REKAYASA BIOREAKTOR

Batch Operasi dari Reaktor Mixedisio Enzim Reaksio your budaya

ENZIM REAKSIKarakteristik seperti substrat akhir, produk dan biomassakonsentrasi dan waktu yang dibutuhkan untuk konversi dapatditentukan untuk skema operasi reaktor yang berbeda menggunakan massasaldo. Untuk sistem reaksi umum, kita dapat berhubungan tingkatperubahan massa komponen dalam sistem dengan tingkatReaksi menggunakan Persamaan. (1):

di mana M adalah massa komponen A dalam kapal, t adalah waktu, Miadalah laju aliran massaSebuah memasuki reaktor, Mo adalah laju aliran massa A meninggalkan, RG adalah tingkat massagenerasi A dengan reaksi, dan RC adalah tingkat massa konsumsi A oleh reaksi

ENZIM REAKSI

• Marilah kita menerapkan persamaan. (1) ke substrat pembatas dalam enzim betsreaktor seperti yang ditunjukkan pada Gambar 13.19. mi= Mo = 0 karenatidak ada aliran substrat ke dalam atau keluar dari kapal; massasubstrat dalam reaktor, M, sama dengan konsentrasi substrats dikalikan volume cairan V. Sebagai substrat tidak dihasilkan dalamreaksi, RG = 0. Tingkat konsumsi substrat RC sama dengantingkat volumetrik v reaksi dikalikan dengan V;• Para kinetika reaksi enzim sebagian besar cukup baikdiwakili oleh persamaan Michaelis Menten-:

dimana v adalah laju volumetrik reaksi dan s adalah konsentrasi substrat.Oleh karena itu, keseimbangan massa dari Persamaan. (1) adalah:

mana vmax adalah tingkat maksimum reaksi enzim dan Km adalah Michaelis konstan. Karena V adalah konstan dalam reaktor batch, kita bisa bawa keluar dari diferensial dan membatalkan melalui Persamaan untuk memberikan:

Integrasi dari persamaan diferensial ini memberikan ekspresi untuk waktu batch reaksi. Dengan asumsi vmax dan Km konstan selama reaksi, memisahkan variabel:

dan mengintegrasikan dengan kondisi awal = s sehingga pada t = 0memberikan:

di mana tb adalah reaksi bets waktu yang diperlukan untuk mengurangi konsentrasi substrat dari sehingga untuk sf. batchwaktu yang dibutuhkan untuk menghasilkan konsentrasi tertentu produk dapat ditentukan dari Persamaan. (7) dan stoikiometri hubungan.

Contoh 1: Enzim yang digunakan untuk menghasilkan senyawa yang digunakan dalampembuatan lotion tabir surya. vmax untuk enzim adalah 2,5mmol m-3 s-1, Km 8,9 mM adalah. Konsentrasi awalsubstrat adalah 12 mM. Plot waktu yang dibutuhkan untuk reaksi batchfungsi konversi substrat.

• Enzim dikenakan penonaktifan. Dengan demikian, konsentrasiaktif enzim dalam reaktor, dan karena itu nilai Vmax, mungkinberubah selama reaksi. Ketika penonaktifan adalah signifikan, variasidari Vmax dengan waktu dapat dinyatakan:

mana Vmax0 adalah nilai Vmax sebelum penonaktifan terjadi dan kdadalah tingkat penonaktifan orde pertama konstanta. memisahkan variabelmemberikan:

• Mengintegrasikan Eq. (9) dengan kondisi awal s = s0 pada t = 0, memberikan:

di mana

tb adalah reaksi bets waktu dan

sf adalah substrat akhirkonsentrasi.

Contoh 2: The enzim Contoh 1 menonaktifkan dengan setengah-hidup4,4 h. Bandingkan dengan Gambar dari contoh 1 reaksi betswaktu yang dibutuhkan untuk mencapai konversi substrat 90%.

Untuk reaksi dengan enzim amobil, Eq. (8) harus dimodifikasiuntuk menjelaskan transfer massa efek:

mana ηT adalah faktor efektivitas keseluruhan menggabungkan internal daneksternal transfer massa keterbatasan, s adalah konsentrasi substrat massal,dan vmax dan Km adalah parameter kinetik intrinsik. Pada prinsipnya,integrasi Eq. (11) memungkinkan evaluasi tb, namun, karena ηT adalah fungsi s, integrasi tidak langsung.

