práctica vto

8/16/2019 Práctica VTO

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Instituto Politécnico Nacional

Unidad Profesional Interdisciplinariade Biotecnología

Laboratorio de Ingeniería de Reactores yBiorreactores

PrácticaDeterminación de la VTO(velocidad de transferencia de

oxígeno)

Equipo 3

GARCÍA ESTRELLA HÉCTOR• GUEVARA ESCAMILLA OMAR• MOCTEZUMA CRUZ CARMEN ELENA

• MORALES GARCÍA EDGAR• OVANDO AGUILAR CLAUDIA INÉS

Profesores

Leobardo Ordaz ContrerasSergio arcía Salas


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! INTRODUCCION

!l o"ígeno usado por las células en suspensi#n debe estar disponible co$o elo"ígeno disuelto% &ado 'ue la solubilidad del o"ígeno es bastante pe'ue(a)alrededor de * a + $g , L en condiciones nor$ales de culti-o) se debendesarrollar técnicas para incre$entar esa transferencia

Los biorreactores aireados son dispositi-os generados para la transferencia de$asa y la reacci#n 'uí$ica gas . lí'uido) en los cuales uno o -arios gases son

puestos en contacto para reaccionar con una fase lí'uida o con un co$ponentedisuelto o suspendido en ésta (Montoya-Guzmán et al 2003)

Los procesos /erobios utilizan el O0 co$o aceptor 1nal de electrones% Seg2nCastillo3 Rodríguez 4% et al% 506678 !l su$inistro de O0 se puede efectuar de lasiguiente $anera 54igura 98


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Aire"#i$% &ifus"! !l o"igeno se su$inistra :acienTur'i%" &ifusor"! Son siste$as co$binados de aireaci#n $Aire"#i$% Super(#i")! !s originado por una turbina situada en la

4igura =% >ecanis$os de /ireaci#n en diferentes reactores

Según Guevara Lopez E 5066?8 !l o"igeno


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=% &ifusi#n desde el seno o n2cleo del gas a lainterfase gas . lí'uido%

0% >o-i$iento a tra-és de la interface gas . lí'uido%@% &ifusi#n del soluto a tra-és de la regi#n estancadaadyacente a la burbu


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C :concentraci ó n de oxí genodisuelto( g L )

!n la literatura de :an reportado di-ersas técnicas o $étodos para deter$inar

el par;$etro DLa) a continuaci#n se $encionan algunosF

M*+o&o &e) su)(+o, !l $étodo del sul1to 5>étodo Cooper8 se basa enla reacci#n entre el sul1to de sodio con el O0 en $edio ligera$entealcalino y en presencia de iones CuG0 o CoG0% !l $is$o) tal cual fuedesarrollado) posee una si$plicidad 'ue lo :ace $uy 2til pero) por otrolado) tienen el incon-eniente de 'ue co$o la reacci#n es $uy r;pida) elgradiente alrededor de la burbu


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/gregar albiorreactor la

soluci#n de Sul1tode Sodio 6%? >

/dicionar la soluci#nde Sulfato de Cobre

/


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Calibrar e instalarel electrodo de

o"ígeno disuelto

Llenar elbiorreactor conagua :asta el-olu$en deoperaci#n

Poner a funcionar elbiorreactor yesperar a 'ue

alcance operaci#nestable

Su$inistrarNitr#geno para 'ue

la C dis$inuya

Cuando C sea ba


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!n el biorreactor) la transferencia de o"ígeno est; afectada por diferentesfactores 'ue inter-ienen sobre la :idrodin;$ica de éste) co$oF los par;$etrosgeo$étricos del biorreactor) las condiciones de operaci#n a las 'ue sedesarrolla el proceso 5&ecDer y Sc:u$pe) =MM@8) el di;$etro de burbu


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#o)u.%" &e 'ur'u=eo

colu$na de burbu


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se considera el consu$o de o"igeno de los $icroorganis$os así $is$o en losreactores ) de igual for$a se fa-orece la coalescencia fen#$eno en el cualper$ite 'ue burbu


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Ioldup /ilift +L Iold up RA/ =66 rp$ Iold up RA/ @66rp$

4igura 7% 4racci#n de gas retenido 5old up8 en reactores neu$;ticos y Aan'ues /gitados

