Diseño operaciones unitarias Seminario de Diseño

Diagrama de entrada y Salida Emisiones Nutrientes Energía m.o Oxígeno Proceso Producto m.o Subproducto Energía

BALANCES DE MASA EN ESTADO ESTACIONARIO En base a la ley de conservación de la materia de Lavoisier “ La cantidad de materia antes y después de un experimento sigue siendo la misma” Considerando estado estacionario MASA QUE ENTRA = MASA QUE SALE Esta ecuación permite determinar los flujos y composiciones de cada corriente en un proceso.

Operaciones unitarias Es una unidad en la cual se lleva a cabo un solo cambio, ya sea físico,químico o biológico. Fermentadores Químico Se produce en crecimiento de la Biomasa Filtros, Microfiltros, Ultrafiltros, Columnas Cromatograficas, Sistemas de 2 fases Acuosas Físico Separación Homogenizadores Rompimiento de la Biomasa

Diagrama de Bloques del proceso Fermentador Rompimiento Celular

Fermentadores Donde se genera la biomasa bajo condiciones controladas de: Temperatura pH Cantidad de Oxígeno Nutrientes

Laboratorio Pila lixiviación Industrial ESQUEMA

Cultivo BATCH

Cultivo Continuo

Diseño de Fermentadores Sustrato CwHxOyNZ Glucosa Melaza Etanol Fuente de Nitrógeno Amoniaco Urea O2 Biomasa CO2 H2O Producto

Implican una reacción Química Estequiometría a sustrato + b O2 + c Fuente de Nitrógeno -- d Producto +e Biomasa + f CO2 + g H2O Si el producto es Intracelular d =0 e Biomasa + f CO2 + g H2O Cinética Que indica a que velocidad se lleva a cabo la reacción

Rompimiento de la Biomasa Rompimiento Celular Rompimiento de la Biomasa Células Células Trozos de Células Proteína Producto Proteína Contaminante

Métodos Mecánicos Técnicas Principios Stress Costos Ejemplos Homogeni-zador de cuchillos Las células son rotas en un mezclador Moderado Rompimiento de tejidos y células animales. Homogeni-zador alta presión Las células son forzadas a pasar a través de un pequeño orificio lo que produce que se rompan por el esfuerzo de corte Fuerte Tratamiento a gran escala de suspensión de células. Ultrasonifi-cación Las células son quebradas en una cavidad ultrasónica Caro Rompimiento de suspensiones de células a lo menos en pequeña escala Molienda Las células son rotas por medio de una molienda con abrasivos Barato   Molinos de bolas Las células son trituradas con bodas de acero o vidrio Rompimiento a gran escala para suspensiones de células y células de plantas

Molina con abrasivos Procedimiento: Se utilizan un recipiente donde se agrega algún agente abrasivo, como bolas de vidrio. El sistema se hace vibrar lo que produce: Colisiones de las bolas con la biomasa Fuertes esfuerzos de cortes Se produce la ruptura de las células. Posteriormente, se separan las bolitas y desechos celulares y se recupera el sobrenadate.

Homogenizadores La idea es generar altos esfuerzos de corte que produzcan la ruptura de las células. Los altos esfuerzos de corte se pueden obtener por: Embolos Cuchillas Pistones Émbolos Cuchillas Pistones

Métodos No-mecánicos Técnicas Principios Stress Costos Ejemplos Permeabili-zación Enzimático Permeabilización de la pared celular, lo cual produce el rompimiento de la célula Suave Caro Tratamiento de M. lysodeikticus con lisozima. Shock Osmótico Ruptura Osmótica de la membrana Barato Ruptura de Células de Glóbulos Rojos. Solubiliza-ción Disolución de la membrana celular con detergentes Moderada-mente Caro Rompimiento de bacterias con SDS. Disolución de Lípidos Solventes orgánicos que disuelve la pared celular y también la desestabilizan Moderado Rompimiento de levaduras con tolueno. Tratamien-to con álcalis Solubilización de la membrana por saponificación de los lípidos Fuerte  

Parámetros de Diseño % Rompimiento Células = Masa Células Rotas Masa Células Iniciales % Denaturación = 5% % Liberación de Proteínas = Masa Proteínas Liberada Masa Células Rotas