Esterilizacion de biorreactor

ESTERILIZACIÓN PARA EL BIORREACTOR DE PROPAGACIÓN

La esterilización de los biorreactores se llevará a cabo por medio de inyección de vapor en chaquetas.

Para el cálculo del proceso de esterilización se utilizará en “Método de Richards” que es un análisis de perfil de tiempo-Temperatura que nos dice:

* Temperaturas menores a los 100°C tienen un efecto despreciable sobre la muertetérmica
* La velocidad de calentamiento y enfriamiento en los intervalos de temperatura comprendidos entre 100°C y la de esterilización tienen perfiles lineales con pendientes absolutas de 1°C/min.

* CALENTAMIENTO POR VAPOR EN CHAQUETAS (LOGARITMICO)

Como primer paso:

β=T0-THTH

Donde:
T0 | temperatura inicial del medio | 20°C | Temperatura ambiente |
TH | temperatura de la fuentede calor | 220°C | Dato tomado de la hoja de especificación de la caldera usada en nuestro proceso |

β=T0-TH TH=-0.90
Segundo paso:

α=UaMCp

Donde:
U | Coeficiente de transferencia de calor | 0.170353wm2k | A partir de un k de 0.170355 w/m2°C |
a | Área superficial sometida al calentamiento | 1.93 m2 | Basados en los datos de diseño del biorreactor |
M | Masa del medio inicial |1440 kg | Dato tomado del balance de materia |
Cp | Calor latente de vaporización | 1 cal/g°k | Tablas consultadas en: http://platea.pntic.mec.es/pmarti1/educacion/3_eso_materiales/prof/bloque_ii/tablas_d_te_tf_internet.pdf |

α=UaMCp=3.27x10-3

Para sustituir en:

T=TH(1+βe-αt)
* ENFRIAMIENTO A TRAVÉS DE CHAQUETAS (LOGARITMICO)

Como primer paso:

λ=T0-TCOTCO
Donde:
T0 |temperatura inicial del medio (K) | 20°C | Temperatura ambiente |
TCO | temperatura del fluido de enfriamiento (K) | 4°C | Dato tomado de la hoja de especificación de la caldera usada en nuestro proceso |

λ=T0-TCOTCO=0.8
Segundo paso:
u=WCp'MCp1-e-UaWCp'

Donde:
U | Coeficiente de transferencia de calor | 0.170353wm2k | A partir de un k de 0.170355 w/m2°C |
a | Área superficial sometida alcalentamiento | 1.93 m2 | Basados en los datos de diseño del biorreactor |
M | Masa del medio inicial | 1440 kg | Dato tomado del balance de materia |
Cp | Calor latente de vaporización | 1 cal/g°K | Tablas consultadas en: http://platea.pntic.mec.es/pmarti1/educacion/3_eso_materiales/prof/bloque_ii/tablas_d_te_tf_internet.pdf |
W | Flujo del fluido de enfriamiento | 3600 kg/min | Propuesto|
Cp’ | Calor específico del fluido de enfriamiento | 0.539 cal/g°K | Tablas consultadas |
Para sustituir en:
T=TCO(1+λe-ut)

Para conocer el tiempo de mantenimiento óptimo para garantizar nuestra esterilización, conocemos:
tcal = 12 min cal = 5.18
tenf = 16 min enf = 6.91
Recordando que: tot =cal + man + enf
Debemos conocer tot = ln(No/N) lo cual:

N=10-3Vtot(mL)=10-31440000=6.94x10-10

Y tomando No = 106, obtenemos tot = 34.90
Por lo tanto sustituyendo valores, podemos despejar man de tot =cal + man + enf, obtenemos un man= 22.81
Para conocer el tiempo de mantenimiento:
∇man=Ae-EaRTt=4.93x1037e-674801.9872*394t
Donde:
A: constante de Arrenius (4.93x1037 min-1)
Ea: energía de activación (67480 cal/mol)
R: 1.9872 cal/mol °K
T: temperatura de mantenimiento(395 °K)

t=22.814.93x1037e-674801.9872*394=10.01 min

Los datos obtenidos fueron los siguientes:

Calentamiento | Mantenimiento | Enfriamiento |
t(min) | T (°C) | t(min) | T (°C) | t(min) | T (°C) |
0 | 22.00 | 47 | 121.14 | 57 | 119.96 |
1 | 24.97 | 48 | 121.14 | 58 | 118.78 |
2 | 27.89 | 49 | 121.14 | 59 | 117.61 |
3 | 30.77 | 50 | 121.14 | 60 | 116.46 |
4 | 33.61 | 51 |121.14 | 61 | 115.25 |
5 | 36.40 | 52 | 121.14 | 62 | 114.07 |
6 | 39.15 | 53 | 121.14 | 63 | 112.89 |
7 | 41.86 | 54 | 121.14 | 64 | 111.72 |
8 | 44.53 | 55 | 121.14 | 65 | 110.57 |
9 | 47.16 | 56 | 121.14 | 66 | 109.36 |
10 | 49.75 | | | 67 | 108.18 |
11 | 52.30 | | | 68 | 107.00 |
12 | 54.81 | | | 69 | 105.83 |
13 | 57.29 | | | 70 | 104.68 |
14 | 59.73 | | | 71 |...