Co$o se describi# anterior$ente el Coe1ciente de transferencia de o"igenoLa est; en funci#n de -arios par;$etros en los cuales se incluyen a la fracci#nde gas retenido 5old up8) por lo 'ue a $ayor fracci#n gaseosa en la dispersi#ngas li'uido debido a un au$ento en el -olu$en del gas por el au$ento de la-elocidad propicia una $ayor cantidad de burbu


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Ola /irlift +L Ola Colu$na burb% +L Ola RA/ =66 rp$

Ola RA/ @66 rp$

4igura *% Co$porta$iento de los coe1cientes de transferencia de o"ígeno 5DLa8 en reactoresneu$;ticos y Aan'ues /gitados respecto al la fracci#n de gas retenido%

VELOCIDADES DE TRANS9ERENCIA DE O2IGENO

!sta -elocidad esta en funci#n al Coe1ciente de transferencia La y laconcentraci#n Critica de O"igeno 56%66+= gO0,L8% !stas -elocidades tienen la$is$a tendencia 'ue el La) el -alor $;s alto de EAO obtenida de 6%*? gO0L3=:3= se alcanzo en el reactor tipo tan'ue agitado a un u


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ele-ados) el DLa dis$inuía) esto se puede e


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f5"8 H 07M%+*" G @+6%

RT H 6%??

4igura ==% Coe1ciente -olu$étrico de transferencia de o"igeno 5DLa8 en funci#n de la -elocidadde aireaci#n 5--$8 en Biorreactor de colu$na de burbu


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RT H 6%0

RT H 6%*M

4igura =@% Coe1ciente -olu$étrico de transferencia de o"igeno 5DLa8 en funci#n de la-elocidad de aireaci#n 5--$8 en Biorreactor Aan'ue agitado de =6 L a @66 rp$) $edido por$étodo de sul1to

4igura =?% 4racci#n de gas retenido 58 -s -elocidad de aireaci#n 5--$8 en Biorreactor Aan'ue

agitado de =6 L a @66 rp$) $edido por $étodo de sul1to

!n las 1guras =0 y =@ aun'ue es el $is$o $étodo se obser-a unco$porta$iento correcto a au$entar tanto el Dla co$o el -to confor$eau$entan las --$ esto tiene 'ue -er igual for$a con la inestabilidad del$étodo ya 'ue puede o no :aber errores :u$anos en las distintas $ediciones%

Aabla 7% Resultados para la deter$inaci#n de la EAO) DLa y fracci#n de gas retenido para unbiorreactor de tan'ue agitado con -olu$en de 6%@7 L a ==6 rp$) $étodo del sul1to 5=66rp$8


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4igura =7% Eelocidad de transferencia de o"igeno 5go0,L:8 en funci#n de la -elocidad deaireaci#n 5E-$8 en Biorreactor Aan'ue agitado de 6%@7 L a =66 rp$) $edido por $étodo desul1to

4igura =*% Coe1ciente -olu$étrico de transferencia de o"igeno 5DLa8 en funci#n de la -elocidadde aireaci#n 5--$8 en Biorreactor Aan'ue agitado de 6%@7 L a =66 rp$) $edido por $étodo desul1to

Eelocidadde aireaci#n

5--$8

EAO5g,:rL8

La 5=,:r8 V

6%7* 6%6=@*6=+ 0%@7M07?*+ 6%6=

=%=@3

6%667*067+3

6%M+?M06+6%6@@?M7

=%*M 6%667M7+M? =%6@@?6M@ 6%6?6+*M00%0* 6%666*@0 6%=6M*067 6%67+=?0*


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4igura =+% 4racci#n de gas retenido 58 en funci#n de la -elocidad de aireaci#n 5--$8 enBiorreactor Aan'ue agitado de 6%@7 L a =66 rp$) $edido por $étodo de sul1to

Por otro lado es apreciable en las 4iguras =7 y =* la tendencia de dis$inuci#ndel DLa y la EAO respecto a la -elocidad de aireaci#n) con lo 'ue nue-a$entees posible apreciarse 'ue el fen#$eno de coalescencia dis$inuye alincre$entar el u


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4igura =% Eelocidad de transferencia de o"igeno 5go0,L:8 en funci#n de la -elocidad deaireaci#n 5E-$8 en Biorreactor Aan'ue agitado de 6%@7 L a @66 rp$) $edido por $étodo desul1to

