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1a LISTA DE EXERCÍCIOS 
EQB 366 e EQB367 - FUNDAMENTOS DE ENGENHARIA BIOQUÍMICA I e II 
CONTEÚDO: PROCESSOS DESCONTÍNUOS 
 
 
1) Um bioprocesso apresenta as seguintes características: 
Concentração inicial de substrato: 120 g/L 
Concentração final de substrato: 10 g/L 
Concentração final de produto: 52,8 g/L 
Concentração inicial de células: 1 g/L 
Concentração final de células: 11 g/L 
Tempo de fermentação : 20 h 
 
Com base nestes dados, calcular: 
a) YP/s, YP/x, Yx/s, YP/So 
b) Produtividade volumétrica 
c) Produtividade mássica, considerando que o volume de meio no reator é igual a 
120 m3 
 
 
2) Uma instalação industrial de fermentação foi corretamente projetada de acordo com 
a equação 
P = K.V0,75. O tempo de separação é igual a 8 horas, sendo igual ao tempo necessário 
para a limpeza e enchimento de cada biorreator. A vazão de mosto destinado à 
seção de separação é igual a 400 m3/hora. Pede-se calcular: 
 
a) O número de biorreatores que compõem a unidade 
b) O volume útil de cada biorreator 
c) O tempo de fermentação. 
 
 
3) Suponha que na unidade de que trata o problema anterior houve um problema de 
ordem operacional na seção de separação e recuperação do produto, o que fez 
com que a vazão de alimentação fosse reduzida para 200 m3/hora. Nesta nova 
situação, qual é o novo tempo de separação? 
 
 
4) O ácido láctico é obtido industrialmente por fermentação de mostos sacaríneos, 
empregando-se Lactobacillus delbrueckii como microrganismo agente do processo. 
 
Uma determinada indústria utiliza vários biorreatores, para que se assegure suprimento 
contínuo de mosto fermentado à seção de separação do mosto proveniente do 
mesmo. 
 
O produto no mosto fermentado apresenta-se sob a forma de lactato de cálcio, pois 
o ácido láctico excretado é neutralizado à medida que se forma. Para isso utiliza-se 
suspensão de hidróxido de cálcio a 50% (peso/volume), a qual é juntada ao mosto 
em fermentação durante o correr do processo, numa vazão média de 53,3 L/h. Ao 
final de cada batelada, foram gastos 1.600 kg de Ca(OH)2 por biorreator. 
 
O bioprocesso é submerso e não aerado, conduzido descontinuamente em 
biorreatores cilíndricos, cada um contendo ao fim do processo, líquido até 96,4% de 
sua capacidade total, exibindo nesta hora uma relação altura: diâmetro H/T = 3,5. 
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Utiliza-se como matéria prima melaço, contendo 50% (peso/peso) de ART. 
A concentração inicial de substrato na dorna é ajustada em 12% de ART 
(peso/volume). Ao final do processo, a concentração de ART é de 
1,2% (peso/volume). 
 
A seção de recuperação de ácido láctico consta de um tratamento com carvão 
ativo para clarificação, passagem por um filtro prensa, concentração de lactato em 
evaporadores e sua cristalização a baixa temperatura. A seguir, libera-se o ácido 
láctico por tratamento com ácido sulfúrico, precipitando-se o sulfato que é separado 
por filtração. Neste processo de separação, perde-se 15% do ácido láctico formando 
na fermentação. O material de cada biorreator é processado pela seção de 
separação em 10 horas e a vazão com a qual é enviado à mesma é de 4.820 L/h. 
Pede-se: 
 
1a parte 
 
a) Quantidade de melaço utilizado por biorreator. 
b) Rendimento do processo fermentativo (peso de produto/peso de ART 
fermentado.) 
c) Número de biorreatores empregados na instalação. 
d) Tempo de fermentação em cada biorreator. 
e) Eficiência do bioprocesso. 
f) Dimensões do biorreator (diâmetro e altura nominal). 
g) Produção horária de ácido láctico entregue pela indústria ao consumo. 
 
2a parte 
 
Considerando-se que a tabela de preços para os biorreatores empregados na 
instalação é baseada na equação que se segue: 
 
8,0VKP 
 
 
Onde: P = preço de 1 biorreator e V = volume nominal de 1 biorreator, verificar se a 
resposta do item 1-c permite concluir que o projeto da planta foi realmente aquele 
que levou ao menor custo. Caso sua resposta seja negativa, faça um novo 
dimensionamento da planta quanto ao volume e número de biorreatores. 
 
 
5) Uma fermentação acetono-butílica é conduzida por processo em batelada, 
resultando na obtenção de uma mistura de solventes que, no final do processo 
fermentativo, se encontram dissolvidos no meio fermentado na proporção em peso 
6,5: 2,5: 1;0 (butanol:acetona:álcool etílico). A fermentação é limitada pela tolerância 
de Clostridium acetonobutylicum ao butanol, que é de 13 g/L. 
 
