Calculo Del Ciclo de Esterilización Por Lote
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CALCULO DEL CICLO DE ESTERILIZACIÓN EN UN FERMENTADOR DE 70 m 3 Especificaciones para el cálculo: Probabilidad permisible de que un microorganismo sobreviva 1x10 -3 células Cuenta inicial de microorganismos 1x10 11 células/m 3 Temperatura de esterilización 121° C Microorganismo de referencia para resistencia a calor húmedo Esporas de Bacillus stearothermophilus Parámetros de Arrhenius para inactivación de Esporas de Bacillus stearothermophilus A= 5.7 x10 39 min -1 Ea= 2.834x10 5 KJ/Kmol Volumen de medio por esterilizar, V 49 m 3 Temperatura inicial y final del medio 30° C y 35°C Sistema de calentamiento Inyección directa de vapor Gasto masa de vapor, m v 4000 kg/h Entalpia de vapor a 150°C, h 2641.6KJ/kg Cp del medio 4.187 kJ/kg K Sistema de enfriamiento Serpentín interno Temperatura entrada del refrigerante , T ro 20°C (293 K) Flujo másico del refrigerante, m r 25 000 kg/h Área para transferencia de calor en serpentín, A 25 m 2 Coeficiente global de transferencia de calor, U para serpentín 4996 kJ m 2 hK El criterio de diseño a satisfacer esta dado por nabla total. ∇ Total =ln ( N 0 N ) = ∇ calentamiento +∇ sostenimiento +∇ enfriamiento El volumen del medio del reactor es de 49 m 3, sustituyendo los valores de acuerdo a lo siguiente se obtiene ∇ Total
Transcript of Calculo Del Ciclo de Esterilización Por Lote
CALCULO DEL CICLO DE ESTERILIZACIÓN EN UN FERMENTADOR DE 70 m3
Especificaciones para el cálculo:
El criterio de diseño a satisfacer esta dado por nabla total.
∇Total=ln( N0N )=∇calentamiento+∇sostenimiento+∇enfriamiento
El volumen del medio del reactor es de 49 m3, sustituyendo los valores de acuerdo a lo siguiente se obtiene ∇Total
∇Total=ln( 1011celulasm3
49m3
1 x10−3 )=36.12
Probabilidad permisible de que un microorganismo sobreviva
1x10-3 células
Cuenta inicial de microorganismos 1x1011 células/m3
Temperatura de esterilización 121° CMicroorganismo de referencia para resistencia a calor húmedo
Esporas de Bacillus stearothermophilus
Parámetros de Arrhenius para inactivación de Esporas de Bacillus stearothermophilus
A= 5.7 x1039 min-1
Ea= 2.834x105 KJ/KmolVolumen de medio por esterilizar, V 49 m3
Temperatura inicial y final del medio 30° C y 35°CSistema de calentamiento Inyección directa de vaporGasto masa de vapor, mv 4000 kg/hEntalpia de vapor a 150°C, h 2641.6KJ/kgCp del medio 4.187 kJ/kg KSistema de enfriamiento Serpentín internoTemperatura entrada del refrigerante , Tro 20°C (293 K)Flujo másico del refrigerante, mr 25 000 kg/hÁrea para transferencia de calor en serpentín, A 25 m2
Coeficiente global de transferencia de calor, U para serpentín 4996 kJ
m2hK
PERFIL DE LA TEMPERATURA DURANTE EL CALENTAMIENTO Y SU EFECTO.
La elevación de la temperatura cuando se emplea inyección directa de vapor (perfil hiperbólico) está dado por la siguiente ecuación.
T=T 0+hmv t
cp (M +mv t )
Sustituyendo los datos, para calcular el tiempo que se requiere para elevar la temperatura de 30°C a 121°C;
394=303+2641.6 kJ
kg (4000 kgh )t4.187 kJ
kg K [49m3(1000 kgm3 )+(4000 kgh ) t ]
394=303+(2523620.731 kgh ) t49000 kg+(4000 kgh ) t
394=303+ 51.5t(1+0.081 t)
91 (1+0.081 t )=51.5 t
t=2h
La nabla de calentamiento se obtiene sustituyendo la ecuación de la variación de la temperatura contra el tiempo e integrando la expresión resultante seleccionando los límites que delimitan cada una de las etapas. Para el calentamiento se tiene que:
∇calentamiento=A∫0
2
exp(−EaRT )
∇calentamiento=5.7 x1039min−1∫
0
2
exp¿¿¿
∇calentamiento=10.27
PERFIL DE TEMPERATURA DURANTE EL ENFRIAMIENTO Y SU EFECTO
Durante el enfriamiento, el perfil de temperatura obteniendo mediante el uso de un refrigerante circulando por un serpentín interno, puede aproximarse a la siguiente ecuación.
T=T ro+(T 0−T ro)∗exp {−[−1−exp(−UAmr cp )]mr tM }Resolviendo la ecuación para bajar la temperatura de 121°C a una temperatura final del medio de 35°C (308 K).
308=293+(394−293 )∗exp {−[−1−exp( −4996 kJm2hK
25m2
25000 kgh
(4.187 kJkgK
))] 25000 kgh t49000 kg }308=293+100exp (−0.36 t )
ln (15 )=ln (101 )−0.36 t
t=5.2h
Calcular la nabla de enfriamiento;
∇enfriamiento=5.7x 1039min−1∫
0
5.2
exp¿¿¿
∇enfriamiento=15.75
∇sostenimiento=∇Total−∇calentamiento−∇enfriamiento
∇sostenimiento=36.12−10.27−15.75
∇sostenimiento=10.1
t=∇sostenimiento
k121°C= 10.12.538min−1=4min
