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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
Gracias por su atención