BIOREAKTOR DESAIN

DAFTAR ISI1. pengantar Bioproses Desain Jenis Bioreaktor Novel Desain Kriteria Bioreactors2. Aerasi dan Oksigen Perpindahan Massa dalam Sistem Bioreaktor Persyaratan Oksigen oleh Mikroorganisme Transfer Massa Kl Koefisien volumetrikdan Metode Pengukuran Empiris Korelasi Klsebuah3. Agitasi Sistem Bioreaktor4. Skala-up Sistem Bioreaktor Skala-up Criteri Contoh Skala-up Geometris5. Sterilisasi Media Cair Kinetika Kematian Termal Mikroorganisme Batch Sterilisasi Media Cair kontinyu Sterilisasi Media Cair

Contoh Desain untuk Sterilisasi Medium Kontinu Cair dalam Tubularalat sterilisasi6. Air Sterilisasi dengan Filter Bed berserat Mekanisme Filtrasi Air dan Desain Beds Dikemas berserat Contoh Desain dari Dikemas berserat untuk Sterilisasi Air

OKSIDASI-REDUKSI REAKSI Glukosa dioksidasi untuk membuat CO2 Oksigen berkurang untuk membuat H2O Gambar. 2.1. Menunjukkan jalur biokimia untukaerobik oksidasi karbohidrat, lemakasam, dan asam amino (AA) melalui Tri-asam karboksilat siklus (T.A.C.) dan elektronSistem transportasi. Oksigen molekuler O2 menerima * SemuaElektron Yang dilepaskan Bahasa Dari substratnyaselama metabolisme aerobik.

ATP dihasilkan dari fosforilasi ADP. ETS adalahterdiri dari sebagai berikut: FP1 = NADH, FP2 = suksinatdehidrogenase, Q = Co-enzim Q, sitokrom b, c, a, dan a3.The elektron akhir akseptor O2 direduksi menjadi air. oksigen datangdari fase cair dan berdifusi melalui sel.

CAIR FASE (Lanjutan) Pada Steady-state tanpa O2 akumulasi dalam fase cair:

Apakah persyaratan O2mikroorganisme?

2,1 OXYGEN PERSYARATAN MikroorganismeKami mendefinisikan: QO2 = Koefisien Respirasi rate untuk diberikanmikroorganisme.Unit QO2:(massa dikonsumsi O2) ÷ (satuan berat. biomassa kering). (waktu)"Biomassa" berarti "massa sel" dalam wadah bioreaktor.Beberapa unit QO2:mM O2 / (g kering berat. biomassa) (HR.)Go2 / (g kering berat.) (HR.) LO2 / (mg kering berat.) (HR.)

KONVERSI FAKTOR:1 M O2 = 32 x 10-6 g O21 L = 1 x 10-6 L pada S.T.P.1 mol O2 = 22,4 L O2 di S.T.P. Secara umum:

= F (spesies mikroba dan jenis sel, umur sel, nutrisi QO2conc. dalam medium cair, terlarut O2 conc., temperatur, pH, dll) Untuk diberikan: tipe 1) spesies sel2) usia sel3) nutrisi konsentrasi4) Suhu5) pH

dan jika konsentrasi O2, CL, adalah faktor pembatas dalam pertumbuhan sel, maka QO2 adalah kuatfungsi CL O2 terlarut konsentrasi(= Mg O2 / L). Hubungan antara QO2dan CL adalah dari jenis Monod.

mana: KO2 = O2 conc. pada QO2 max / 2CL crit.= Kritis O2 conc. luar yang O2 adalahtidak membatasiQO2 = QO2max = konstanta Pada CLCRIT.respirasi enzim Sistem Transportasi Elektron yang jenuh denganO2. Ketika O2 conc. adalah "membatasi substrat" kemudiananalog dengan persamaan Monod:

Tabel 1 menunjukkan nilai-nilai khas QO2 diukur dengan Warburgrespirometer. Tabel 2 menunjukkan data khas untuk konsentrasi oksigen CL crit kritis,.(mmol O2 / L). Gambar. 2 menunjukkan variasi QO2 dengan waktu fermentasi untukmikroorganisme Bacillus subtilis, di mana QO2 mencapai nilai maksimumselama fase pertumbuhan eksponensial. Gbr.3 menunjukkan pengaruh nilai agitasi (putaran per menit) padanilai QO2 untuk erythropolis Nocardia bakteri, tumbuh diheksadekana untuk menghasilkan Biosurfaktan.

Massa Neraca Oksigen dalam Volume Satuan Cair(Lanjutan) Tingkat laju = bersih O2Akumulasi pasokan dari udaraO2 gelembung - tingkat                     O2 konsumsi                     sel

Massa Neraca Oksigen dalam Volume Satuan Cair(Lanjutan)   di mana: DCL / dt di (O2/L.h mmol)   KLA di (h-1)

   C * L, CL di (mmol O2 / L)   QO2 di (mmol O2 / (g kering berat. Cell) (h)   X dalam (g kering berat your / L.)

