Reactores Biológicos (Opção)

Engenharia Química e Bioquímica
5.5 ECTS; 3º Ano, 2º Semestre, 30,0 T + 30,0 P

Docente(s)
- Dina Maria Ribeiro Mateus

Pré-requisitos
Não aplicável

Objetivos
A unidade curricular visa a criação e o desenvolvimento de competências na tecnologia de fermentadores cinética dos processos microbianos, balanços de massa e energia a diferentes tipos de biorreactores, dimensionamento e operação em condições de monossépsia.
Depois de concluída a UC com sucessos os alunos deverão ser capazes de:
(a) Proceder à recolha de informação da literatura e à escala laboratorial sobre a cinética microbiana e características reológicas do meio de fermentação;
(b) Selecionar o tipo de reator biológico ou associação de biorreatores, bem como o modo de operação mais adequado;
(c) Aplicar técnicas de dimensionamento, scale-up e de operação de fermentadores em processos industriais. Aplicar critérios de esterilização do vaso reacional, correntes gasosas e líquidas. Avaliar critérios de construção e económicos de reatores biológicos.

Programa
Aulas T
1. Estequiometria de reações biológicas. Cinética de crescimento, consumo e produção. Modelo dinâmico geral de reatores biológicos.
2. Crescimento limitado pelo substrato da corrente gasosa. Taxas de consumo e transferência de oxigénio em reatores air-lift e mecanicamente agitados.
3. Biorreatores: Geometrias e modos de operação; Descontínuo e contínuo de tanque agitado; Contínuo fluxo pistão; CSTR com recirculação de biomassa; CSTRs associados em série; Associação CSTR-CPFR; Reatores com alimentação escalonada; Reatores de alta densidade celular; Reatores para fermentação em fase sólida.
4. Critérios de seleção do biorreator mais apropriado. Influência da cinética reacional no tipo de reator escolhido.
5. Balanço de energia ao fermentador. Dimensionamento do sistema de arrefecimento. Esterilização de meios de cultura pelo calor em contínuo e descontínuo. Esterilização do vaso reacional e de correntes gasosas.
6. Projeto e construção de fermentadores industriais. Sistema de agitação e arejamento.

Aulas TP e PL
Realização de exercícios de aplicação da matéria dada nas aulas teóricas.
Realização de trabalhos laboratoriais:
TP1 - Análise do desempenho de uma zona húmida construída para tratamento terciário de águas residuais.
TP2 - Acompanhamento do crescimento de uma população de levedura - determinação da taxa específica de crescimento, tempo de duplicação e rendimento.
TP3 - Produção de biomassa algal num biorreator air-lift.

Metodologia de avaliação
Prova escrita final (70%) e relatórios dos trabalhos laboratoriais (30%). Nota mínima de 10 valores em cada componente. Esta metodologia aplica-se em avaliação contínua e exame.

Bibliografia
- Teixeira, J. e Fonseca, M. (2007). Reactores Biológicos - Fundamentos e Aplicações. Lisboa: LIDEL edições técnicas
- Ratledge, C. e Kristiansen, B. (2006). Basic Biotechnology. London: Cambridge University Press
- Doran, P. (2012). Bioprocess Engineering Principles. London: Academic Press
- Mateus, D. (0). Sebentas de Reactores Biológicos. Acedido em 1 de fevereiro de 2019 em www.e-learning.ipt.pt

Método de interação
Aulas teóricas e expositivas, onde se descreve e exemplifica a aplicação dos princípios fundamentais. Aulas práticas/laboratoriais em que são realizados trabalhos laboratoriais e proposta a resolução de casos práticos.

Software utilizado nas aulas
Não aplicável.