Biorreatores - Tisha Bordon

7/21/2019 Biorreatores - Tisha Bordon

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isha ordon

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INTRODUO

Iogurte

Cerveja

Po

Queijo

Microrga-nismos

TemposAntigos

Produo


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Louis Pasteur

1857

Papel dos microrganismosnos processos fermentativos

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Primeiras tentativas na

produo de antibiticos

Frascos de vidro fixados sobreplataformas oscilatrias com oobjetivo de promover uma boahomogeneizao do meio lquido e atransferncia de oxignio;



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Problemas desta tentativa:

A transferncia de oxignio no erasuficiente;

As condies dos ensaios no eramreprodutveis;



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Evoluo

Evoluiu-se aos poucos para jarrosagitados e mais tarde para os

fermentadores (ou biorreatores)aerados e agitados mecanicamente,utilizados at hoje em grande parte

dos processos bioqumicos industriais;



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Aplicaes

Nas dcadas seguintes s primeirasprodues de antibiticos, vrios outrosprodutos passaram a ser produzidos

atravs de processos bioqumicos:

Enzimas, solventes orgnicos, vitaminas

e aminocidos, melhoramentos nas reasde alimentos e tratamento de efluentes,estudos na utilizao de clulas animais e

vegetais; Tisha Bordon - tishabordon.blogspot.com


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Ao longo destes anos, as produtividadese rendimentos dos processos foramcontinuamente melhorados em funo

do projeto de novas configuraes debiorreatores, de meios de cultura maisadequados e da seleo de clulas mais

produtivas;



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DEFINIO

Os biorreatores ou fermentadoresso tanques usados para sintetizar

produtos em escala comercial pormeio de reaes qumicas, namaioria dos casos o metabolismo das

clulas explorado para converter ossubstratos em produtos desejados.



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Os microorganismos s crescem e sereproduzem sob condies timas e, os

biorreatores fornecem aos microorganismosas quantidades corretas de substratos paraevitar trocas metablicas no desejadas;

Os biorreatores so usados parafermentaes com clulas vivas, buscando-se manter o crescimento celular para aformao de produtos, ou seja, metablitos(antibiticos, lcool), biomassa (levedura),substratos transformados (esterides).

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Biorreator Primrio

Pequena escala;

Utilizado para testes

de microrganismos;

Frascos incubadoshorizontalmente;

Aumento da rea dasuperfcie de

transferncia de oxignio



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Segundo o mtodo de aerao osreatores em fase aquosa podem ser:

Reatores agitados mecanicamente

como os STR (stirred tank reactor);Reatores agitados pneumaticamente:

Coluna de bolhas (bubble column);

Air-lift;

Reatores com fluxo pistonado (plug-

flow). 13

1 Classificao



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BIORREATORES AGITADOSMECANICAMENTE

Os gases dissolvidos, como ooxignio,devem ser misturados apropriadamente

e o dixido de carbono deve serremovido pelos efeitos da mistura, jque a produo de dixido de carbono

pode levar ainibio da formaodoproduto em muitos processos defermentao aerbica.



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Tipos de Turbinas


Ti h B d ti h b d bl t


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Tisha 16

Vrtices de turbulncia que se formam atrs

das lminas de uma turbina de Rushton


Ti h B d ti h b d bl t


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Tisha 17

Vrtices de turbulncia de uma turbina de

Rushton (vista superior)



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Chicanas

As chicanas transferem a turbulnciapara as paredes do biorreator, evitandoa formao de remoinhos.

As turbinas formamredemoinhos no biorreator.

Vista lateral e superior daschicanas.


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A 300 rpm, produz

pouco gs.

A 450 rpm, bolhas

grandes entram no

meio.

A 750 rpm, o fluido

fermentador est

rico em pequenas

bolhas entrando no

meio. 19

Velocidade de AgitaoTisha Bordon - tishabordon.blogspot.com


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Tubo cilndrico com um agitador nofundo ou na parte superior;

Fermentadores mais comumenteusados devido a suafcil operao,confiabilidadeedurao;

Para um biorreator STR de 20 litros

um motor de 1 Kwatt suficiente. 20

BIORREATORES STR



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Para reatores STR de

grandes dimensesusa-se ao inoxidvelem sua construo;

Os reatores comturbina de Rushton

so geralmente 1/3do dimetro dotanque;



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Um STR agitado mecanicamentecontm:

Agitador;Sistema de fornecimento de oxignio;

Sistema de controle da temperatura edo pH;

Sistema de controle da espuma;

Sistema de limpeza e esterilizao;Pontos de amostragem;

Canais para sada dos efluentes. 23Tisha Bordon - tishabordon.blogspot.com


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Existem dois tipos de reatores queno possuem agitao mecnica:

Coluna de bolhas (bubble column); Air-lift.

