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TECNOLOGIA DE
BIORREACTORES
2006/2007
Docentes
E-mail
Mª Emília Lima Costa (mcosta@ualg.pt)
Gabinete: 3.47 ou CD
Atendimento: 5ª feira 10.00-12.00H
Sara Raposo
(sraposo@ualg.pt) Gabinete: 2.17
Atendimento: 2ª feira 10.00-11.00 H
____________________________________________3ª
feira 15.30-16.30
Conteúdo
Programático
1. Introdução à
Tecnologia de Biorreactores. Objectivos e conteúdos da
disciplina.
1.1. Nota
histórica da tecnologia da produção biotecnológica.
1.2. A fermentação.
Princípios e prática da fermentação.
2. Cinética e
estequiometria do crescimento celular.
2.1. Cinética de
crescimento, e produção de metabolitos. Parâmetros
quantificadores do crescimento. Validade da lei de
crescimento exponencial. Inibição pelo substrato e pelo
produto.
2.2. Modelos cinéticos
estruturados e não estruturados descritivos do
crescimento e da utilização do substrato. Metabolismo
endógeno. Modelos cinéticos de inibição pelo substrato e
pelo produto.
2.3. Estequiometria do
crescimento microbiano e balanços elementares. Equação
macroquímica da reacção biológica. Factores de
rendimento.
3. Modos de operação em
reactor biológico.
3.1. Sistema de cultura
descontínuo. Equações de balanço à biomassa e ao
substrato. Conceitos de produtividade volumétrica
máxima e total.
3.2. Sistema de cultura
contínuo com mistura ideal. Desvios à idealidade do
sistema contínuo. O quimiostato. Equações de balanço
relativas à biomassa e ao substrato.
3.3. Sistema contínuo com
recirculação. Equações de balanço relativas à biomassa e
ao substrato. Equações fundamentais da cultura contínua
em fase estacionária.
3.4. Sistema contínuo com
reactores associados em série. Reactor de fluxo pistão
com e sem recirculação de células. Associação
quimiostato-reactor
de fluxo pistão.
3.5. Sistema semi-descontínuo,
com alimentação
escalonada (Fed-Batch).
Estratégias de operação.
Equações de balanço relativas à biomassa e ao substrato.
3.6.
Reactores
com células imobilizadas e reactores de membrana.
4. Tipos de Biorreactores
e geometria-tipo.
4.1. Tipos de reactores.
A geometria-tipo de um fermentador mecanicamente agitado
e tipos de agitadores
4.2. Reactores agitados
por gás sob pressão (coluna de borbulhamento, reactor
com circulação interna e externa, fermentadores em
torre)
5. Transferência de Massa
e Consumo de Oxigénio.
5.1. Transferência de
massa gás-líquido. Taxa de transferência e consumo de
oxigénio.
5.2. Transferência de oxigénio em reactores
mecanicamente agitados e em reactores agitados por gás.
Limitação do crescimento pelo oxigénio.
5.3. Coeficiente de
transferência de massa volumétrico de oxigénio. Métodos
experimentais de determinação do kLa.
6. Mistura e reologia dos
fluidos
6.1. Homogeneização do
sistema gás/líquido/sólido; caracterização da agitação;
correntes induzidas por diferenças de densidade.
Parâmetros de mistura. Desvio à idealidade.
6.2. Fluidos newtonianos
e principais fluidos não newtonianos: pseudoplástico,
dilatante, de Bingham e de Casson. Números
adimensionais. Cálculo da potência de agitação em
tanques arejados e não arejados.
6.3. Caracterização do
regime de fluxo: Laminar e turbulento
6.4. Parâmetros de
stresse hidrodinâmico e morfologia celular.
7. Transferência de calor
7.1.
Balanço entálpico em
sistemas biológicos arejados e não arejados.
7.2. Métodos de
determinação de calor metabólico, calor associado à
agitação e ao arejamento, à evaporação, aos fluxos de
fluidos e à troca com o ambiente. Calor de permuta.
