Células de Nicotiana tabacum são cultivadas para produção de uma goma polissacarídica. 0 reator utilizado é do tipo tanque agitado com volume inicial de 100 L . A velocidade específica máxima de crescimento da cultura é de
e o coeficiente de rendimento de substrato em biomassa é de
. A concentração do substrato limitante no meio é de
. O reator é inoculado com
de células e operado em batelada até a exaustão do substrato, quando se inicia a alimentação de meio com vazão constante de
. A batelada alimentada ocorre em condição de estado quase-estacionário.
a) Estime o tempo da etapa em batelada e a concentração de células atingida nessa fase, considerando crescimento exponencial das células.
b) A fase de batelada alimentada é realizada pelo período de 40 dias. Qual a concentração final de células no reator?
c) O biorreator está disponível para o processo por 275 dias por ano, com um intevalo de 24 h entre cada cultivo. Qual o modo de operação mais vantajoso para o processo (anualmente): batelada simples ou batelada alimentada?
a) Estime o tempo da etapa em batelada e a concentração de células atingida nessa fase, considerando crescimento exponencial das células.
b) A fase de batelada alimentada é realizada pelo período de 40 dias. Qual a concentração final de células no reator?
c) O biorreator está disponível para o processo por 275 dias por ano, com um intevalo de 24 h entre cada cultivo. Qual o modo de operação mais vantajoso para o processo (anualmente): batelada simples ou batelada alimentada?
Passo 1
O enunciado trata de uma cultura de células num biorreator tanque agitado de volume inicial de
,L. Os dados são: taxa específica máxima de crescimento
,d
, rendimento biomassa/substrato
,g
/g
, concentração inicial de substrato
(m/v) ou seja
,g/L, inoculação com
,g/L e operação em batelada até exaustão do substrato. Depois inicia-se batelada alimentada com vazão de alimentação
,L/d, mantendo-se
(quase‐estado estacionário).
Conteúdo: balanço de biomassa para batelada e batelada alimentada, modelo exponencial e rendimento.
Conteúdo: balanço de biomassa para batelada e batelada alimentada, modelo exponencial e rendimento.
Passo 2
Na batelada sem alimentação, assume-se crescimento exponencial até
. A massa de biomassa atinge
pois todo substrato é convertido em biomassa. Substituindo
O tempo até essa concentração, usando
, é
Passo 3
Na batelada alimentada (fed-batch) com
, o balanço de biomassa é
Como
é mantido baixo,
não é limitante e usa-se o rendimento para escrever
Supondo
,g/L no meio de alimentação e
, integra-se
Para
d:
,L e
Passo 4
Para decidir o modo anual, calculamos a produção total anual em cada caso. O reator fica disponível
d/ano e exige
d ocioso entre ciclos.
Batelada simples:
ciclo = d →
ciclos.
Produção por ciclo = ,g/L
,L
g.
Produção anual ≈ kg
kg.
ciclo =
Produção por ciclo =
Produção anual ≈
Batelada alimentada:
ciclo = d →
ciclos.
Produção por ciclo = ,g/L
,L
g.
Produção anual ≈ kg
kg.
ciclo =
Produção por ciclo =
Produção anual ≈
Resposta
a)
,dias,
,g/L.
b) Após 40 d de alimentação, ,g/L.
c) Anualmente, a batelada alimentada ( kg/ano) supera a batelada simples (
kg/ano), logo é mais vantajosa.
b) Após 40 d de alimentação,
c) Anualmente, a batelada alimentada (