Slide sem t

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Agitação e mistura

• Revisão sobre agitação
• Exercícios

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AGITAÇÃO E MISTURA
     
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AGITAÇÃO E MISTURA

• Finalidade
• Mistura de fluidos
• Transferência de calor
• Transferência de massa
• Facilitar reação química

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AGITAÇÃO E MISTURA
Potência consumida N número de rotações Hl
Altura do líquido Wb espessura do defletor DT
ou T diâmetro do tanque Di diâmetro do
impulsor Hi altura do impulsor W largura do
impulsor L comprimento do impulsor
Equipamento utilizado
Impulsor tipo turbina
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AGITAÇÃO E MISTURA

• Impulsores
• Pás
• Turbinas de pás e disco
• Hélices
• Âncoras
• Espirais duplas

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AGITAÇÃO E MISTURA

• Impulsores com alto cisalhamento (High Speed
  Disperser Blades)

São projetadas para uso em dispersão,
dissolução, emulsificação de materiais
sólidos/líquidos/gasosos.
Produz alto cisalhamento, bombeamento e redução
de tamanhos de aglomerados
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Turbina de pás inclinadas Linhas de escoamento e
turbulência
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AGITAÇÃO E MISTURA
Adimensionais

• Reynolds
• Número de Potência
• Número de Froude

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AGITAÇÃO E MISTURA
Exemplo Transferencia de masa A transferencia
de massa tem por base os princípios de
convecção e difusão A forma esquemática de
entender o fenômeno de transferencia de massa
pode ser dividida em diferentes etapas i)
transferência de massa da bolha para a interface
gás-líquido ii) transporte através da interface
gás-líquido iii) difusão do filme de líquido que
rodeia a bolha iv) transporte através da massa
de líquido v) difusão através do filme de
líquido estagnado que rodeia as células vi)
movimento através da interface líquido-célula vii
) difusão através do sólido até a célula
individual, caso as células estejam associadas em
flocos, agregadas ou imobilizadas viii)
transporte através do citoplasma para o local de
reação.
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AGITAÇÃO E MISTURA
Transferencia de masa gas-líquido Em un proceso
aerobio, o oxigênio é o substrato have e devido
a sua baixa solubilidade em soluções aquosas, a
transferência contínua de oxigênio da fase
gasosa para a fase líquida para manter o
metabolismo oxidativo das células é
decisiva. Coeficiente de transferência de
oxigênio A capacidade de absorção de oxigênio
de un biorreator agitado mecanicamente é
representado pelo coeficiente volumétrico de
transferência de masa kLa O sensor de oxigênio
dissolvido é utilizado frequentemente para
medir o kLa Primeiramente, o biorreator é
burbulhado com nitrogênio e no tempo igual a
zero, inicia o borbulhamento com ar Então, a
taxa de transferência de oxigênio pode ser
modelada como o produto de da diferencia entre
la concentração de equilibrio e a concentração
existente na fase líiquida e o coeficiente
global de transferencia de massa de gás
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AGITAÇÃO E MISTURA
Determinação do coeficiente volumetrico de
transferencia de oxigênio Diferentes metodos são
utilizados para medir o coeficiente volumétrico
de transferência de oxigênio, kLa. a) Método
direto b) Método dinâmico c) Método sulfito d)
Método com peróxido de hidrogênio O segundo
método o qual utiliza para a medição do
oxigênio dissolvido um sensor, é o metodo mais
adequado que e pode ser utilizado tanto na
presença quanto na ausência de reação.
(1)
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AGITAÇÃO E MISTURA

(1)
CLConcentração de oxigênio dissolvido na fase
líquida CL Concentração de oxigênio dissolvido
no tempo t KLa Coeficiente volumétrico de
transferência de oxigênio KLa, função da
geometria do reator dimensão, diâmetro, tipo de
impulsor, niveis de mistura do sistema, volume de
ar, propiedades físicas do meio de cultura,
solubilidade do composto.
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AGITAÇÃO E MISTURA

