Determinación Kla

TRABAJO PRÁCTICO N º 3

DETERMINACIÓN DEL COEFICIENTE VOLUMETRICO DE
TRANSFERENCIA DE OXIGENO: KLa

OBJETIVO

Evaluar la eficiencia de aireación de un fermentador tipo tanque agitado de laboratorio, para condiciones de aireación-agitación prefijadas, siguiendo el método del sulfito.

FUNDAMENTOS

En un proceso aerobio, el biorreactor debe tener la capacidad de transferir a labiomasa la cantidad de O2 qué ésta necesita. El oxígeno que la célula puede tomar es el oxígeno disuelto. Debido a la baja solubilidad de este gas en agua ,surge la necesidad de suplir oxígeno continuamente a lo largo del proceso de crecimiento para que las células puedan disponer en forma adecuada de este nutriente. Para lograrlo es necesario transferir oxígeno desde la fase gaseosa (normalmenteaire) hasta la fase líquida de modo permanente.
La capacidad del reactor para transferir oxígeno de la fase gaseosa a la líquida depende del diseño del reactor, condiciones de operación (aireación y agitación) y de las propiedades reológicas del medio de cultivo. De la interacción de todas estas variables, surge el coeficiente volumétrico de transferencia de oxígeno: KL a.

Transferencia deoxígeno

La velocidad de transferencia de oxígeno está dada por la siguiente ecuación:
dCL/dt = Ro2 = kL . a .(C*- CL )

Donde:
Ro2 = velocidad de transferencia de oxígeno (moles O2/ l. h)
kL = coeficiente de transferencia de O2 del film líquido (cm/seg).
a= área de transferencia de masa (área interfacial gas-líq de las burbujas presentes en el volumen V de líquido)
C* = concentración deoxígeno disuelto en equilibrio con la presión parcial de oxígeno en la fase gaseosa ( molo2 / l). Es función de T, po2 y propiedades físicas del líquido.
CL = concentración de oxígeno disuelto en la fase líquida (mol/l)
(C* - CL) = fuerza impulsora.

El producto kLaes conocido como coeficiente volumétrico de transferencia de oxígeno, está directamente relacionado con la eficiencia de unbiorreactor para transferir oxígeno, cuanto mayor es el valor de kLa, mayor es la capacidad de aireación.

El conocimiento del valor del KLa de un biorreactor, es de fundamental importancia, ya que el éxito o el fracaso de un proceso aerobio está íntimamente ligado a que el coeficiente de transferencia sea el adecuado.

Método del sulfito para determinar el valor de kLa

El coeficiente detransferencia de oxígeno (kLa) es un parámetro importante que permite determinar la capacidad de transferencia de oxígeno de un biorreactor.
Uno de los métodos empleados es el del sulfito, en ausencia de microorganismos, se basa en que la velocidad de transferencia de oxigeno del gas al líquido de un dispositivo dado, es igual a la velocidad de oxidación de una solución de sulfito de sodio (0,1 a 1 M)a sulfato en presencia de Cu++ (1 mM) como catalizador.

2 Na2SO3 + O2Cu++ 2Na2SO4
A partir del balance de oxígeno en fase liquida de obtiene:
(dCL/dt) =kLa(C*-C) – ro2
Tratándose de un sistema que no respira ro2 = 0. Además, CL = 0 ya que la reacción de oxidación es extremadamente rápida. Por lo tanto la ecuaciónanterior se reduce a:
Ro2 = (dCL/dt) = kLaC*

Donde Ro2 representala cantidad de oxígeno disuelto en función del tiempo, medido a través de la cantidad de sulfito que desapareció con el tiempo.
Si se representa gráficamente la concentración de oxígeno disuelto durante el proceso (CL) en función del tiempo se obtiene una línea recta cuya pendiente es kLa . C*
CL = kLa C* t + CLo

TRABAJO EXPERIMENTAL

Procedimiento:

* Preparar 3 litros de solución0,5 N de SO3Na2 en el biorreactor, se ajusta el pH a un valor alrededor de 8 (con NaOH 0,1 N).
* Arrastrar todo el oxígeno de la solución de sulfito con N2 durante 1 min.
* Cuando todo el sulfito se haya disuelto se agregan 15 ml de Sulfato Cúprico al 5 % (catalizador).
* Hacer funcionar los agitadores 1 - 2 minutos medir temperatura.
* Detener la agitación esperar 30...