Massa Neraca Oksigen dalam Cair SatuanVolume (Lanjutan)   Pada steady state:

Pada setiap kali CL = konstan

Massa Neraca Oksigen dalam Cair SatuanVolume (Lanjutan)   Oksigen transfer rate dari udaragelembung ke cair = OTR

Metode Pengukuran KLadalam sebuah bioreaktorDua metode dasar untuk mengukur Kla• Kimia metode (tidak hadir sel)• Fisik metode (dengan / tanpa sel)

Kimia Metode KLa Pengukuran(Lanjutan)oLiquid solusi = 0,5 M Na2SO3, dengan Cu + + sebagaikatalisator

oSparge udara melalui kapal bioreaktor padadiberikan laju aliran volumetrik Q kecepatan impeller(RPM)

omake yakin bahwa [SO3-2] Adalah lebih (yakni 0,5 MNa2SO3)

Kimia Metode KLa Pengukuran(Lanjutan) Oksigen mengoksidasi ion sulfit untuksulfat.

Laju reaksi kimia sangatcepat. Langkah mengendalikan adalah difusi O2molekul melalui film cairsekitar gelembung udara.

Kimia Metode KLa Pengukuran(Lanjutan)

Kimia Metode KLa Pengukuran(Lanjutan) yaitu R adalah nol untuk sulfit konsentrasi[SO3-2] Karena lebih.? Dari stoikiometri ditunjukkan pada Persamaan. (2.5)

Kimia Metode KLa Pengukuran(Lanjutan)• Reaksi dengan [SO3-2] sangat cepat• Akibatnya, molekul gas O2 dikonsumsi segera setelah mereka berdifusi ke dalam fase cair• Oleh karena itu, konsentrasi DO dalam cairanfase, CL ≈ 0.

● Gunakan titrasi iodometri untuk mengukur [SO3-2] sebagai fungsi waktu, t, sebagai gelembung udara melewati kapal bioreaktor pada RPM tertentu

● Untuk diberikan: aerasi RPM tingkat Agitasi Q KecepatanJumlah udara tekanan P● Volumetrik perpindahan massa koefisien KLa dapat dihitung dari Persamaan (2.7) sebagai:

Gambar. 3.3 menunjukkan hubungan antara NP dan NRE ditiga rezim aliran yang berbeda:● LaminarTransient ●Sepenuhnya Turbulent ●untuk tiga jenis impeller yang berbeda:● Enam-berbilah turbin datar pisau● Paddle impeller● Kelautan Propeller

P = Un-digas listrik untuk cairan (tidak ada udara), Wgc = 1, untuk sistem satuan SIN = kecepatan rotasi Impeller, putaran per detik, (s-1).di= Diameter Impeller, m = Kepadatan cairan, kg/m3 = Viskositas cairan, (N.m) / (s)Untuk bdk. enam berbilah datar pisau turbin impeller (Gambar. 3.3), pencampuran menjadi penuh gejolak disebuah impeller Reynolds nomor NRE = 3.000.Daya Nomor NP = 6 (konstan) di NRE> 3.000

Berbagai Jenis impeler memiliki kekuatan yang berbedakarakteristik Fig. 3.3.Selama enam-berbilah turbin datar dan turbulenkondisi:NP = 6 = Pgc/n3Di5 atau P = (6) (n3Di5 ) / (gc) ........... (3.3)Pada NRE = 3.000 kecepatan impeller yang sesuai adalah:n = (3.000) () / (Di2) () ... (3.4)

● Persamaan. 3.4 adalah perkiraan minimal impellerkecepatan, n, dari impeller 6-rata turbin blade untukon-set aliran turbulen dalam tangki berpengadukbioreaktor kapal.● Persamaan. 3.3 menunjukkan bahwa untuk cairan kepadatan yang diberikan,:P n3Di5Ini merupakan pertimbangan penting bagi bioreaktorkapal skala-up.Eq. 3.1 is used to find the un-gassed power, P, at a given:impeller diameter, Diandimpeller speed, n.For aerobic fermentation (aerated) bioreactors:Pg (gassed) < P (un-gassed) powersince eff(effective density) < Pg/P < 1Jumlah aerasi, Na, didefinisikan oleh equ. 3,5 dandigunakan untuk menghitung rasio daya Pg / P sebagai fungsidari Qg laju aerasi, seperti ditunjukkan pada Gambar. 3.4.Untuk air:Na = Qg / NDI3 ............... (3.5)dimana:Na = aerasi nomor (berdimensi)Qg = Volumetrik laju aliran udara (m3pada STP / s)n = kecepatan putar impeller, revolusi per detik (s-1).

di= Diameter impeller (m).

