parámetroscinéticosbiohidrógeno

8/19/2019 ParámetrosCinéticosBioHidrógeno

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Escuela de Ing. Química – Bioprocesos II

DETERMINACIÓN DE PARÁMETROS CINÉTICOS DE LAPRODUCCIÓN DE BIOHIDRÓGENO A PARTIR DE MUCÍLAGO DE

CAFÉ Y CLOSTRIDIUM ACETOBUTYLICUM ATCC 824 ENREACTOR BATCH Y PFR

SEGUNDA ENTREGA

Ángela Patiño Padilla1, Cristian Gómez Olarte2, Érika Suárez Barbosa, !uis "iguel Castillo#

2$%&'1, 2112((2, 21$#()1, 212#(&'#

Contenido1* OB+-./OS*****************************************************************************************************************2

1*1* OB+-./O G0!******************************************************************************************2

1*2* OB+-./OS SPC34.COS*********************************************************************************2

2* "CO -5.CO*******************************************************************************************************

2*1* B.O"S**************************************************************************************************************

2*2* 460- 7 CBO0O***************************************************************************************

* .08.B.7OS 0 ! POCSO********************************************************************************#

#* !GO.-"O****************************************************************************************************************(

(* "O7!O 7 GO"P-9 "O7.4.C7O*******************************************************************&

&* "É-O7O 06"É.CO*************************************************************************************************&

)* 7-".0C.50 7 PÁ"-OS C.0É-.COS***************************************************)

)*1* C-O B-C8************************************************************************************************))*1*1* Balan:e ;ara el rea:tor B-C8*********************************************************************)

)*1*2* -oma de datos**********************************************************************************************11

)*2* C-O CO0-.06O


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1. OBJETIVOS

1.1. OBJETIVO GEE!"#

7eterminar los ;arámetros :inDti:os de la ;rodu::ión de bioAidrógeno a ;artir demu:lago de :aD E C!OS-.7.6" C-OB6->!.C6" -CC %2#


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$. ("!CO TE)!ICO

$.1. BIO("S"

!a biomasa sele::ionada ue la :e;a C!OS->7.6" C-OB6->!.C6" -CC %2# HC 4 H 7 O2 N I* s un mi:roorganismo mesóilo


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5. I6IBI4O!ES E E# %!OCESO

Si bien en el :aD se en:uentran sustan:ias


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. "#GO!IT(O

:ontinua:ión se des:ribe mediante un diagrama de luNo los ;asos ue se lleLaron a:abo ;ara la realiza:ión de esta entrega*

Figura 2. Algoritmo de trabajo

(


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:. (O4E#O 4E GO(%E!T; (O4I'IC"4O

s un modelo ;rimario utilizado en la mi:robiologa ;redi:tiLa en el aNuste de datos de:re:imiento mi:robiano ue ;reLiamente ue utilizado ;ara des:ribir la mortalidad, uedesarrollado ;or Ángela Gibson, 0* Brar:Aell E -* oberts en su inLestiga:ión sobre elee:to de :loruro de sodio E la tem;eratura sobre la tasa de :re:imiento de Clostridium enuna mez:la ;asteurizada de :erdo*

Figura 3. Modelo de Gompert Modi!icado. Autor: Cabea ".# Cabea $.

ste modelo des:ribe ade:uadamente las ases eF;onen:ial E esta:ionaria, ;ero es ;o:oei:az ;ara des:ribir la ase de laten:ia* n el :aso del bio;ro:eso de estudio, se Aa:eDnasis en la ;rodu::ión de Aidrógeno ue se da durante la ase eF;onen:ial, ;or tantoeste modelo se a;li:a :orre:tamente a esta situa:ión*

7onde,


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Figura %. M&todo de regre'i(n no lineal de Gau'')*e+ton

>. 4ETE!(I"CI) 4E %"!?(ET!OS CI=TICOS

>.1. !E"CTO! B"TC6

>.1.1. Balance para el reactor B"TC6

)