4igura =M% Coe1ciente -olu$étrico de transferencia de o"igeno 5DLa8 en funci#n de la -elocidadde aireaci#n 5--$8 en Biorreactor Aan'ue agitado de 6%@7 L a @66 rp$) $edido por $étodo desul1to


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4igura 06% 4racci#n de gas retenido 58 en funci#n de la -elocidad de aireaci#n 5--$8 enBiorreactor Aan'ue agitado de 6%@7 L a @66 rp$) $edido por $étodo de sul1to

Un co$porta$iento singular se obser-a en el resultado del coe1ciente detransferencia obtenidos para el reactor de colu$na de 6%@7 litros54igura =8) elalto coe1ciente puede deberse a 'ue en el $o$ento de la e"peri$entaci#n) alrealizar la titulaci#n) fue utilizado al$id#n co$o indicador de -ire pero esteindicador no fue diluido y esto ocasiono 'ue se re'uiriera $ayor tiosulfato 507$L8) para alcanzar el -ire%

Las fracciones de gas retenido obtenidas fueron de 6%66*@ y 6%6@MM 5para 6%@--$ y =%* --$8 con lo 'ue se obser-a 51gura 068 'ue se tienen -alorespe'ue(os) con esto se puede deducir 'ue se tendr; un ba! CONCLUSIONES

Los -alores de los coe1cientes de transferencia de $asa se incre$entan con elau$ento de las -elocidades de agitaci#n y de los u


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Los coe1cientes de transferencia de o"igeno la y La -elocidad detransferencia de O"igeno depender;n del tipo de reactor) las condiciones deoperaci#n y la geo$etría de los $is$os%

!l coe1ciente de transferencia de o"ígeno se -e afectado por el ta$a(o deburbuO&SNa%:t$

4lores3Cotera L%) arcía3Salas S% 506678% G"s o)&up fo".i%B "%&oBe% +r"%sfer i% " =e+ )oop 'iore"#+or Fi+ "r+i(#i") fo".i%B.e&i" "%& e"s+ #u)+ure% 5ournal o6 ,'ote.nology %

ue-ara Lopez !% 5066?8 Diseo Co%s+ru##i$% #"r"#+eri"#i$%i&ro&i%-.i#" &e u% 'iore"#+or .u)+ifu%#io%")% Uni-ersidad

Aecnologica de la >i"teca % Oa"aca >e"ico

Gu+tavo-,u'trago 7$ 8ngela-Otálvaro "$ 9aola-:uarte ,(20%3) E@")u"+io%of oBe% +r"%sfer i% " #o%@e%+io%") 'iore"#+or Fi+ e+er%")


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"er"+or% Instituto de Biotecnología de la Universidad Nacional de Colombia, CiudadUniversitaria, Bogotá.

ari$i et al%F OBe% ."ss +r"%sfer i% " s+irre& +"% 'iore"#+orusi%B &iJere%+ i.pe))er #o%(Bur"+io%s for e%@iro%.e%+")purposes! Iranian Yournal of !n-iron$ental ealt: Sciences Z

!ngineering06=@ =6F*%

L#pez3#$ez O) >orales3Noriega Y) Eentura3Canseco L) utiérrez >iceli4) Casta(#n3onz;lez 5066+8 C"r"#+eri"#i$% i&ro&i%-.i#" &e u%'iorre"#+or .u)+ifu%#io%")) &i-isi#n de !studios de Posgrado eIn-estigaci#n del Instituto Aecnol#gico de Au"tla utiérrez >é"ico

Monto$a-%u&'n , Ber'*de&-+eura (200) modelamiento de la transferencia deoxígeno para el cultivo de microorganismos en un biorreactor de columna deburbujeo. Uni/ersidad a#ional de Colo'ia a#ultad de Ineniera $

3ruite#tura

K;(ez) 4% 5=MMM8% Tran+6eren'a #e O;'geno y "'rea'/n Li$a3Per2F Centro

Pana$ericano de Ingeniería Sanitaria y Ciencias del /$biente%

K! ANE2OS


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A%eo ! CALCULO DE COE9ICIENTE VOLUMÉTRICO DEO2IGENO ;LA

5l #oe6i#iente de trans6eren#ia de 'asa de o"eno se deter'in7 #on '!todo de la

8resi7n din'i#a, des8la&ando el o"eno disuelto en el 'edio #on nitr7eno.

