Tarea 4 Problema 2IndicacinSi son impeler tipo turbina planaKv = 0.0318 ( PG /V )0.95 vs 0.67 [Kgmol / hr m3 atm]

Buscar relacin entre vs y (F/V)

Escalamiento de Bioreactores

Criterios de EscalamientoEl escalamiento involucra el estudio de los problemas asociados a transferir la informacin obtenida en el laboratorio (ml) a escala de planta piloto (lt) y desde escala de planta piloto (lt) a escala industrial (m3).

En cada una de las etapas de escalamiento se evalan algunos aspectos del proceso:Escala de laboratorio se llevan a cabo: la seleccin de cepasestudios bsicos de cinticas de crecimientoniveles de expresinseleccin del medio, etc.Planta piloto se optimizan las condiciones de operacinforma de operacinflujos, presionesTemperaturasvelocidades de agitacin, etcEscala industrial se lleva a cabo la produccin del producto de inters a niveles rentables.

El escalamiento ms difcil en entre la escala de laboratorio y la planta piloto, debido a :El diseo de los equipos, dado que la fluidodinmica es diferentes en cada escala.Tamao de los electrodos

Criterios de EscalamientoLa seleccin del criterio de escalamiento depender de cual es la variable ms importante para el crecimiento del microorganismo y para la produccin de producto deseado, por ejemplo: Fragilidad del m.o. Trasferencia de O2

Se debe tener en consideracin que siempre se cumple que:(F/V) a N

Generalmente el escalamiento se hace en base de principios de semejanza entre 2 sistemas. Esta semejanza se refiere a similitud entre las 2 escalas. Dichas similitudes pueden ser:Similitudes geomtricas: Las razones entre las longitudes correspondientes deben ser iguales en ambos sistemas.Similitudes cinemticas: Las razones entre las velocidades en puntos equivalentes deben ser iguales en ambos sistemas.Similitudes dinmicas: Las razones entre las fuerzas en puntos equivalentes deben ser iguales en ambos sistemas.

Criterios de escalamiento

1.- Coeficiente de transferencia de oxgeno (kla) =>(kla) escala1 = (kla) escala22.- Potencia por unidad de volumen (Pg/V) =>(Pg/V)escala1= (Pg/V)escala 2 3.- Velocidad tangencial de agitacin (p N Di) =>(p N Di) escala1= (p N Di) escala24.- Mantencin del NReynold ( N Di r/m) =>(N Di2 r/m) escala1 = (N Di2 r/m) escala 25.-Velocidad de Bombeo de airea (F/V) => (F/V) escala1 = (F/V) escala2

1.- Coeficiente de transferencia de O2, (kLa)Si lo ms importante es mantener el nivel de transferencia de oxgeno en el cultivo, se debe considerar este criterio. Se puede aplicar otro criterio, pero se puede no estar operando a un adecuado coeficiente de transferencia dado ,en ese caso el oxgeno pasara a ser el reactivo limite. Este criterio puede llegar a ser difcil de mantener.

Los pasos a seguir son:

a) Determinar kLa ptimo desde experimentos a nivel de piloto (kLa debe medirse o estimarse)

b) Relacionar kLa con variables de diseo de la escala a la cual se desea escalar(kla) escala1 = (kla) escala2

Correlaciones para el coeficiente volumtrico de transferencia de masa y las variables de diseoi)kLa = cte ( a + d Nimpeler) ( Pg /V )d vsb NcDonde Pg/V: Potencia por unidad de volumenvs : Velocidad del aire a travs del estanque vacoNimpeler: Nmero de agitadoresN: Velocidad de agitacincte,a,d, b,c,d: Constantes que dependen del sistemaDe esta correlacin se pueden determinar las variables de operacin Pg, vs,Nimpeler y N.

Correlaciones para el coeficiente volumtrico de transferencia de masa y las variables de diseoii) kLa = cte * (F /V ) HL vb1/2 dB 3/2Donde F: es el flujo de aire V: Volumen del lquido HL: Altura del lquidovb : Velocidad de ascenso de las burbujasdb : Dimetro de las burbujasDe esta correlacin se pueden determinar las variables de operacin F.

Correlaciones para el coeficiente volumtrico de absorcin de oxgeno y las variables de diseoKV = A* ( Pg /V )a vsb [Kgmol/ hr m2 atm]Donde (Pg/V): Potencia por unidad de volumen [HP/m3]vs : Velocidad del aire a travs del estanque vaco [m/hr]A, a y b: constantes que dependen del tipo de impeler

De esta correlacin se pueden determinar las variables de operacin Pg y vs

2.- Mantencin de Potencia por unidad de volumen (Pg/V) Criterio de similitud dinmicaResulta el criterio clsico de escalamiento en Ing. Qumica, permite mantener el nivel de agitacin. Al momento de aplicarlo se debe tener cuidado de no sobrepasar los lmites tanto de esfuerzo de corte mximo y nivel de trasferencia de oxgeno mnima. (Pg/V)escala1= (Pg/V)escala2 En este caso se cumple que: Pg/V a N3 Di2, a partir de ello se puede deducir que (Probarlo):(N3 Di2)escala 1 = = (N3 Di2)escala 2

3.- Mantencin de velocidad tangencial, esfuerzo de corte, N Di Permite mantener el nivel de agitacin, esta variable deber ser simple evaluada dado que se puede estar trabajando con microorganismos o micelas que no resistan esfuerzos de corte mayores que los establecidos. Al momento de escalar con otros criterios puede ocurrir que se sobrepasen los esfuerzos de corte mximo aceptable, en ese caso debe prevalecer este criterio.(N Di)escala 1 = = (N Di)escala 2

4.- Mantencin del NReynold ( N Di2 r/m)

Criterio de similitud dinmicaAsegura un nivel de agitacin adecuado, pero se deben tener en cuenta los mismos puntos que para el criterio de potencia por unidad de volumen.

(N Di2 r/m) escala1 = (N Di2 r/m) escala2

5.- Tasa de Bombeo , F/V.Asegura una adecuada aireacin del sistema, lo cual no asegura una adecuada transferencia de oxigeno, por lo cual se debe verificar.Siempre se cumple que la razn de Bombeo es proporcional a la velocidad de agitacin, ie, F/V N. Entonces al aplicar este criterio de escalamiento se cumple:(N)escala 1 = = (N)escala 2

Ejemplo 1Demuestre que Pg/V a N3 Di2

Indicacin : Utilice la definicin de Nmero de Potencia

Suponga que Pg a Po

EJEMPLO 2 EscalamientoSe desea escalar un fermentador desde escala 1 a una escala 125 veces mayor, para ello se consideran los siguientes Criterios: Potencia/volumen Pg/VRazn Bombeo F/VVel. Tangencial NDiReynold r NDi2/Indique cuales seran los criterios ms adecuados.Indicaciones Usar:DT = H y Di = 1/3 DTF/V NPg/V a N3 Di2