Slide 5 - Equipamentos para fermentação

Prévia do material em texto

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