la fermentacion

INGENIERIA METABOLICA Y FERMENTACION

Pauta de Ejemplos de Clases y Ejercicios
Otoño 2004
Ejercicio 2


Se tiene un fermentador operando a un flujo de 0.476m3/hr. La concentración de sustrato en la alimentación es de 10 kg/m3. Los parámetros cinéticos son:
Yx/s = 0.5 kg/kg Ks = 0.2 kg/m3
max = 1.0 hr-1 ms = 0.05 kg/kg hr
qp = 0.50 kg/kg hr Yp/s = 0.85 kg/kgConsiderando los parámetros indicados y considerando que se ha determinado que la conversión de sustrato en el bioreactor es de un 60%, calcule:

a) Determine el volumen del fermentador (0.5 ptos).
b) La concentración de biomasa a la salida del fermentador (1.0 ptos)
c) Indique si los términos de mantención y conversión a producto son significativos. ¿ Cuál es más significativo? (1.0 pto)d) Determine cuantos kgr/hr de producto se sintetizan y a que concentración (1.0 pto)

INTRODUCCIÓN DE UN RECICLO
e) Para optimizar la producción se decide colocar un reciclo (Figura 1), donde c=2 y  =0.5. Determine:
i) ¿ Cuál es la conversión del sistema con reciclo? (1.0 pto)
ii) ¿Cuánto es la concentración de biomasa a la salida del fermentador? (1.0 pto)
f) ¿En que porcentaje aumenta laproductividad al adicionar reciclos? ¿Cuánto? (0.5 pto)

















PAUTA EJERCICIO 2

a) Determinar el volumen del fermentador.

Balance de Biomasa:
F x1 – F x +  x V – kd x V = d xV/dt

Asumiendo estado estacionario y volumen constante, d xV/dt = 0
x1= 0 y kd= 0, luego se tiene

D = F/V =  = m S/(ks + S)

Condición de conversión:
 = (F S0 – F S) / F S0 =(S0 – S) / S0 = 0,6

S = 0,4 * S0  S = 4 g/L

 = 1,0 * 4 /(0,2 + 4) = 0,95 h-1

V = F/D = 0,476/0,95 = 0,5 m3

b) Determinar la concentración de biomasa a la salida del fermentador.

Balance de biomasa:

F S1 - F S -  x V/Yx/s – qp x V/Yp/s – ms x V = d SV/dt = 0

D(S1 – S) – x(/Yx/s + qp xV/Yp/s + ms) = 0  x = D(S1 – S) / (/Yx/s + qp/Yp/s + ms)

x = 0,95*(10 – 4) / (0,95/0,5 + 0,5/0,85 + 0,05) = 5,7/2,54 = 2,24 g/L
Productividad Biomasa SR =PBsr= D*x = 0.95*2.24 = 2.13g/L hr


c) Indicar si términos mantención y conversión de producto son significativos.

Si no se consideran esos términos, se tiene

X = Yx/s (S – S0) = 0,5 *(10 - 4) = 3 g/L

Comparando con el valor real; la diferencia es
Dif = (3-2,24) / 2,24 = 33,75%

Por lo tanto,los términos sí son significativos.

d) Determinar cantidad y concentración de producto a la salida.

F p1 – F p + qp x V = 0
F p = qp x  0,56 kgh  p  F p  F  0,56  0,476  1,176 gL
e) Sistema con reciclo
i. Determinar la conversión del sistema.
Balance de Biomasa:
F x0   c F x  1 F x   x V  0
x0  0 alimentación inerte
1   F x   c x   x V  1   c F x   x V
D    1    c
D    1  0,5  2 0,5
D   / 0,5 = 2*    D/2 = (0,476/0.5) /2 = 0.476 hr-1
  0,476  S  ks  S  D = 2*0.476 = 0.952 hr-1
S  ks  m   0,2  0,476 10  0,476  0,1816 g L

Conversion  FS0  FS  FS0  10  0,181610  98,2

ii. Balance de substrato.

F S0   F S  (1 + ) F S   x V / Yx/s  qp x V/ Yp/s  ms x V = dSV/dt
F (S0   S  (1  ) S) = x V ( /Yx/s  qp / Yp/s  ms)
D (S0  S) = x ( /Yx/s  qp / Yp/s  ms)
x = D (S0  S) / (( /Yx/s  qp / Yp/s  ms)
x = 0,95 (10  0,180) / (0,475/0,5  0,5/0,85  0,05) = 9,329 / (0,95  0,588  0,05)
x = 9,329 / 1,588 = 5,874 kg/m3
f) Productividad total
Productividad Biomasa cR =PBcr = D*x2
Se necesita calcular la concentración de x2, para ello seplantea un Balance de biomasa en el separador:
1 F x =  F c x + F x2  x2 = 1    c x = ( 1+0.5 –0.5*2)*5.874 = 2.9 g/l
PBcr = 0.95*2.9 = 2.8 g/L
Aumento Productividad = (PBcr - PBsr )/ PBsr = (2.8 – 2.13)/2.13 *100 = 32 %


Clase 5 Agitación y Aireación
Ejemplo 1
Se tiene un fermentador equipado con 2 set de turbinas de paletas planas y 4 baffles. Las dimensiones del...