Clase 1 Lab Biorreactores Final (2015)

LABORATORIO  DE   BIORREACTORES   IEB-­‐448   Marzo  2015  

Reactor enzimático El Reactor Enzimático (Biorreactor) es la unidad de proceso en la que efectúa la conversión de sustratos en productos, en condiciones ambientales controladas. T°   pH  

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S ⎯ ⎯→ P

Fundamentos de Diseño El diseño y selección de un reactor enzimático deberá considerar como aspectos esenciales: §  §  §  §  § 

La naturaleza del biocatalizador La cinética de la reacción La naturaleza de sustratos y productos de la reacción Las propiedades del biocatalizador Requerimientos de control  

Un análisis cualitativo de la incidencia de estos factores permite muchas veces seleccionar o discriminar entre, distintas (posibles) configuraciones de un reactor.

Configuraciones de reactor y sus modalidades de operación

Tanque Agitado Columna empacada

Selección de un Biorreactor

Una vez seleccionada la configuración del reactor así como la modalidad de operación, el diseño consistirá en determinar el tamaño del biorreactor para satisfacer una determinada tarea de proceso, como también, establecer las condiciones operacionales para un determinado tipo de biorreactor .

EXPERIENCIA LABORATORIO N°1

Montaje de un reactor enzimático y su sistema de control

Actividades 1.  Instalar mangueras, abrazaderas y acoples. 2.  Sistema de control de pH a) Montaje b) Calibración del electrodo c)  Prueba control 3.  Sistema de bombeo a) Instalación de mangueras b) Calibración de bomba 4.  Sistema de calentamiento a) Identificar el sistema control de temperatura.

Instalar mangueras y abrazaderas

Mangueras, abrazaderas y acoples Tipos de mangueras

•  HIDRAULICAS •  NEUMATICAS

Tipos de abrazaderas

Tipos de acoples http://www.procaucho.cl/categoria/productos/mangueras-industriales/

Sistema de control de pH

Montaje

El reactor está provisto de dos bombas (acido y base) que junto a un sistema de mezclado permite una distribución uniforme del pH en todo el reactor.

Sistema de control de pH

Calibración del electrodo de pH La calibración de los electrodos de pH garantiza un desarrollo muy preciso de la cadena de medición. ü  Las calibraciones se realizan por defecto con soluciones de calibración de pH 4 y pH 7. Para determinar una mayor linealidad se calibra los electrodos de pH con una tercera solución tampón. ü  La temperatura juega un papel muy importante en la calibración de los electrodos de pH.

Sistema de control de pH

Control del pH de la reacción Si el valor medido del pH es diferente al valor del Set Point, entonces el controlador emitirá una señal eléctrica con la cual se podrá activar alguna bomba para adicionar “ácido” o “álcali”, dependiendo de la diferencia entre el valor medido y el Set Point.

Actividad 1.  Registrar el valor de pH en el reactor. Medio de reacción: Tampón fosfato 100 mM 2.  Fijar la velocidad de agitación del reactor en 75 rpm (o 150 rpm). 3.  Encender el equipo de medición y control y establecer un valor de Set Point de 7. 4.  Adicionar al reactor 5 mL de HCl 1M o NaOH 1M al reactor 5.  Registrar del valor del pH en el tiempo hasta volver al Set Point.

Sistema de bombeo

Calibración de bombas peristálticas. El volumen de contenido desplazado por la bomba en cada vuelta dependerá del diámetro interior del conducto utilizado y de la compresión del mismo por los rodillos. A medida que se desgasta la manguera y pierda su flexibilidad, se deberá recalcular el volumen desplazado por la bomba. El tiempo en el que ocurra ese desgaste dependerá del material utilizado para el conducto y el espesor de las paredes del mismo.

Sistema de bombeo

Calibración de bombas peristálticas. El caudal del líquido transportado por la bomba depende del diámetro interno del la manguera y de la velocidad de la bomba

h:p://www.longerpump.com/product/product221.html?gclid=CLTplJfYn7YCFQYFnQodrSgA2Q  

Sistema de bombeo

Calibración de bombas peristálticas. Actividad 1.  Conectar el extremo de la manguera (succión) a un recipiente con dos litros de agua 2.  Conectar el extremo de la manguera (descarga) a una probeta de 250 mL 3.  Poner en marcha la bomba a una velocidad de 60 rpm. Tiempo cero. 4.  Cuando el liquido llegue a 100 mL en la probeta detener la bomba y registrar el tiempo. Tiempo final. 5.  Repetir la experiencia a 100, 200 y 300 rpm

Sistema de control de temperatura

Identificar el sistema control de temperatura

El reactor está rodeado de un "abrigo" que junto a un sistema de mezclado permite una distribución uniforme de la temperatura en todo el fermentador.

pH

T°

RESULTADOS Y MANEJO DE DATOS 1.  Elaborar un diagrama en el que se observe el sistema de bombeo hacia el reactor (en autocad) 2.  Elaborar diagramas en los que se observen los sistemas de medición y control de pH y temperatura en el biorreactor. (en autocad) 3.  Elaborar graficas de pH en función del tiempo a distintas rpm 4.  Elaborar graficas de flujo en función de la velocidad de agitación (rpm)