INGENIERIA DE BIOREACTOERES CULTIVO CONTINUO EN SERIE Y CON RETROALIMENTACION
Un cultivo continuo consistente en 2 quimiostatos en serie de 80 litros de volumen de trabajo cada uno. Se requiere realizar un ensayo en un medio definido limitado por -1 carbono, con una bacteria que posee una μmax =0,57 h , Ks=0,09 g/L y un Y x/s=0,43. En la primera etapa se alimenta un flujo de 32 L/h con un S 0=35 g/L. Entre las dos etapas se incorpora una alimentación de 12 L/h con una concentración de nutriente limitante de 25 g/L. a) Determinar las condiciones de salida de cada etapa en operación régimen estacionario. b) Determinar la productividad volumétrica de biomasa para cada etapa 1.
Se dispone de un sistema de fermentación continua que consisten en dos quimiostatos en serie de 50 litros de volumen de trabajo cada uno. Se desea cultivar una bacteria cuya velocidad específica de crecimiento máxima es de 0,45 h-1 en las condiciones del ensayo y su constante de afinidad es de 28 mg/L para glicerol, que será utilizado como nutriente limitante. Considere un rendimiento en células constante de 0,45 g/g. La primera etapa se operará a D= 0,23 h-1, con una concentración de glicerol en la alimentación de 18 g/L. La segunda etapa tiene una alimentación secundaria de 6 L/h con 100 g glicerol/L. a) Determinar los valores estacionarios de X y S b) Determinar las productividades volumétricas de células en la primera etapa, en la segunda etapa y la productividad global del sistema. c) ¿Cómo varían los resultados de (a) si la alimentación secundaria incluye además 5 g/L de células? 2.
Se desea llevar a cabo un proceso en un biorreactor continuo de tanque agitado a escala industrial con un microorganismo cuyos parámetros son μM=0,2 h-1 y Ks= 0,35 g/L. a) Si la alimentación es estéril, ¿Cuál será el volumen de fermentador necesario para tratar un caudal de 500 L/h de una corriente de sustrato de 30 g/L si se desea alcanzar una conversión del 90%? ¿Cuál será la velocidad de dilución que permite maximizar la productividad celular? Si se sabe que el rendimiento de sustrato en biomasa es 0,09 g/g, ¿Cuál será la productividad máxima de biomasa? b) Se propone modificar el equipo incorporando un separador de biomasa en la corriente de salida. Se obtiene así una corriente de recirculación con una concentración celular tres veces mayor a la obtenida en la salida del biorreactor. Si se desea obtener la misma conversión global de sustrato y se aplica una relación de recirculación de 0,3. ¿Qué caudal será factible alimentar en estas condiciones? c) ¿Qué puede concluir comparando ambas respuestas?
3.
Se pretende operar un cultivo continuo alimentando un reactor con 3000 m 3/d de un medio con una concentración de sustrato de 40 g/L, con un tiempo de residencia 1 hora. El reactor cuenta con un sistema externo de separación de biomasa, que permite una recirculación al reactor. La proporción de flujo retroalimentado al reactor es de 0,3 y el factor de concentración de biomasa es de 2.7. Determine la concentración de biomasa que se debe alcanzar en el reactor para que el proceso sea viable si se desea convertir el 80% del sustrato alimentado.
4.
Se va cultivar una microorganismo que posee una μ max = 0,62 h -1, Ks = 0,2 g/L y un Yx/s = 0,5 g/g en un quimiostato de 12 m 3 de volumen con recirculación de células y sin purga. El reactor se alimenta con 6240 L/h de medio fresco con una concentración de 1,2 g/L. Se pide determinar la concentración de biomasa en la corriente filtrada y la 5.
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concentración de sustrato y de biomasa en el efluente, cuando el reactor opera con una μ = 0,35 h -1 y la fracción de flujo no filtrado es igual a 0.5. Un fermentador de tanque agitado de 1500 litros de volumen de operación es utilizado en un proceso continuo con una levadura de μ max = 0,34 h-1, un Ks= 80 ppm y un Yx/s=0,45. El reactor es alimentado con un flujo de 165 L/h que posee una concentración de sustrato limitante de 5 g/L. El efluente del fermentador pasa por una centrífuga continua que produce una corriente concentrada de células, que es bombeada a otra sección de la planta, y otra corriente clara que es recirculada parcialmente al fermentador, purgándose el resto. El factor de concentración es 3,3 y la proporción de flujo que es retroalimentada al fermentador es de 0.4. Si se desea que el flujo de la purga sea un 65% del flujo de la corriente concentrada de células, determine los valores de los flujos, la concentración de células y sustrato limitante de todas las corrientes, cuando se opera en estado estacionario. Compare los resultados con los que se obtendrían con un quimiostato simple de 1 etapa. 6.