Perhitungan Massa Volumetrik DiperlukanKoefisien transfer, KLa, SelamaFermentasi, dan digas Power, Pg.Pada Steady-State Operasi dari Aerobikfermentasi:OTR = KAMIKLa [CL* - CL] = QO2X ....... (3.6)

Untuk QO2 diberikan, X, dan (CL* - CL), KLa dapatdihitung dengan menggunakan Persamaan. 3.6.Untuk VL diberikan dan Ug, Pg dapat dihitung dengan menggunakankorelasi empiris untuk KLa diberikan oleh Persamaan. 3.7.KLa = C [Pg / VL] m [Ug] k ............... 3.7Gbr. 3.3 dan 3.4 yang digunakan dalam kombinasi untuk menemukanbenar impeller kecepatan rotasi, n, untuk memberikanPg diperlukan pada Ug tertentu, untuk nilai yang diperlukanKLa.

Jenis Bioreactor(Selanjutnya)

Bioreaktor tangki berpengaduk1. pengantar2. Standar geometri bioreaktor tangki berpengaduk3. Volume headspace4. Dasar fitur dari sebuah bioreaktor tangki berpengaduk          4.1. agitasi sistem          4.1.1 Top masuk dan impeler bawah entri          4.1.2 Teknik segel4.2 Oksigen pengiriman sistem          4.2.1 Kompresor          4.2.2 Air sterilisasi sistem          4.2.3 Positif tekanan          4.2.4 sparger          4.2.5 Pengaruh kecepatan impeller          4.2.6 Air laju alirBioreaktor tangki berpengaduk4,3 Foam kontrol4.4 Suhu sistem kontrol4,5 pH sistem kontrol4.5.1 menetralkan agen4.5.2 Setpoint dan deadband4.6 Pembersihan dan sterilisasi fasilitas5. Agitator desain dan operasi

       5.1 Impeler aliran Radial       5.1.1 Rushton turbine       5,2 impeler aliran aksial       5.3 Intermig impeller

dasar fitur* Sebuah sistem agitator* Sebuah sistem pengiriman oksigen* Sebuah sistem kontrol busa* Sebuah sistem kontrol suhu* Sebuah sistem kontrol pH* Sampling port* Pembersihan dan sistem sterilisasi.* Sebuah garis bah dan dump untuk mengosongkan reaktor

4.1 Dasar fitur dari sebuah tangki berpengadukbioreaktor - Sistem Agitasi• Fungsi dari sistem agitasi adalah untuk menyediakan baik pencampuran dan dengan demikian meningkatkan massamentransfer melalui tingkat curah cair dan gelembungbatas lapisan. menyediakan kondisi geser tepat yang diperlukan untukpecahnya gelembung.• Sistem agitasi terdiri dari pengaduk dan baffle.• Para baffle digunakan untuk memecahkan aliran cairan untuk meningkatkanturbulensi dan efisiensi pencampuran. Peran baffle adalahdibahas secara mendalam pada bagian selanjutnya.• agitator terdiri dari komponen yang ditampilkan dalammengikuti diagram:agitasi sistem• Jumlah impeler akan tergantung pada ketinggiancair dalam reaktor. Impeller Setiap akan memiliki antara 2 dan6 pisau. Fermentasi mikroba yang paling menggunakan Rushton suatuturbin impeller.• Sebuah fase tunggal (mis. 240 V) agitator motor drive dapat digunakandengan reaktor kecil. Namun untuk reaktor besar, fase 3motor (yaitu 430 V) harus digunakan. Yang terakhir akan cenderungmembutuhkan lebih sedikit saat ini dan karena itu menghasilkan lebih sedikit panas.• Kecepatan kontrol atau perangkat kecepatan reduksi digunakan untukmengontrol kecepatan pengadukan.

4.1.1 Dasar fitur dari bioreaktor tangki berpengaduk; AgitasiSistem - masuk Top dan impeler bawah entri• Poros impeller dapat masuk dari bagian bawah tangki atau dari atas. Aentri impeller atas ("juluran poros") lebih mahal untuk menginstal sebagaimotor dan poros perlu struktural didukung:

Bawah entri Impeler• Sebuah reaktor dengan impeller bawah entri namun akan membutuhkan pemeliharaan yang lebih tinggikarena merusak segel oleh partikulat di media dan oleh mediakomponen yang mengkristal di segel saat reaktor tidak digunakan:• agitator entri Bawah cenderung membutuhkan perawatan lebih dari entri terataskarena pembentukan kristal dan padatan lainnya di segel impeler

4.1.2 Dasar fitur dari sistem Agitasi STR - segel Mekanik• Meterai mekanik digunakan mencegah kontaminan dari memasuki reaktor dan mencegah organisme melarikan diri melalui poros.• seal menggunakan uap dari cairan untuk pelumasan.• Oleh karena itu penting bahwa Anda tidak mengubah poros ketika tangki kering agar tidak merusak segel.

