BB 06. Avaliação do tempo de circulação em biorreatores airlift com região de mistura expandida

Abstract

Introducao: Biorreatores airlift representam uma importante alternativa aos biorreatores convencionais do tipo tanque agitado e aerado em bioprocessos, devido a sua simplicidade de construcao e operacao, baixos custos de operacao e manutencao, e excelente capacidade de transferencia de oxigenio associada ao baixo consumo de energia. Estes equipamentos constituem-se de quatro secoes interconectadas (regioes de subida, descida, mistura e base) atraves das quais ocorre o escoamento da dispersao gas-liquido. A regiao de mistura tem relevante papel no desempenho dos biorreatores airlift, uma vez que a sua geometria afeta a retencao gasosa e a velocidade do liquido, determinando dessa forma a taxa de transferencia de oxigenio. Na literatura, a geometria da regiao de mistura tem sido avaliada atraves de variacoes no nivel e volume de liquido presente na regiao, presenca de uma expansao desta secao e o diâmetro desta expansao. Contudo, essas variaveis geometricas foram avaliadas de forma independente, sem considerar as possiveis interacoes entre elas. Objetivo: Avaliar o efeito da geometria da regiao de mistura na circulacao de liquido em biorreatores airlift operados com agua destilada. Metodologia: Utilizou-se biorreatores airlift de 10 L, confeccionados em acrilico, com razao entre as areas de escoamento de 1,44. O efeito da fracao volumetrica de liquido na regiao de mistura (10 a 30% do total), do ângulo da regiao de mistura expandida (30 a 90°) e da vazao especifica de ar (1 a 5 vvm) sobre o tempo de circulacao, foi avaliado utilizando-se um delineamento composto central rotacional e analise de superficie de resposta. O tempo de circulacao foi determinado atraves do metodo da esfera, realizado em triplicata para cada condicao. Resultados e discussao: O tempo de circulacao variou na faixa de 2,5 a 4,1 s, estando de acordo com os valores observados na literatura. Atraves de uma Analise de Variância (intervalo de confianca de 90%), verificou-se que todos os fatores avaliados (ângulo da regiao de mistura, volume de liquido na regiao de mistura, e vazao especifica de ar) afetaram significativamente o tempo de circulacao, exibindo efeitos principais positivo, positivo e negativo, respectivamente. Atraves da analise de superficies de resposta, verificou-se que os menores valores de tempo de circulacao foram alcancados para as seguintes relacoes geometricas: ângulos da regiao de mistura entre 42 e 60° e fracoes volumetricas de liquido na regiao de mistura inferiores a 11%. Os maiores valores de tempo de circulacao foram observados para ângulos superiores a 87° e fracoes de liquidos superiores a 26%. Conclusao: Os menores tempos de circulacao foram observados para ângulos da regiao de mistura entre 42 e 60° e fracoes volumetricas de liquido na regiao de mistura inferiores a 11%. Logo, para essa faixa de caracteristicas geometricas descrita, espera-se um aumento da velocidade de circulacao do liquido, e consequentemente, da transferencia de oxigenio.