Calculo Del Ciclo de Esterilización Por Lote

CALCULO DEL CICLO DE ESTERILIZACIÓN EN UN FERMENTADOR DE 70 m3 Especificaciones para el cálculo: Probabilidad permisible de que un microorganismo sobreviva Cuenta inicial de microorganismos Temperatura de esterilización Microorganismo de referencia para resistencia a calor húmedo Parámetros de Arrhenius para inactivación de Esporas de Bacillus stearothermophilus Volumen de medio por esterilizar, V Temperatura inicial y final del medio Sistema de calentamiento Gasto masa de vapor, mv Entalpia de vapor a 150°C, h Cp del medio Sistema de enfriamiento Temperatura entrada del refrigerante , Tro Flujo másico del refrigerante, mr Área para transferencia de calor en serpentín, A Coeficiente global de transferencia de calor, U para serpentín

1x10-3 células 1x1011 células/m3 121° C Esporas de Bacillus stearothermophilus A= 5.7 x1039 min-1 Ea= 2.834x105 KJ/Kmol 49 m3 30° C y 35°C Inyección directa de vap 4000 kg/h

2641.6 KJ/kg 4.187 kJ/kg K Serpentín interno 20°C (293 K) 25 000 kg/h 25 m2

4996

El criterio de diseño a satisfacer esta dado por nabla total.

∇ Total =ln

( NN )=∇ 0

calentamiento

+ ∇sostenimiento + ∇enfriamiento

El volumen del medio del reactor es de 49 m 3, sustituyendo los valores de acuerdo a lo siguiente se obtiene

1011 celulas 49 m3 3 m ∇ Total =ln =36.12 1 x 10−3

(

)

∇ Total

kJ m 2 hK

PERFIL DE LA TEMPERATURA DURANTE EL CALENTAMIENTO Y SU EFECTO. La elevación de la temperatura cuando se emplea inyección directa de vapor (perfil hiperbólico) está dado por la siguiente ecuación.

T =T 0 +

h mv t c p ( M + mv t )

Sustituyendo los datos, para calcular el tiempo que se requiere para elevar la temperatura de 30°C a 121°C;

394=303+

kJ kg 4000 t kg h

) kJ kg kg 4.187 49 m ( 1000 )+( 4000 ) t kg K [ h ] m 2641.6

(

3

3

kg 2523620.731 ) t ( h 394=303+ kg 49 000 kg+ (4000 ) t h 394=303+

51.5 t (1+0.081 t)

91 ( 1+ 0.081t )=51.5 t t=2 h

La nabla de calentamiento se obtiene sustituyendo la ecuación de la variación de la temperatura contra el tiempo e integrando la expresión resultante seleccionando los límites que delimitan cada una de las etapas. Para el calentamiento se tiene que: 2

∇ calentamiento =A ∫ 0

−Ea ( ) exp RT

51.5 t (1+ 0.081t) ¿ (−2.834 x 105 kJ /kmol ) ¿ 8.314 kJ / kmol K ¿ exp ¿ 303+

2 39

−1

∇ calentamiento =5.7 x 10 min

∫¿ 0

∇ calentamiento =10.27

PERFIL DE TEMPERATURA DURANTE EL ENFRIAMIENTO Y SU EFECTO

Durante el enfriamiento, el perfil de temperatura obteniendo mediante el uso de un refrigerante circulando por un serpentín interno, puede aproximarse a la siguiente ecuación.

{[

T =T ro + ( T 0−T ro )∗exp − −1−exp

( )]

−UA mr t mr cp M

}

Resolviendo la ecuación para bajar la temperatura de 121°C a una temperatura final del medio de 35°C (308 K).

{[

)]

kJ 2 kg 25 m 25 000 t 2 m hK h 308=293+ ( 394−293 )∗exp − −1−exp kg kJ 49 000 kg 25 000 (4.187 ) h kgK

(

−4996

}

308=293+ 100exp ⁡(−0.36 t) ln ( 15 )=ln (101 ) −0.36 t t=5.2 h Calcular la nabla de enfriamiento;

293+100 exp ⁡(−0.36 t) ¿ (−2.834 x 105 kJ /kmol ) ¿ 8.314 kJ /kmol K ¿ exp ¿ 5.2 39

∇ enfriamiento=5.7 x 10 min

−1

∫¿ 0

∇ enfriamiento=15.75

∇ sostenimiento=∇Total −∇calentamiento −∇ enfriamiento

∇ sostenimiento=36.12−10.27−15.75 ∇ sostenimiento=10.1 t=

∇ sostenimiento 10.1 = =4 min k 121° C 2.538 min−1