4.2 Dasar fitur dari diaduk bioreaktor tangki - sistem pengiriman oksigen.• Sistem pengiriman oksigen terdiri dari kompresor inlet udara sterilisasi sistem suatu sparger udara keluar udara sterilisasi sistem

Oksigen sistem pengiriman - Compressor• Sebuah kompresor memaksa udara ke dalam reaktor. Kompresor akan perlu untuk menghasilkan tekanan yang cukup untuk memaksa udara melalui, lubang saringan sparger dan ke dalam cairan.• Kompresor Udara digunakan untuk bioreaktor skala besar biasanya menghasilkan udara pada 250 kPa. Udara harus kering dan bebas minyak sehingga tidak menghalangi filter udara masuk atau mengotori medium.• Perhatikan bahwa sangat penting bahwa "instrumen udara" kompresor tidak digunakan. Udara instrumen biasanya dihasilkan pada tekanan yang lebih tinggi tetapi disedot dengan minyak. Instrumen kompresor udara digunakan untuk kontrol pneumatik.

4.2.2 Dasar fitur dari bioreaktor tangki berpengaduk;Oksigen sistem pengiriman - Air sistem sterilisasi• Sterilisasi udara masuk dilakukan untuk mencegahmencemari organisme memasuki reaktor.• Udara keluar di sisi lain disterilkan tidak hanya untuk menjagakontaminan dari memasuki tapi juga untuk mencegah organisme dalamreaktor mengkontaminasi udara.• Sebuah metode umum sterilisasi udara masuk dan keluar adalahfiltrasi. Untuk reaktor kecil (dengan volume kurang dari 5 liter),berbentuk disk hidrofobik membran Teflon bertempat diperumahan polypropylene digunakan. digunakan. Teflon sangat sulit,dapat digunakan kembali dan tidak mudah memblokir.

Sterilisasi udara• Dengan pleating membran, adalah mungkin untuk membuat filter kompak denganluas permukaan yang sangat besar untuk penyaringan udara. Meningkatkan daerah filtrasimengurangi tekanan yang dibutuhkan untuk melewati volume tertentu dari udara melaluifilter.• Sterilisasi inlet dan udara keluar dalam bioreaktor besar (> 10.000 liter)dapat menyajikan masalah desain utama. Skala filtrasi membran besar adalahproses yang sangat mahal. Para filter mahal karena mereka sulituntuk membuat dan energi yang dibutuhkan untuk melewati udara melalui filter dapat

cukup besar.• sterilisasi panas adalah pilihan alternatif. Uap dapat digunakan untuk mensterilkanudara. Dengan kompresor gaya yang lebih tua, itu mungkin untuk menggunakan panasdihasilkan oleh proses kompresi udara untuk mensterilkan udara. Namun,kompresor sekarang multi-stage perangkat yang didinginkan pada setiappanggung dan suhu desinfektan tidak pernah tercapai.

4.2.3 Dasar fitur STR yang Oksigen sistem pengiriman Air sterilisasi Sistem - Tekanan Positif• Selama sterilisasi konsep "menjaga tekanan positif" akan sering digunakan.• Mempertahankan tekanan positif berarti bahwa selama sterilisasi, pendinginan dan mengisi dan jika sesuai, proses fermentasi, udara harus dipompa ke dalam reaktor.• Dengan cara ini reaktor selalu bertekanan dan dengan demikian aerialcontaminants tidak akan "tersedot" ke dalam reaktor.• Hal ini sangat penting bahwa tekanan positif dipertahankan saat bioreaktor didinginkan setelah sterilisasi. Tanpa udara yang terus dipompa ke dalam reaktor, ruang hampa akan membentuk dan kontaminan akan cenderung ditarik ke dalam reaktor.

4.2.4 Dasar fitur dari sebuah tangki berpengadukbioreaktor Oksigen sistem pengiriman - sparger• The sparger udara digunakan untuk memecah udara yang masuk ke dalam gelembung kecil.• Meskipun berbagai desain dapat digunakan seperti bahan berpori yang terbuat dari kaca atau logam, jenis yang paling umum dari filter yang digunakan dalam bioreaktor modern adalah cincin menyemproti:

Oksigen sistem pengiriman - sparger• Sebuah cincin menyembur terdiri dari tabung hampa di manalubang kecil yang telah dibor. Sebuah cincin menyembur adalahmudah untuk dibersihkan dari bahan berpori dan kurangkemungkinan untuk memblokir selama fermentasi a.• Cincin menyembur harus terletak di bawah agitatordan akan memiliki sekitar diameter yang sama sepertiimpeller.• Dengan demikian, gelembung naik langsung ke impellerpisau, memfasilitasi gelembung putus.

