Biorreactor

UNIVERSIDAD AUTONOMA DE GUADALAJARA

CONTROL DE PROCESOS
REACTOR BIOLOGICO

Paula Gayosso Fernandez
Ingeniería Química
31- Mayo-2010
Octavo semestre

INTRODUCCION

Un biorreactor es un recipiente o sistema que mantiene un ambiente biológicamente activo. En algunos casos, un biorreactor es un recipiente en el que se lleva a cabo un proceso químico que involucra organismos o sustanciasbioquímicamente activas derivadas de dichos organismos. Este proceso puede ser aeróbico o anaeróbico. Estos biorreactores son comúnmente cilíndricos, variando en tamaño desde algunos mililitros hasta metros cúbicos y son usualmente fabricados en acero inoxidable.
Un biorreactor puede ser también un dispositivo o sistema empleado para hacer crecer células o tejidos en operaciones de cultivocelular. Estos dispositivos se encuentran en desarrollo para su uso en ingeniería de tejidos.
En términos generales, un biorreactor busca mantener ciertas condiciones ambientales propicias (pH, temperatura, concentración de oxígeno, etcétera) al organismo o sustancia química que se cultiva. En función de los flujos de entrada y salida, la operación de un biorreactor puede ser de tres modos distintos:Lote (Batch)
Lote alimentado (Fed-Batch)
Continuo o quimiostato

PROBLEMA

Un proceso biológico para la obtención de alcohol a partir de agua de coco como sustrato y Sacharomyces cerevisiae como biomasa se llevará acabo en un reactor tanque agitado ideal de 100 m3, operando en estado estacionario.

La corriente, que es estéril, contiene el sustrato en una concentración de 70 ppm. Caudal dealimentación de 375 m3/h.

En el estado estacionario se encontró que la concentración de azucares totales era de 45 ppm, y la concentración de la levadura fue de 1130 ppm.

* Bajo las condiciones de estudio: una temperatura de 28[grados]C , tiempo de 18 h.

Las cinéticas de formación de biomasa y consumo del sustrato contaminante (que es a su vez el limitante) pueden representarse con elModelo de Monod, con:

[pic]

Cinética Parámetros

BALANCES Y ECUACIONES

La parte teórica del diseño consiste en modelar el proceso biológico (bio proceso), a partir de esas ecuaciones, es posible dimensionar y simular el comportamiento teórico de un modelo prototipo, así como controlar respuestas del proceso.
Para que el modelo teórico sea similar a la realidad se deben dehacer diversos balances para “igualar” todas las variables o parámetros de las ecuaciones.

Balance general

El primer balance que debe realizarse en cualquier sistema es el Balance General o Global; en el se toma en consideración únicamente el sistema el ambiente externo y los flujos que entran (F1) y salen (F2) e interaccionan con el ambiente externo. Sin embargo como el flujo de salida esigual al de la entrada : Fo(t)=Fs(t)=F(t), es mejor realizar un balance individual por componente del reactor.

Balance general biomasa

[pic]

Como no hay entrada de biomasa al sistema. Entrada =0. La salida esta dada por [pic] y [pic]

Quedando el balance como:

[pic] (1)

Balance general sustrato

[pic]

La entrada y la salida están dadas por [pic] y [pic] ademas [pic]Por lo tanto:

[pic] (2)

DEFINICION DE VARIABLES
Para este sistema, interesa controlar la cantidad de sustrato que se consume, ya que es el compuesto contaminante, por lo que:
Variable de estado = Biomasa; Sustrato
Variable controlada = Sustrato Salida
Variable manipulada = Flujo
Disturbios = No hay

SIMULACION DINAMICA A LAZO ABIERTO

MODELO APROXIMADO Y EN VARIABLES DEDESVIACION

Para obtener el modelo aproximado y en variables de desviación se deben tener los balances obtenidos en el estado estacionario:

[pic]

(3)

[pic] (4)

Ademas, a los modelos obtenidos se le deben linealizar todos los términos no lineales de las ecuaciones (1) y (2 ) con Series de Taylor:

Linealizacion biomasa

[pic]

[pic]

Linealizacion sustrato

[pic]

[pic]...