Bioreattori (2008/2009)

Corso a esaurimento

Codice insegnamento
4S00307
Crediti
5
Coordinatore
Francesco Fatone
Altri corsi di studio in cui è offerto
L'insegnamento è organizzato come segue:
Modulo Crediti Settore disciplinare Periodo Docenti
Teoria 4 ING-IND/25-IMPIANTI CHIMICI 1° Sem Francesco Fatone
Laboratorio 1 ING-IND/25-IMPIANTI CHIMICI 1° Sem Francesco Fatone

Obiettivi formativi

Modulo: Teoria
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Il corso, riprendendo i principi relativi al trasferimento di materia, energia e quantità di moto già introdotti nel corso di Impianti Biochimici, si propone di fornire gli elementi di base e gli strumenti matematici per il dimensionamento delle diverse tipologie di bioreattori utilizzabili nelle produzioni industriali, ciò sia in relazione alla produzione di biomassa cellulare che di metaboliti primari o secondari.
In particolare, verranno prese in considerazione le principali configurazioni reattoristiche proprie dell'industria delle fermentazioni: reattore continuo miscleato (CSTR), reattore continuo di tipo plug-flow (PFR), reattore batch e reattore fed-batch.
Per ciascuna confgiurazione vengono illustrati casi applicativi di produzioni industriali.
Vengono inoltre affrontati i temi relativi alla miscelazione ed aerazione dei bioreattori di fermentazione. Infine, vengono forniti gli elementi base per il controllo e la regolazione dei processi di fermentazione.


Modulo: Laboratorio
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Il corso si propone, attraverso prove sperimentali condotte in laboratorio ed esercitazioni numeriche e simulazioni condotte in aula, di fornire alcuni dettagli pratici relativamente alla determinazione di parametri propri delle biomasse operanti in bioreattori ed è parte integrante degli argomenti affrontati nel corso di Bioreattori (teoria).

Programma

Modulo: Teoria
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1. Cenni di cinetica enzimatica

- Cinetiche di diverso ordine
- Modello di Michaelis-Menten;
- Inibizione enzimatica;
- Inibizione per eccesso di substrato;
- Influenza della temperatura;
- Substrato eterogeneo;
- Fenomeni di trasferimento di massa;
- Cinetica di crescita delle biomasse.



2. Tipologie e dimensionamento di reattori biologici

- Generalità;
- Reattore miscelato continuo (CSTR);
- Condizioni di non idealità;
- Influenza di resistenze diffusionali;
- Cascata di n reattori;
- Reattore singolo con ricircolo;
- Reattore con flusso a pistone (PFR);
- Reattore discontinuo batch;
- Reattore fed batch;
- Intervalli di stabilità di funzionamento di un reattore biologico
e rese attese per la produzione di biomassa e/o prodotto;
- Elementi di tecnologia dei fermentatori: materiali da costruzione, controllo e regolazione;
- Esempi di applicazioni industriali

3. Aerazione ed agitazione di reattori

- Criteri fondamentali e formulazione matematica;
- Trasferimento di materia e di quantità di moto;
- Aerazione senza agitazione meccanica, influenza delle condizioni operative, altezza dei reattori, flusso, equi e contro –corrente;
- Trasferimento di ossigeno in presenza di agitazione meccanica.


Modulo: Laboratorio
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Esercitazioni pratiche in laboratorio inerenti le cinetiche di biodegradazione di sostanza organica e svolgimento di esercitazioni numeriche inerenti le tematiche affrontate nel corso di Bioreattori (teoria).

Modalità d'esame

Modulo: Teoria
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L’esame consiste in una o più prove scritte, con esercizi numerici e domande teoriche a risposta multipla, ed una eventuale prova orale.
Costituiscono elemento di valutazione le tesine relative alle esperienze di laboratorio di bioreattori


Modulo: Laboratorio
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L’esame consiste nella stesura di tesine relative alle esperienze di laboratorio che costituiscono elemento di valutazione per l’esame di Bioreattori (teoria)

Testi di riferimento
Autore Titolo Casa editrice Anno ISBN Note
Pauline M. Doran Bioprocess Engineering Principles Academic Press 1995 0-12-220855-2
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