Oksigen sistem pengiriman - Pengaruh kecepatan impeller• Konsekuensi lain dari terlalu lambat kecepatan impeller adalahmembanjiri impeller.• Dengan kondisi tersebut, gelembung akan terakumulasi danmenyatu di bawah impeller, yang mengarah pada pembentukangelembung besar dan tingkat oksigen yang buruk transfer.• Sebuah fenomena yang sama akan terjadi bila tingkat aerasiterlalu tinggi.• Dalam hal ini, efisiensi transfer oksigen akan rendah

Foam sistem kontrol• pembentukan busa yang berlebihan dapat menyebabkan filter udara diblokir keluardan untuk menekan membangun dalam reaktor.• Yang terakhir ini dapat menyebabkan hilangnya media, kerusakan padareaktor dan bahkan cedera pada personil operasi.

• Foam biasanya dikontrol dengan bantuan agen antifoamingberdasarkan silikon atau minyak nabati.• Selain itu berlebihan antifoam namun dapat mengakibatkan miskinoksigen kecepatan transfer.

• Persyaratan antifoam akan tergantung pada sifat medium.Media kaya protein akan menimbulkan busa lebih mudah daripada media sederhana. produk yang dihasilkan oleh fermentasi.Protein disekresikan atau asam nukleat dirilis sebagai akibat dari kematian sel dan hidrolisismemiliki deterjen seperti properti. tingkat aerasi dan kecepatan pengaduk.Meningkatkan tingkat aerasi dan kecepatan pengaduk meningkatkan masalah berbusa. penggunaan perangkat kontrol busa mekanikPerangkat kontrol busa seperti pemutus busa mekanik dan ultrasonik membantumengurangi kebutuhan antifoam. Volume ruang kepalaVolume headspace lebih besar, maka semakin besar kecenderungan untuk busa runtuhkarena beratnya sendiri. Misalnya, untuk fermentasi di mana tingkat tinggi busadiproduksi, volume headspace 50% mungkin diperlukan. Kondensor temperaturDalam reaktor skala laboratorium, suhu kondensor dingin dapat membantu untuk mengontrolbusa. Kepadatan busa meningkat ketika bergerak dari headspace hangatVolume ke wilayah kondensor dingin. Hal ini menyebabkan busa runtuh.Foam sistem kontrol• Satu probe direndam dalam cairan fermentasi sementaralainnya ditempatkan di atas tingkat cair.• Ketika busa mencapai penyelidikan atas atas, arusdilakukan melalui busa.• Deteksi arus oleh hasil busa controller diaktivasi pompa dan antifoam ini kemudian ditambahkansampai busa reda.

4.4 Dasar fitur dari bioreaktor tangki berpengaduk- Suhu sistem kontrol• Sistem kontrol suhu terdiri dari suhu probe perpindahan panas sistem• Biasanya sistem perpindahan panas akan menggunakan "jaket" untukmentransfer panas dalam atau keluar dari reaktor. Jaket shellyang mengelilingi bagian dari reaktor. Cairan dalam jakettidak datang dalam kontak langsung dengan cairan fermentasi.

Suhu sistem kontrol• Dalam reaktor pilot dan skala produksi, pemanasan biasanyahanya diperlukan pada tahap awal dan tahap akhirfermentasi sebagai proses yang paling yang terjadi selamaproses fermentasi, termasuk reaksi biologis (misalnya pertumbuhan) reaksi kimia pencampuran• yang eksoterm.

4.5.1 Dasar fitur dari sebuah tangki berpengaduk

bioreaktor pH sistem kontrol -penetralan agen• Para agen penetralisir digunakan untuk mengontrol pH harus non-korosif. Mereka juga harus tidak beracun untuk sel bila diencerkandalam medium.• Kalium hidroksida disukai untuk NaOH, sebagai ion kaliumcenderung kurang beracun untuk sel-sel dari ion natrium. Namun KOHlebih mahal daripada NaOH. Natrium karbonat jugaumum digunakan dalam sistem bioreaktor skala kecil.• Asam klorida tidak boleh digunakan karena bersifat korosif bahkanuntuk stainless steel.• konsentrasi asam sulfat Demikian juga tidak harus antara10% dan 80% sebagai antara kisaran ini, asam sulfat palingkorosif.

