Ácido Lático foi produzido pelo cultivo de Enterococcus faecalis utilizando como substratos resíduos da agricultura. O processo foi realizado em um CSTBR (V=400 L) com reciclo externo e em estado estacionário. No CSTBR, uma purga com uma vazão de 40 L / h foi adicionada após o concentrador/separador. A corrente diluída do concentrador foi projetada para operar com uma vazão de 80 % da vazão de alimentação do biorreator e uma concentração de células igual a 20 % da concentração de células saída do reator. A corrente do reciclo que alimenta o reator possui uma vazão de 80 L / h. 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: KS=1,2 g / L, mumax =1,35 h^-1 e YX / S=0,72.
A corrente de alimentação do processo é estéril e apresenta uma concentração de substrato de 20 g / L.
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:
D ;=;Frm outV,
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
dXdt = (mu - D),X = 0 Rightarrow mu = D
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?
  1. 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.
  2. 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.
  3. 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.

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