Lista de Exercícios - Agitação e Aeração em Reatores Bioquímicos

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE FURG DISCIPLINA REATORES BIOQUÍMICOS II LISTA DE EXERCÍCIOS AGITAÇÃO E AERAÇÃO 1 P 83 kW 2 a Pg 105 W b P 1627 W 3 a 146 rpm b 12s c 184 rpm d 117s 4 a kLa Rushton 0058 s1 kLa pás 0091 s1 b Xmáx 235 gL 5 Sim Fg de 333 103 m3s é menor que o necessário para a completa dispersão do gás nessa velocidade de agitação UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE FURG DISCIPLINA REATORES BIOQUÍMICOS II LISTA DE EXERCÍCIOS AGITAÇÃO E AERAÇÃO 1 Um caldo de fermentação com viscosidade de 102 Pa s e densidade de 1000 kgm3 é agitado em um tanque de 50 m3 usando uma hélice marítima de 13 m de diâmetro A geometria do tanque é de DiDt 033 e HLDt 1 com Np de 035 Calcule a potência necessária para uma velocidade do agitador de 4 s1 2 Um cultivo de um microrganismo será realizado a 30 ºC num biorreator aerado com as características apresentadas abaixo Sabese que o sistema deve operar com fluxo turbulento e que a velocidade da extremidade da turbina πNDi não pode ultrapassar 945 ms a Calcule a potência necessária para operar o sistema b calcule a potência necessária para agitar o meio sem aeração Características DT 3 m Di 1 m HL 3 m Turbina tipo pás planas Dados Aeração 06 vvm kla 100 h1 Fluido Newtoniano em regime turbulento Usar ANEXO 01 K La00635 Pg VL 095 Vs 0 67 3 Um biorreator cilíndrico agitado de diâmetro e altura de líquido de 2 m está equipado com uma turbina Rushton de diâmetro de um terço do diâmetro do tanque O biorreator contém caldo de cultura newtoniana com a mesma densidade da água e viscosidade µ4x103 kgms Para regime turbulento e agitador de pás planas considerar Np5 a Se o consumo específico de energia não deve exceder 15 kW m3 determine a velocidade máxima permitida do agitador b Qual é o tempo de mistura na velocidade do agitador determinada em a c O tanque agora está aerado Na presença de bolhas de gás a relação aproximada entre o número de potência turbulenta sem gás Np e o número de potência turbulenta gaseada Np g é Npg 05 Np Qual a velocidade máxima possível no agitador d Qual é o tempo de mistura com aeração na velocidade do agitador determinada em c 4 Um fermentador agitado com VL10 m3 DT235 m e com altura de líquido de 235 m é usado para cultivar Trichoderma reesei para a produção de celulase A densidade do fluido de UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE FURG DISCIPLINA REATORES BIOQUÍMICOS II cultura é 1000 kg m3 Uma equação para o coeficiente de transferência de oxigênio em função das variáveis operacionais foi desenvolvida para o caldo de T reesei K La25x10 3 Pg VL 07 Vs 03 onde kLa tem unidades de s1 Pg é a potência sob aeração em W VL é o volume do líquido em m3 e VS é a velocidade superficial do gás em m s1 O fermentador é pulverizado usando uma vazão de gás de 06 vvm O reator é agitado com um único impulsor mas dois projetos alternativos de impulsor uma turbina Rushton e uma turbina de disco de lâmina curva estão disponíveis Ambos os impulsores são dimensionados e operados de modo que seu consumo de energia sem gás seja de 9 kW a Se a perda de potência com gaseificação for de 50 para o Rushton e 5 para a turbina de pás curvas compare os valores kLa obtidos usando cada impulsor b Se a concentração de células for limitada a 15 g L1 usando a turbina Rushton por causa dos efeitos de transferência de massa estime a concentração máxima possível de células com a turbina de disco de lâmina curva 5 Bactérias imobilizadas em partículas de cascalho estão sendo estudadas para biorremediação de bifenilos policlorados PCBs As células são cultivadas em uma solução aquosa de densidade 1000 kgm3 e viscosidade 08 mPa s em um biorreator de 400 litros de diâmetro 08 m O reator é agitado com uma turbina Rushton de diâmetro um terço do diâmetro do tanque posicionada com um impulsor com folga inferior Ci de um quarto do diâmetro do tanque O diâmetro médio das partículas é de 250 μm a densidade do cascalho é de 19 gcm3 e a concentração de partículas é de 15 em peso O biorreator é abastecido com ar a uma vazão de 05 vvm volume de gás por volume de líquido por minuto Se a velocidade do agitador for ajustada de forma que os sólidos fiquem completamente suspensos na solução o gás será completamente disperso Observação usar tabela do S do slide e NJSg do slide da aula UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE FURG DISCIPLINA REATORES BIOQUÍMICOS II ANEXO 01 UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE FURG DISCIPLINA REATORES BIOQUÍMICOS II A TURBINA DE PÁ PLANA Np8