penetralan agen• Untuk fermentasi yang menghasilkan sejumlah besar asam, misalnya asam laktat fermentasi menggunakan media yang mengandung konsentrasi gula tinggi, konsentrasi tinggi alkali (4 M dan di atas) lebih disukai. Hal ini akan mencegah pengenceran media karena penambahan penambahan yang berlebihan dari larutan alkali.• Untuk fermentor laboratorium, pompa peristaltik digunakan untuk menambah agen pengatur pH tersebut. Tubing silikon sering digunakan. Namun, perlu diketahui bahwa tabung silikon akan membusuk di hadapan konsentrasi alkali yang tinggi.Tubing slicone tebal berdinding harus digunakan.• Atau tygon atau Neoprene tubing dapat digunakan. Tygon tidak autoclavable tetapi dapat disterilisasi dengan melewati NaOH melalui pipa selama sekitar 1 jam. Neoprene adalah autoclavable tetapi tidak transparan atau tembus seperti tygon atau silikon.

Setpoint dan deadband• setpoint adalah pH di mana fermentor sedang berusaha untuk dikendalikan pada. Misalnya, jika fermentasi yang akan dijalankan pada pH konstan 6,5, maka setpoint diatur ke 6,50.• Jika misalnya, deadband 5% digunakan, maka batas atas akan deadband - 1,05 x 6,5 = 6.83• dan batas bawah deadband akan - 0,95 x 6,5 = 6.18• Jika deadband yang terlalu kecil, maka ada kemungkinan bahwa pH akan sering overshoot dan undershoot yang deadbands mengarah ke penambahan alkali dan asam yang berlebihan. The off trade adalah bahwa deadband luas akan menyebabkan kontrol pH kurang tepat.• Sebagai fermentasi banyak cenderung menghasilkan asam daripada zat yang meningkatkan pH, penambahan asam sering tidak diperlukan. Memang tidak semua fermentasi membutuhkan kontrol pH berkelanjutan.

4.6. Dasar fitur dari sebuah bioreaktor tangki berpengaduk- Pembersihan dan fasilitas sterilisasi.• reaktor skala kecil diambil terpisah dan kemudian dibersihkan sebelum kembali berkumpul, diisi dan kemudian disterilisasi dalam autoklaf.• Namun, reaktor dengan volume lebih dari 5 liter tidak dapat ditempatkan dalam autoklaf dan disterilkan. Reaktor-reaktor harus dibersihkan dan disterilkan "di tempat". Proses ini disebut "Bersih di Tempat".• CIP melibatkan pembersihan lengkap tidak hanya fermentor, tetapi juga semua lini terkait dengan komponen internal reaktor. Uap, membersihkan dan mensterilkan bahan kimia, bola semprot dan pompa tekanan tinggi yang digunakan dalam proses ini. Proses ini biasanya otomatis untuk meminimalkan kemungkinan kesalahan manusia.

5. Agitator desain dan operasi• agitator diklasifikasikan sebagai memiliki aliran radial atau aliran aksialkarakteristik.• Dengan aliran radial pencampuran, aliran cairan dari impeller pada awalnya diarahkan pada dinding reaktor, yaitu. sepanjang radius tangki.• Dengan aliran aksial pencampuran, aliran cairan dari impeller adalahdiarahkan ke bawah menuju dasar reaktor, yaitu. dalamarah sumbu tangki.

• impeler aliran Radial terutama digunakan untuk gas-cairmenghubungi (seperti dalam pencampuran bioreaktor sparged) dan proses blending.• impeler aliran aksial menyediakan lebih lembut tapi efisien pencampurandan digunakan untuk reaksi yang melibatkan sel-sel sensitif geser danpartikel.

pengaduk desain• Aliran Radial pencampuran tidak seefisien aliran aksial pencampuran.• Untuk impeler aliran radial, banyak masukan energi yang lebih tinggimasukan yang diperlukan untuk menghasilkan suatu tingkat aliran.• impeler aliran Radial dilakukan dan dirancang untuk, menghasilkantinggi geser kondisi. Hal ini dicapai dengan pembentukanvortisitas di belakang impeller:

5.1.1 Agitator desain dan operasiRadial aliran impeller - Rushton turbine• The agitator yang paling umum digunakan dalam mikrobafermentasi adalah turbin Rushton.• Seperti semua impeler aliran radial, turbin Rushton adalahdirancang untuk menyediakan kondisi geser tinggi yang diperlukan untukmelanggar gelembung dan dengan demikian meningkatkan transfer oksigentingkat.• Turbin Rushton memiliki 4 atau 6 pisau yang tetapke disk.• Diameter turbin Rushton harus 1/3 daridiameter tangki.Axial aliran impeller• Aliran Axial pencampuran energi jauh lebih efisiendari aliran radial pencampuran.• Mereka juga lebih efektif dalam mengangkat padatan daridasar tangki.• impeler aliran aksial memiliki sifat geser yang rendah. itusiku pitch penghasut ditambah dengan trailing tipistepi pisau impeller mengurangi pembentukanpusaran di tengah pisau bergerak.

