2ª LISTA DE EXERCICIOS DE ENGENHARIA BIOQUIMICA 2 (G2-2021-1)6

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2ª LISTA DE EXERCÍCIOS DE ENGENHARIA BIOQUÍMICA 2 
Prof. Ana Rosa Martins 
Junho/2021-1 
 
 
1). Uma instalação industrial de fermentação foi projetada de acordo com a equação: P=K.Va. 
O tempo de separação é igual a 8 horas, sendo igual ao tempo necessário para limpeza e enchimento de 
cada biorreator e o valor de a é 0,75. A vazão de mosto destinado à seção de separação é de 400 m3/h. 
Pede-se calcular: 
a) Número de reatores que compõem a unidade 
b) Volume útil de cada biorreator. 
c) Tempo de fermentação. 
d) Suponha que na unidade descrita ocorreu um problema operacional na unidade de separação e 
recuperação do produto, o que fez com que a vazão de alimentação fosse reduzida para 200 
m3/hora. Para essa nova situação, determine o novo tempo de separação? 
 
2) Num bioprocesso, são utilizados vários fermentadores operando de modo batelada, todos cilíndricos 
de igual volume, e que asseguram a continuidade de alimentação à seção de recuperação do 
produto. 
A taxa média (considerando os tempos mortos e o tempo de fermentação) para a formação de 
produto, em cada fermentador é de 2000 L/h. Toda a quantidade de solvente produzida em cada um 
dos fermentadores é recuperada na coluna, em 8 horas de funcionamento. A seção de recuperação 
de produtos recupera 7.000 l/h de produto de interesse no topo da coluna, e a vazão no fundo da 
coluna é 13.000 l/h. Pede-se: 
 
a) O tempo morto (tempo de descarga) dos biorreatores 
b) Volume de cada biorreator 
c) Tempo de fermentação em cada biorreator? 
d) Número de biorreatores utilizados? 
 
3) Deseja-se cultivar uma bactéria (Escherichia coli) visando à extração das enzimas. O cultivo é 
mantido a temperatura de 35oC e está sendo alimentado com meio esterilizado contendo glicose com 
uma concentração de 5,6g/L e fornecimento de AR. Tendo decorrido 4 horas, a concentração de 
glicose na corrente de saída é de 0,6 g/L, e a concentração celular máxima no meio poderá atingir 
um valor de 2,5 gcel/L. O rendimento calculado do processo é de YO2/S = 2,55 moles de O2/mol 
glicose. As demais informações necessárias para a resolução do problema estão abaixo 
apresentadas. 
 
 Valores de pressão parcial de O2 e Constante de Henry para diferentes condições de operação. 
Temperatura (oC) Pressão parcial de O2 
(atm) 
Cte de Henry (mg/L.atm) 
25 0,21 38,8 
35 0,21 33,4 
25 1,0 40,3 
35 1,0 37,2 
 
 
 
 Valores típicos de concentração crítica de oxigênio dissolvido 
MICROORGANISMO T (C) Ccrit (mg/L) Ccrit (mMOl O2/L) 
Azotobacter vinelandi 35 0,8 0,025 
Escherichia coli 35 0,5 0,0156 
Aspergillus orizae 35 0,64 0,020 
Psudomonas 
deenitreicans 
35 0,15 0,0047 
 
a) Determine quantos moles de O2/L devem ser fornecidos ao longo de todo o processo? 
b) Determine a velocidade específica de respiração (gO2/gcel.h)? 
c) Determine a concentração de saturação de O2 no meio para as condições de operação 
impostas? 
d) Determine o valor de KL.a? 
e) Cite 3 fatores causam aumento da transferência de O2 em sistema aerados 
f) Comente as implicações de um aumento e redução da temperatura e da pressão parcial de 
O2 no metabolismo microbiano. 
 
 
 
4) Na temperatura ambiente e sob pressão de 1 atm, a água apresenta uma concentração de saturação 
de oxigênio de 8mg/L. Suponha um processo de fermentação com o objetivo de produzir uma 
determinada levedura com concentração de 30g/L de biomassa. A velocidade específica de consumo 
de oxigênio de 0,4 gO2/g.células.h. Calcule: 
a. Qual a demanda de oxigênio (dO2/dt)? 
b. Quantas vezes a demanda é maior que a solubilidade de oxigênio nesse sistema? 
 
 
 
5) Para a situação abaixo: 
 
a. Qual a carga orgânica presente no esgoto? 
b. Analise a situação do rio após o lançamento de esgoto (nova DBO e nova vazão)? 
 
 
6) Em uma pequena comunidade não existe estação de tratamento de esgoto. Para atender a 
implantação de um restaurante em um parque municipal, a secretaria de meio ambiente do município 
encarregou você de fazer os estudos de necessidade de tratamento de efluentes deste restaurante 
considerando como parâmetro de decisão a Demanda Bioquímica de Oxigênio. Ao analisar o projeto, 
você estudou dados referentes ao restaurante e ao córrego onde se deseja depositar o efluente 
desse restaurante, como descrito abaixo. 
Dados/Informações Técnicas: 
Quanto ao restaurante: 
 
Esgoto 
Vazão: 1070 m3/dia 
DBO = 100 mg/L 
OD: 0,0 mg/L 
 rio 
Vazão: 320 m3/h 
DBO = 2,5mg/L 
OD: 6,2 mg/L 
 Esgoto 
Vazão: 1070 m3/dia 
i. Irá servir 500 refeições diárias; 
ii. Terá uma contribuição diária de despejos 25 L/refeição; 
iii. A DBO do efluente é de 300 mg/L; 
Quanto ao córrego onde se deseja depositar o efluente desse restaurante: 
i. Apresenta uma vazão crítica de 40 L/s 
ii. Apresenta uma DBO admissível de 10 mg/L; 
iii. Apresenta uma DBO real de 9,6 mg/L; 
 
Diante dos resultados dos estudos que você apresentou ao secretário do meio ambiente, ele lhe fez 
as seguintes solicitações 
a) Explique a necessidade de tratamento de efluentes do restaurante considerando a DBO 
como parâmetro de decisão 
b) Indique qual será a redução de DBO mg/L, necessária para adequação do efluente as 
condições do córrego. 
 
 
b. 
7) Na Figura ao lado hidrográfica do rio 1 possui uma vazão de 50.000 m3/dia e uma DBO de 13 mg/L. 
O rio 2 por sua vez possui uma vazão de 40.000 m3/dia e uma concentração de DBO de 7 mg/L. 
Se uma indústria contribui com uma vazão de 10.000 m3/dia e uma concentração bruta (antes do 
tratamento) de 300 mg/L. 
 
 
 
 
 
 
a. Determine a eficiência de uma estação de tratamento para tratar o efluente industrial, para 
que a concentração no rio 3, esteja no limite de 10 mg/L 
 
b. Você deve propor para tratamento biológico para esse resíduo. Qual deles você escolheria? 
Argumente as razões que levaram a essa escolha. Comente como referência a eficiência na 
degradação da matéria orgânica e ao tempo de residência?