Na produção de tetraciclina em fermentação piloto com 20 litros de mosto foi utilizada a seguinte tabela para otimização do sistema de aeração, sendo vs a velocidade do ar através do biorreator e P a concentração de tetraciclina.
vs (dm/min)
P (g/L)
2,2
1,4
3,1
2,0
4,8
3,1
6,2
4,0
7,8
5,0
9,3
6,0
10,8
6,0
12,0
6,0
Para a melhor situação encontrada, mediu-se no reator piloto um coeficiente volumétrico de absorção de
igual a
. O biorreator piloto é cilíndrico e apresenta uma relação entre altura de mosto e diâmetro de 4,0 e é agitado por uma turbina do tipo “vaned disk”. Deseja-se fazer uma extrapolação de escala para a fase de produção industrial, de modo a se obter 960 Kg de antibiótico ao fim da cada batelada. O ar é filtrado na escala industrial através da lã de rocha compactada a uma densidade média de
, sendo a área da seção reta do filtro 100 vezes maior que a área da seção reta do biorreator piloto. Na esterilização do ar, exige-se um grau de esterilidade
igual a
.
A tabela abaixo mostra a variação de
(espessura da camada filtrante que retém
dos contaminantes do ar) com velocidade linear do ar através do filtro (
).
1,15
18,0
1,50
28,0
3,00
34,0
7,00
27,0
20,00
11,0
40,00
4,4
80,00
1,5
Pede-se calcular:
a. Capacidade do compressor de ar em
b. Potência efetivamente aplicada na agitação em HP
vs (dm/min) | P (g/L) |
2,2 | 1,4 |
3,1 | 2,0 |
4,8 | 3,1 |
6,2 | 4,0 |
7,8 | 5,0 |
9,3 | 6,0 |
10,8 | 6,0 |
12,0 | 6,0 |
|
|
1,15 | 18,0 |
1,50 | 28,0 |
3,00 | 34,0 |
7,00 | 27,0 |
20,00 | 11,0 |
40,00 | 4,4 |
80,00 | 1,5 |
a. Capacidade do compressor de ar em
b. Potência efetivamente aplicada na agitação em HP
Passo 1
O problema trata de escala-up de um biorreator agitado com turbina do tipo vaned disk, em que no piloto (
L) a situação ótima é obtida para vs
dm/min (P
g/L) e se mediu um coeficiente volumétrico de absorção de
. O tanque é cilíndrico com razão altura/diâmetro
. Queremos extrapolar para produzir
kg de antibiótico, filtrando o ar antes do reator industrial através de lã de rocha cuja área de seção reta é
a do reator piloto, e estimar
a) a vazão de ar do compressor ( /h)
b) a potência de agitação efetiva (HP)
a) a vazão de ar do compressor (
b) a potência de agitação efetiva (HP)
Passo 2
Determinar o volume e a área de seção do reator piloto.
O volume piloto . Como
e
, temos
O volume piloto
Logo
e a área da seção reta
Passo 3
Calcular o fluxo de ar superficial em piloto e industrial.
No piloto a velocidade superficial ótima é
No piloto a velocidade superficial ótima é
A vazão volumétrica no piloto é
ou em hora
Para o industrial, mantém-se a mesma
e a área do filtro (igual à área do reator industrial) é
Logo a vazão requerida é
ou em
/h
Passo 4
Obter o volume do reator industrial pela produção desejada.
No piloto produziram-se
No piloto produziram-se
Para
kg
g, o fator de escala em massa é
Assumindo mesma concentração final, o volume industrial é
Passo 5
Resposta da parte (a).
A vazão de ar que o compressor deve fornecer para manter a mesma velocidade superficial de m/min no reator industrial é
A vazão de ar que o compressor deve fornecer para manter a mesma velocidade superficial de
Passo 6
Comentário sobre a parte (b).
Para estimar a potência efetiva de agitação no escala-up precisamos de uma correlação que relacione o coeficiente (ou
) e a velocidade superficial à potência específica
, ou do valor de potência do piloto
. Como o enunciado não fornece nem o valor de
nem a correlação
, não é possível calcular numericamente a potência de agitação em HP para o reator industrial com os dados dados.
Para estimar a potência efetiva de agitação no escala-up precisamos de uma correlação que relacione o coeficiente
Pode-se apenas afirmar, sob o critério usual de escala-up “potência por volume constante”:
mas sem conhecer
ou a lei de escala de
, não há dado suficiente para obter um valor em HP.
Resposta
a) A vazão de ar requerida é aproximadamente
.
b) Não é possível determinar numericamente a potência de agitação em HP, pois faltam os dados de potência no piloto ou a correlação entre e
.
b) Não é possível determinar numericamente a potência de agitação em HP, pois faltam os dados de potência no piloto ou a correlação entre