Diseo bioreactor para la produccion industria del cido ctrico

Facultad de Ingeniera QumicaUniversidad Nacional del Callao

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CALLAOFACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA

DISEO DEL BIORREACTOR PARA LA PRODUCCION INDUSTRIAL DEL ACIDO CITRICO

AUTORES

CALLAO PER2015

RESUMEN

INDICE

I. INTRODUCCION

II. FUNDAMENTO DE DISEO

2.1. Procesos2.2. Equipo critico2.3. Diseo de bioreactores2.4. Cintica de reaccin microbiana

III. PROCEDIMIENTO DE DISEO

3.1. Bases de diseo3.2. Calculo de capacidad3.3. Diseo de detalle 3.4. Datos de construccin3.5. Elaboracin del plano

IV. DISCUSION DE RESULTADOS

V. REFRENCIAS BIBLIOGRAFICAS

DISEO DEL BIORREACTOR PARA LA PRODUCCION INDUSTRIAL DEL ACIDO CITRICOI. Introduccin

La creciente demanda de cido ctrico, debido al aumento de la demanda de alimentos, y el alto valor aadido de ste hacen pensar que la construccin de una planta de produccin de cido ctrico generar grandes beneficios econmicos y sociales, aprovechando adems un residuo industrial de alta produccin como son las melazas de remolacha provenientes de la industria azucarera. El cido ctrico es usado principalmente en la industria de la alimentacin para la elaboracin de bebidas y otros productos, tambin como saborizante y conservante, aunque tiene otras muchas propiedades por las que es utilizado en esta industria. El cido ctrico tambin es utilizado en la industria farmacutica, textil, cosmtica, agrcola y de detergentes.Para poder disear una unidad fermentativa o fermentador y un proceso de fermentacin adecuado, se requiere de entender las necesidades por parte de los microorganismos participante.

II. Fundamento de diseo2.1. ProcesosMicroorganismoEs el trmino que comnmente se utiliza para describir una clula libre. Esta definicin hace que dentro de los microorganismos se encuentren tanto las clulas procariotas como los organismos unicelulares de las eucariotas.Principales tipos de microorganismos BacteriasPresentan tres formas generales: esfrica, bastn y espiral. Las bacterias tienen una capa en alguna medida desorganizada que est compuesta por polisacridos y es conocida como capsula. Tienen tambin una pared rgida y una membrana que encapsula el citoplasma donde ocurren las reacciones. El ncleo contiene los componentes genticos de la clula. La mayora de las clulas pueden moverse y lo hacen con el flagelo. El tamao de la bacteria depende de la etapa de crecimiento en la que se encuentre. Una clula que no ha tenido nutrientes suficientes puede ser tan chica como 0.2 m de dimetro. Sin embargo las bacterias de laboratorio tienen un dimetro que oscila 0.5 y 1.0 m, mientras que las del tipo bastn son de 0.5 x 3 m.

Las bacterias se clasifican en la aerobias (necesitan oxgeno para vivir) y las anaerobias (crecen solo en ausencia de oxigeno).

Algunas bacterias son capaces de formar endoesporas (esporas dentro de la clula). Las bacterias pasan a este estado cuando las condiciones de crecimiento le son muy adversas, es una tcnica de supervivencia. Cuando las condiciones de crecimiento mejoran, vuelven al estado vegetativo. Las esporas son muy resistentes al calor y no son muy fciles de destruir con radiacin o agentes qumicos. HongosLos hongos, que no se pueden mover, pueden utilizar material orgnico e inorgnico para crecer. Entre los hongos ms conocidos cabe mencionar: las levaduras, mohos y hongos comestibles.Respecto a las bacterias los hongos son menos numerosos, crecen a velocidades relativamente ms lentas, y los procesos metablicos que pueden desarrollar son ms restringidos. Suelen ser ms tolerantes a los medios cidos pero ms sensitivos al contenido de humedad.Aspergillus nigerEl Aspergillus niger (van Tieghem, 1867), es un microorganismo del gnero fngico. Microscpicamente las colonias son inicialmente blancas, posteriormente negras y con un reverso amarillo. A nivel microscpico, los conidiforos son hialinos, pigmentados en su parte superior, lisos y de pared gruesa. Como hongo filamentoso, cada filamento crece fundamentalmente en el pice, por extensin de la clula terminal. Cada filamento aislado se llama hifa (septada) que crece formando bolas compactas que colectivamente se llama micelio, que pueden fcilmente ser vistas sin el microscopio. El micelio surge porque las hifas individuales al crecer se entrecruzan dando lugar a espesos aglomerados. A partir del micelio, algunas hifas pueden ir buscando la superficie, originando as micelio areo que a su vez da lugar a esporas llamadas conidios. Los conidios son esporas asexuales, a menudo fuertemente pigmentadas y resistentes a la desecacin, siendo su misin la de dispersar el hongo a nuevos hbitats. Es un microorganismo aerbico, mesfilo, hetertrofo y quimiorganotrofo.

