INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA NACIONAL DE CIENCIAS BIOLÓGICAS
BIOINGENIERIA I
REPORTE: OXIDACIÓN BIOLÓGICA DE ETA ETANOL NOL EN UN REACTOR REACTOR DE LECHO LECHO FIJO. FIJO.
ALUMNOS: ALUMNOS: CARACHURE MUNDO MARTA CITLALLI GOMEZ CEBALLOS DAYANARA GOMEZ LOPEZ EUNICE LISBETH GUTIERREZ CHAVEZ CLAUDIA GABRIELA MEZA SOTO JOSE LUIS SANTOS LOPEZ ARACELI
Grupo: 7IV1
NOMBRE DEL PROFESOR: M-en C. MARÍA ELENA MONDRAGÒN PARADA
INTRODUCCIÓN: Vinagre La producción de ácido acético es una oxidación incompleta en donde el poder reductor que se produce se transiere al ox!geno" La primera etapa de oxidación a partir del etanol conduce a acetalde#!do mediante un alco#ol des#idrogenasa espec!ica de NA$ o NA$%" Luego existe una segunda oxidación con un acetalde#!do des#idrogenasa a ácido acético" $urante la oxidación se produce & mol de ácido acético por mol de etanol" A partir de & Litro de alco#ol de &'( )*+*, se produce & litro de ácido acético al &'-.(" El ácido acético o ácido etanoico- de órmula /01/OO0- puede o2tenerse por la acción del aire a partir de soluciones de alco#ol- en presencia de cierta clase de 2acterias como Aceto2acter aceti que es la que normalmente se usa para producir *inagre con un porcenta3e de ácido acético superior a &.( cuando se utili4a sidra*ino o malta como materia prima" El color 5 el sa2or dependen de la materia prima empleada 5 método de producción" La 6 madre7 del *inagre- como se conoce popularmente al culti*o que se orma so2re l!quidos estacionarios que contengan etanol o sacarosa- está compuesta por células de di*ersas cepas de Gluconaceto2acter 5 por cadenas de celulosa 5 de pol!meros ac!dicos #idro!licos- ormando una 2iopelicula" $omésticamente se utili4ó esta orma para la producción de *inagre" 8radicionalmente- el *inagre es producido en 2arriles llenos de las *irutas de madera so2re el cual se rocia2a el *ino" /uando el *inagre es destilado este no tiene color" En muc#os pa!ses la legislación exige que el acido acético en *inagre sea producido por ermentación 5 no por procesos qu!micos" /omposición 5 caracter!sticas" %uede deinirse el *inagre como el condimento #ec#o a partir de sustancias a4ucaradas o eculentas por ermentación alco#ólica seguida de ermentación acética" La pala2ra *inagre deri*a del rancés *inagre- que literalmente signiica *ino agrio" La composición del *inagre depende en parte de la naturale4a de la materia prima ermentada 5 tam2ién de las condiciones de a2ricación- conser*ación 5 maduración"
OB9E8IVO GENERAL: •
%roducir *inagre de *ino por un método industrial a escala de la2oratorioen este caso un 2iorreactor del tipo ;rings con células inmo*ili4adasdeterminando paráetros importantes del proceso"
OB9E8IVO< E<%E/=;I/O< •
• •
$eterminar la acide4 del *inagre generado por proceso de oxidación 2iológica del etanol por un método *olumétrico" /alcular la *elocidad *olumétrica media de reacción" /alcular el *alor de la constante de reacción k
RESULTADOS EXPERIMENTALESY MANEJO DE DATOS a) Los c!c"!os #a$a %! a&"s'% (% !a coc%'$ac*+ (% !a ,%-c!a (% $%acc*+ %ara conocer los *ol>menes necesarios de agua 5 *ino para la me4cla inicial que se alimentó al 2iorreactor- se reali4ó el siguiente 2alance de masa:
S% a!*,%'+ "a ,%-c!a co !a s*"*%'% co,#os*c*+ /0*o12*a$%) A!co3o! Ac*(%A"a se i3ó como 2ase de cálculo & L de me4cla" %ara reali4ar la me4cla se utili4ó *ino 2lanco 5 *inagre- con las siguientes composiciones cada uno:
0*o A!co3o! A"a
&&( @(
0*a$% Ac*(%A"a
'=Vinag#e M'ai%ez=0.0( Y'aguaBalance =0.9( General de Dasa
C( @C(
C=Mezla "a#a #eato# A X etanol=0.0$ YCagua=0.91 MCai%ez=0.0&
?( 1( @&(
Entrada=Salida
A + B=C
Balance para etanol A
A
AX etanol =C X etanol
(
0.11 A =0.06 1 L
A =
0.06 L 0.11
)
=0.545 L
Balance para acide4 B
B
BM acidez =C M acidez 0.05 B
B=
=0.03 ( 1 L )
(0.03 ) 1 L 0.05
=0.6 L
A =Vino = 0.545 L
B =Vinagre= 0.6 L Volumen total =1.145 L
A3ustar a un *olumen inal de &L- se #ace la siguiente relación: 0.545 L vino −−−−1.145 Lmezcla
x =0.476 L de vino
x −−−−−−1 L mezcla
∴ se agregan 0.524 L de vinagre
/uadro
'/3) 6 78.9 87.9 ;8.<8
Gas'o NaOH /,L) 1&"& 11"? 1F"C .."&
N NaOH
Ac*(%- /4L)
5 ac*(%-
"& "& "& "&
"&. "&. "&@@ ".C.
