Cin Tica02 ReacEnzim Ticos

“DISENO REACTORES
ENZIMÁTICOS”
Dr. Augusto Castillo Calderón,
M.S.
acascal20@hotmail.com

Fig. Esquema de Diseño y Evaluación de Reactores
Enzimáticos

Modelo Cinético
v = ƒ(E, X)

Balance Materia

Restricciones
Difusionales
η = ƒ(s0, Φ)

Modelo Inactivación
E = ƒ(t, T)

Modelo de Comportamiento
K . E(t)
= ƒ(si, X)
F.K

Reactores Enzimáticos
Por Lotes:

Contínuos:

STR

FP

CSTR

Diseño Básicode Reactores
Enzimáticos

Acumulación Sustrato que
Sustrato que
de S en un = se alimenta al - sale del elemento de V elemento de V elemento de V

Sustrato que
reacciona en el
elemento de V

Reactores Por Lotes
Sustrato que
– Acumulación
=
reacciona en V
de sustrato
en V
S

vi = _ ds

t =_

dt

S0

ds
vi

En términos de conversión X
si . dx

v(e, X) =

dt

…(2)

…(1)

Expresión cinéticageneralizada en
términos de x:

k e1  X 
v
2
a  bX  cX

Donde:
K K si
a 1   
s i K K

 1
 1
1
1 
2 
  1
b K 
    s i 

 K1 K K 
 K 2 K

 1
1
K 

c s i 


 K K2 K1 K2 

Reactor Continuo
Reactor Lecho Fijo (FP): balance en un dv
Entrada

–

Salida

= Consumo

F . Si (1 – X) – F . Si(1 – X – dX) = v i dV ; V = VRЄ
F . Si dX = v i dV
S
_
ds
=
S0 vX
dx
=
v(e, X)
0

…(3)

V
dV
…(4) ;
F . si
0

V
=
F

Reactor Continuo
Reactor CSTR: operando e.e

Alimentación –

Salida = Consumo

F . Si – F . S = v . V …(5)
En términos de X:
X
=
v(e, X)
Si

…(6)

V = VRЄ

Gráficos para ecuaciones de Diseño de
Reactores Enzimáticos Ideales (A): STR, FP
(B): CSTR

A

1
vi

B

1
vi

t
S

S0

S

S0

Expresiones matemáticas para el
comportamiento de ReactoresEnzimáticos
k e
 k E 
 

K
 F K 

Comportamiento Cinético
Generalizado
Simple
Michaelis – Menten
Inh. Competitiva
por Producto
Inh. No Competitiva
Total por Producto
Inhibición Acompetitiva por
Sustrato

Reactores por Lotes o continuo,
Lecho Fijo

Reactor Continuo Agitado

si
   a  b  c  ln1  X  
K
  b  c  X  0.5cX 2

si
aX  bX 2  cX 3

K
1 X

si
X  ln 1  X 
K

si
XX 
K
1 X



 1
si
1 

X


K
K1 
K



si 

1  K 
 ln 1  X 
1 


 1
si
1 

X


K
K1 
K



si 

1  K 
 ln 1  X  

1 
si2

2KK 2

si
si2
X  ln 1  X  
X 1  0.5 X 
K
KK "





si
X
si
X2
X 


K
1 X
K1 1  X
si
X
X 

K
1 X

si
si2  2


X
KK 2 
 K 2 1  X 
si
si2
X
X 

X 1  X 
K
1 X
KK "

•Las

ecuaciones decomportamiento,
permiten obtener el valor de X inicial o
max (e.e) para cualquier combinación
e.t (E/F).
•Útil

también para el diseño del reactor
dado que:e  E
VR
•También

dados X y si se determinan
variables e, t.

Comparación de los métodos de la isomerización de la
glucosa
Batch (GIsoluble)

Batch (Gl inmovilizado)

Continuo (PBR)

Volumen del reactor (m3)

1100

1100

15

Consumo de enzima (Ton)180

11

2

Actividad, período (h)
Vida activa, períodos
Tiempo de residencia (h)
Co2+(Ton)
Mg2+ (Ton)
Temperatura (°C)
pH
Formación del color (A420)

30
0.7
20
2
40
65
6.8

300
2
20
1
40
65
6.8

1500
3
0.5
0
7
60
7.6

0.7

0.2

< 0.1

Parámetro

Refinación del producto
Capital, trabajo y costes
energéticos, £.Ton-1
Coste de la conversión,
£.Ton-1

Filtración
C-tratamiento*
Intercambio catiónicoIntercambio de aniones

-C-tratamiento
Intercambio catiónico
Intercambio de
aniones

-C - tratamiento

5

5

1

500

30

5

Todo los procesos comienzan con el jarabe de glucosa DE 97 del 45% (p/p) y produce 10000
oneladas por mes de jarabe de fructosa seca de 42%. Algo de la mejora que se puede considerar
en el rendimiento de PBR es debido al desarrollo substancial de este proceso. 
* Tratamiento concarbón activado.
Fuente: http://www.lsbu.ac.uk/biology/enztech/hfcs.html

Pérdida

de la capacidad catalítica
durante la operación del
bioreactor.
El

estudio del fenómeno de
inactivación térmica del
biocatalizador y la determinación
de la T operación de un bioreactor
enzimático son aspectos de la
mayor relevancia.

Modelo de inactivación térmica
enzimática, como un fenómeno de
primer orden...