Métodos para determinación experimental del
Métodos para determinación experimental del _
Método del sulfito
Método dinámico
Medición directa
Método del gaseado
Reactores en columna
Menor velocidad transferencia
Economía
_
El sistema:
Propiedades de los fluidos a las condiciones de operación.
Condiciones de operación:
Velocidad del liquido y del gas, velocidad de agitación.
Diseño del reactor :
Tipo y geometría del reactor, impulsores, bafles, etc.
Agitación
1.- aumenta el área de intercambio por ruptura de las burbujas
Aireación
Aumenta el numero de burbujas
Viscosidad
Tensiactivos
Sustancias orgánicas
A mayor viscosidad, mayor resistencia a la transferencia.
Afectan el área de transferencia y el KL y el efecto global depende de la concentración.
Temperatura
Afecta el coeficiente de disfusión y la solubilidad (cte henry)
Burbujas mas pequeñas aumento del área y del Kla
Auemnto de la resistencia de la pelicula, disminuye el KL
Disminuye el Kla : antiespumas, peptonas, micelio, biomasa.
Umentan el Kla: cetonas y esteres.
2.-Disminuye el espesor de la película ( L) por lo que aumenta el Kl
Condiciones de prueba
Conteo de tiempo cuando la primera burbuja de aire emerge
Oxidación 4 a 20 min
Se detiene la aireación, agitación, y el temporizador
Se adiciona yodo
Titulación
Medición de oxigeno captado
Determinación de la tasa de absorción del oxigeno
=
Maximizar OTR
La tasa de absorción del oxigeno por unidad de volumen
Min. Flujo de aire
Min. Consumo de energía
Medición directa
Sensor
Analizador de oxigeno disuelto
Aire
Respiradero
Método dinámico
Despejando
= 1 + +
y = m x + b
El valor del termino de ODR se obtiene a partir de la pendiente obtenida durante la interrupción de la aireación.
Método dinámico
Permite hacer determinaciones del durante el curso de una fermentación
Medición de OTR y ODR
El balance de oxigeno en la fase liquida.
Primera etapa OTR = 0
=
=
Antes de que caiga demasiado se restablece la aireación, el perfil para se aplica el balance completo
=
Eventos durante la determinación del por el método dinámico
Interrupción de la aireación
Restablecimiento de la aireación
Método de gaseado (gassing out)
tiempo
=
Concentración de 2 disuelto en la etapa de oxigenación (método de gaseado para determinar
Consiste en el seguimiento en el aumento temporal de concentración de oxigeno en el liquido.
Condiciones:
Solución desprovista de oxigeno
electrodo polarografico de oxigeno
=
Balance de masa queda expresado de la siguiente forma:
Integrando
=ln 1 2 2 1
Ventajas:
*Rápido~15 min
Desventajas:
*A escala industrial requiere de grandes cantidades de 2 para eliminar todo el oxigeno
*Mide la transferencia de 2 en un único punto del fermentador.
*El tiempo de respuesta del electrodo introduce errores
Por lo tanto, el valor de es:
Por lo tanto, el oxigeno captado es:
La solubilidad del oxigeno en equilibrio con aire puede ser estimado de la siguiente manera:
De acuerdo con la relación estequiometrica, la cantidad de oxigeno requerida para la reaccionar 0.29 mol/l es:
Método del sulfito
La cantidad de sulfito de sodio que reacciono a los 10 minutos es:
Ejemplo 9.5
Para medir , un fermentador fue llenado con 10 de una solución de sulfito de sodio a 0.5 M que contiene 0,003 M de iones Cu y el rociador de aire fue un encendido. Después de exactamente 10 minutos, el flujo de aire se detuvo y se tomo y valoro una muestra de 10 m . la concentración de sulfito de sodio en la muestra se encontró que era 0,21 mol/ . El experimento se llevó a cabo a 25 ªC y 1 atm. Calcular el consumo de oxígeno y .
Datos:
V
10
[ 2 3 ]
Inicial 0.5 M
10 min 0.21 M
Datos:
V
Inicial 0.5 M
10 min 0.21 M
Metodología
2 3
++ ó ++
Aire
Material
biológico
=
MÉTODO DEL SULFITO
Medir la velocidad de absorción de oxígeno
2 3+ 12 2 ++ó ++ 2 4
Se emplea la siguiente reacción de oxido reducción:
Consideraciones:
La velocidad de reacción entre el oxigeno y el sulfito es independiente de la concentración del sulfito en el rango de 0.02 y 0.5 M.
La reacción química es mucho mas rápida que la velocidad de transferencia de masa
Desventajas:
Es lento
No considera la reología del medio
DETERMINACIÓN EXPERIMENTAL DEL
Permite anticipar si se cumplirá con los requerimientos de oxigeno para el cultivo a las condiciones de operación de un fermentador.
Realizar comparaciones entre fermentadores del mismo o de diferente diseño en términos de su capacidad de oxigenación.
Medición directa
, puede ser medido en cualquier momento de la fermentación en las corrientes de entrada y salida del fermentador
2 = 2 ( 2 )
= 2 2 =
Donde:
= Gasto volumétrico del gas a la entrada
2 = Concentración de 2 en el aire de entrada
= Gasto volumétrico del gas a la salida
2 = Concentración de 2 en el aire de salida
Volumen de de medio contenido en el fermentador.
El gasto volumétrico de aire a la entrada y salida.
Es necesario conocer los siguientes parámetros:
Factores que afectan la transferencia de Masa en tanques agitados
= ( )
Si:
( )
Factores que afectan la transferencia de masa en Reactores de Columna
= 2 ( )1/(1 )2+ ( )(1 )0.5
Hi= altura de la dispersión gas-líquido
= factor que da cuentas de pérdidas de energía que sufre el líquido por fricción en el fondo.
Conociendo puede calcularse ahora el valor del hold up en la zona no aireada:
=0.89
Factores que afectan la transferencia de masa en Reactores de Columna
Descenso
Ascenso
= 1+ 22
2= + +
= 0.24+1.35 + 0.93
Factores que afectan la transferencia de masa en Reactores de Columna
depende de las propiedades del fluido y de la geometría del reactor y esta dado por:
Factores que afectan la transferencia de masa en Reactores de Columna
1=
Relación empírica entre la velocidad superficial del gas y el hold up
= hold up o fracción del gas retenido en la columna
= variable que representa las propiedades del fluido
= velocidad superficial.
Reactores de columna
(A) Torre de aireación
(B) Airlift
(C) y (D) reactores con recirculación
Factores que afectan la transferencia de masa en Reactores de Columna
Los reactores de columna caen dentro del grupo de reactores entre los cuales la agitación y el mezclado tiene lugar como resultado de la entrada de energía neumática usualmente proporcionada mediante una corriente de aire que se introduce al fondo del reactor.
Factores que afectan la transferencia de Masa en tanques agitados
FACTORES QUE AFECTAN EL KL Y EL KLa
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Método del sulfito
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Titulación
Medición de oxigeno captado
El sistema:
Propiedades de los fluidos a las condiciones de operación.
Condiciones de operación:
Velocidad del liquido y del gas, velocidad de agitación.
Diseño del reactor :
Tipo y geometría del reactor, impulsores, bafles, etc.
Método del sulfito
Método dinámico
Medición directa
Método del gaseado
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Tipo y geometría del reactor, impulsores, bafles, etc.