Trabalho de Engenharia

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE- FURG[pic 1]

DISCIPLINA: REATORES BIOQUÍMICOS II

LISTA DE EXERCÍCIOS –AUMENTO DE ESCALA

1. Uma reação bioquímica ocorre em um tanque agitado, provido de camisa de vapor. Dos ensaios realizados no tanque, em escala piloto (diâmetro do tanque de 0,61 m, quatro defletores, com turbina de Rushton de seis pás retas), sob regime turbulento, de um meio de cultivo que apresenta ρ=1030 kg/m3; µ=2x10-3 Pa.s, resultados satisfatórios foram obtidos. A frequência de agitação foi de 250 rpm e o consumo de potência de 110 W. Determinar as condições operacionais (P e N) para a mudança de escala da ordem de quatro vezes nas dimensões lineares do tanque. Considera-se que o tanque da planta-piloto apresenta configurações padrão: [pic 2]

2) Dois tanques agitados geometricamente semelhantes com impulsores de turbina de lâmina plana das seguintes dimensões devem ser operados a 30 ºC como fermentadores aeróbios em escala piloto e escala de produção.

Escala	DT (m)	HL (m)	Di (m)	V (m3)
Piloto	0,6	0,6	0,24	0,170
Produção	2,0	2,0	0,8	6,28

        Resultados satisfatórios foram obtidos com o fermentador em escala piloto a uma frequência de agitação (N) de 1,5 s-1 e uma vazão de ar (30 ºC) de 0,5 m3/min. A densidade e a viscosidade do caldo são de 1050 kg/m3 e 0,002 Pa.s, respectivamente. Dados dos impulsores da turbina mostraram que kLa pode ser correlacionado pela Equação de Mitchel, com valores α e β=2/3. Usando kLa como o critério de aumento de escala, estime a frequência de agitação e a vazão de ar para o fermentador em escala de produção que fornecerá resultados comparáveis com os dados em escala piloto. Utilizar velocidade superficial constante como critério de aeração

3) Para garantir condições turbulentas durante a agitação com um impelidor de turbina (Np=5), o número de Reynolds deve ser de pelo menos 104.

(a) Um fermentador de laboratório de diâmetro e altura de líquido de 15 cm está equipado com uma turbina Rushton de 5 cm de diâmetro operada a 800 rpm. Se a densidade do caldo for próxima à da água, qual é o limite superior para a viscosidade do caldo se a turbulência for atingida?

(b) Estime o tempo de mistura no fermentador de laboratório.

(c) O fermentador é dimensionado para que o tanque e o rotor tenham 15 vezes o diâmetro do equipamento de laboratório. O agitador no vaso grande é operado na mesma velocidade de ponta do impulsor (πNDi) que no aparelho de laboratório. Como o aumento de escala afeta a viscosidade máxima permitida para manutenção de condições turbulentas?

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