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Prof. Edmar das Mercês Penha Eng. Químico DSc. Tecnologia de Alimentos 1 � Os equipamentos utilizados na indústria fermentativa são basicamente os mesmos da indústria química convencional. � Devem, entretanto, ser de fácil limpeza e esterilização e construídos com materiais que não interfiram no metabolismo do microrganismo, pois isso pode levar à formação de subprodutos indesejáveis e até mesmo a interromper o processo. 2 � PRINCIPAIS - são aqueles ligados ao desenvolvimento do agente e à reação de fermentação propriamente dita. Ou seja, são os propagadores e fermentadores. � ACESSÓRIOS - são os que estão diretamente ligados aos equipamentos principais, como agitadores, filtros de ar, compressores, controladores, etc. � AUXILIARES - são aqueles relacionados à separação e purificação do produto. Aí incluem-se centrífugas, filtros-prensa, colunas de destilação, extratores, evaporadores, sistemas com membranas, etc. 3 � Propagadores são pequenos fermentadores utilizados para o crescimento dos microrganismos. Têm desenhos análogos (geometrias similares). � Os fermentadores mais comuns são tanques cilíndricos � Os fermentadores mais comuns são tanques cilíndricos verticais, agitados e munidos de aquecimento e resfriamento. Podem ter capacidades variando de 15 a mais de 150 m3, e volume útil entre 60 e 80% da capacidade total. 4 5 6 7 150 litros 1500 litros 8 9 10 � Biorreatores ou reatores bioquímicos ou reatores biológicos são reatores químicos onde ocorrem reações catalisadas por biocatalisadores (enzimas ou células vivas). � Os biorreatores podem ser concebidos para operar com células/enzimas livres ou imobilizadas. � A forma de agitação do líquido no reator pode ser por agitação mecânica ou pneumática. 11 � Reatores em fase aquosa (Fermentação Submersa) � I. Células/Enzimas livres: � I.1. Reatores Agitados Mecanicamente - (a) STR-”stirred tank reactor” � I.2. Reatores Agitados Pneumaticamente -Pneumaticamente - ◦ (b) Coluna de bolhas (“bubble column”); ◦ (c) Reatores “air lift”. � I.3. Reatores de Fluxo Pistonado – � (d) “plug flow”) 12 � Reatores em fase aquosa (Fermentação Submersa) � II. Células/Enzimas imobilizadas em suportes: � (e) Reatores com Leito Fixo� (e) Reatores com Leito Fixo � (f) Reatores com Leito Fluidizado � -- Outras concepções 13 � Reatores em fase aquosa (Fermentação Submersa) � III. Células/Enzimas confinadas entre membranas � (g) Reatores com Membranas Planas � (h) Reatores de Fibra Oca (“hollow fiber”) 14 � Reatores em Fase Não Aquosa (Fermentação Semi-Sólida) � a) Reatores Estáticos (reatores com a) Reatores Estáticos (reatores com bandejas) � b) Reatores com Agitação (tambor rotativo) � c) Reatores com Leito Fixo � d) Reatores com Leito Fluidizado Gás-Sólido 15 � a) Agitador mecânico - tem a função de manter a uniformidade do meio, facilitando a transferência de massa entre os microrganismos e o meio. � Ex: Pá, Helicoidal, Turbina � b) Distribuidor - serve para distribuir o ar alimentado à dorna, conseguindo-se maior área de contato gás/líquido. conseguindo-se maior área de contato gás/líquido. � c) Chicanas - são placas defletoras, colocadas em número par em diversas alturas da dorna, diametralmente opostas, e servem para evitar a formação de vórtice. � d) Serpentinas - servem para esterilização do meio ou do ar, para aquecimento ou para resfriamento da dorna. � e) Filtros esterilizantes de ar (leito fibroso ou placas). � f) Compressores de ar. 16 1) Agitador tipo âncora 2) Chicana 3) Motor do agitador 17 agitador 4) Condensador 5) Indicador de temperatura 6) Aquecimento / refrigeração � a) Centrífugas - sistemas que separam fases. Podem ser tubulares (líquido-líquido, líquido-sólido), de disco (líquido-líquido-sólido), filtrantes (líquido-sólido) ou decantadoras (líquido-sólido). � b) Filtros - prensa, rotativos à vácuo � c) Clarificadores - adição de agentes clarificantes, ultrafiltração. � d) Concentradores - à vácuo, membranas (osmose reversa). � e) Secadores - à vácuo, por atomização ("spray-dryer"), liofilizadores. 18 19 20 21 22 23 � 1ª - Não fazer conexões diretas entre as partes estéreis e não estéreis do sistema. � 2ª - Minimizar as conexões por flange por ser um ponto vulnerável. � 3ª - Usar construções soldadas e, sempre que possível, polir as soldas interiores. � 4ª - Evitar espaços mortos e reentrâncias (pontos de incrustração e, consequentemente, de contaminação).consequentemente, de contaminação). � 5ª - Usar válvulas de fácil manutenção, limpeza e esterilização (mais indicadas: globo e diafragma). � 6ª - Todas as conexões devem ser seladas. � 7ª - As peças devem poder ser esterilizadas independentemente. � 8ª - Manter pressão positiva no fermentador, para garantir a saída do gás que não se solubiliza. 24 � 1 - Vidro - utilizado em pequena escala, laboratório. � 2 - Madeira - utilizado quando as características organolépticas do produto são importantes. Tem vida útil muito curta. � 3 - Material polimérico - utilizado quando não é necessária a esterilização. Não tem grande resistência mecânica. � 4 - Aço-carbono - era o mais utilizado, porém não tem boa resistência a corrosão, altas temperaturas e choques térmicos. Há ainda o problema da liberação de íons. Atualmente é mais utilizado para os equipamentos liberação de íons. Atualmente é mais utilizado para os equipamentos auxiliares. � 5 - Aço-inoxidável - é mais resistente à corrosão do que o aço-carbono devido ao fato de possuir cromo. Pela presença de molibdênio, tem maior resistência mecânica (70-75.000 psi contra 55.000 do aço-carbono). � 6 - Cobre - muito caro, sendo substituído satisfatoriamente pelo aço inox. � 7 - Ligas de níquel - caríssimas, utilizadas apenas em casos extremos, quando necessita-se de alta resistência. 25 � MATERIAL CUSTO RELATIVO � (aço-carbono=1) � aço-carbono 1 � aço-inox 304 6 a 8 � aço-inox 316 8 a 10� aço-inox 316 8 a 10 � cobre 10 � níquel 16 � titânio 55 � tântalo 600 26
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