Modelagem e simulação de um reator continuo com reciclo da enzima para produção "in vitro" de dextrama

Neste trabalho foi proposta uma nova técnica para produção de dextrana, que consiste de um processo contínuo duplo estágio onde a enzima (dextrana-sacarase) é constantemente reciclada por intermédio de resina de troca iônica e o produto é obtido na saída do segundo estágio. O estudo da viabilidade técnica e do comportamento global do reator foi realizado, baseando-se primeiramente no estudo da cinética de adsorção da enzima e posteriormente simulando o processo em computador, variando as concentrações de substrato e enzima, fração de sólidos representada pela massa de resina e as vazões de alimentação e reciclo. De acordo com o modelo proposto para o processo de adsorção, foram obtidos os seguintes valores para as constantes cinéticas: Kd = 4,975 . 10-1 g . l-1 q+ = 519,751 g. l-1 k1= 426,6 l. g-1.h-1 e k2 = 212,22 h-1. A partir dos dados cinéticos de adsorção levantados em experiências de laboratório, do modelo matemático de velocidade de reação segundo a equação de Michaelis-Menten e de balanços de massa foi feita a modelagem do sistema. As simulações foram realizadas dentro das limitações operacionais do processo e os resultados mostraram que o sistema não atinge o estado estacionário pleno devido à perda de enzima no efluente, sendo esta função de diferentes parâmetros de processo, como teor de sólidos nos reatores, tempos de residência hidráulico e de sólidos e concentração de enzima. Mediante os resultados obtidos nas simulações, visando critérios para estudos de otimização do processo em trabalhos futuros, duas constantes cinéticas foram definidas, uma delas, Kc, relacionada com a perda de enzima e a outra, Ks relacionada com a perda de substrato...Observação: O resumo, na íntegra poderá ser visualizado no texto completo da tese digitalIn this work a new approach for dextran production was presented. It consists of a continuous-two-staged reactor in which the enzyme is continuously recycled between stages by means of an ion exchange resin, whereas the product is obtained pratically enzyme-free in the outlet of the 2nd stage. Both the technical viability and the overall behaviour of the system were evaluated by studying firstly the adsorption of the enzyme on the resin and after simulating the process in a computer. Substrate and enzyme concentrations were changed in the simulations, as well as the solid (resin) fraction in the reactor, feed flow and recycling rate.According to the mathematical model for adsorption of lextran-sucrase the following kinetics constants were obtained: Kd = 4,975 . 10-1 g . l-1 q+ = 519,751 g. l-1 k1= 426,6 l. g-1.h-1 e k2 = 212,22 h-1. The mathematical modeling of the reaction was performed taking into account the mass balance and the kinetic equations for adsorption and enzymatic reaction (Michaelis-Menten type). The simulations were carried out within the operational limitations of the process and it has been shown that there is no true steady state, due to the lost of enzyme in the effluent. This lost of enzyme was shown to be function of several process parameters like the solid fraction in the reactors, the hydraulic residence time, the solid residence time and the enzyme concentration. From the results obtained in the simulations, two kinetics constants were defined, one of them, Kc, related to the waste of the enzyme and the other one, Ks, related to the waste of the substrate. They can be useful for optimization studies in future works...Note: The complete abstract is available with the full electronic digital thesis or dissertation