Questão 1: Um sistema de chemostato em duas etapas é utilizado para a produção de um metabólito secundário. O volume de cada reator é de
; a vazão da alimentação é de
. O crescimento micelial ocorre no primeiro reator; o segundo reator é utilizado para a síntese do produto. A concentração de substrato na alimentação é de
.
Os parâmetros cinéticos e de rendimento do organismo são:
-
-
-
máx
-
de produto / kg de biomassa.h
-
de produto
de substrato
Assuma que a síntese do produto é negligenciável no primeiro reator e que o crescimento celular é desprezível no segundo reator.
Perguntas:
(a) Determine as concentrações de células e de substrato que entram no segundo reator.
(b) Qual é a conversão total de substrato?
(c) Qual é a concentração final de produto?
Se fosse informado um ms=
de substrato / kg de biomassa.h, você saberia resolver a letra a) para o valor de biomassa?
(a) Determine as concentrações de células e de substrato que entram no segundo reator.
(b) Qual é a conversão total de substrato?
(c) Qual é a concentração final de produto?
Passo 1
O enunciado descreve um sistema contínuo em duas etapas (dois chemostatos em série) para primeiro gerar biomassa e depois transformar substrato em produto. Cada reator tem volume
e vazão de alimentação
. No reator 1 cresce célula segundo cinética de Monod e no reator 2 só ocorre síntese de produto (crescimento desprezível). Vamos usar:
– Diluição .
– Para o reator 1 em regime permanente: com
.
– Balanço de biomassa e substrato no reator 1: .
– No reator 2, balanço de substrato: e de produto:
, com
e
.
– Diluição
– Para o reator 1 em regime permanente:
– Balanço de biomassa e substrato no reator 1:
– No reator 2, balanço de substrato:
Passo 2
Calcular no reator 1 a vazão específica e as concentrações em regime:
Como em regime permanente
, Monod dá
A biomassa estacionária é
Passo 3
Portanto, entrando no reator 2 temos
Passo 4
No reator 2, a produção de produto por volume é
e o consumo de substrato para formar produto é
O balanço de substrato em regime permanente dá
A conversão total é
Passo 5
O balanço de produto no reator 2 em regime permanente é
Passo 6
Se fosse dado um coeficiente de manutenção
, a taxa específica líquida de crescimento ficaria
e em regime permanente teríamos
e em seguida
Note que é necessário
para existir estado estacionário.
Resposta
(a)
,
(b) Conversão total .
(c) Concentração final de produto
(d) Com manutenção , usar
(b) Conversão total
(c) Concentração final de produto
(d) Com manutenção
válido se
.