0 0 9

A S S E S S M E N T: B E N G 3 0 0 9 AP A T T E R N

M O D U L E N A M E: C o m p u t e r A i d e d B i o p r o c e s s E n g i n e

D A T E : 0 9 - M a y - 1 1

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A n s w e r A L L F O U R Q U E S T I O N S . M a r k s f o r e a c h q u es h o w n i n [ J .

1 .

2 .

T h e d e s i r e d t e m p e r a t u r e f o r a l a r g e f e r m e n t e r i s 3 0c o n t r o l l e d t o w i t h i n ± 1 ° C . T h e t r a n s f e r f u n c t i o n t e m p e r a t u r e c h a r a c t e r i s t i c i s

G s )1

3 0 s + 1

I t t a k e s m o r e t h a n 9 0 m i n u t e s t o i n c r e a s e t h e t e m p e r a3 0 ° C f o r t h e o p e n s y s t e m i . e . , w h e n t h e f e e d b a c k l o o pn o t a p p l i e d ) .

D e s i g n a c o n t r o l s y s t e m w i t h a p r o p o r t i o n a l c o n t r o l l

s e t t l i n g t i m e a n d t o s p e c i f y t h e c o n t r o l l e r c o n s t a n t K p st i m e i s l e s s t h a n 1 5 m i n u t e s .

A b i o t e c h c o m p a n y h a s t w o p r o d u c t i o n p r o c e s s e s , o na n d d r u g B . T h e b a t c h t i m e f o r d r u g A a n d d r u g B ar e s p e c t i v e l y . T h e g a p s b e t w e e n t w o c o n s e c u t i v e b a t cd r u g A a n d 4 d a y s f o r d r u g B . T h e r e l a t i o n s h i p b e t w e

d b h b f i f l l

[ 3 0 ]

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3 .T h e d e v e l o p m e n t t e a m i n y o u r c o m p a n y w a n t s t o u s e at o i d e n t i f y t h e o p t i m a l o p e r a t i n g c o n d i t i o n s f o r a h o mw i t h s u b s e q u e n t s o l i d s r e m o v a l b y c e n t r i f u g a t i o n . P aw r i t e M A T L A B f u n c t i o n s t o h e l p s i m u l a t e t h e e f f e cc o n d i t i o n s .

a ) W r i t e a f u n c t i o n f o r c a l c u l a t i n g t h e l e v e l o f p r o t e i n r e l

p r e s s u r e , P , a n d t h e n u m b e r o f p a s s e s N . [ 1 0 ]

b ) W r i t e a f u n c t i o n f o r t h e g r a d e e f f i c i e n c y c u r v e T ( d )c e n t r i f u g e a t a g i v e n f l o w r a t e , Q . [ 1 0 ]

c ) W r i t e a p r o g r a m t o s i m u l a t e t h e i m p a c t o f P a n d N up r o t e i n r e l e a s e , R , w h e r e N i s f r o m 1 t o 8 a n d P i s f r ob a r . T h e o u t p u t o f y o u r p r o g r a m s h o u l d a l s o i n c l u d e g r

t h r e e c u r v e s o f t h e p r o t e i n r e l e a s e v s . t h e n u mP = 3 0 0 b a r , 4 0 0 b a r a n d 5 0 0 b a r . [ 1 0 ]

B a c k g r o u n d i n f o r m a t i o n :

1 ) P r o t e i n r e l e a s e m o d e l :

1

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4 . A r e c o m b i n a n t p r o t e i n p r o d u c t i o n p r o c e s s f r o m a n E cm o d e l l e d i n B i o S o l v e . T h e c o m p a r i s o n t o o l h a s b e e nt h e c h o i c e o f u s i n g e i t h e r s t a i n l e s s s t e e l v e s s e l s o r s i n d i s p o s a b l e s ) f o r t h e b i o r e a c t o r s a n d t a n k s . T h e r e s u l t si n t h e f o l l o w i n g t a b l e . D i s c u s s t h e m a i n d i f f e r e n c e s bp r o c e s s r o u t e s a n d t h e m a i n r e a s o n s f o r t h e d i f f e r e n c e st h e s e t w o s c e n a r i o s . [ 1 0 ]

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OO

C o m p a r i s o n A n a l y s i sT r a d i t i o n a lS i n g l e - U s e

P r o c e s s D e f in i t i o n M i c r o b T y p i c a lM i c r o b T y p i c a lS i z i n g B a s i s G r a m G r a mE x p r e s s i o n ( # p a r t i c l e s o r g / L )2 . 0 E + 0 0 2 . 0 E + 0 0T a r g e t C a p a c i t y U t i l i s a t i o n9 0 % 9 0 %P r o d u c t i o n B l o r e a c t o r W o r k i n g V o l u m e1 0 0 0 L 1 0 0 0 LT o t a l N u m b e r o f P r o d u c t i o n B i o r e a c t o r s3 3P r o d u c t i o n / S e e d T r a i n S p l i t2 2N u m b e r o f B i o r e a c t o r s B a t c h1 1

S o l u t i o n P r e p a r a t i o nM e d i a M a k e - u p B a s i s p e r u n i t o pp e r u n i t o pB u f f e r M a k e - u p B a s i s p e r u n i t o pp e r u n i t o pM a k e u p C o n c e n t r a t e d B u f f e r sN o N o