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BALANCE PARA LA BIOMASA

( F ∗ x)entra−( F ∗ x )sale+γ x∗V =V ∗dx

dt

Siendo@

F=luNo LolumDtri:o de biomasa x=:on:entra:ión de biomasa γLelo:idad de rea::ión VLolumen de o;era:ión

dx

dt a:umula:ión en el tiem;o

γ x∗V =V ∗dx

dt

γ x=dx

dt (1)

γ x=B∗ln( xmax x )∗ x (2)

em;lazo a


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7onde@

• F


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pCon:entra:ión de ;rodu:to γ/elo:idad de rea::ión V/olumen de o;era:ión

dx

dt :umula:ión en el tiem;o

−( F ∗ p )sale+γ p∗V =0

( F ∗ p )sale=γ p∗V (8)

γ p=Y p x

∗ x (9)

em;lazando


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BALANCE PARA EL SUSTRATO

Siendo@

F=luNo LolumDtri:o de biomasa s=:on:entra:ión de sustrato γLelo:idad de rea::ión VLolumen de o;era:ión

ds

dt a:umula:ión en el tiem;o

-eniendo en :uenta ue@

Se reem;laza


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>.1.$. Toma de datos

!a eFtra::ión de datos sobre el consumo de glucosa se lleLó a :abo gra:ias a la tesisde grado ,"valuaci(n de la concentraci(n de Clo'tridium Acetobut-licum ACC /2% parala producci(n de butanol a partir de gluco'a0 ;ara una :on:entra:ión de inó:ulo del 1(M

en un tiem;o de ermenta:ión de 12 Aoras*

!os datos de 0idr7geno producido se tomaron a ;artir del art:ulo ,-drogen productionb- anaerobic dige'tion o! pig manure: "!!ect o! operating condition'0# en el :ual se lleLarona :abo eF;erimentos en un ea:tor Bat:A naerobio


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Método experimental

l Aidrógeno en el biogás se midió gra:ias a un :romatógrao de gases eui;ado :on undete:tor de :ondu:tiLidad tDrmi:a E una :olumna de a:ero inoFidable em;a:ada :onCabosieLe SJ..* Se usó 8elio :omo gas ;ortador a una tasa de luNo de $ m!Umin* !as

:on:entra:iones de dióFido de :arbono E metano ueron grabadas en lnea usando un nalizador de Gases .nrarroNo :on una desLia:ión máFima de más o menos M* !a:on:entra:ión de gas ue re;ortada :omo MLUL*

!as :on:entra:iones de 7emanda Xumi:a de OFgeno


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7i:Ao mDtodo reuiere de unos Lalores ini:iales de los ;arámetros :omo base ;ara ini:iar las itera:iones* stos se asignaron ;or medio de una ins;e::ión de la tabla de Lalores,obteniendo los siguientes ;arámetros ini:iales

!a Aerramienta :om;uta:ional em;leada ;ara el desarrollo del algoritmo ue "-!B* !a;rograma:ión utilizada ;ara la determina:ión de los ;arámetros :inDti:os, ;ara el rea:tor

Bat:A ;uede :onsultarse en el "ne@o A1.

>.$. !E"CTO! COTI3O %'!

>.$.1. Balance para el !eactor %'!

