Ácido Lático foi produzido pelo cultivo de Enterococcus faecalis utilizando como substratos resíduos da agricultura. O processo foi realizado em um CSTBR
com reciclo externo e em estado estacionário. No CSTBR, uma purga com uma vazão de
foi adicionada após o concentrador/separador. A corrente diluída do concentrador foi projetada para operar com uma vazão de
da vazão de alimentação do biorreator e uma concentração de células igual a
da concentração de células saída do reator. A corrente do reciclo que alimenta o reator possui uma vazão de
. A purga e a corrente diluída do separador são combinadas e alimentam o PFBR. A taxa de crescimento das células pode ser representada pela cinética de Monod com os parâmetros:
.
A corrente de alimentação do processo é estéril e apresenta uma concentração de substrato de
.
Explique detalhadamente a importância da purga
A corrente de alimentação do processo é estéril e apresenta uma concentração de substrato de
Explique detalhadamente a importância da purga
Passo 1
Beleza, então o exercício fala de um processo contínuo de produção de ácido lático num reator com reciclo de células (CSTBR) de 400 L, onde:
- A gente manda 40 L/h de purga após o concentrador.
- A corrente “diluída” do separador é 80 % da vazão de alimentação e tem só 20 % da conc. de células do reator.
- O reciclo pro reator é 80 L/h.
- Crescimento segue Monod com Ks=1,2 g/L, μmax=1,35 h⁻¹ e Y_X/S=0,72.
Alimentação entra estéril com S₀=20 g/L.
O que pedem? “Explique detalhadamente a importância da purga.”
Conteúdo: biorreatores contínuos, balanço de massa, taxa de diluição e papel da purga.
Passo 2
Antes de mais nada precisamos entender a tal taxa de diluição (D). É a vazão total que sai do reator dividida pelo volume:
No nosso caso, “F_out” inclui tanto o que vai pra purga quanto o que vai recircular depois, mas o ponto é: em regime estacionário dX/dt=0 e o balanço de células é
Ou seja, para ficar estável, a taxa específica de crescimento μ (dada pela Monod) precisa igualar a diluição.
Passo 3
Tá, mas o que a purga faz na prática?
- Controla a concentração de células no sistema.
- Se a gente não tirasse células, o reator encheria de biomassa (incluindo células mortas ou inativas), a reação empacaria, e até o concentrador/separador poderia saturar ou entupir.
- Evita washout (lavagem completa).
- Ao ajustar a vazão de purga, a gente regula D para não ultrapassar μ_max. Se D > μ_max, a cultura “lava” todo mundo e morre.
- Remove subprodutos e células envelhecidas.
- Em fermentações de ácido lático podem surgir inibidores (produto, metabólitos secundários). A purga ajuda a expulsar parte disso, mantendo a cultura mais saudável e produtiva.
Passo 4
Resumo dos benefícios práticos da purga:
- Mantém a biomassa ativa no nível ideal (nem muito alta, nem muito baixa).
- Garante operação estável em regime estacionário (μ=D).
- Evita entupimento de equipamentos de separação.
- Melhora a qualidade do produto ao liberar subprodutos indesejados.
Resposta
A purga é fundamental porque permite ajustar a taxa de diluição D para igualar a taxa de crescimento μ, mantendo o cultivo em regime estacionário e evitando que o reator fique sobrecarregado de células (vivas ou mortas) ou que “lave” tudo (washout). Além disso, ela ajuda a remover subprodutos e células envelhecidas, assegurando maior produtividade, melhor qualidade de produto e operação contínua sem entupir o concentrador.