Biotecnologia

UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO ESCUELA DE INGENIERÍA AGROINDUSTRIAL

“MODELADO DE PROCESOS” ALUMN0S:

Biotecnoligía de los PAI Dr. Victor Vásquez Villalobos

OPERACIÓN DE REACTORES DE MEZCLA EN FED-BATCH Reactores discontinuo s

La alimentación continua de nutrientes se utiliza para complementar los contenidos del reactor y proporcionar control sobre la concentración de sustrato.

Los cultivos de alimentación discontinua se utilizan ampliamente en la producción de levadura de panadería para superar la represión catabólica y controlar la demanda de oxígeno; también se utiliza rutinariamente para la producción de penicilina. El espacio permitido en los reactores de alimentación por lotes para adición del medio; en algunos casos se extrae una porción del caldo antes de la inyección de material adicional. El caudal y el momento de la alimentación se determinan a menudo mediante el control de parámetros como el nivel de oxígeno disuelto o composición de los gases de escape. Como rara vez se llevan a cabo reacciones enzimáticas en operaciones de alimentación discontinuas, consideraremos reactores alimentados por lotes solo para fermentación.

En el funcionamiento de reactores discontinuos, la alimentación continua de nutrientes se utiliza para complementar los contenidos del reactor y proporcionar control sobre la concentración de sustrato. Al comenzar con una solución relativamente diluida de sustrato y la adición de más nutrientes como el producto de conversión, se evitan las altas tasas de crecimiento. Esto es importante, por ejemplo, en cultivos donde la demanda de oxígeno durante el crecimiento rápido es demasiado alta en comparación a la transferencia de masa del reactor. Por otra parte, las altas concentraciones de sustrato inhibir o activar vías metabólicas indeseables. Los cultivos de alimentación discontinua se utilizan ampliamente en la producción de levadura de panadería para superar la represión catabólica y controlar la demanda de oxígeno; también se utiliza rutinariamente para la producción de penicilina. El espacio permitido en los reactores de alimentación por lotes para adición del medio; en algunos casos se extrae una porción del caldo antes de la inyección de material adicional. El caudal y el momento de la alimentación se determinan a menudo mediante el control de parámetros como el nivel de oxígeno disuelto o composición de los gases de escape. Como rara vez se llevan a cabo reacciones enzimáticas en operaciones de alimentación discontinuas, consideraremos reactores alimentados por lotes solo para fermentación.

DIAGRAMA DE FLUJO PARA UN FERMENTADOR DISCONTINUO ALIMENTADO AGITADA  F : tasa de flujo volumétrico de entrada al alimentador  xi : concentraciones de biomasa  si : crecimiento limitado de sustrato  Pi‘: crecimiento limitado de producto

Supondremos F es constante. Debido a la entrada de la alimentación, el volumen líquido V no es constante.

Ecuaciones para cultivo discontinuo alimentado Ec. de balance de masas en estado no estacionario para la masa total en un reactor de flujo  

(6.6)

  Donde:  densidad del contenido del reactor  V: volumen de líquido en el reactor  Fi y Fo: tasas de flujo de masa de entrada y salida  Pi y Po: densidades de flujos de entrada y de salida.

Para el reactor de alimentación discontinua de la figura, se tiene:   Fo = 0 y Fi = F , Pi = P

 es constante ( ya que a menudo se utiliza en el procesamiento biológico soluciones diluidas)   Por lo tanto, la ec. (6.6) para la fermentación de alimentación discontinua

(13.34)

Ecuaciones para cultivo discontinuo alimentado Luego:  

(13.35)

Dado que V en cultivos de alimentación discontinua esta en función del tiempo, esta no puede ser cancelada

En su lugar, debemos ampliar el diferencial usando la regla del producto de la ecuación. Agrupando términos se obtiene:  

(13.36)

Ecuaciones para cultivo discontinuo alimentado  

 Reemplazando Ecuación 13.34 en Ecuación 13.36

 

 

 Dividiendo por V y reordenando, se obtiene:  Definiendo la tasa de dilución V con dimensiones T-1 y reemp en la Ec.13.38:

13.37

 

13.38

  13.39

En sistemas fed-batch V con el tiempo. Por lo tanto, si F es cte, D a medida que avanza la reacción.

Ecuaciones para cultivo discontinuo alimentado  

13.40

Por lo general, el material de alimentación es estéril de modo que xi = 0. Si, además, la tasa de muerte celular es insignificante en comparación con el crecimiento entonces que kd