Bioreactor Design
Nur Istianah, ST.,MT.,M.Eng
TEKNOLOGI BIOPROSES
Nur Istianah-THP-FTP-UB-2017
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/71/Bioreactor_principle_svgedit.
png
Bioreactor
Project!
An industry need to produce 100 ton per day of bioethanol from cassava tubers. It is suplaid by 2000 ton cassava tubers per day.
Could you tell us how about the spesification of bioreactor should
we use?
Nur Istianah-THP-FTP-UB-2017
Design, calcutate, discuss
Designing steps
• Require ments
Microbes
• Kinetics
Bioreactor
types • Mass Transfer
• Heat Transfer
Dynamics
• Power
consumption
• Hold Up
Dimension
Nur Istianah-THP-FTP-UB-2017
FED
BATCH PLUG
FLOW CSTR
http://commons.wikimedia.org
http://www.aspentech.com
http://commons.wikimedia.org
Bioreactor Operation Modes
BATCH
A batch bioreactor is normally equipped with an agitator to
mix the reactant, and the pH of the
reactant is
maintained by employing either buffer solution or a pH controller
S m
S s
C K
C r
dt r dC
max
C C
r tC
K C s s
s s
m 0 max
ln 0
Change of Cs with time, t
Batch operation with stirring
•A foam breaker may be installed to disperse foam
Nur Istianah-THP-FTP-UB-2017
-1.a. Batch Operation
Case study
• Contoh soal 1:
• Sebuah bioreaktor digunakan untuk
memproduksi enzim dengan konsentrasi substrat awal sebesar 12x10-3 M dan
konversi bioreaktor 90%. Berapakah waktu yang diperlukan untuk produksi enzim jika data kinetik reaktor diberikan sebagai berikut:
• rmax = 2.5 mmol/m3.det; Km = 8.9x10-3 M
Solution
• Konsentrasi substrat akhir,
• Cs = (1-XA)Cs0 = (1-0.9)( 12x10-3 M) = 1.2x10-3 M
• rmax = 2.5 mmol/m3det= 2.5 x10-6 mol/L.det
jam t
t
C C C
K C
t r s s
s s m
5 . 3 det
12517
x10 2
. 1 x10
x10 12 2
. 1
x10 ln 12
8.9x10 x10
5 . 2
1 1 ln
3 - 3
- 3
- 3 - 3
- 6
-
0 0
max
Case study
• Contoh soal 2:
• Hitunglah laju fermentasi etanol dari nira sorgum jika konsentrasi gula awal sebesar 0.1 M dan di akhir fermentasi diperoleh
konsentrasi gula sebesar 0.025 M.
Fermentasi berlangsung selama 4 jam dengan konstanta Monod 5x10-3 M.
Solution
• Laju fermentasi bioetanol tersebut adalah 0.017 M.jam-1
1 max
3 - max
0 0
max
. 02 . 0
025 .
0 1 . 025 0
. 0
1 . ln 0
4 5x10 1
1 ln
jam M
r r
C C C
K C
r t s s
s s m
1 3
- max
. 017 .
0
025 .
0 5x10
) 025 .
0 ( 02 . 0
jam M
r r
C K
C r r
S m
S
Nur Istianah-THP-FTP-UB-2017
-1.b. Fed Batch Operation
Case study
• Contoh soal 3:
• Sebuah bioreaktor fed batch dioperasikan pada volume cairan awal 600 mL. Untuk menjaga kebutuhan nutrisi mikroba didalamnya, telah dialirkan tambahan media dengan laju alir 0.01 mL/det. Tentukan volume akhir cairan selama proses fermentasi 2 jam dan tentukan pula konsentrasi biomas jika pada akhir fermentasi diperoleh 3.5gr padatan kering(biomass).
Diasumsikan berat molekul biomass sebesar 367 gr/mol.
Solution
Konsentrasi biomass (X) =
mL V
x mL x
mL V
t F V
V
t F V
V
dt F dV
dt F dV
t t
A t
A t
A A
672
det 3600 det 2
01 . 0 600
0 0
M X
L mol gr
gr X
14 . 0
672 .
0
. 367
5 . 3
1
11
In a plug-flow
reactor, the substrate enters one end of a cylindrical tube with is packed with
immobilized enzyme and the product
steam leaves at the other end.
0
maxln 0 C C r
C
K C s s
s s
m
F, Cs0 F, Cs
t = 0
F
V
An ideal plug-flow reactor can approximate the long tube, packed-bed and hollow fiber or
multistaged reactor
Residence time Continuous
operation without stirring
V
Nur Istianah-THP-FTP-UB-2017
-2. Plug-flow mode
THANKS FOR YOUR ATTENTION
The best person is one give something useful always
Nur Istianah-THP-FTP-UB-2017