La produccin de cidos orgnicos por el metabolismo de este hongo ha sido bien estudiada. Por ende se ha elegido este microorganismo debido a que puede crecer en medios de cultivo muy baratos, como las melazas de caa o remolacha y lquidos de maceracin de maz o trigo, con una produccin de cido ctrico muy elevada.Otra caracterstica del Aspergillus niger es su crecimiento en forma de esferas de 2 mm de dimetro, la cual se da a partir del quinto da de fermentacin. A parte de ser una efectiva forma de reproduccin, no aumenta la viscosidad del medio, lo cual favorece la agitacin y la aireacin (la forma globular consume menos oxigeno que la filamentosa) adems da muchos menos problemas de crecimiento en paredes o en tuberas y la separacin de biomasa formada por filtracin es ms efectiva.Materias primas necesarias para el proceso Agua: El agua se usa para diluir las melazas de manera que se reduzca la densidad y viscosidad de stas, hacindolas aptas para el cultivo microbiano. El agua usada se debe esterilizar para evitar el crecimiento de otros microorganismos que compitan por el alimento.

Aire: Para la produccin de cido ctrico se utiliza un microorganismo aerobio el cual, mediante su metabolismo, transforma la materia prima en producto. Dentro de las clulas se dar la reaccin que transforma la sacarosa en cido ctrico, esta reaccin requiere oxgeno.

Como fuente de oxgeno, necesario para el metabolismo celular, se usar aire en exceso, que debe ser suministrado por un compresor y conducido hasta los fermentadores. El aire debe ser esterilizado, ya que podra transportar microorganismos que podran alterar el proceso, para ello se usa un sistema de filtros, que adems limpian el aire de polvo y suciedad.

Melazas de remolacha: La melaza es un subproducto de las continuas cristalizaciones de las aguas madres en una planta azucarera, es un lquido oscuro y denso compuesto principalmente por agua y sacarosa. Por cada tonelada de remolacha tratada se producen aproximadamente 240 kilogramos de melaza, por lo que resulta un subproducto de gran proporcin respecto al producto buscado. Adems de un 50% a 55% de sacarosa, las melazas contienen una gran variedad de nutrientes, lo que las hace ideales como medio de cultivo para multitud de microorganismos como el Aspergillus niger. Las melazas se utilizan principalmente para la produccin de bebidas alcohlicas, como medio de cultivo para fermentaciones y como alimento para el ganado. Su composicin vara segn las fuentes, aunque todas aceptan que poseen aproximadamente un 50% de azcares fermentables, en cuanto al agua pueden contener entre un 16% y un 36%, tambin existe un porcentaje de cenizas comprendido entre 8% y 12%.

En el cuadro de composicin de las melazas, las cenizas consisten en una mezcla de xidos metlicos, trazas de metales, cloruros, sulfuros y dixido de carbono.

