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Examen Biorreactores Ene 2015 – Biotecnología UFV

EJERCICIO (5,0 PUNTOS) – Una empresa emplea un reactor tubular de 2,5 m3 para llevar a cabo el crecimiento de un microorganismo productor de un antibiótico. Para ello se alimenta una corriente de 50 L/h, que contiene 3 g/L de glutamato monosódico como fuente de carbono, y que ya contiene 0,2 g/L de biomasa. En estas condiciones, a la salida del reactor se obtiene una concentración de 1,5 g/L de biomasa. En las Figuras 1 y 2 se representan, respectivamente, la evolución de la concentración de sustrato (glutamato monosódico) frente a la concentración de biomasa, y la evolución de la concentración de producto obtenido (antibiótico) frente a la concentración de biomasa a lo largo del reactor tubular.

Se sabe que la lay de Malthus es el modelo cinético que mejor describe el crecimiento microbiano en estas condiciones.

La empresa ha decidido sustituir el reactor tubular anterior por un reactor tipo tanque. Si no cambia la corriente de entrada con respecto a la situación de partida, responda de manera razonada las siguientes cuestiones:

A. Explique la relación entre la ecuación de Monod y la ley de Malthus ( 1 punto).

Vea la diapositiva correspondiente del tema 9.

B. Calcule el valor de los parámetros de la ley de Malthus que describe el crecimiento de este microorganismo, empleando unidades adecuadas (1 punto).

En el reactor tubular de 2500 L, que se alimenta con 50 L/h se logra crecer la biomasa desde 0,2 g/L hasta 1,5 g/L. Proponemos el balance de materia para biomasa en este reactor.

 

C. Calcule el volumen del reactor tipo tanque que debe construir la empresa para sustituir el reactor utilizado anteriormente (1 punto).

En este caso el reactor tubular se substituye por un reactor tipo tanque de volumen desconocido, pero que se sigue alimentando con 50 L/h y 3 g/L de sustrato, y que logra crecer la biomasa desde 0,2 g/L hasta 1,5 g/L. Proponemos el balance de materia para biomasa en este reactor:

El volumen total debe sobre dimensionarse. Si se considera un 20% de exceso:

Debe tener en cuenta que el volumen de reacción es 1075 L, que es el que debe considerarse en los balances.

D. En las nuevas condiciones de operación, calcule las concentraciones de glutamato monosódico y de antibiótico a la salida del reactor tipo tanque (2 puntos).

Lo único que no conocemos son los dos rendimientos.
De su definición deducimos que coinciden, respectivamente con las pendientes de las rectas representadas en las Figuras 1 y 2.

Figura 1 – Relación entre la concentración de sustrato y la concentración de biomasa en el reactor tubular.

Figura 2 – Relación entre la concentración de producto y la concentración de biomasa en el reactor tubular.

2º EJERCICIO (5,0 PUNTOS) – Se emplea un reactor por lotes para llevar a cabo un proceso de isomerización de un compuesto A mediado por una determinada enzima. Sabiendo que la concentración de A que se alimenta al reactor es 100 mM, que tras 1 hora de transformación se convierte el 80 % del sustrato, y que después de 70 minutos se convierte el 90 %, responda de manera razonada las siguientes cuestiones:

A .Obtenga los parámetros cinéticos de la enzima, sabiendo que sigue una cinética tipo Michaelis-Menten (3 puntos).

En este caso se trata de un reactor tipo tanque por lotes. Proponemos el balance de sustrato en este reactor:

Tenemos dos datos de tiempo y concentración que podemos sustituir en la ecuación anterior:

Tenemos dos datos de tiempo y concentración que podemos sustituir en la ecuación anterior:

Es un sistema de dos ecuaciones con dos incógnitas:

B. ¿Cuál es la variable de diseño para este tipo de reactor? Calcule su valor para alcanzar un conversión del 95% (1 punto).
Tiempo de reacción.

C. Explique la hipótesis de mezcla que ha empleado para resolver el problema (1 punto).

Ver diapositiva 70 de la presentación del Tema 9.

 

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