BALANCE DE BIOMASA

F ∗ x∨¿V +" V +γ x∗" V =0 F ∗ x∨¿V −¿

¿

Siendo

F ∗ x∨¿V

¿ =luNo de biomasa en /

F ∗ x∨¿V +"V

¿ :on:entra:ión de biomasa en V!V

γ x Lelo:idad de rea::ión de la biomasa

"V Lolumen de o;era:ión

1#


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x∨¿V − x∨¿V +" V

"V =−γ x

¿ F ∗ lim

" V # 0

¿

F ∗dxdV

=γ x (1)

!a Lelo:idad de rea::ión :on modelo de Gom;ertz modii:ado es@

γ x=B∗ln( xmax x )∗ x (2)em;lazo a


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−B∗($ − M )

7onde,

λ= M − 1B

Siendo λ la ase de laten:ia, tenemos ue@

−B∗($ − M )=B∗( λ−$ )+1 (6)

em;lazando


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γ p=Y p x

∗ x (9)

em;lazando


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F=luNo LolumDtri:o de sustrato s=:on:entra:ión de sustrato γLelo:idad de rea::ión VLolumen de o;era:ión

dsdt a:umula:ión en el tiem;o

-eniendo en :uenta ue@

Se reem;laza a


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>.$.$. TO(" 4E 4"TOS

.ni:ialmente se realizó la bTsueda de inorma:ión, sele::ionando el art:ulo ,6iological 7-drogen production b- Clo'tridium acetobut-licum in an un'aturated 8o+ reactor Z :uEa

o;era:ión es en un rea:tor P4* 7e di:Ao art:ulo se obtuLieron las :ondi:iones deo;era:ión las :uales son@

Presión1 atm-em;eratura $ V

[P\$;8&*2

Pro:eso en estado esta:ionario

demás, ;or medio de las igura 2 E ;resentadas en di:Ao art:ulo se obtuLieron deorma a;roFimada los Lalores de tiem;o, ;or:entaNe de Aidrógeno en el biogás E elLolumen de biogás ;rodu:ido ;ara una :on:entra:ión del luNo de entrada del sustratoigual a *gU!


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N H 2=V%l&men H 2∗ P

∗!

7onde, N H 2 es el nTmero de moles de Aidrógeno, P es la ;resión del rea:tor


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4aEetteLille, =, E el ;or:entaNe de 82 ;or medio de una Neringa AermDti:a a los gases


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-. "?#ISIS !ES3#T"4OS

!os Lalores obtenidos de los ;arámetros :inDti:os del modelo de Gom;ertz modii:ado;ara el rea:tor Bat:A E el P4 se obserLan a :ontinua:ión@

%arDmetro cin9tico B"TC6 %'!

p Max $,$121() $,$2''

B $,2$('& $,2''&

_ 12,%&) %,&1

s0 $,22& $,$1%1

K h $,$&2( $,$(&

abla %. =ar>metro' cin&tico' de la producci(n de 7idrogeno - el con'umo de gluco'a en reactor 6atc7 - =F$

7eterminados los ;arámetros de ambos rea:tores se realizaron las grái:as (J%, en dondese re;resentan los datos eF;erimentales E el aNuste ;or el modelo de Gom;ertzmodii:ado

Gr>!ica ?. Comparaci(n de dato' eperimentale' de la producci(n de 7idr(geno con el aju'te del modelo deGompert modi!icado en reactor 6atc7

22


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Figura @. Comparaci(n de dato' eperimentale' de la producci(n de 7idr(geno con el aju'te del modelo deGompert modi!icado en reactor =F$

2Gr>!ica . Comparaci(n de dato' eperimentale' del con'umo de gluco'a con el aju'te del modelode =rimer Brden en reactor 6atc7


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H. COC#3SI)

Como se ;udo a;re:iar el modelo de Gom;ertz modii:ado a;li:ó ;ara los dos ti;os derea:tores, a ;artir de esto se tomaron los ;arámetros del modelo ;ara :om;arar :uál es elmás ade:uado* n la tabla #, se ;uede a;re:iar ue AaE una maEor ;rodu::ión deAidrógeno en el rea:tor P4, además la Lelo:idad de ;rodu::ión es maEor E el tiem;o delaten:ia es menor, ;or lo ue se ;uede a;re:iar ue el rea:tor P4 benei:ia en maEor medida el obNetiLo de este bio;ro:eso* unue los dos rea:tores o;eraron baNo dierentes:ondi:iones de o;era:ión ue ;udieron llegar a ae:tar los resultados, la bibliograa:onsultada airma ue este rea:tor es el más ade:uado ;ara la ;rodu::ión debioAidrógeno* Por tanto, gra:ias a este eNer:i:io a:adDmi:o se ;udo :om;robar ue loairmado ;or la literatura :on:uerda :on el análisis a:adDmi:o ue se Aizo :on estetrabaNo*

