Relatório Engenharia Bioquímica - Determinação do Kla

RELATÓRIO DE ENGENHARIA BIOQUÍMICA

Determinação do KLa

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Gabrielle Fidalgo Sentieiro

Julia Finamor Carvalho

Profª: Eliana Mosse Alhadeff

Fundamentos de Engenharia Bioquímica I – EQB366

Escola de Química – URFJ.

Novembro, 2017.

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1. Sumário

1.        INTRODUÇÃO        - 2 -

2.        OBJETIVOS        - 5 -

3.        METODOLOGIA        - 6 -

4.        RESULTADOS        - 9 -

4.1 Análise dos dados obtidos pelo borbulhador de 6 furos        - 10 -

4.2 Análise dos dados obtidos pelo borbulhador de material sinterizado        - 12 -

5.        DISCUSSÃO        - 14 -

6.        CONCLUSÃO        - 16 -

7.        BIBLIOGRAFIA        - 17 -

1. INTRODUÇÃO

Do ponto de vista bioquímico, o oxigênio é o último elemento a aceitar elétrons, ao final da cadeia respiratória, sendo então reduzido a água. Um cultivo que seja eficiente, ocorrendo com elevadas velocidades de crescimento celular, significa altas velocidades de consumo da fonte de carbono, mas significa também, obrigatoriamente, a necessidade da existência de oxigênio dissolvido.

Através da equação estequiométrica de oxidação completa da glicose, percebe-se a magnitude do problema enfrentado quando se trata do fornecimento de oxigênio para a respiração do microrganismo. Verifica-se que para 180g de glicose oxidada, é necessário o consumo de 192 g de oxigênio. A solubilidade da glicose em meios de cultivo é alta, centenas de gramas por litro, enquanto que a solubilidade do oxigênio no meio de cultivo e até mesmo na água, é muito baixa, estando na ordem de 7 a 8 mg.O2.L-1, dependendo da pressão atmosférica e da temperatura.

Existem diferentes maneiras para se transferir oxigênio do ar para um líquido. Alguns possuem maiores poderes de transferência, embora apresentam alto custo. A seguir, alguns sistemas de transferência são apresentados na figura.

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Figura 1. Sistemas de transferência utilizados em biorreatores. (a) lagoa de estabilização, (b) airlift de tubo concêntrico, (c) airlift com circulação externa, (d) coluna de bolhas, (e) tanque agitado e aerado.

O sistema apresentado na Figura a, apresenta um simples sistema de transferência. Neste sistema, a transferência ocorre somente na superfície do líquido. São sistemas que não possuem alto custo relativo, pois não possui sistema de aeração e agitação. As Figuras b e c apresentam biorreatores do tipo airlift (tubos concêntricos e circulação externa). A transferência de oxigênio nestes biorreatores é realizada somente pela aeração. Pela ausência de agitação, este sistema é muito utilizado, possibilitando transferência de oxigênio com um baixo custo relativo. A Figura d apresenta um sistema denominado como coluna de bolhas. Este sistema funciona como o airlift com tubo concêntrico. Por outro lado, estes biorreatores necessitam de maiores vazões de ar para manter níveis de oxigênio dissolvido e intensa agitação, o que significa maior gasto de energia para compressão do ar.

Dentre as várias teorias que permitem o equacionamento da transferência de oxigênio, a de maior utilidade é a que considera a existência de duas películas estagnadas. Na Figura 2 busca-se ilustrar, com maiores detalhes, a interface líquido-gás com as mencionadas películas.

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Figura 2. Interface gás-líquido com as películas estagnadas.

Há uma película gasosa estagnada, entre o seio gasoso (homogêneo com pressão parcial de O2 constante) e a interface gás-líquido. A transferência ocorre apenas por efeito difusional e, portanto, depende da existência de um gradiente entre a pressão parcial de O2 na interface (pi). Igualmente na fase líquida, há uma película estagnada ao redor da bolha. O fluxo de oxigênio depende, além do coeficiente de transferência, da existência de um gradiente entre a concentração de O2 na interface (Ci) e a concentração de O2 no seio líquido (C).

Admitindo que o sistema esteja em estado estacionário, em termos da transferência de oxigênio, assim como a existência de um perfil linear de concentração da concentração de oxigênio no interior das películas, isto é, há equilíbrio instantâneo entre a pressão parcial do gás e sua concentração no líquido, quando o gás entra em contato com o líquido, gás e líquido comportando-se como ideais, pode-se escrever:

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     Admitindo-se também que a fase que oferece maior resistência à transferência de massa é a líquida, temos que considerando Ci~ CS    e C~ CL:

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onde:

n02 = fluxo de oxigênio por unidade de área interfacial (gO2/m2.h)

kg = coeficiente de transferência de massa da película gasosa (m/h)

kL = coeficiente de transferência de massa da película líquida (m/h)

Cs = concentração de O2 dissolvido no líquido em equilíbrio (gO2/m3)

Ci = concentração de O2 na interface gás/líquido (gO2/m3)

C = concentração de oxigênio no seio do líquido (gO2/m3)

dCL/dt = taxa de transferência de oxigênio ou taxa de absorção (mol O2/m3.h)

a = área específica da superfície de interface ou área da interface por unidade de volume de líquido (m-1)