A matéria prima é farinha de mandioca, que contém 66,7% de amido (Peso seco), e 
o mosto é preparado, juntando-se aos outros nutrientes necessários, 10 kg de farinha 
seca para cada 100 litros de meio. No bioprocesso, são utilizados vários fermentadores 
cilíndricos, todos iguais, em que a altura é 4 vezes maior que o diâmetro, e que 
asseguram continuidade de alimentação à seção de destilação e fracionamento, 
responsável pela recuperação dos solventes. 
 
A taxa média de formação de solventes em cada fermentador é de 50 kg/h, e toda 
a quantidade de solventes produzida em um fermentador é recuperada pelas 
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colunas em 8 horas de funcionamento. Estas 8 horas são também o tempo que se 
leva para o “preparo” de cada fermentador (lavagem, enchimento, esterilização, 
etc). A produção da seção de recuperação deve ser de 9.600 kg de solventes por 
dia. 
 
Considerando-se desprezível o espaço livre em cada fermentador, pede-se: 
 
1a parte 
 
a) Tempo de fermentação em cada biorreator 
b) Número de biorreatores utilizados 
c) Diâmetro e altura de cada biorreator 
d) Fator de rendimento do bioprocesso em relação ao substrato inicial, YP/So, em 
peso de solventes produzidos/peso de amido. 
 
2a parte 
 
Baseado na tabela de preços fornecida a seguir, verificar se a instalação foi 
projetada da forma mais econômica, ou seja, se as respostas dos itens 1-b e 1-c 
levam ao projeto mais econômico. Caso a sua resposta seja negativa, justifique. 
 
TABELA DE PREÇOS PARA BIORREATORES (fictícia) 
 
VN (m3) Preço (U$) 
25 5.000,00 
50 8.350,00 
75 11.350,00 
100 14.050,00 
125 16.775,00 
150 19.050,00 
200 23.650,00 
 
6) Num biorreator de fermentação para obtenção de ácido cítrico por processo 
submerso, agitado e aerado, 2.500 L de melaço (cuja análise dá 55 g/100 ml.), são 
diluídos até um teor de ART de 25 g/100 ml. 
O biorreator só contém mosto até 88% de sua capacidade total. Ao final da 
fermentação, a dosagem de açúcar residual resulta em 2g de ART/100 ml, e a 
separação do meio fermentado é feita por precipitação com água de cal. O citrato 
de cálcio formado pesa 1,15 toneladas. 
 
Pede-se calcular: 
a) Dimensões do biorreator, suposto cilíndrico e levando-se em consideração que a 
altura deve ser 1,72 vezes maior que o diâmetro. 
Resposta ao item a) altura ________________ diâmetro __________. 
 
b) O rendimento do bioprocesso, expresso em peso de ácido cítrico produzido por 
peso de ART fermentado. 
Resposta ao item b) _____________________ 
 
C = 12 ; H = 1 ; 0 = 16 ; Ca = 40 
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7) Um biorreator para produzir vinagre de vinho tinto, opera nas seguintes condições: 
 
a) A inoculação é feita mediante a adição de vinho tinto (teor de etanol 9,5 % ( P/V)) 
a uma parte do vinagre forte obtido no processo, de modo a obter-se uma acidez 
inicial de 2% (P/V) em ácido acético. O volume total de mosto após a inoculação 
é igual a 25 m3. 
b) Em 50 horas de processo, obtém-se o vinagre forte, com acidez 10 % (P/V) e 
concentração residual de etanol 0,2 % (P/V). 
c) Como já mencionado,parte do vinagre forte permanece no biorreator e o 
restante segue para as seções de recuperação e embalagem, onde o produto 
final (vinagre de mesa) tem acidez 4,5 % (P/V). Nesse processamento, há perdas 
de 10 % do volume do produto final a ser comercializado. 
d) A estequiometria do processo obedece à seguinte equação: 
 
C2H5OH + O2 CH3COOH + H2O 
 
Com base nestes dados, calcular: 
 
a) O volume de vinagre forte empregado na inoculação, em m3 
b) A concentração inicial de substrato, em %(P/V) 
c) A produtividade volumétrica do biorreator, em Kg/m3.h 
d) O fator de conversão de etanol em ácido acético, em g de ácido/g de etanol 
consumido 
e) A eficiência do bioprocesso, em % 
f) A eficiência da planta, em % 
 
 
8) Uma planta produtora de álcool opera com biorreatores de 250 m3, contendo 225 m3 
de mosto. A matéria-prima é melaço (50% P/P em ART) e, durante seu 
beneficiamento, há perdas de 2% em peso de melaço. As concentrações inicial e 
final de ART no meio são 150 g/L e 2 g/L, respectivamente, sendo o fator de ART em 
etanol igual a 0,49 g de etanol /g ART consumido. Durante a destilação, há perdas de 
8% em peso de etanol. 
 
Com base nestes dados, calcular: 
 
a) A eficiência do bioprocesso, em % 
b) A quantidade de melaço gasta por biorreator no preparo de meio, em Kg 
c) A eficiência da planta, em %