Axial aliran impeller• impeler aliran aksial digunakan untuk pencampuran geser sensitifproses seperti kristalisasi dan presipitasireaksi.• Mereka juga digunakan secara luas dalam kultur sel-sel hewan.• Karakteristik rendah mereka geser umumnya membuat merekaefektif pada putus gelembung dan dengan demikian tidak cocok untukdigunakan dalam aerasi fermentasi bakteri

Intermig Impeller• Sistem agitasi memiliki dua impeler. Impeller bawahmemiliki bagian arus besar aksial. Ujung impeller mengandungjari seperti ekstensi yang menciptakan turbulen bangun untukmelanggar gelembung.• Sebagai daerah geser tinggi hanya ada di ujung, secara keseluruhankondisi geser dalam reaktor yang lebih rendah daripada akandihasilkan oleh impeller aliran radial seperti RushtonTurbin.

• impeler Intermig digunakan secara luas untuk agitasi dan aerasidalam fermentasi jamur.pengantarBioreaktor dapat diklasifikasin Sesuai Artikel Baru beberapa Kriteria Yangberbeda:a. Jenis dan bentuk biokatalis: sel bebas dalam budaya terendam;dilakukan terikat atau bergerak sel / enzim, retensi atau resirkulasi biokatalis yangb. Konfigurasi: tank (tinggi / diameter <3), kolom (tinggi / diameter> 3)c. Energi input dan aerasi: fase cair, fase gas; dikombinasikand. Hidrodinamika: sempurna pencampuran, pencampuran parsial, tidak ada pencampuran;e. Modus operasi: batch; kontinyu, fed-batch.

bioreaktor Desain• Tipe-tipe utama dari bioreaktor yang digunakan dalam industri meliputi:Diaduk tangki reaktorDalam reaktor, pengaduk mekanik (menggunakan impeler) digunakan untukmencampur reaktor untuk mendistribusikan panas dan bahan (seperti oksigen dansubstrat)Gelembung kolom reaktorSuami adalah Reaktor Tinggi, Yang menggunakan Udara Sendiri untukpencampuranAir angkat reaktorReaktor inisial mirip Artikel Baru gelembung kolom reaktor, tetapi berbedaArtikel Baru Fakta bahwa mereka berisi draft tube. Draft tabung biasanyasebuah inner tube Yang meningkatkan sirkulasi Dan Transfer OKSIGENDan menyetarakan geser pasukan Illustrasi Reaktor.pengaruh kinerja reaktor pencampuranseragam dicampur bets reaktor

   Karena tidak ada memasuki atau meninggalkan aliran dalam reaktor batch, keseimbangan materi persamaan untuk reaktan A dalam cairan kepadatan konstan diberikan sebagai:

Integrasi Persamaan. 1 memberikan

Demikian pula, untuk enzim-katalis reaksi dari tipe Michaelis-Menten, kita dapat memperoleh persamaan. 3,

terus diaduk-tangki reaktor (CSTR)

komposisi cairan dalam CSTR adalah seragam dan sama dengan aliran keluar, dan akumulasi jangka adalah nol pada steady state. Dengan demikian, keseimbangan bahan reaktan A diberikan sebagai:

mana mana FF adalah tingkat pakan volumetrik (m adalah tingkat pakan volumetrik (m3 3s s-1 -1) dan) dan VV adalah volume reaktor (m reaktor (m3 3), dengan simbol-simbol lain yang sama .... seperti dalam Persamaan 1 Persamaan waktu tinggal 1 waktu tinggal tt (s) diberikan sebagai:

Kebalikan dari Kebalikan dari τ τ, yaitu,, yaitu, F / VF / V, disebut tingkat pengenceran.

Untuk ireversibel Untuk reaksi pertama ireversibel pertama-order dan reaksi order dan Michaelis Michaelis--Menten Menten jenis reaksi, persamaan berikut. 6 dan 7 terus, reaksi jenis, persamaan berikut. 6 dan 7 terus,masing:

mana mana K Km m adalah adalah Michaelis Michaelis-Menten Menten konstan

di mana simbol yang sama seperti pada Persamaan. 1. Oleh karena itu,

substitusi dari persamaan laju ke dalam Pers. 9 dan integrasi memberikan Pergantian persamaan tingkat ke dalam Pers. 9 dan integrasi memberikan persamaan kinerja berikut, persamaan kinerja berikut. Untuk Untuk reaksi pertama--urutan pertama,

untuk kedua Untuk reaksi--orde kedua

Untuk Untuk Michaelis-Menten-Michaelis Menten-reaksi-jenis,