Uma cepa de Azotobacter vinelandii é cultivada em um fermentador agitado de para produção de alginato. Nas condições operacionais atuais, é de . A solubilidade do oxigênio no caldo é de aproximadamente .
A taxa específica de consumo de oxigênio é . Qual é a concentração celular máxima possível? (Resp.: á )

Passo 1

Então, vamos lá! Nosso problema trata do cultivo de uma bactéria chamada Azotobacter vinelandii em um fermentador de 15 metros cúbicos. O objetivo é descobrir qual é a concentração celular máxima possível baseado em alguns dados fornecidos, como a taxa de transferência de oxigênio ( ), a solubilidade do oxigênio no meio de cultivo e a taxa específica de consumo de oxigênio. Para resolver isso, vamos precisar usar conceitos de transferência de massa e balanço de oxigênio.

Passo 2

Primeiro, vamos entender as unidades que temos e garantir que elas estejam compatíveis para os cálculos. Temos:
  • Solubilidade do oxigênio,
  • Taxa específica de consumo de oxigênio,
Precisamos converter a taxa de consumo de oxigênio para unidades que se relacionem com kg de célula por metro cúbico por segundo.

Passo 3

Vamos converter de para :
  1. Primeiro, convertemos mmol para kg. Sabemos que 1 mol de O₂ pesa 32 g (massa molar do O₂).
    Então,
  2. Agora, convertendo horas para segundos:

Passo 4

Agora que temos as unidades compatíveis, podemos usar a equação de balanço de oxigênio para encontrar a concentração celular máxima ( á):
á
Substituindo os valores:
á

Resposta

Calculando os valores, obtemos a concentração celular máxima possível:
á

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A constante h corresponde ao coeficiente de
Um biorreator equipado com 2 agitadores do tipo turbina de 6 pás planas (Rushton), 4 defletores, e opera com meio de cultivo de densidade e viscosidade .s para a produção de Single Cell Protein. Durante este cultivo, a taxa de aeração foi mantida em 0,2 vvm (Vazão de gás por Volume de meio por Minuto) com uma vazão de ar de e .
Considerando uma ampliação de escala de 50 vezes em relação ao volume do biorreator, qual seriam os novos valores de taxa de aeração e rotação do biorreator maior considerando constância de P/V (apresente como chegar nas relações). Considere vs (velocidade superficial de ar) constante, caso necessário. (Resp.: e )
Exercício 2: Uma placa de madeira in é exposta ao ar seco. A umidade que está em seu interior se difunde para a superfície, evapora e migra para a corrente de ar. A umidade na superfície da placa permanece constante no valor de 7,5% (base seca) durante a secagem. Após 10 horas, a umidade no centro da placa diminui de 17,6% para 11,1% (base seca). Se o coeficiente convectivo de transferência de massa pode ser considerado suficientemente grande para se despreza a transferência de massa na superfície ( ). Dado: .
Calcule:
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