2.2. Equipo crtico BiorreactorUn biorreactor es un recipiente o sistema que mantiene un ambiente biolgicamente activo. En algunos casos, un biorreactor es un recipiente en el que se lleva a cabo un proceso qumico que involucra organismos o sustancias bioqumicamente activas derivadas de dichos organismos. Este proceso puede ser aerbico o anaerbico. Estos biorreactores son comnmente cilndricos, variando en tamao desde algunos mililitros hasta metros cbicos y son usualmente fabricados de acero inoxidable.En trminos generales, un biorreactor busca mantener ciertas condiciones ambientales propicias (pH, temperatura, concentracin de oxgeno, etc.) al elemento que se cultiva.Clasificacin de los biorreactores Clasificacin operativaTanto biorreactores como fermentadores se clasifican de acuerdo al modo de operacin: discontinuo, semicontinuo y continuo. Esta es una clasificacin operativa y se aplica a cualquier reactor, sea qumico o biolgico (biorreactor). En los reactores biolgicos el modo de operacin define el sistema de cultivo que es el mismo y delimita la clasificacin procesal-productiva del bioproceso (cultivo). Al operar un biorreactor en una determinada categora (discontinua, semicontinua, continua), automticamente queda determinado el modo de cultivo del sistema y se definen los parmetros y las caractersticas operativas y de diseo que intervienen en el proceso productivo del sistema.

Clasificacin BiolgicaLos sistemas biolgicos deben interaccionar con el ambiente externo para poder crecer y desarrollarse; es por eso que los biorreactores se clasifican biolgicamente de acuerdo al metabolismo procesal del sistema de cultivo: anaerbico, facultativo y aerbico. Los bioprocesos de cultivo y las fermentaciones estn basadas en el metabolismo celular del cultivo.El metabolismo define los parmetros y caractersticas operativas-biolgicas de diseo y de operacin del biorreactor.

Estas caractersticas son las que intervienen en la parte biolgica del sistema y tienen que ver con el crecimiento, productividad y rendimiento del cultivo; por lo que, definen la clasificacin biolgica-procesal del sistema de cultivo.

Clasificacin Biolgica-OperativaAmbas clasificaciones; la biolgica y la operativa, son procesalmente interdependientes y en su conjunto afectan el diseo final del biorreactor. Al conjuntarse ambas clasificaciones, se conjuntan tambin la funcin operativa y la biolgica para establecer entre ambas un propsito de utilizacin, el modo de cultivo y el bioproceso. Siendo el propsito de utilizacin, el destino de cultivo del biorreactor; para que tipo de cultivo va a ser utilizado el biorreactor; el modo de cultivo es sinnimo de sistema de cultivo y el bioproceso es en s, todo el proceso.Biorreactores y tipos de cultivoCultivos y fermentacionesHay que entender que el diseo de reactores biolgicos es que contrario a los qumicos, su cintica no est determinada exclusivamente por la velocidad de reaccin y las variables que la determinan. Aunque se puede describir de manera similar a la qumica, la cintica biolgica tambin depende de caractersticas intrnsecas del organismo o cultivo tales con el crecimiento y taza de divisin celular, as como, del tipo de operacin que se lleve a cabo. Por eso, lo primero que se define en el diseo de un bioreactor es el propsito de utilizacin; es decir, que tipo de cultivo se va a utilizar, el modo de operar y/o el proceso de cultivo.Asimismo debemos saber que fermentacin es un proceso biolgico o bioproceso que consiste en la descomposicin de la materia orgnica por microorganismos fermentadores (bacterias y hongos).Por otro lado; un cultivo tambin es un bioproceso. Pero generalmente se asocia a organismos o microorganismos superiores (en orden jerrquico) a las bacterias; los cultivos son casi todos del reino eucariota.Los sistemas biolgicos que determinan el metabolismo celular de cultivo y el modo procesal-biolgico del sistema son: Clulas y microorganismos anaerbicos:Bacterias que en su gran mayora, son microorganismos de metabolismo degradativo (catablico); generalmente unicelulares, estos microorganismos son autnomos y nutricionalmente independiente (auttrofos); sus clulas (cuerpos) no respiran (no utilizan la glucolisis para la respiracin celular), en cambio, utilizan vas alternas, donde una molcula orgnica, producida durante el proceso metablico (catabolismo), es utilizada como aceptor de electrones, en un proceso bioqumico conocido como respiracin oxidativa; esta molcula es reducida a producto orgnico en un proceso comnmente denominado fermentacin.