S i n g l e - U s e S y s t e m sB l o r e a c t o r s ( u p t o 2 0 0 0 L ) N o Y e s

f r t l M e d i a P r e p a r a t i o n ( u p t o 2 0 0 0 L )N o Y e st m B u f f e r P r e p a r a t i o n ( u p t o 2 0 0 0 L )N o Y e s

T y p e o f B u f f e r P r e p S y s t e mL i n e r L i n e rL h M e d i a a n d B u f f e r H o l d ( u p t o 3 0 0 0 L )N o Y e s0r 0 i n t e r m e d i a t e P r o d u c t H o l d ( u p t o 2 0 0 0 L ;N o Y e s

i t U s e S t a i n l e s s S t e e l a b o v e T h r e s h o l dT h r e s h o l d V o l u m e N o3 0 0 0Y e s

3 0 0 0t M e m b r a n e A d s o r b e r f o r F l o w t h r o u g hN o N oL I S i z e o f M A C a p s u l e 1 0 1 0

C o m p a r i s o n T r a d i t i o n a l S i n g le - U s e % C h a n g eA n n u a l C o G ( U S $ ) 5 3 , 2 7 2 , 6 6 34 0 , 3 8 9 , 4 5 5- 2 4 %

C a p i t a l 1 2 , 6 4 6 , 8 7 03 , 8 3 7 , 6 0 9- 7 0 %M a t e r ia l s 9 , 3 6 3 , 0 4 8 8 , 6 1 7 , 0 7 5- 8 %C o n s u m a b l e s 3 , 9 9 6 , 9 7 61 4 , 9 9 3 , 4 5 42 7 5 %L a b o u r 2 3 , 1 0 9 , 4 4 9 1 1 , 8 9 4 , 9 0 8- 4 9 %O t h e r 4 , 1 5 6 , 3 2 01 , 0 4 6 , 4 0 9- 7 5 %

O t h e r m e t r i c sW a t e r u s a g e ( m 3 p e r b a t c h )5 1 . 3 4 4 . 5 3 - 9 1 %P la s t i c s w a s t e ( k g p e r b a t c h ) 3 1 3 61 4 6 . 8 0 3 6 8 %

T o t a l I n s t a ll e d C a p i t a l ( U S $ M ) 6 0 . 3 91 8 . 3 2 - 7 0 %B a t c h e s p e r y e a r 4 2 3 4 2 30 %T h r o u g h p u t ( k g o r d o s e s p e r y e a r )1 9 6 4 4 1 9 6 4 4 0 %

C o G ( U S $ ) T r a d i t i o n a l

G O N

1 2 8 89 5 34 . 0 7

2 3 5 3I 4 2 3

6 4 . 3 84 7 6 62 0 3 5

1 1 7 . 6 42 1 1 6

2 9 , 8 9 82 2 , 1 3 59 , 4 4 9

5 4 , 6 3 29 , 8 2 6

1 2 , 6 4 6 , 8 7 09 , 3 6 3 , 0 4 83 , 9 9 6 , 9 7 6

2 3 , 1 0 9 , 4 4 94 , 1 5 6 , 3 2 0

2 4 %1 8 %

8 %4 3 %

8 %

W 3 4 i 1 *C o n s u m a b l e sL a b o u rF , c ) W iT O T A L 5 4 2 4 2 7 1 1 9 1 2 5 , 9 4 05 3 , 2 7 2 , 6 6 3 1 0 0 %

C o G ( U S $ ) S i n g l e - U s e

3 . 9 1 1 9 5 4 9 , 0 7 2 3 , 8 3 7 , 6 0 9 1 0 %U ' 1 0 # 8 7 7 4 3 8 7 2 0 , 3 7 1 8 , 6 1 7 , 0 7 5 2 1 %C o n s u m a b l e s1 5 2 6 7 6 3 2 3 5 , 4 4 61 4 , 9 9 3 , 4 5 4 3 7 %L a b o u r 1 2 1 1 6 0 5 5 2 8 , 1 2 0 1 1 , 8 9 4 , 9 0 82 9 %0 0 0 g r 1 . 0 7 5 3 3 2 , 4 7 4 1 , 0 4 6 , 4 0 93 %T O T A L 4 1 1 2 2 0 5 . 6 0 9 5 , 4 8 34 0 , 3 8 9 , 4 5 5 1 0 0 %

V e s s e l sB a g s 0

W a t e r U s a g e p e r B a t c h T r a d i t i o n a lW a s t e p e r B a t c h ' T r a d i t i o n a

2 9 4 8 . 4

W a t e r U s a g e r e r B a t c h . S i n

2 9 i 6e - U s e

V e s s e l & B a g U s a g e P e r B a t c h T r a d i t i o n a lI v d G G i a r g k i mr i f le

G t h a n a3 1 . 4

W a s t e e r B a t c h : S i n g l e - U s e° a

1 4 6 . 8

2 20

1 20

S i r h m a t d l , , F 3 f it t l l o r d i S ) 0 11 2 90 0

V e s s e l & B a g U s a g e P e r B a t c h S i n g l e - U s eL a r 0 , 0 4 t 1 P i s t *; k t i a l l : , ( N i U l i A t o . , 1 6 3

V e s s e l s 0 0 0B a g s 2 2 1 2

1 a k c e t 401 2

09