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Balance de Masa y Energía en un Sistema Biotecnológico :, Materiales y…

- - - - ISO 9000
        
        El aseguramiento de calidad que ayuda a mejorar el desempeño, coordinación y productividad de una organización.
      - ISO 14000
        
        Sistema de gestión ambiental por excelencia, que contiene las guías generales sobre principios, sistemas y técnicas de soporte, para lograr que una empresa certifique.
- - - - Forzada
        
        Generado por fuentes externas
        (bombas, agitadores, etc.)
  - - - Describe matemáticamente el modelo
        de difusión de materia o energía en un medio.
- - - - Cuando se considera un fermentador de alimentació continua y fases líquidas y gaseosas homogéneas, se pueden establecer balances de masa de metabolitos gaseosos para las fases líquida y gaseosa.
        
        Las concentraciones de hidrógeno disuelto se compararon con las mediciones de hidrógeno gaseoso en tres reactores de diferente diferentes diseños.
        
        un lodo de flujo ascendente reactor de lecho
        
        El reactor de lecho de lodos fue operado con largos tiempos de retención hidráulica y baja carga orgánica tarifas Se produjeron bajas cantidades de gas y, por lo tanto,la mezcla se originó principalmente a partir de la recirculación de líquido ascendente
        
        En los diferentes reactores, para una amplia gama de condiciones de mezclaciones, tasas de carga orgánica y producción de gas relacionada tasas, siempre se encontró que el hidrógeno era mucho más concentrado tratado que el valor de equilibrio esperado (de 35 a 71 veces más concentrado).
        
        un reactor de lecho de lodo de flujo ascendente rematado con un parte del filtro (reactor UBF).
        
        El reactor ubf se operó con tiempos de retención hidráulica cortos y altas tasas de carga orgánica.
        
        reactor completamente agitado
        
        El reactor completamente agitado se operó en un modo de alimentación por lotes en la mayoría de los casos, como
        ampliamente descrito, pero también se obtuvieron algunos resultados por lotes.
      - Para evaluar la importancia de las limitaciones de transferencia de masa 0* en reactores anaeróbicos reales, las concentraciones de hidrógeno disuelto se compararon con las mediciones de hidrógeno gaseoso en tres reactores de diferentes diseños: un reactor completamente agitado, un reactor de lecho de lodo de flujo ascendente y un reactor de lecho de lodo de flujo ascendente coronado con una parte de filtro (reactor UBF)
      - Se debe mantener una concentración baja de hidrógeno, así como otros metabolitos intermediarios, para asegurar un proceso adecuado.
        
        El nivel de Hidrógeno disuelto en el proceso es el factor limitante de crecimiento en el proceso de fermentación que es llevado a cabo
      - Los coeficientes de transferencia de masa de hidrógeno se obtuvieron a partir de mediciones directas de las concentraciones disueltas y gaseosas, mientras que los coeficientes de dióxido de carbono se calcularon a partir de la composición de la fase gaseosa y el cálculo de la concentración disuelta relacionada
    - - Para fase liquida
        
        Para fase gaseosa
- - - - Juega un papel importante como control del oxígeno disponible para el metabolismo de los microorganismos.
        
        Los rendimientos del proceso biológico, así
        como el consumo de energía asociado
      - Los bioproceso
        
        Medios líquidos (caldos de cultivo)
        
        Tres
        factores de mejora
        
        Los cambios de las propiedades del medio químico por la actividad celular
        
        La presencia de partículas sólidas
        
        La mejora de la transferencia de masa por la reacción.
        
        Propiedades fisicoquímicas
        
        Su impacto en las tasas de
        transferencia de masa se consideran juntas, mediante un factor:
        
        La resistencia al transporte de
        masa en el lado líquido (kL) y el área interfacial (a).
        
        Fases:
        
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        Componentes tensoactivos
        
        Inducen dos efectos opuestos
        
        Retrasan la coalescencia de las burbujas de gas y por lo tanto hacen que el área interfacial gas-líquido sea más grande
        
        Reducen la perturbación en el fluido a granel al resistir el movimiento de la interfaz y, por lo tanto, aumentar la resistencia a la transferencia de masa y reducir los coeficientes de transferencia de masa del lado líquido
- - - - PRODUCTOS
        
        La ecuación del gas ideal se presenta así:
        
        P = presión P = 0,97 atmósferas
        
        R = constante universal de los gases , R = 0,082 litros atmósfera/mol K
        
        T = temperatura absoluta , T = 21 + 273,15 = 294,15 K (grados Kelvin)
        
        V = volumen
        
        n = número de moles , n = 100 kg/P.M. medio = 100.000 g/P.M. medio
        
        Para obtener la densidad del gas tenemos la ecuación:
        
        Para obtener el peso molecular mediode una mezcla de gm gases tenemos:
        
        Para obtener la fracción másica del etanol, se necesita ya el peso molecular que se dió en la anterior fórmula, después:
- - - - Transferencia masiva o cinéticamente limitada
        
        Cambios en la capacidad de eliminación en el reactor
- - - - La obtención de energía en microorganismos aeróbicos está ligada a la presencia de oxígeno y está dado por:
        Donde r(i) es la velocidad de consumo del sustrato, X es la concentración de biomasa y q(i) la velocidad específica del componente.
        