Para ello, se lle/aron a #ao 8rueas a 4 6lujos de 3irea#i7n a 0.,0.9,1.,1.9 //'

La trans6eren#ia de o"eno 8uede e"8li#arse 'ediante la e#ua#i7n

VTO=k L a (C ¿−C L )

onde VTO es la /elo#idad de trans6eren#ia del o"eno, k L a es el

#oe6i#iente /ol*'etri#o de trans6eren#ia del 'is'o, C ¿

es la #on#entra#i7n ue

estara en euilirio #on la 8resi7n 8ar#ial de O2 en el seno de la 6ase aseosa

se*n la le$ de :enr$, $ C L es el /alor de la #on#entra#i7n de o"eno en el

seno del luido. La di6eren#ia de estos dos *lti'os t!r'inos es la 6uer&a

i'8ulsora de la trans6eren#ia. 5l k L a es una #onstante de 8ro8or#ionalidad.

PO2

H =C ¿

onde :; 22."ieno en el 3ire (21@)

P>2?0.AAat' (0.21)?0.19 at'

+ustitu$endo /alores

C ¿=

0.16atm

22.55 Latm /gO2=0.0071

gO2

L


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&atos de de saturaci#n en reactores tipo Colu$na de Burbu @@.

O& 6%* --$


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OD !3 @@.

O&) g,L

OD !> @@.

Od =%* --$


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f5"8 H 3 =?%*+" G 6%6RT H =

;)" !3 @@.

la 6%@ --$ Linear 5la 6%@ --$8

f5"8 H 3 06%+?" 3 6%07

RT H 6%M?

;)" L!>

la 6%* Linear 5la 6%*8


26/28

f5"8 H 3 @=%*=" G 6%6+

RT H =

;)" !3 @@.

la =%@ --$ Linear 5la =%@ --$8

f5"8 H 3 @?%+" 3 6%6+RT H 6%MM

;)" !> @@.

la =%* --$ Linear 5la =%* --$8


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ANE2O /! VELOCIDAD DE TRANS9ERENCIA DE O2IGENO :VTO<

L/ -elocidad de transferencia de O"igeno se calculo $ediante la siguienteecuaci#n

VTO=k L a (C ¿−C L )

&onde se considera la Cl se considera co$o 6

Para el pri$er punto una la de =?%*+? : 3= y CCalculada en 6%66+=gO0,Lentonces

VTO=14.674 1

h (0.0071 gO 2 L¿

−0)=0.104 gO 2 Lh

ANE2O 3! 9RACCION DE GAS RETENIDO :HOLD UP<

+e deter'in7 la #antidad de aireatra8ado en el aua 8or 'edio de la 'etodoloa

e'8leada 8or ar#&et al. (2004) $ se #al#ul7 #on la siuiente 67r'ula;

= V g

V g+V L=

hg

hg+ H

onde V g ! V L son los /ol*'enes del luido (aua) $ del as en el iorrea#tor,

: es la altura del luido en el tanue $ hg la di6eren#ia del /olu'en del luido

#on el /olu'en del luido #on el as disuelto

:old u8 8ara un 8ri'er 8unto ;

= V g

V g+V

L

= 0.9

39.6+0.9=0.222

EE> la) :EAO)

gO0,L: :g old up

6%@ =?%*+?6%=6?=7

?@M%* 6%M

6%60000000


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6%* 06%+? 6%=?+07? @M%* =%=6%60+60+

6@

=%@ @=%*= 6%00??@= @M%* =%76%6@*?M*

@7

=%* @?%+ 6%0?*M@ @M%* =%M6%6?7+@

=@

Reporte 1nal

si = = = = =*

? 0 0 ?

P o r t a d a

I n t r o d u # # i 7 n

> 0 j e t i / o

) i a ,

. d e B l o 4 u e s

M

a t e r . = M ! t .

e s u l t a d o s

)

i s # u s i 7 n

C

o n # l u s i 7 n

e 6 e r e n # i a s

M e '

. d e C ( l # u l o

C a l i d a d

C a l i 6 i # a # i 7 n 6 i n a l

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