-
TRANSFERENCIA DE MASA,
MOMENTO Y CALOR EN
FERMENTACIONES
-
AIREACION
DEMANDA DE OXIGENO EN UN CULTIVO
Requerimiento de oxgeno a cierta velocidad
Na= uX/ Yo2
Ecuacin estequiometrica podermos establecer
el rendimiento de oxgeno en la clula
Valores de Na= 1,6 a 3,2 g O2/L.h
-
Transferencia de Oxigeno
Na= Kl (C*-C)
Kla(C*-C)= uX/Yo2
MEDICION DEL Kla
Adecuada operacin de un fermentador es necesario conocer el Kla.
Diferentes mtodos de medicin.
-
Mtodo dinmico de
Humphrey
Electrodo de oxgeno disuelto.
Durante la fermentacin se corta el suministro de
aire y se registra la disminucin de oxgeno disuelto.
Se mide concentracin crtica de oxgeno
CL= C*- 1/Kla ( uX/Yo2+ Na).
Graficando esta ecuacin y al obtener la pendiente=
1/Kla
-
Condiciones de Operacin
A medida que aumenta la temperatura disminuye la transferencia
de oxgeno y por lo tanto la solubilidad.
Mayor tiempo de residencia de las burbujas de oxgeno.
Eficiencia de absorcin con la finalidad de calcular la cantidad
de aire necesario.3-30%
Tasa de aireacin en VVM (volumen de aire por volumen de lquido
por minuto.
F/V= Na.22,4.T/ (1000. o,21. E.. 273.60)
-
Agitacin
Obtener buen mezclado
Valores altos de Velocidad de transferencia de
Oxigeno
Mantenimiento de condiciones isotermas de
fermentacin.
Agitador mecnico con uno, dos o tres rotores.
-
Tipos de agitadores
Turbina Rushton
Impulsor
MIG/INTERMING
La turbina es la ms comn y consta de varias paletas sujetas a un
eje central
Dimetro vara entre 30-50% del dimetro del tanque y va entre 4 y
6 paletas
-
Caracterizacin de la
agitacin Re= Di 2 N/
Fr= N2 Di/g
Po y Nmer de flujo Flg= Qg/NDi^3
Flujo de gas y flujo volumtrico en el reactor.
Cuando existe slidos es importante una buena suspensin debe
estar espacio libre entre el agitador y la parte superior de la
base del recipiente, se logra cuando esta es del dimetro del
recipiente.
Concentraciones muy altas de slidos >30% la potencia
requerida es independiente del flujo de gas.
-
Agitadores de paletas son sensibles a la tasa de
aeracin a relaciones Di/T= 0,33.
Conducen a suspensiones pobres.
Tasa de 0,4-0,5 las inestabilidades desaparecen
y la eficacia es buena.
-
Potencia de agitacin sin
aireacin
-
Se puede calcular la potencia de agitacin,
conociendo la densidad y la viscosidad del caldo y el
dimetro del rotor y la velocidad de agitacin (200-
1000 rpm), (50-300rpm) en los industriales
-
Potencia de agitacin con
aireacin Baja la potencia en 40-60%.
Se utiliza la turbina Rushton, como rotor
estndar para las fermentaciones aerobias
Se puede calcular la potencia en funcin del
nmero de aireacin y la ecuacin de Michel y
Miller
Pg= K(P^2.N.D^3/F^0,56)^0,45
K= 1 para volmenes mayores a 1000 litros para
valores menores=0,72
-
Transferencia de calor
La temperatura se puede controlar removiendo
calor por medio de circulacin de agua
q= UAT
T usualmente es pequea a menos que se use agua refrigerada donde
UA debe ser grande
-
TIPOS DE
CONFIGURACIONES DEL
REACTOR
CONTINUAMENTE SE DESARROLLAN NUEVOS
BIORREACTORES PARA APLICACIONES
ESPECIFICAS Y NUEVAS FORMAS DE
BIOCATALIZADORES.
-
COLUMNAS DE BURBUJAS
REACTORES SIN AGITACION MECANICA
PROCESO QUE REQUIERE MENOS ENERGIA.
PRODUCCION DE LEVEDURA, VINAGRE, TRATAMIENTO DE AGUAS
RESIDUALES.
H/D= 2/1 HASTA 6/1, DIFUSOR DE AIRE COMPRIMIDO.
PLACAS HORIZONTALES. EVITA LA COALESCENCIA.
SON DE BAJO COSTOS
SE TRABAJA A FLUJO CAOTICO
-
UL= 0,9(gDUg)^0,33
Tm= 11(H/D)(gUgD^-2)^-0,33
Medios no viscosos en flujos heterogneos.
Kla= 0,32Ug^0,7
-
Reactor de tiro o corriente
de aire Se utilizan para cultivos de clulas animales y
vegetales y catalizadores inmovilizados
Existe separacin fsica para los flujos.
Parte de recirculacin de lquido
(DOWNCOMER)
-
Lechos empaquetados
Utiliza biocatalizadores inmovilizados.
Tubo vertical relleno con catalizador.
Catalizadores inmovilizados
Caudales elevados con recirculacin
Lecho por goteo, en forma de spray
-
Lechos fluidizados
Tratamiento de residuos con arena o material
Lquido se hace fluir hacia arriba
Expansin de movimiento ascendente de las
partculas.
-
Lecho de goteo
Lquido rociado en forma de spray
