Bioreattori - Teoria (2008/2009)

Obiettivi formativi

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.

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.

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