CORSO DI IMPIANTI BIOCHIMICI

Prof. Franco Cecchi

1. Introduzione

2. Illustrazione delle unità di processo in alcuni impianti biotecnologici per la produzione di metaboliti primari, secondari e biomassa; oggetto di studio degli impianti biochimici; illustrazione del programma del corso e modalità di sviluppo.

    

3. Elementi introduttivi

• Cenni sui fenomeni dì trasporto
• Trasporto di materia per diffusione molecolare e convezione tra fasi omogenee, gruppi adimensionali, analisi dimensionale, trasporto interfasi, teoria del doppio film, diffusione all'interno dì particelle, trasporto facilitato ed attivo, trasferimento dell'ossigeno
• Trasferimento di calore;
• Miscelazione, tipi di agitatori, richiesta di potenza in sistemi non aerati ed aerati, numero di potenza e dì aerazione, correlazione tra k_a e potenza impegnata;
• Oxygen Transfer Efficency (OTE);
• Fluidi newtoniani. e non newtoniani, definizione e caratteristiche, effetto sull'agitazione e sul trasferimento di ossigeno;
• analisi dei costi;
• bilancio di materia di un processo biologico;
• fabbisogni energetici e bilanci energetici di un processo biologico.

1. Cinetica enzimatica

• 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.

1. Dimensionamento di reattori biologici

• Generalità;
• Reattore miscelato continuo;
• Condizioni di non idealità;
• Influenza di resistenze diffusionali;
• Cascata di n reattori;
• Reattore singolo con ricircolo;
• Reattore con flusso a pistone;
• Reattore discontinuo;
• Reattore fed-batch;
• Stabilità di funzionamento di un reattore biologico.

1. Aerazione ed agitazione di reattori

• Criteri fondamentali;
• Trasferimento di materia;
• Aerazione senza agitazione meccanica, influenza delle condizioni operative, altezza dei reattori, flusso, equi- e contro -corrente;
• Trasferimento in presenza di agitazione meccanica.

1. Scale-up di un reattore

• Criteri fondamentali;
• Scale-up di reattore solo aerato;
• Scale-up di reattore agitato;
• Scelta dei parametri da conservare;
• Scale-up dal punto di vista biologico.

1. Tecnologia dei fermentatori

• Tipi di fermentatori, applicazioni, confronti;
• Materiali da costruzione;
• Particolari costruttivi;
• Cenni di controllo.

1. Costi della fermentazione

• Costo delle materie prime, delle apparecchiature e generali;
• Esempio.

1. Sterilizzazione

• Sterilizzazione del mezzo;
• Sterilizzazione dell'aria;
• Tecnologie della sterilizzazione.

Sono inoltre parte integrante del corso relazioni svolte dagli studenti, a titolo di esercitazione, sulla base di materiale fornito dal docente, inerenti i seguenti argomenti:

1. Trasporto di solidi e liquidi;
2. Scambiatori di calore;
3. Rottura delle cellule;
4. Classificazione dei processi unitari di separazione;
5. Processi unitari basati sulle proprietà termodinamiche

• Distillazione/evaporazione;
• Assorbimento/desassorbimento;
• Essiccamento;
• Liofilizzazione;
• Estrazione con solvente;
• Adsorbimento;
• Scambio ionico;
• Cristallizzazione

1. Processi unitari basati sulle proprietà cinetiche

• ultrafiltrazione
• osmosi inversa
• elettrodialisi

1. Processi unitari basati su proprietà fisiche

• Sedimentazione;
• Flottazione;
• Filtrazione;
• Centrifugazione;
• Separazione elettrostatica;
• Separazione magnetica.