Possuem agitao pneumtica, ouseja, h apenas o borbulhamento deum gs, geralmente ar, no reator.

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BIORREATORES AGITADOSPNEUMATICAMENTE



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So usados, geralmente, na culturade clulas sensveis ao cisalhamento

como as clulas vegetais;

Estes fermentadores so geralmentealtos, com uma altura lquidabaseada nas relaes de 8:1 e 20:1.

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BIORREATORES DECOLUNA DE BOLHAS



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O design da altura dessesbiorreatores conduz a:

Alta produo de gs;Longos tempos de resistncia das

bolhas;

Uma regio de presso hidrostticaelevada perto da base do biorreator.

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Design



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O princpio de funcionamento dofermentador air-lift se baseia nasdiferenas de pesos especficosentre o volume de ar enriquecido e o

volume de ar inferior;

Dependendo de como o fermentador

proporciona ar, a densidade maisbaixa do meio do cultivo cria umfluxo para cima o qual resulta nacirculao do meio de cultivo.

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BIORREATORES AIR-LIFT



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O oxignio provido por umcompressor de ar;

O fermentador air-lift difere do debolha por apresentar um tubo de

recirculao da cultura, o queaumenta a eficincia na transfernciade massa e calor.

No entanto, so muitomais carosdeconstruir que o biorreator com colunade bolhas.



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A i i i d t d


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As principaisdesvantagensdos air- l i f t quando comparados com os STRso:

Requer mais energia;

Nveis mais elevados de formao deespuma;

Danos celulares, principalmente nas

culturas de clulas animais. Isto ocorredevido as foras de cisalhamentolevarem ao estouro da bolha na

superfcie. 32Tisha Bordon - tishabordon.blogspot.com


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BIORREATORES COM FLUXOPISTONADO (PLUG-FLOW)

Um reator plug-f low(PFR):

um reator qumico onde o lquido(geralmente um gs) passacompletamente de modo coerente, ou

seja, de modo que o tempo deresidnciaseja o mesmo para todososelementos do fluido.



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Os reagentes miscveisou no-miscveis so

alimentados pelo fundoda coluna, fluem paracima atravs da zonaagitada e sai pelo topoda coluna.

As camisasde

aquecimento ou derefrigerao so usadaspara controlar a

temperatura da reao.Tisha Bordon - tishabordon.blogspot.com


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So usados para modelar atransformao qumica doscompostosenquanto so transportadosem sistemas que se assemelham s

tubulaes.A tubulao pode representar uma

variedade das canalizaesprojetadas

ou naturais atravs das quais oslquidos ou os gases fluem. (Exemplo:um rio, encanamentos, regies entreduas montanhas, etc.).

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Aplicaes



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Um reator ideal de fluxo pistonado tem umtempo de residncia fixo: todo o lquido(plug) que entrar no reator no tempotsair do

reator no tempo t+ , onde o a tempo deresidncia do reator.

Um reator real de fluxo pistonado tem umadistribuio do tempo de residncia como umpulso estreitoem torno da distribuio mdiado tempo de residncia.

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Plug-Flow Pistonado Ideal



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Um reator tpico do fluxo pistonadopoderia ser um tubo empacotado comalgum material contnuo (freqentementeum catalisador).

As reaes contnuas homogneas so

tipicamente plug-flow.



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Os lquidos reagentes so misturados

juntos e continuamente e o tempo deresidncia no reator muito curto. Esteestilo muito til para as reaes rpidas.

Em um teste, um reator de colunasubstituiu uma srie de CSTR's forneceu

um rendimento e uma pureza maiselevados.




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Revista de Graduao da Engenharia Qumica (ANO I No. 2

Jul-Dez 98);http://www.hottopos.com/regeq2/meio_seculo_de_engenharia_bioq.htm)

http://www.biologia.edu.ar/microind/producci%C3%B3n_de_penicilina.htm

Universidad de Guadalajara; Instituto Tecnolgico y deEstudios Superiores de Occidente, ITESO; Ral R. LealAscencio ; http://iteso.mx/~rleal/Coecytjal/Fund_bio.pdf

http://www.np.edu.sg/lsct/biochemical_engineering/lectures/bioreact1/bioreact2_1.htm

College of Engineering, University of Michigan;http://www.engin.umich.edu/~cre/asyLearn/bits/pfrfinal/ www.pilot-plant.com/ reactions.htm The Center for Public Environmental Oversight (CPEO);

http://www.cpeo.org/techtree/ttdescript/biorec.htm

http://www.bakker.org/cfm/webdoc12.htm 39

BIBLIOGRAFIA


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