&"?? '"& '"'C '"?.?
$eterminación de acide4 eq g ) x eq ( ) L eq alicuota ( ml )
gasto ( ml ) x N . NaOH ( acidez =
( )
( )=
( 31.1 ml ) x 0.1 eq x 0.060 g L
acidez ( t 0 )=
( 10 ml )
( )
eq
( )
0.01866
g / L
( 33.6 ml ) x 0.1 eq x 0.060 g L
acidez ( t 27.5 )=
( 10 ml )
( )
eq
0.0201 g
( )=
/ L
( 37.5 ml ) x 0.1 eq x 0.060 g acidez ( t 72.5 )=
L
( 10 ml )
( )
eq
0.0225 g
( )=
/ L
( 44.1 ml ) x 0.1 eq x 0.060 g acidez ( t 167.37) =
L
( 10 ml )
eq
0.0264 g
/ L
=) E! C!c"!o (% 2%!oc*(a( 2o!",>'$*ca ,%(*a (% $%acc*+ /$A)
( Ac . !inal− Ac .inicial ) ( g ) l
vel . mediade reaccion =
vel . mediade reaccion =
" t ( # )
=(
g acido ) l$ #
( 0.0454 −0.01866 ) g acido =1.597 x 10 −4 ( ) 167.37 −0 l$ #
8a2la '" t(h) ! "#.$ #".$ &#.'#
% acide
1.8$$ ).01 ).)( ).$*$
c) S"#o*%(o ?"% !a 2%!oc*(a( (% $%acc*+ %s (% #$*,%$ o$(%@ ca!c"!% %! 2a!o$ (% !a cos'a'% (% $%acc*+@ (%("-ca s"s "*(a(%s.
% acide & ).(
+,- = 0- / 1.8 R = 1
) % de cide
2 ai%ez 3inea# ,2 ai%ez
1.( 1 0.( 0 0
(0
100
1(0
)00
t (h)
O2tenemos la ecuación
%Ac =&t + C
(Ac".xH&"?? Al despe3ar t tenemos AC −C =t '
t =
%AC −C '
E*aluamos en .( t =
4
−1.866
0.0048
= 444.58 #
() P$o#o%$ !as co(*c*o%s %c%sa$*as #a$a (*s%a$ " =*$$%ac'o$ '*#o F$*s #a$a #$o("c*$ 966L (*a$*os (% 2*a$%. Co(*c*o%s Vol(mende o)eraci*n =Vo) =
500 L de vinagre 24 #oras
En estequiometria & mol de Etanol produce & mol de cido acético" /01J/0'O0 H O'
/01J/OO0 H 0'O
Volumen de operación )Vop, de2e ocupar el ( del *olumen total del 2irreactor: Vop " )Vmáx," Luego entonces: Vol(men m+ximo =
Vo) 0.8
=
500 L 0.8
=625 L
%or lo que nuestro 2irreactor de2e tener un *olumen de ?'C L o 2ien "?'C m "a que el 2irreactor es un cilindro- entonces: 1
2
Vol(men m+ximo =
, - .# 4
3
=0.625 m
%ara di*ersos *alores del diámetro )d, 5 la altura )#, que satisagan dic#a dimensión" $iámetro ( 6. , Altura 3 .7< , Vol(men m+ximo =
, 0.8 m
2
1.2434 m 4
=0.625 m
3
$e acuerdo a la estequiometria se determinó la cantidad necesaria de etanol que se le de2e suministrar al reactor" /01/0'O0 H O'
/01/OO0 H 0'O
Es decir: /on concentración .( de cosec#a" )/oncentración de acide4 del acido acético, . g de ácido acético K gramos de ácido acético
& mL C mL
K ' gramos de ácido acético )?g+mol, entonces tenemos 'g+11"1 mol" .? g etanol
& mol
&C11g etanol 1' g oxigeno &?? g oxigeno
11"1 mol & mol 11"1 mol
D*sc"s*o%s La oxidación 2iológica del etanol reali4ada en el reactor de tipo rings a escala en el la2oratorio se pudo o2ser*ar el desarrollo de la 2iopelicula del microorganismo en el medio de soporte que se utili4ó- la parte undamental de un proceso de este tipo es no permitir que condiciones que pueden ser del mismo proceso aecten a este" %or e3emplo nosotros o2ser*amos que al tener a las células i3adas al soporte estas orman una 2iopelicula en el mismo sin *erse aectadas por el además de cumplir con su unción de oxidación de etanol por el ox!geno que se les está suministrando" Esto es una *enta3a porque la 2iopelicula ue se *a ormando no se
