1 (1 pontos). Descreva as características dos seguintes modos de operação, incluindo vantagens e desvantagens:
- Batelada alimentada
Passo 1
O enunciado pede para descrever o modo de operação “batelada alimentada” (fed-batch), que é um dos modos de operação de reatores químicos ou bioreatores usado para controlar o perfil de alimentação de reagentes ao longo do tempo. Para resolver, precisamos entender o que distingue esse modo de operação do batelada simples e do contínuo, e listar suas principais vantagens e desvantagens.
Passo 2
No modo batelada alimentada temos um reator inicialmente carregado com parte do reagente ou do meio de cultura, sem remoção de produto ou células durante a reação, mas com alimentação adicional de reagente (substrato) ou nutrientes ao longo do processo. Características principais:
- O volume do reator aumenta conforme a alimentação.
- A concentração do reagente limitante pode ser mantida baixa para evitar efeitos de inibição ou toxicidade.
- O perfil de alimentação (taxa e quantidade) é variável e controlado para otimizar rendimento ou produtividade.
- Não há fluxo de saída até o fim do processo, quando ocorre a batelada de descarga.
Passo 3
Vantagens do modo batelada alimentada:
- Controle fino da concentração de substrato, evitando picos que causem inibição ou formação de subprodutos indesejados.
- Aumento da densidade celular ou do grau de conversão, pois o substrato é fornecido gradualmente.
- Possibilidade de estender o tempo útil do reator e aproveitar melhor o potencial catalítico ou biológico.
- Menor risco de choques osmóticos ou térmicos ao introduzir reagentes aos poucos.
Passo 4
Desvantagens do modo batelada alimentada:
- Exige sistema de alimentação e controle mais complexo (bombas dosadoras, medição em linha, algoritmos de controle).
- Mistura e difusão podem ser menos homogêneas conforme o volume cresce, exigindo projeto hidráulico cuidadoso.
- Escalonamento (scale-up) é mais difícil, pois o perfil de alimentação ótimo em escala laboratório pode não se replicar em escala industrial.
- Maior custo de instrumentação e operação comparado ao batelada simples, embora ainda menor que o contínuo.
Resposta
Características do batelada alimentada:
- É um batelada em que se adiciona reagente ou nutrientes ao longo do tempo, sem retirada de produto.
- O volume do reator aumenta com a alimentação.
Vantagens:
- Mantém baixa a concentração do substrato, evitando inibição e otimiza rendimento.
- Permite alta densidade celular ou maior conversão final.
- Prolonga o tempo de operação útil do reator.
- Reduz choques de concentração ou temperatura.
Desvantagens:
- Requer controle de alimentação mais sofisticado.
- Pode apresentar problemas de mistura em volumes crescentes.
- É mais complexo de escalar para produção industrial.
- Aumenta custo de instrumentação e operação em relação ao batelada simples.