Clulas y microorganismos facultativos:Son ambivalentes, tienen la capacidad de vivir o sobrevivir entre ambientes: aerbico (presencia de oxigeno) y anaerbico (ausencia de oxigeno); son microorganismos de metabolismo mixto por lo que, pueden tanto degradar (catabolismo) como construir (anabolismo) materia orgnica, a partir de diferentes sustratos (materia prima), tanto orgnicos como inorgnicos. Pese a su versatilidad, sus mayores representantes son microorganismos que presentan relaciones parasitas o simbiontes tales como: hongos y levaduras.

Clulas y microorganismos aerbicosPertenecen en su mayora el Reino Eucariota pero tambin los hay procariotas son microorganismos y clulas que respiran (utilizan la glicolisis como forma de respiracin celular); por lo que su metabolismo es constructivo (anablico) y deben obtener sus nutrientes de diferentes fuentes. Sus principales grupos estn representados por: bacterias y microorganismos aerbicos, plantas y animales; cuyas clulas se pueden cultivar en suspensiones celulares o bien, en diferentes arreglos artificiales o modificadas.

Modo de operacin y sistemas de cultivoEl modo de operacin de un sistema de cultivo, es sinnimo del modo de operar del biorreactor o fermentador. Este no solo influye en el diseo propio del biorreactor, tambin, en el modelo cintico de crecimiento del cultivo y en el proceso de produccin. Existen tres modos de cultivo aunados a tres modos bsicos de operacin:

Discontinuo (Batch): Por lotes o tandas, sin alimentacin (F); se coloca dentro del biorreactor la carga total de cada proceso (tanda o lote) de cultivo o fermentacin y se deja que se lleve a cabo el proceso productivo o la fermentacin por el tiempo que sea necesario; el cual se denomina tiempo de retencin.

Semicontinuo (feed batch): Por lotes alimentados, con alimentacin de entrada (F1); se alimenta una lnea de entrada o alimentacin (F1) para que el sistema de cultivo tenga un producto (biomasa) con mximo de crecimiento (exponencial) y aumente la productividad.

Continuo (continuos): Por quimioestato, se alimenta una lnea de entrada F1 o alimentacin y se drena una lnea de salida F2 o lavado; de manera que los flujos o caudales de ambas lneas sean iguales y la produccin sea continua.

Por lo expuesto anteriormente y considerando la teora de nuestro texto (tesis) base disearemos un biorreactor de modo operativo DISCONTINUO (Batch) y biolgicamente AEROBICO.2.3. Diseo de biorreactoresEl diseo de biorreactores es una tarea de ingeniera bastante compleja. Los microorganismos o clulas son capaces de realizar su funcin con gran eficiencia bajo condiciones ptimas. Las condiciones ambientales de un biorreactor tales como flujo de gases (por ejemplo, oxigeno, nitrgeno, dixido de carbono, etc.), temperatura, pH, oxgeno disuelto y velocidad de agitacin o circulacin, deben ser cuidadosamente monitoreadas y controladas.La misma propagacin celular puede afectar la esterilidad y eficiencia del biorreactor, especialmente en los intercambiadores de calor. Para evitar esto, el biorreactor debe ser fcilmente limpiable y con acabdos lo ms sanitario posible.Fuente: ATKINSON B., 1983 Reactores Bioquimicos. pp: 36-59Componentes bsicos para el diseo de un biorreactor Recipiente esterilizable, resistente a la corrosin, construido con materiales que no sean txicos (acero inoxidable). Entrada/salida de aire o gases. Entrada del medio de cultivo y salida del producto obtenido. Alimentacin del inoculo. Panel de control. Sistemas de agitacin mecnica.Dentro de los ms destacados: Sistema de agitacinTiene la funcin de generar la potencia necesaria para producir una mezcla perfecta para el sistema de cultivo y producir un rgimen de agitacin adecuado que, maximice la difusin de gases en el lquido y minimice la produccin de esfuerzos cortantes y la presin hidrodinmica local y global, para optimizar los fenmenos de transferencia de momentum, calor y masa.

