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