Agitação em Bioprocesos.ppt

7/26/2019 Agitao em Bioprocesos.ppt

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Fundamentos da Engenharia BioqumicaEscola de Qumica/UFRJ

Agitao em BioprocessosAgitao em Bioprocessos


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1) Introduo

1.1) Funes da agitao em Bioprocessos

- Aumentar a taxa de transferncia de nutrientes;

- Aumentar as taxas de remoo de metab!itos excretados;

- Aumentar a taxa de transferncia de oxignio;

- "#itar a deposio de c$!u!as;

- %romo#er a dissipao de ca!or.


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1) Introduo

1.&)Agitao re!acionada ' aerao

Aerao( F!uxo ascendente das bo!as de ar

Agitao * Aerao

- Aumento do percurso das bo!as de ar;

- +ubdi#iso das bo!as de ar;

- ,eduo da pe!cu!a de !uido estagnada;

- /enor necessidade de se agitar o meio


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1) Introduo

1.&)Agitao re!acionada ' aerao

0 A#a!iao do grau de turbu!ncia ou agitao conseguida apenas com o

borbu!amento de ar nos fermentadores

eorema de Bernou!!i(

"cinetica* "potencia!* "presso* 20 * 3 4 5 6

7onsideraes(

- 7ondies isot$rmicas;

- 7ondies adiab8ticas;- 9ariao da energia potencia! irre!e#ante frente as outras #ariaes;

- #&::: #1

+=

2

1

2

1 ln2

*p

pnRT

gW


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&) ipos de Agitao

&.1) o-mecrpm ou min-1)

9p( #e!ocidade perif$rica 5 @..


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&) ipos de Agitao

&.&)/ec


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) 78!cu!o de %otncia

ransmisso de potncia

>energiaCtempo)

/o#imentao

de um !uido

eterminao da potncia =7ustos de produo

=Inf!uncia na transferncia

de oxignio

inamDmetros Ba!ano t$rmico

"stimao por #ari8#eis do

sistema

%otncia tota!%otncia efeti#a


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( )i L

Foras que produzem turbulnciaO grau de mistura Foras que promovem a resistncia

P f N, , !, , , " ,###

=

=


.1) +istemas Agitados +em Aerao



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= E( a!tura da p8 do impe!idor;

= Gi( dist


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,uston et a!. >1H6)(

2 2i i L $

% &

i i i i

N* * N * " 'P !f , , , , ,###N * * g

=

p( nJmero de

potncia

,e( nJmero de,eKno!ds

Fr( nJmero de

Froude


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= +istema /

/ 4 massaL Mg

4 comprimentoL m

4 tempoL s

% N5O 2 N5O PCs N5O N5O Mg m&

s

= +istema /F

/ 4 massaL Mg ou !b

F 4 foraL Mgf ou !bf

4 comprimentoL m ou ft

4 tempoL s

% N5O Mgf mCs ou !bf mCs

%ara uti!iQar o sistema /FL tem-se ue usar o fator de con#erso( gc

gc0fora 5 massa0ace!erao

gc5 HLR1 Mg m gc5 &L1S !b ft

Mgf s& !bf s&


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2 ( 2in)rcia i ie 2

vis cos as i

2 ( 2in)rcia i iFr %

campo i

F N * * N* *NF N* *

F N * * N *NF g* * g

= = =

= = =

+abemos ue(


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"uao de ,uston et a!.L

considerando re!aes

geom$tricas constantes( ) ( )m n

p e FrN + * N * N=

=Formao de #rtice >caso incomum)(

n 5 a 4 !og>,e)

b

=+em formao de #rtice(

n 5 6 ( )m

p eN + * N=


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r!$ico de Rushton


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"uao de ,uston et a!.L

considerando re!aes geom$tricas

constantes

( ) ( )m n

p e FrN +* N * N=

=Formao de #rtice >caso incomum)(

n 5 a 4 !og>,e)

b

=+em formao de #rtice(

n 5 6"scoamento !aminar >m 5 -1)( % 5 M10

&0i0

"scoamento turbu!ento >m 5 6)( % 5 M&00i

0




,e: 16

,eT 16U


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Vutras geometrias(

( ) ( )