Un sistema de agitacin consta de cuatro partes mecnicas:

Motor impulsor: suministra la potencia al eje de potencia; debe ser de corriente alterna. Eje transmisor de la potencia: barra cilndrica de acero inox. Su longitud depende de la profundidad del contenedor (tanque). Acople del eje transmisor: ajusta y fija al motor, el eje transmisor de potencia. Existen dos tipos: acople-adaptador de tipo taladro y acople ajustador de tipo tornillo-rosca. Puerto de entrada del biorreactor: superficie fsica sobre la cual se instala un dispositivo de entrada o salida del biorreactor, un anclaje o un aparato mecnico o de medicin.

Sistema de aireacinEl sistema de aireacin externamente comprende las lneas de entrada Fi y salida de aire Ff e internamente debe optimizar la transferencia de gases nutrientes (aire) hacia el medio lquido. Un sistema de aireacin consta de cuatro partes mecnicas:

Fuente de aire Tubera y filtros de entrada Boquilla y difusor de aire Tubera y filtros de salida

Y tres partes de control:

Control de flujo de aire Control de presin de aire Control de difusin de oxgeno disuelto

2.4. Cintica de la reaccin microbiana

Ecuacin de MonodVolviendo a la ecuacin de Michaelis-Menten, es claro que se trata de una deduccin mecanicista de la cintica enzimtica. Sin embargo, para la biosntesis de la biomasa bacteriana deben ocurrir numerosas ecuaciones correspondientes a los ciclos metablicos descritos en numerales anteriores, y para deducir la mecnica de la tasa de reaccin total, deberamos escribir todas las ecuaciones, sacar sus tasas individuales de reaccin, y resolverlas simultneamente hasta obtener una expresin que defina la tasa total. Esta situacin no est al alcance de la ingeniera moderna, aunque quizs lo est dentro de unos aos. Sin embargo, algunos autores han pretendido deducir mecanisticamente las ecuaciones de la biosntesis bacteriana, es decir la ecuacin de Monod, lo que no es fcil, por lo menos hoy da, por las razones explicadas.

Fuente: OROZCO Jaramillo, lvaro. Bioingeniera de Aguas Residuales.

Para describir entonces la cintica de la reaccin microbiana, seguiremos la literatura de Levenspiel quien hace una analoga de la ecuacin de Michaelis-Menten que describe la cintica enzimtica, con la ecuacin de Monod que describe la cintica microbiana.

Para la cintica enzimtica

y

Aqu se presentan casos: Para alta:

Para baja:

Para toda : (ECUACION DE MICHAELIS-MENTEN)

Donde:: Constante de Michaleis-Menten

Para la cintica microbiana

y

Aqu tambin se presentan casos: Para alta:

Para baja:

Para toda : (ECUACION DE MONOD)

Donde:: Constante de Monod

A travs del tiempo se han propuesto ecuaciones cinticas; sin embargo, todas ellas han quedado en el olvido desde que Monod present su expresin. Su simplicidad la hizo prevalecer. Como nosotros estamos trabajando con clulas microbianas; emplearemos esta expresin para relacionar la velocidad de crecimiento celular con la concentracin de sustrato.La expresin de Monod est dada por:

III. PROCEDIMIENTO DE DISEO

3.6. BASES DE DISEO

a) PRODUCTO : cido ctricob) ESCALA DE PRODUCCION : A nivel industrialc) TIPO DE PROCESO : Fermentacin Aerbicad) CONDICIONES DE OPERACIN

TEMPERATURA : 40 oC PRESION : CONVERSION : 90% ALIMENTACION : 157.74 m3 melaza/cicloe) PROPIEDADES DEL FLUIDO

COMPOSICION DE LA SACAROSA EN LA ALIMENTACION : 20% (optimo) PESO MOLECULAR : 342gr/mol DENSIDAD DEL FLUIDO : 1gr/mL Viscosidad del fluido : 1cp

f) PROPIEDADES DEL CATALIZADOR CATALIZADOR EMPLEADO : Aspergillus niger TEMPERATURA DE ACTIVACION : 30 oC

g) Cintica de la reaccin Aspergillus niger

C12H22O11 + H2O + 3 O2 2 C6H8O7 + 4 H2O

Modelo de Monod

Tabla N1

Tiempo(h)Biomasa(g/l)Sacarosa(g/L)

00.110

120.39

240.58

360.77

4816

601.14

721.22

841.31

961.31

1081.31

1201.31

Fuente: RIVADA NUEZ, Francisco J. Planta industrial de produccin de cido ctrico a partir de melazas de remolacha. Universidad de Cdiz. 2008.

