consideracioes transferencia de oxigeno

Consideraciones transferencia de oxígeno
En fermentaciones aeróbicas, el oxígeno es un sustrato básico que deben ser suministrados para el crecimiento. Como se ha descrito anteriormente para otro sustratos, la relación entre la concentración de oxígeno y el crecimiento es de un tipo Michaelis-Menton y puede ser descrita por una relación de tipo específico (véase ( 30.5 )). La K-valor para eloxígeno varía típicamente de 0,5 a 2,0 ppm para bacterias bien dispersadas, levaduras y hongos que crecen en 20-30 C. Para el crecimiento a temperaturas superiores a 30 C; los específicos aumenta sólo ligeramente con la absorción de oxígeno el aumento de la concentración de oxígeno [ 14 ].En condiciones de estado estable, la tasa de transferencia de oxígeno debe ser igual a la tasa de consumo deoxígeno:
QO2X=KLa(C*- C)
donde C * es la concentración de oxígeno en el líquido que estaría en equilibrio con la concentración de gas-burbuja. k L es el coeficiente de transferencia de masa de oxígeno y a es la burbuja área interfacial. En sistemas pequeños, bien mezclados, el gas-burbuja concentración puede suponerse que es igual a la que en el gas de escapar del fermentador. Sin embargo, en losgrandes reactores, la media de log-media entre la entrada y salida de aire concentraciones es más apropiado. La transferencia de masa de oxígeno coeficiente y el área interfacial típicamente se agrupan como k L a. No es práctico para tratar de separar estos dos términos. Utilizando esta relación, el transporte de masa de oxígeno agrupado coeficiente de fer puede estimarse como
KLa= QO2X / (C*- C).Scale-Up / Down y Control
Por lo general hay problemas de escala nuevas fermentaciones como así como con la traducción de los datos de mejora de procesos para fermentaciones bien establecidos de las operaciones de laboratorio a los equipos de la planta existente [ 26 ]. En general, las fermentaciones se amplían sobre la base de la consecución de oxígeno similares capacidades de transferenciaen el equipo de la planta que resultó ser óptima en la escala de banco. La capacidad de transferencia de oxígeno requerido para procesos pueden variar en gran medida. Los organismos con una tasa de crecimiento específica baja puede requerir tan poco como 25 mmol / L / h mientras que una elevada específica culturas tasa de crecimiento podría requerir diez veces esa cantidad. La gama de flujo deaire requerido puede variar desde tan poco como 0,1 VVM a> 1 VVM. Del mismo modo, la energía mecánica requisitos pueden variar desde menos de 0,5 kW / m 3 a > 5 kW / m 3 . Hay varias correlaciones entre k L una y el poder insumos. Algunos ingenieros de diseño prefieren escalar arriba / abajo en las siguientes bases

donde P m es la potencia del motor y v s es el gas superficial velocidad. Loscoeficientes a y b son típicamente en el rango de 0,5 para los equipos de la planta a gran escala. La mezcla es una de las la mayoría de los factores críticos de fermentadores a gran escala y entre diseños del agitador, Rushton tipo turbina impulsor tiene más a menudo se ha utilizado y estudiado [ 27 ]. Aportación de energía mecánica no aireado se puede estimar desde:

donde N es la velocidad derotación del eje impulsor (rpm) y D es el diámetro del impulsor. Para la ampliación, sin embargo, por lo general es la eliminación de calor que causa problemas de diseño. Con el anteriormente mencionado entradas de alimentación de agitación mecánica, de hasta 5 kW / m 3 de la energía son necesarios para eliminar el calor mecánico. El pico metabólico carga de calor para la fermentación aerobia de laglucosa AT250 mmol O 2 / L h tasa de absorción es generalmente mayor que 35 kW / m 3 . Incluso con una temperatura de fermentación tan alto como 37 C y enfriamiento temperatura de agua de sólo 18 C, es difícil quitar la calor en grandes fermentadores sin intercambio de calor externo o extensas serpentines de enfriamiento en el fermentador. Espiral interna serpentines de enfriamiento pueden ser...