( ) ( )

geometria geometria c

i L i

ci L i

P P *f

! - * " - f

! - * " -

=

=





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/ais de um impe!idor(

,ecomenda-se(i i i

i

oL i L i

i i

" 2

" dist# entre impelidores" " 2

n de impelidores

< >





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.&) +istemas Agitados com Aerao


,eduo na potncia reuerida

raba!o de ascenso das

bo!as de ar

,eduo da densidade

aparente

9ari8#eis importantes(

%( %otncia reuerida ' agitao para o sistema no aerado

%g( %otncia reuerida ' agitao para o sistema aerado


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a %

i

.N

N*=

=a( nJmero de aerao >adimensiona!)

=W( #aQo de ar >mCs)=( fre?ncia de agitao >s-1)

=i( dim)

Ap!icando fatores de correo para a potncia encontrada para o sistema sem

aerao


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=,e!ao gr8fica de VKama e "ndo

>1H)


aerao


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=,e!ao ana!tica de 7a!derbanM et a!.


aerao

g

a a

g

a a

P1 1,2/*N p - N 0,0%&

P

P0,/2 1,&*N p - N 0,0%&

P

=

>Impe!idor a disco com X p8s p!anas e distribuidor de g8s em ane!)


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aerao

=,e!ao ana!tica de /itce! e /i!!er >1HX&)0,(&

2 %

ig 0,&/

2 %i

g 0,&/

P *N*P *

.

P *N*LogP log 0,(&*log

.

=

= +

7( funo da geometria do impe!idor

>+I unidades)


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="uao de 7ooper et al. >1HUU)

3ti!iQando re!aes empricas entre potncia e aerao

2O g g ln *a + a *3p p 4= ( coeficiente #o!um$trico de absoro de oxignio

>mmo! V&C.m.atm)

5+

( ) ( )L

0,6&

0,/7g"5 81! L

P9 0, 0/%&* * v5=

=

>9a!idade( para impe!idor vaned disk; GC 5 1; %gC9T 6L1 G%Cm;

1 Yogo de impe!idorL #+: H6mC ou & Yogos de impe!idoresL #+: 16 mC)

%g( %otncia de agitao >G%)

9( #o!ume de !uido >m

);#+( #e!ocidade sup. do ar atra#$s

da seo reta >mC)


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0 %ara re!aes geom$tricas diferentes de GC 5 1

( )

( ) LL

"5 1!

"5 1! c

9

9 f

= =


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( ) ( )L

a

bg"5 81! L

P9 * * v

5=

=

7( depende da geometria do sistemaL assim

como do sistema de unidades empregado;

a e b( constantes empricas


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="uao de ,icards >Barto!omeu et al. )

( ) ( )

0,(

0,&g

L 8

L

P9 a 9* * v *N

5

=

%gC9( potncia especfica

Z( depende da geometria do sistema;

Agitador turbina a disco com X p8s p!anas


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="uao de /oritQ e /eire!es

( )

( )

( )

( )gL n n

L g1 1

P9 a

0,( 0,/*n9 a P

1 n (

= = +

="uao de FuMuda et a!.

( ) ( )

0,&/

0,7g 0,7 %

g 8

L

P9 a 2, 0 2,* n * * v * N *10

5

= +

>/J!tip!os agitadores;

Agitador com turbina adisco com U p8s p!anas)

>/J!tip!os agitadores; Agitador com turbina a disco com U p8s p!anas)

gmo! V&Cm0min0atm; %g>G%); #+>cmCmin); >rpm)


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="uao de Gospodica et a!.

( )0,72

0,11g

L 8

L

P9 a +* * v

5

=

="uao de aguci et a!.

( )

0,%%

0,&/g

L 8

L

P9 a +* * v

5

=

>7rescimento de S.

cerevisiae)

>/eio com comportamento no-neEtoniano)


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Fundamentos da Engenharia BioqumicaE l d Q i /UFRJ


U) "xerccio

"m uma fermentao em bate!adaL Yogo de turbina [f!at-b!ade\ com X pa!eta

girando a S rpm. 9iscosidade do meio $ 6L6& MgC>m.s) e densidade $ 1.1S&

MgCm. ,eator ci!ndrico com cicanasL obedecendo as re!aes geom$tricas

padro. i

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