IQ753 Diseño de Reactores Químicos

Auxiliar 5: Reactores Biológicos

Introducción

Dentro de los últimos años, el tema de la producción de productos químicos mediante técnicas biológicas ha tomado un importante papel, tanto en la rama de la biotecnología como en el campo de la ingeniería ambiental.

Introducción

En las reacciones bioquímicas, las células o microorganismos (dependiendo del caso en estudio) , denominadas Biomasa, consumen nutrientes para crecer, además de producir más células y productos de desecho. Estos últimos compuestos pueden ser de interés para fines industriales y/o comerciales.

Introducción

En general, el crecimiento de la biomasa en un sistema aeróbico se puede representar mediante la reacción química general:

ProductoBiomasaSustrato Biomasa

Introducción

Existen varios modelos cinéticos que explican la acción bacteriana, entre los cuales destacan:

1. Modelo Monod.(y Monod con inhibición del Producto)

2. Modelo Tessier.

3. Modelo Moser

Modelo Monod

SKs

S

Xdt

dX

max

Monod Con Inhibición de Producto

SKs

S

P

P

Xdt

dX

n

ext

max1

Tessier

k

S

e

Xdt

dX

1max

Moser

)exp(1

1max

kS

Xdt

dX

Ecuaciones de diseño para biorreactores

Estequeometría de la reacción:

dtdS

dtdP

Y

dtdS

dtdX

Y

donde

S

ProductoBiomasaSustrato

P/SX/S

//X

Biomasa

PYXY SPSX

Ecuaciones de diseño para biorreactores

Balances de masa

)V(rFSFSdt

dSV

:Sustrato

)Vr(rFXFXdt

dXV

:Biomasa

Si

DXi

Ejemplo 1 MATLAB

Biorreactor Batch:

La fermentación de la glucosa a etanol es llevada a cabo en un reactor batch usando la especie Saccharomyces cerevisiae. La concentración inicial del microorganismo es de 1 gramo/litro y la concentración del sustrato es de 200 gramos/litro.

Ejemplo 1 MATLAB

Datos extras: Pextremo: 93 gr/litro n: 0.52 max: 0.33 1/hora Ks: 1.7 gr/litro Yx/s: 0.08 gr/gr Yp/s: 0.45 gr/gr Yp/x: 5.6 gr/gr Kd: 0.01 1/hora

Ejemplo 1 MATLAB

Balances de masa

Expresiones cinéticas

VrYdt

dPV

VrYdt

dSV

Vrrdt

dXV

XXP

XXS

DX

)(

)(

)(

/

/

Xkr

SK

SX

P

Pr

DD

S

n

extX

1max

Ejemplo 1 MATLAB

Resultados:

FIN

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