        La velocidad de consumo de oxígeno se relaciona con la velocidad específica de crecimiento microbiano utilizando el coeficiente de rendimiento.
        
        La velocidad específica de consumo depende de la concentración de sustrato limitante, a medida que ese disminuye, la velocidad específica de consumo de oxígeno también hasta que se hace mínimo.
        
        La velocidad de consumo de oxígeno aumenta rápidamente ya que la concentración celular aumenta durante la fermentación para llegar a su máximo al final de la fase exponencial.
        La concentración critica de oxígeno disuelto varía con la concentración de oxígeno de acuerdo a la ecuación de Monod.
        
        Si la concentración de oxígeno disuelto está por debajo de la concentración critica de O2, el qO2 aumenta linealmente con la concentración de oxígeno disuelto.
        
        La concentración critica de oxígeno varía de un microorganismo a otro y de acuerdo con la naturaleza del sustrato.
        
        Realizando balances de oxígeno en fase líquida y gaseosa en un biorreactor se obtiene la ecuación que describe la velocidad de consumo de oxígeno de un cultivo.
        En un cultivo batch la entrada y la salida se anulan y en el caso de un cultivo continuo la cantidad de oxígeno que ingresa y sale se considera despreciable.
        
        Para medir la velocidad de consumo de O2 y la velocidad de producción de CO2, se utilizan las siguientes fórmulas respectivamente:
        
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        Realizando un balance de oxígeno en fase líquida se obtiene.
        
        Realizando un balance de oxígeno en fase gaseosa se obtiene.
        
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- - - - .Biofiltros
        
        Se utiliza principalmente para eliminar olores en plantas de tratamiento de aguas residuales, plantas de compostaje y sitios similares,
        
        El gas residual es
        forzado a subir a través de una capa de un embalaje con un
        espesor de alrededor de 50-.100 cm junto con mezclas de madera y astillas crean una estructura suelta
        para el paso de gas y evitar la obstrucción.
        
        Consideraciones.
        
        El contenido de agua del material portador debe mantenerse entre un 30 y un 60 %
        
        Sistemas abiertos están expuestos a una variedad de condiciones climáticas
        
        La composición y supervivencia de la flora microbiana en el empaque son parámetros importantes del proceso.
        
        Eliminación de estos compuestos sigue una cinética de reacción de orden cero hasta concentraciones muy bajas de sustrato.
        
        Investigaciones microbianas
        
        Los sistemas de depuración de gases residuales se han realizado principalmente en lechos filtrantes
        
        La degradación se debe principalmente a bacterias y hongos.
        
        El crecimiento y la actividad de estos organismos saprofitos dependen de las condiciones físicas y químicas del material de empaque
        
        Ácaros, colémbolos y nematodos se encuentran con frecuencia.
        
        Filtros percoladores.
        
        Los filtros percoladores generalmente consisten en columnas llenas de relleno en cuya superficie se desarrolla una biopelícula de flora microbiana de varios milímetros de espesor
        
        El agua, que contiene nutrientes inorgánicos disueltos, se suministra continuamente en el lado superior de la columna y se distribuye homogéneamente sobre la sección transversal de la columna
        
        El modo fundamental de operación es esencialmente el mismo que cuando se aplica a la purificación de gases, pero es la fase acuosa la que debe purificarse biológicamente.
        
        Biodepuradores.
        
        Consta de un compartimiento de depuración en la que gotitas de agua finamente distribuidas fluyen en contracorriente con el gas residual, hay una transferencia de masa continua de contaminantes y oxigeno.
        
        La tasa de transferencia de masa de un compuesto dado se determina por el producto del coeficiente de transferencia de masa total, el área total de contacto en la columna y la fuerza impulsora promedio.
        
        Y consta de compartimiento de regeneración en el que las sustancias absorbidas en el agua se oxidarán por actividad microbiana y se eliminarán de la fase líquida mediante una suspensión de lodos activados.
        
        Ejemplo
        
        Eliminación de xenobióticos
        
        Los xenobióticos recalcitrantes o persistentes poseen estructuras químicas tan poco naturales que su degradación biológica es muy lenta o incluso imposible.
        
        La continua adaptación de los microorganismos a nuevos sustratos ofrece un número cada vez mayor de oportunidades para aislar microbios capaces de degradar xenobióticos.
        
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      - Los componentes químicos se clasifican con respecto a su biodegradabilidad de la siguiente manera:
        
        Antropogénicos
        
        Sintéticos y productos naturales
        
        Xenobióticos
        
        Recalcitrante
        
        Persiste
        
        Débil
        
        Biogénicos y productos naturales