7.3. Tipos de equipamento
interno e externo ao vaso reaccional para manutenção do
calor de permuta.
8. Esterilização e
Desinfecção
8.1. Métodos de
desinfecção e de esterilização por diferentes agentes.
Esterilização do equipamento, dos meios e do ar.
8.2. Conceito de
esterilização; Cinética da morte dos microrganismos.
Tempo necessário à esterilização. Critério de
esterilização.
8.3. Esterilização
contínua e descontínua. Perfis de esterilização e factor
nabla
9. Variação de escala da
produção biológica.
9.1. Escala laboratorial,
escala piloto e escala industrial.
9.2 Critérios de aumento
de escala; definição de critérios.
9.3. Estratégias de
redução de escala: análise de regime.
Bibliografia:
§
Reactores Biológicos (2006). Lidel,
Edições Técnicas
§
Doran, P. M. (1999) Bioprocess
Engineering Principles, Ac. Press.
§
Shuler, M.L. & Kargi, F. (2002)
Bioprocess Engineering Basic Concepts, 2nd
Ed., Prentice Hall International Series, NY.
§
Bailey, J.E. & Ollis, D.F. (1986)
Biochemical Engineering Fundamentals, 2nd
ed., McGraw-Hill, NY.
§
Blanch, H. W.; Clarck, D. S. (1997)
Biochemical Engineering, Marcel Dekker.
§
Riet,
K. & Tramper,
J.
(1991) Basic bioreactor design,
Marcel Dekker.
§
Atkinson,
B. & Mavituna,
F. (1991) Biochemical Engineering and Biotecnology
Handbook, 2nd Ed., McMillan.
§
Lima, N. & Mota, M. (2003)
Biotecnologia: Fundamentos e Aplicações, Lidel.
§
Cabral, J.M., Mota, M. & Tramper, J.
(2001) Multiphase Bioreactor Design, Taylor &
Francis, London.
MATERIAIS DE APOIO
Teórica
Cinética de crescimento
Cultura Contínua - Quimiostato
Cultura semi-Contínua
Modelos não
estruturados. Coeficientes de rendimento
Tipos de reactores
Transferência de calor
AVALIAÇÃO DE CONHECIMENTOS
A
disciplina de Tecnologia de Biorreactores possui carga
horária semanal de 2 horas teóricas e 1,5 horas
teórico-práticas, a que correspondem 3 créditos.
A
avaliação de conhecimentos pode ser feita através do
exame final, nas datas marcadas pelos Serviços
Académicos ou por uma avaliação ao longo do semestre.
1.
Avaliação ao longo do semestre
A
avaliação é efectuada ao longo do semestre, através de
um teste escrito e de um poster sobre um artigo
científico proposto pelo docente em conjunto com o
aluno. A classificação final da disciplina será a média
ponderada das classificações do teste e do poster com a
ponderação de 0,80 e 0,20, respectivamente, arredondada
às décimas.
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Na avaliação efectuada ao longo do
semestre é obrigatória a execução do poster e
apresentação oral.
A classificação final de 10 valores
(teste e poster) permitirá a não realização do exame
final da disciplina. No teste e poster a classificação
terá de ser superior a 10 valores.
2.
Avaliação por Exame final
Na
avaliação realizada por exame final será igualmente
contabilizada a classificação do poster realizado sobre
um artigo científico, com a ponderação de 0,20. O exame
final é constituído por uma prova escrita individual, em
que o aluno deverá ter uma nota superior a 10 valores,
para estar aprovado. A classificação final é a média com
a ponderação de 0,80 e 0,20, arredondada às décimas, do
exame teórico e do poster.
Apenas estão dispensados da realização do poster os
alunos repetentes, para os quais apenas contará a
realização do teste escrito ou exame.
NOTAS DO TESTE
NOTAS FINAIS - ÈPOCA NORMAL.
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