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Pasos generales para el diseño de biorreactores batch.pptx

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  1. 1. Pasos generales para el diseño de biorreactores batch Dr. Juan Enrique Ruiz Espinoza
  2. 2. Los pasos para el diseño de biorreactores batch son: • 1.- Balance de materia • 2.- Ecuaciones de velocidad • 3.- Estequiometría • 4.- Combinación de ecuaciones
  3. 3. 1. Balance de materia. • Para las células Velocidad de acumulación= velocidad de células entrantes – velocidad de células salientes + velocidad neta .de generación de células vivas
  4. 4. • Para el sustrato 1. Balance de materia.
  5. 5. • Para el producto 1. Balance de materia.
  6. 6. II. Ecuaciones de velocidad • Donde rg = velocidad de crecimiento celular. Podemos asumir el modelo de MONOD o dependiendo del esquema de reacción podemos considerar otro modelo cinético. • Para la velocidad de muerte celular, podemos asumir una cinética de primer orden rd=kdCx • Para velocidad de mantenimiento celular = mCx
  7. 7. III. De la estequiometría • Podemos obtener una correlación entre rg y rp. El mas simple modelo rp=Ypxrg Sin embargo, las siguientes variaciones pueden influenciar en la ecuación: 1.Diferentes fases de crecimiento en el biorreactor batch 2. Comportamientos de crecimiento asociado y no asociado 3. Comportamiento diaúxico
  8. 8. Diferentes fases de crecimiento celular • Fases Existen unas fases típicas de la célula en un biorreactor batch. La fase lag o de retraso, fase de crecimiento acelerado, fase de crecimiento exponencial, fase de crecimiento poslogarítmico, la fase estacionaria, fase de muerta acelerada y la fase de muerte exponencial. Esto puede asumirse para el crecimiento bacteriano. • rg es diferente en cada fase.
  9. 9. Comportamiento asociado con el crecimiento y sin crecimiento de síntesis de producto • Crecimiento: La relación cinética entre el crecimiento y la formación de producto depende sobre el rol del producto en el metabolismo de la célula. • Este sugiere que las micro cinéticas a nivel metabólico determinan la forma de la curva formal de las cinéticas. Los productos asociados al crecimiento están directamente vinculados a la ruta catabólica (por ejemplo, fermentación de levadura para producción de etanol).
  10. 10. Comportamiento asociado con el crecimiento y sin crecimiento de síntesis de producto • No crecimiento: Los productos asociados al no crecimiento no tiene una asociación al metabolismo primario. Estos productos son llamados metabolitos secundarios (por ejemplo, antibióticos y producción de toxina). • En la formación de productos de crecimiento mixto, los productos están indirectamente conectados a las rutas de producción de energía y son el resultado de metabolismos manipulados genéticamente (por ejemplo, acido láctico, acido cítrico, etc).
  11. 11. Comportamiento de crecimiento diaúxico • Este fenómeno en el crecimiento de los microorganismo es donde dos fases exponenciales de crecimiento son separadas por una fase lag. • Los microorganismos despliegan su crecimiento bifásico o “diauxico” cuando el crecimiento se da por dos fuentes de carbono diferentes.
  12. 12. IV. Combinación de ecuaciones • Para las células • Para el sustrato • Para productos
  13. 13. No idealidad en biorreactores batch Las fuentes de no idealidad en un biorreactor batch están categorizadas en 2 formas: • Factores microbiológicos • Factores físicos Estos influencian el tiempo de reacción del batch (tr) Factores microbiológicos • Diferentes velocidades de crecimiento en varias fases • Presencia de células muertas • Inhibición causada por bioquímicos o químicos • Conversión de células productivas a células improductivas • Crecimiento de células en las paredes del reactor • Edad de la población celular
  14. 14. No idealidad en biorreactores batch Factores físicos • Patrones de flujos, turbulencia y disipación del gas • Retención de gas • Recirculación • Mezclado
  15. 15. Aplicación de factores de rendimiento en biorreactores • Es necesario correlacionar al sustrato, el crecimiento celular, preservación celular y síntesis de productos.

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