Grafico 1

Fuente: elaboracin propia

Tabla N2

TLnX

0-2.30258509

12-1.2039728

24-0.69314718

36-0.35667494

480

600.09531018

720.182321557

840.262364264

960.262364264

1080.262364264

1200.262364264

Fuente: Elaboracin propia

Grafico 2

Fuente: elaboracin propia

Para la fase de crecimientoDel grfico: U=Umx=0.0671 h-1

El tiempo de cultivo es:tb = Considerando de la tabla:Xf=1.3Xo=0.1Reemplazando en la ec.tb = 38 hr (tiempo de cultivo)

3.7. CALCULO DE CAPACIDAD

C12H22O11 + H2O + 3 O2 2 C6H8O7 + 4 H2O

VR = 2H .. ()

Hallando flujo de produccin:Consideraciones

Por cada mol de sacarosa se forman dos mol de cido ctrico, pero considerando el rendimiento de la reaccin.Yps =0.74 (segn bibliografia) 1mol de cido= 2*0.74 se obtendr 1.48 mol cido ctrico. La melaza diluida que ser la alimentacin al fermentador presenta 20% de sacarosa. Por cada 1L de melaza diluida se tendr 200 g de sacarosa (considerando densidad de la melaza diluida = densidad agua) PM sacarosa= 342 g/mol, se tendr entonces moles de sacarosa en la alimentacin=200/342=0.584 mol/L peso molecular del cido ctrico =192,12 g/mol, por consiguiente 1.48 moles equivale a 284.3376 g cido ctrico produccin/ao=4000000kg moles sacarosa/L melaza=0.58479532mol/L ciclo/h=1ciclo/100 horas 1 mol sacarosa = 1.48 mol cido ctrico 1 ao =305 das 1 ao ==7320 horas

**

F = 157.74 m3 melaza/ciclo

Se tiene 157.74 metros cbicos de melaza pero se debe repartir en 10 fermentadores, entonces en cada fermentador se debe tener 16 m cbicos de melaza.Y si este se divide en 4 fermentadores; tendremos 4 m3 de melaza por ciclo para cada reactor.

Ecuacin de diseo:

VR = Datos

S0=10 gr/LSF =1 gr/L XA ==0.9

= 38 horas de fermentacin

= 10 horas de preparacin de la alimentacin.

Reemplazando en la ecuacin de diseo:

VR =

3.8. DISEO DE DETALLE Sabemos que para fermentadores se cumple:

H = 4DDe ():VR = H D =

D =1.52 m = 59.84 inH = 6.07m = 238.98 in

Hallando el volumen de la mezcla reaccionante V:

Hallando la altura del lquido (mezcla reaccionante)

Altura del cilindro del reactor (cerrado), fondo y tope abocinado:

Espesor del reactor (t) :

Clculo del espesor del recipiente cilndrico:

Presin de operacin:

Entonces:

Presin de diseo interno:

Entonces:

Presin de diseo:

Temperatura de operacin: Segn literatura:

Temperatura de diseo:

Con todos estos datos, hallamos el espesor (t):

Los datos que faltan son: Radio del recipiente (R):

Esfuerzo admisible del material (S): Elegimos acero inoxidable AISI 316B.De tablas:

Factor comn de eficiencia de soldadura (E): Elegimos acero inoxidable AISI 316B.De tablas:

Tolerancia a la corrosin (C): Suelen ser los menores valores nominales de tuberas comerciales (comnmente 1/16 a 1/8).Elegimos 1/8 in por ser acero inoxidable AISI 316B.