2#


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"EOS

"EO A1 Script !eactor Batc0

MPO76C-O:lear, :l:MMM 1= CO07.C.O0S 7 OPC.50P1 MPS.50 HatmI-2 M-"P-6 HVI$*$%21 MCO0S-0- 7 !OS GSS .7!S H


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9$HedC82t1,edC82t2,edC82tI 9-$9$`9$ 9-$i9-$J1 eC82teLal

M 1= CO07.C.O0S 7 OPC.50"1%$*$& MPSO "O!C6! HgUmolIMMM 2= /!OS ?P."0-!S OB-0C.O0 7 !S G4.CStH&,%,1$,12,1#,1&,1%,2$,2#I M-."PO HAIroGH#$,(,2',2%,2)*(,2,1%,1#,1I M CO0C0-C.O0 "S.C 7 G!6COS HgG!6COSU!IMMM = 7-".0C.O0 7 ! CO0C0-C.O0 "O! 7 G!6COSCGroG*U" MCO0C0-C.O0 7 82 0 ! -."PO HmolU!IMMM #= 7-".0C.O0 7 !OS P"-OS C.0-.COS 7! "O7!O 7

GO"P-9 "O7.4.C7O CO0 ! "-O7O 7 G6SSJ0-O0 M"-O7O G6SSJ0-O0 sEms CG$ VA M7O07 CG$CO0C0-C.O0 .0.C.! 7 S6S--OVACO0S-0- MM MUU S.G0C.O0 7 ! 460C.O0 CGtCG$*`eF;


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M C!C6!OS 7 !S 7./7S 7! "O7!O 0 -".0OS 7 !OSP"-OS dCGt1di


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"EO A$ Script !eactor %'!

MPO76CC.50 7 B.O8.7OG0O P-. 7 C!OS-.7.6" C-OB6->!.C6" > G!6COS 0 C-O P4

:lear, :l:MMM 1= CO07.C.O0S 7 OPC.50P1 MPS.50 HatmI-$ M-"P-6 HVI$*$%21 MCO0S-0- 7 !OS GSS .7!S H


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n2$ M06"O 7 .-C.O0S QAile icn edC82t1eLal


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MM M C!C6!OS 7 !S 7./7S 7! "O7!O 0 -".0OS 7 !OSP"-OS dCGt1di


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BIB#IOG!"'&"

H1I G* Puerta E S* ios, Com;osi:ión umi:a del mu:lago de :aD, segTn el tiem;o deermenta:ión E rerigera:ión,h Ceni:ae, "anizales, 2$11*

H2I "* 8ernandez E "* odriguez, 8Edrogen Produ:tion bE naerobi: 7igestion o Pig"anure@ e:t o O;erating Conditions* nLironmental esear:A Center * ndres, 6se o :oee mu:ilage as a neQ substrateor AEdrogen ;rodu:tion in anaerobi: :oJdigestion QitA sQine manure,h "l'evier# n1$%, ;;* 112J11%, 2$1*

H)I "* Xuintero E P* ondon, "'tudio preliminar de la producci(n de biog>' a partir de Adel mucílago de ca!& utiliando lodo e'ti&rcol de cerdo como in(culo.# Bu:aramanga@6niLersidad .ndustrial de Santander, 2$12*

H%I 0* > E S* 9, $ecen progre'' on indu'trial !ermentative production o! acetone) butanol)et7anol b- clo'tidrium acetobut-licum in C7ina# CAina, 2$$'*

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