Resumen artculo: Anlisis de reactor tubular empacado no isotrmico con sistema

de enzimas inmovilizadas

Daniela Gutirrez Alejandra Osorio

Nathaly Valcrcel Viviana Snchez

La mayora de reacciones enzimticas son exotrmicas y las temperaturas aparecen para ser un factor de manipulacin conveniente en el control de la desactivacin de la enzima y su maximizacin sobre la conversin del sustrato, por ende en el estudio, Se quiere modelar el rendimiento de un reactor tubular no isotrmico empacado con partculas de enzimas encapsuladas esfricas en trminos de diferentes parmetros cinticos y de transporte adimensionales.

Ilustracin 1

En el reactor no isotrmico, ocurrir un proceso de trasferencia de sustrato y de calor desde la fase liquida hasta la superficie inmovilizada del biocatalizador; la transferencia de calor desde la fuente de la pared del reactor junto con la difusin simultnea y la reaccin del sustrato dentro del biocatalizador. Se plantean distintas ecuaciones y para resolver el modelo matemtico que se quiere plantear se hacen las siguientes suposiciones:

a) La temperatura de la pared del reactor es constante b) La resistencia de la membrana en cualquier proceso es depreciable. c) La temperatura de alimentacin es constante d) La reaccin entre el sustrato y la enzima siguen la cintica de Michaelis-Menten. e) La actividad de la enzima es uniforme a travs de la partcula

f) La distribucin de los biocatalizadores es uniforme a lo largo del reactor g) La cada de presin es despreciable. h) Todas las propiedades fsicas y de transporte son constantes, menos la velocidad de

reaccin. Con la figura 1 y las suposiciones plantadas, en el artculo se plantean diferentes ecuaciones diferenciales para el desarrollo del sistema, dentro de estas se destacan el balance de masa y energa en la inmovilizacin de la enzima:

Ecuacin 1 Balance de masas Ecuacin 2 Balance de energa

Con los anteriores postulados y ecuaciones, se realizan a las condiciones de operacin el estudio obteniendo los siguientes resultados: La siguiente tabla muestra los parmetros usados para el presente estudio:

Parmetros de transferencia de masa

Bim 0.54

Pem 1.0x lo4

q (KL=1.6X1O-4 m s-l) 2.88

P 0.296

Parmetros de Transferencia de Calor

Bim= Bi, 0.54

Peh = 0.25 Pe, 2500

H (h=2.16xl@ W mm2 K-) 2.88

PI 0.296

St 0.1

a 0.01

Parmetros cintico

Da 5.0 x 106

K 0.5

CE 1.0

En la siguiente grafica se muestra el comportamiento de la concentracin de salida y de la temperatura con respecto a , en la cual se puede observar que inicialmente la concentracin de salida aumenta hasta un mximo y despus decrece hasta alcanzar el estado estacionario, a diferencia de la temperatura que cambia poco con el tiempo. Tambin nos muestra que el estado estacionario se alcanza a un tiempo de 17.5 bajo los parmetros mostrados anteriormente.

Ilustracin 2 Grfica resultados finales

CONCLUSIONES

- Si el reactor es inicialmente libre de sustrato y tiene la misma temperatura de alimentacin, la concentracin a la salida va a mostrar un mximo y luego va a decrecer hasta llegar al estado estacionario

- La concentracin del sustrato en el estado estacionario decrece progresivamente a lo largo de todo el lecho del reactor. Al contrario, la temperatura aumenta, pero solo hasta a la longitud critica del reactor en la cual el efecto de la reaccin exotrmica disminuye.

- Un sistema de orden cero mostrara una conversin global mayor y una temperatura de salida ms alta que un sistema de primer orden.

- La influencia de la transferencia de masa en el perfil de concentracin es ms pronunciada hacia la entrada del reactor que aproximndose a la salida. La concentracin de salida del sustrato decrece con el incremento del nmero de peclet.

(Hassan, Antiqullah, Beg, & Chodhury, 1995)

Bibliografa Hassan, M., Antiqullah, M., Beg, S., & Chodhury, M. (1995). Analysis of non-isothermal tubular

reactor packed with inmobilized enzyme systems. The Biochemical engineering journal, 9.