Método dinâmico (Gas-out gas-in) Calibrar e
medir kLa Para calibrar o sensor, se prepara
água saturada com ar passando burbulhas de ar
em um pequeno volume (100 mL) de água
perfeitamente agitado Por exemplo cm um agitador
magnético, simultâneamente se prepara água
saturada com nitrogênio da misma
forma Coloca-se o sensor de oxigênio dissolvido
em água saturada com nitrogênio e se ajusta a
leitura em 0 Coloca o sensor na água saturada
com ar, esperar uma resposta estabelece por
exemplo, dois o três minutos sem variação e se
ajusta o sensor a 100 .
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AGITAÇÃO E MISTURA

Tempo de resposta do eletrodo Outro parâmetro
importante do sensor de oxigênio dissolvido é o
tempo de resposta Isto se pode medir mudando o
sensor de meio com distinta pressão parcial de
oxigênio no meio e medindo a sua resposta A
resposta do sensor pode aproximar-se de um
sistema de primeira ordem
(2)
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AGITAÇÃO E MISTURA

C concentração de oxigênio na amostra 100
saturada Cp concentração de oxigênio medido
pelo sensor no tempo t constante de
tempo do sensor, que é o tempo quando a resposta
do sensor tiver medindo 63,7 da resposta
final Nesta condição a equação (2), pode ser
transformada em uma exponencial, nas condições
iniciais em que C0 e t0, então vem
(3)
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AGITAÇÃO E MISTURA

(4)
Linearizando (3), vem A magnitude de
depende da velocidade do líquido e da
estabilidade e durabilidade do sensor Portanto
se a uma medida a uma determinada
velocidade de agitação é usada para medir o kLa
em diferentes velocidades de agitação, isto
poderia provocar um erro muito grande. Uma forma
segura é usar a mesma velocidade de agitação para
ambas as determinações entretanto, se o kLa-1 é
muitoo maior que esta preocupação não é
necessária.
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AGITAÇÃO E MISTURA

Determinação do kLa por regressão linear A
equação (1)
pode ser integrada com as
condições iniciais apropriadas para obter a
concentração de oxigênio dissolvido em função do
tempo Integrando nas condições iniciais em que
CO2 CO20 a t t0
(5)
(6)
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AGITAÇÃO E MISTURA

A equação (6), resulta numa equação linear em que
o valor de KLa é determinado pela inclinação da
reta
(6)
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AGITAÇÃO E MISTURA

Exemplo A
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AGITAÇÃO E MISTURA

A Figura, mostra os dados de um fermentador
(volume, tipo e geometría, impulsor,
propriedades do meio de cultura e as condições
de operação), para determinação do kLa
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AGITAÇÃO E MISTURA

A Figura, mostra um esquema do equipamento
utilizado breve descrição das metodologias
experimental tanto de calibração, caracterização
do eletrodo, tempo de resposta, assim como para a
determinação experimental do coeficiente
volumétrico de transferência de oxigênio pelo
método dinâmico sem reação.
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AGITAÇÃO E MISTURA

A Figura, mostra a forma tabulada do grafico,
com os dados de oxigênio dissolvido obtido em
função do tempo É importante alcançar uma boa
distribuição dos dados na forma de
hiperbole Para atingir o formato, pode
diminuir o intervalo de coleta dos dados.
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AGITAÇÃO E MISTURA

A Figura, mostra os resultados da regressão
linear da equação integrada de transferência de
oxigênioO gráfico com a correspondente reta
mostra como obter o valor kLa O resultado está
em (s-1), devido as unidades em que se trabalhou
mas (h-1), são as unidades em que normalmente
se reporta na literatura
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AGITAÇÃO E MISTURA

Exemplo B
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AGITAÇÃO E MISTURA

Na Figura, é apresentado o enunciado de um
problema (Adaptado Ej. 10.4, pag 439 Nielsen y
col. 2003). Os números em vermelho indicam
quais são os dados a introduzir.
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AGITAÇÃO E MISTURA

A Figura, apresenta os gráficos que se obtém ao
modificar a velocidade de agitação e a velocidade
superficial com o desenho do reator
selecionado
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AGITAÇÃO E MISTURA

A Figura , apresenta as equações obtidas ao
realizar as regressões dos dados experimentais e
ao combinar os resultados.
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AGITAÇÃO E MISTURA

FONTE Desarrollo de material de aprendizaje en
la carrera de Ingenieria Bioqimica Sergio
Huerta Ochoa, Arely Prado Barragan, Mariano
Gutierrez RojasDepto. Biotecnologia.
UAM-Iztapalapa sho_at_xanum.uam.mx