estor2a 5 se acumula en un solo lugar pro2ando que las células en*e3e4can 5 no les permitan a las células 3ó*enes estar cerca del medio donde se desea lle*ar a ca2o la reacción- se o2ser*a en los resultados o2tenidos que la producción de ácido acético *a en incremento con respecto al tiempo 5 es un incremento de producto deseado considera2le tal como se espera que sea a ni*el industrial- los reactores que se emplean 5 el diseo de los mismos tiene un papel más que undamental en el desarrollo de todos estos procesos 5a que con ellos es posi2le mane3ar los *ol>menes deseados- 5 las condiciones de operación que se deseen para o2tener el producto de interés 5a que es deiniti*o que al emplear un 2ioproceso para o2tener productos de2eos tomar mu5 en cuenta para que se *a a utili4ar el producto que esto5 o2teniendo" En el la2oratorio aprendimos a mane3ar el 2iorreactor 5 descu2rimos que los medios de soporte son undamentales para mantener a nuestro microorganismo siempre en contacto con el medio que es el qe le proporciona lo que necesita para *i*ir as! como el que lo pone con el medio que deseamos transormar" La *iruta utili4ada dentro de la práctica uncionó como medio de soporte para que nuestro microorganismo )del género de gluconoaceto2acter, produ3era ácido acético de2ido a que este microorganismo orma una 2iopel!cula lo cual nos a5uda para la producción de ácido acético por lotes continuos utili4ando la misma cepa"
masa
con
el
cual
se
o2tu*o
tomar
de
A 0.476 L de vino 5
¿ 0.524 Lde vinagre .
% acide
1.8$$ ).01 ).)( ).$*$
%or lo que podemos o2ser*ar que esta aumenta con respecto al tiempo se gráica 5 se o2tiene un *alor de
vel . mediade reaccion =1.597 x 10 −4 (
g acido ) l$ #
Dediante m!nimos cuadrados se o2tiene el *alor de la constante de M de ". que es el *alor de la pendiente al graicar el porciento de acide4 contra el tiempo"
Coc!"s*o%s J
•
•
%ara producir &L de etanol al .( se necesitan ..."C #" La producción de ácido acético es más rápida con etanol que con a4>car" El diseo de un 2irreactor de2e incluir todas las *aria2les de operación que nos permitan o2tener más producto en menos tiempo pero tam2ién las células son espec!icas" Este proceso se *e a*orecido pues acilita la separación del producto que las células no se encuentren suspendidas con el mismo" En la cinética de producción de acide4- se puede o2ser*ar que conorme pasa el tiempo el porcenta3e de acide4 aumenta"
•
B*=!*o$aa #ttp:++"sm22"com"mx+congresos ('sm22+puerto*allarta1+8RABA9O<+AREAII+/AR8EL+/IIJCC"pd 9iméne4- E" Eiciencia de un aparato de construcción artesanal para la producción semiJcontinua de *inagre" Escuela de 8ecnolog!a de Alimentos" Pni*ersidad de /osta Rica-