Luego:

El espesor debe tener un valor nominal comercial. Vemos que es mayor a , pero menor a . Por ende, elegimos como espesor:

3.9. Datos de construccinDimetro interior:

Espesor del tubo:

Longitud del lquido:

Longitud del tubo:

Volumen del tubo:

Considerando que el tope y el fondo son extremos en forma toriesfrica.Ahora hallamos el volumen de uno de los extremos toriesfricos, a partir de la relacin:

Donde el volumen toriesfrico es:

Fig. 1

Hallando el volumen del plato:

Calculando ahora la altura del extremo toriesfrico: Diseo del sistema de agitacin:Por ser un sistema que requiere de un cultivo celular usaremos un agitador de tipo hlice. Este tambin crea poco efecto de cizalla y requiere menos potencia que otro tipo de impulsor (de palas o de turbina, por ejemplo).Los elementos son: Dimetro del impulsor ():

Espacio de giro del fluido ():

Altura del bafle ():

Altura del impulsor desde el fondo ():

Longitud del eje del impulsor ():

Para el espesor de los bafles elegimos un nmero nominal comercial. Para este caso elegimos 1/16.Para determinar el nmero de paletas (impulsores) se analiza la relacin:

Para nuestra relacin:

Por lo que ser necesario ms de 2 impulsores; por lo que nosotros trabajaremos con 4 impulsores; tal como nuestro texto base. Clculo de la potencia de instalacin:

Primero hallamos la potencia de funcionamiento:

Siendo: : Nmero de potencia : Densidad del fluido. En nuestro caso es igual a . N : Velocidad de rotacin del fluido : Dimetro del impulsorDe la siguiente grfica hallamos el nmero de potencia: Fuente: Power characteristics of mixers impellers, Part II, J.H.Rushton & E.W.Costich, 1950.Vemos que est en funcin al nmero de Reynolds.Hallando el nmero de Reynolds:De tablas de alimentos (a ):*

La velocidad de rotacin a nivel industrial

Luego:

Del grfico, proyectando para un impulsor tipo hlice (como no hay datos en la grfica para el nmero de Reynolds obtenido proyectamos y como observamos que se mantiene constante la curva de la grfica; obtenemos):

Entonces:

Luego, la potencia de arranque es:

Finalmente, la potencia de instalacin es:

Para fermentadores:

Entonces:

Finalmente, para el diseo, consideramos capacidades comerciales. Vemos que nuestra potencia es mayor a 2 1/4 HP y menor a 2 1/2 HP. Luego, la potencia del motor del agitador ser:

3.10. ELABORACION DEL PLANO

El plano del diseo es:

IV. DISCUSION DE RESULTADOS

Tras la determinacin de las dimensiones del biorreactor o fermentador para la produccin de cido ctrico y los dems sistemas implicados en el proceso como el de agitacin; notamos que el equipo con estas dimensiones puede obtenerse en el mercado o enviarse construir. Asimismo acotamos que podemos emplear un reactor o reactores de mayores dimensiones para la produccin; sin embargo por motivo de costos y por el manejo tanto de la materia prima y del producto nos conviene trabajar con equipos de poco volumen. El equipo diseado cuenta con las dimensiones y condiciones necesarias para la produccin de cido ctrico a nivel industrial; puesto que nos permite controlar el proceso y optimizarlo mediante control de las variables de T y P as como el crecimiento de los microorganismos empleados.

V. REFRENCIAS BIBLIOGRAFICASTexto base: RIVADA NUEZ, Francisco J. Planta industrial de produccin de cido ctrico a partir de melazas de remolacha. Universidad de Cdiz. 2008.

Textos adicionales: RIVERA CASTILLO, Mara Fernanda. SUAREZ REA, Dennis Patricio. Diseo y construccin de un biorreactor batch aerobio para cultivo de bacterias biodegradadoras de petrleo. Escuela Superior Politecnica de Chimborazo. Riobamba, Ecuador. 2010. OROZCO JARAMILLO, lvaro. Bioingeniera de Aguas Residuales. Editorial Acodal. Colombia. 2005. Pg. 114. LEVENSPIEL, Octave. Ingeniera de las reacciones qumicas. Editorial LIMUSA S.A. 3ra edicin. Pg. 627-628. ATKINSON, B. Reactores Bioqumicos. 1983. Pg. 36-59. Fuente: Empresa Agroindustrial Pomalca S.A, Alfonso Gastaaduy Bedel, Lima, Per.

Ingeniera de Reacciones Qumicas II1