Universidade Federal de Santa Catarina Centro Tecnológico
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA E ENGENHARIA DE ALIMENTOS ENGENHARIA BIOQUÍMICA – PROF. AGENOR FURIGO JR. TRANSFERÊNCIA DE MASSA DURANTE FERMENTAÇÃO NA PRODUÇÃO DE PENICILINA Um biorreator de 15 litros foi usado para o estudo de uma fermentação para a produção de penicilina. O objetivo do estudo é estabelecer modelos para representar a dinâmica do microorganismo e do reator. O principal aspecto do estudo é examinar como os efeitos de transferência de massa afetam a performance do processo. Uma série de experimentos é, então, estabelecidos para examinar a transferência de massa. O biorreator é considerado ideal, ou seja, não há gradientes de concentração no biorreator. A primeira série de experimentos é conduzida com o objetivo de examinar a transferência de massa do oxigênio da fase gasosa para a fase líquida, ou seja, determinar k la. É considerado que o ar de processo tem a composição 20,95% O 2, 0,03% CO2 e 79,02% N2. O volume total do biorreator, VT = 15 l. A concentração de oxigênio dissolvido em água a 25 oC e a 1 atm de O 2 é Co* = 2,26 mmol/l. Todos os experimentos são conduzidos a 25 oC. A pressão à saída do fermentador é mantida constante a 1 atm em todos experimentos. 1. Determinação de kla pelo método do sulfito A determinação do kla pelo 2
SO
3
método
do
sulfito
é
baseado
na
reação:
catalisador 1 2 O2 SO4 . 2
Pela medida da concentração de sulfito em função do tempo, a velocidade de consumo de oxigênio pode ser calculada. O catalisador pode ser Co2+ ou Cu2+. A fim de se determinar k la no biorreator, sulfito é adicionado no fermentador contendo 10 litros de água até uma concentração de 10 mmol/l. Os resultados experimentais são mostrados na Tabela 1. Tabela 1 Tempo (min) 0 1 2 3 4 5 10 CSO3--(mmol/l) 10 9,65 9,30 8,94 8,58 8,23 6,46 Calcule o kla no biorreator e discuta o método do sulfito. 2. Determinação do k la pelo método direto. Nós agora gostaríamos de determinar k la durante um experimento de fermentação, e para isso implementamos um analisador de gases à saída do fermentador para medir O 2 e CO2. Durante a fermentação de penicilina a vazão de gás é 10 l/min, e o volume de trabalho é 10 litros. Em um certo momento o conteúdo de O2 no gás de exaustão é 20,63% e a concentração de oxigênio dissolvido medida é constante e igual a 70% da concentração de equilíbrio. Calcule o kla durante a fermentação e explique a diferença do valor determinado pelo método do sulfito. 3. Determinação do k la pelo método dinâmico. Nós agora queremos conferir as estimativas prévias de k la usando o método dinâmico, o qual também pode ser aplicado durante a fermentação. Após a obtenção do estado estacionário para a concentração de oxigênio dissolvido, você desliga a alimentação de gás para o fermentador por um breve período, depois do qual você liga novamente a alimentação de gás no instante t=0. No estado estacionário a leitura do eletrodo é c o = 0,8 e a concentração de oxigênio dissolvido para t=0 é co = 0,5, onde: co = Co/Co*. A leitura do eletrodo após o gás ser religado é apresentada na Tabela 2. Também a derivada com respeito ao tempo da leitura do eletrodo foi calculada numericamente e é também apresentada. Calcule k la e discuta o método dinâmico. Tabela 2 Tempo (h) 0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 co 0,50 0,56 0,65 0,71 0,75 0,78 0,79 dco/dt 0 8,96 7,78 5,10 2,99 1,65 0,87
UFSC/CTC/EQA- Departamento de Engenharia Química e Engenharia de Alimentos, Campus Universitário, Trindade, Caixa Postal 476 CEP 88040-900 Florianópolis, SC. Fone: 48 331-9448; FAX: 48 331-9687, E-mail:
[email protected], URL: http://www.enq.ufsc.br
