Lista de Exercícios Resolvida - Esterilização, Agitação e Aeração em Reatores Bioquímicos

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE FURG DISCIPLINA REATORES BIOQUÍMICOS II GABARITO LISTA 1 1 101 min 2 33 m 3 448 gL 4 KLa 7848 h1 5 QO2X nO2a Limitado pela transferencia de massa 6 Não kla013s1 UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE FURG DISCIPLINA REATORES BIOQUÍMICOS II LISTA DE EXERCÍCIOS ESTERILIZAÇÃO E AGITAÇÃO E AERAÇÃO 1 Um meio de cultura que está contaminado com 1010 de esporos microbianos será esterilizado por calor com vapor de 121 C A 121 C a constante da velocidade de destruição térmica pode ser assumida como 32 min1 Estime o tempo de esterilização necessário quando a contaminação deve ser reduzida para uma em 1000 fermentações 2 Um meio que flui através de tubo de esperada com diâmetro interno de 80 mm a uma vazão de 10 m3h deve ser esterilizado continuamente por aquecimento indireto com vapor A temperatura do tubo de espera é mantida em 121 C O número de esporos bacterianos no meio de entrada 1011 deve ser reduzido para 001 A constante da velocidade de destruição térmica a densidade e a viscosidade a 121 C são 180 h1 950 kg m3 e 10 kg m1 h 1 respectivamente Calcule o comprimento necessário do tubo de espera 3 Uma linhagem de Azotobacter é cultivada em um biorreator agitado de 15 m³ para produção de alginato Nestas condições operacionais o KLa é 017 s1 Solubilidade do oxigênio no meio de fermentação é 80 x 103 kg m3 A velocidade específica de consumo de O2 é 125 mmol O2 g1 h1 As bactérias sofrem inibição do crescimento após a adição acidental de sulfato de cobre ao caldo de fermentação logo após o início do cultivo Isso causa uma redução na velocidade específica de consumo de oxigênio para 3 mmol O2 g1 h1 Que concentração máxima de células pode agora ser suportada pela transferência de oxigênio no fermentador 4 Em um tanque agitado aerado o ar é borbulhado na água desgaseificada A concentração de oxigênio na água foi medida continuamente por meio de um eletrodo de oxigênio de forma que foram obtidos os dados mostrados no Quadro Avalie o coeficiente de transferência de massa volumétrica global de oxigênio KLa em unidade de h1 A concentração de equilíbrio de oxigênio em equilíbrio com o ar sob pressão atmosférica é 80 mg L1 o atraso na resposta do eletrodo de oxigênio pode ser negligenciado UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE FURG DISCIPLINA REATORES BIOQUÍMICOS II Quadro Concentração de oxigênio de água Time s Concentração de O2 mg L1 0 0 20 284 40 463 60 587 80 662 100 710 120 740 5 A bactéria Serratia marcescens é utilizada para a produção de treonina A taxa máxima de absorção específica de oxigênio de S marcescens em cultura em batelada é de 10 mmol O2 g1 h1 Está planejado operar o fermentador para atingir uma densidade celular máxima de 60 g L1 Na temperatura e pressão de fermentação a solubilidade do oxigênio no líquido de cultura é 8 103 kg m3 Em uma determinada velocidade do agitador kLa é 020 s1 Nessas condições a taxa de metabolismo celular será limitada pela transferência de massa ou dependerá apenas da cinética metabólica 6 Um fermentador agitado de 8 m3 é usado para cultivar Agrobacterium sp ATCC 31750 para produção de proteína O meio líquido contém 80 gL de sacarose Sob condições ideais 10 g de células é produzido para cada 42 g de sacarose consumida O fermentador é aspergido com ar a 15 atm de pressão e a demanda específica de oxigênio é de 75 mmolgh Para atingir o rendimento máximo de proteina a temperatura de fermentação é mantida constante a 32 C A solubilidade do oxigênio no caldo de fermentação é 15 menor do que na água devido aos efeitos do soluto Se o kLa máximo que pode ser alcançado é 010 s1 a capacidade de transferência de massa do fermentador suporta o consumo completo de substrato Dado Solubilidade do oxigênio em água a 32 C 118 x 102 kgm3