Slajd 1

WT

ś

, KIAPS, 2006/2007

In

ż

ynieria bioreaktorowa, wykład

1

Bilans tlenu

Bezwzgl

ę

dny stopie

ń

redukcji substancji

2

2

2

2

2

1

2

1

N

c

O

H

a

CO

O

n

N

O

H

C

c

b

a

+

+

→

+

δ

δ

(

)

b

a

n

a

n

b

a

n

b

2

4

4

1

4

4

2

2

/

2

1

2

2

−

+

=

+

=

+

⋅

+

=

+

δ

δ

δ

b

a 2

4

−

+

=

Γ

δ

Warunki tlenowe

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

Slajd 2

WT

ś

, KIAPS, 2006/2007

In

ż

ynieria bioreaktorowa, wykład

2

Dla wzrostu biomasy

O

H

CO

N

O

CH

N

O

CH

O

N

O

CH

N

O

CH

O

H

CO

c

b

a

P

c

b

a

X

O

c

b

a

N

c

b

a

S

P

P

P

X

X

X

N

N

N

S

S

S

2

2

2

2

2

2

ν

ν

ν

ν

ν

ν

ν

+

+

+

→

→

+

+

(

)

P

P

X

X

N

N

S

S

O

Γ

−

Γ

−

Γ

+

Γ

=

ν

ν

ν

ν

ν

4

1

2

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

Slajd 3

WT

ś

, KIAPS, 2006/2007

In

ż

ynieria bioreaktorowa, wykład

3

(

)

P

P

X

X

S

S

O

γ

ν

γ

ν

γ

ν

ν

⋅

−

⋅

−

⋅

⋅

=

4

1

2

Wzgl

ę

dny stopie

ń

redukcji

N

N

i

i

i

c

c

Γ

⋅

−

Γ

=

γ

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

Slajd 4

WT

ś

, KIAPS, 2006/2007

In

ż

ynieria bioreaktorowa, wykład

4

Warunki beztlenowe

Brak zewn

ę

trznych akceptorów elektronów i protonów

powstaje specyficzny produkt katabolizmu

Wzgl

ę

dny stopie

ń

redukcji zale

ż

y od zwi

ą

zku, który jest

ź

ródłem azotu

N

N

i

i

i

c

c

Γ

⋅

−

Γ

=

γ

Je

ż

eli

ź

ródłem azotu s

ą

sole amonowe

ΓΓΓΓ

Ν

Ν

Ν

Ν

=3

=3

=3

=3

1

3

2

4

i

i

i

i

c

b

a

⋅

−

−

+

=

δ

γ

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

Slajd 5

WT

ś

, KIAPS, 2006/2007

In

ż

ynieria bioreaktorowa, wykład

5

P

P

X

X

S

S

γ

ν

γ

ν

γ

ν

⋅

+

⋅

=

⋅

Dla reakcji biochemicznej mo

ż

na przeprowadzi

ć

nast

ę

puj

ą

ce rozumowanie bilansowe

P

X

X

S

S

P

γ

γ

ν

γ

ν

ν

⋅

−

⋅

=

st

ą

d wynika,

ż

e

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

Slajd 6

WT

ś

, KIAPS, 2006/2007

In

ż

ynieria bioreaktorowa, wykład

6

P

S

X

X

S

S

S

P

PS

y

γ

ν

γ

ν

γ

ν

ν

ν

⋅

⋅

−

⋅

=

=

P

X

XS

S

PS

y

y

γ

γ

γ

⋅

−

=

Współczynnik wydajno

ś

ci produktu wzgl

ę

dem substratu

P

S

PS

P

X

S

y

γ

γ

γ

γ

γ

≤

≤

−

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

Slajd 7

WT

ś

, KIAPS, 2006/2007

In

ż

ynieria bioreaktorowa, wykład

7

Elementy statyki chemicznej

Ciepło reakcji w stałej obj

ę

to

ś

ci

Q

v

jest równe zmianie energii wewn

ę

trznej

układu wywołanej biegiem reakcji:

u

Q

v

∆

=

Ciepło reakcji pod stałym ci

ś

nieniem

Q

p

jest równe zmianie entalpii wywołanej

biegiem reakcji chemicznej :

h

Q

P

∆

=

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

Slajd 8

WT

ś

, KIAPS, 2006/2007

In

ż

ynieria bioreaktorowa, wykład

8

Obliczanie ciepła reakcji
z ciepła spalania reagentów (p, T = const)

Czyste produkty
reakcji głównej

n

i

współczynnik stechiometryczny reagenta w reakcji głównej,

Q

P,s

ciepło spalania reagenta pod stałym ci

ś

nieniem

Czyste substraty
reakcji głównej

Produkty spalania

∑

⋅

=

substraty

si

S

i

s

s

Q

n

Q

,

,

'

'

∑

⋅

=

produkty

si

P

i

p

s

Q

n

Q

,

,

''

"

∑

∑

⋅

−

⋅

=

produkty

pi

S

i

p

substraty

si

S

i

s

R

Q

n

Q

n

Q

,

,

,

,

"

'

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

Slajd 9

WT

ś

, KIAPS, 2006/2007

In

ż

ynieria bioreaktorowa, wykład

9

Sk

ą

d wzi

ąć

ciepło spalania?

mol

C

kJ

h

Q

i

i

i

S

−

Γ

⋅

=

∆

=

115

,

mol

C

kJ

g

i

i

−

+

Γ

⋅

=

∆

6

,

86

4

,

94

Swobodna entalpia (potencjał Gibbsa)

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

Slajd 10

WT

ś

, KIAPS, 2006/2007

In

ż

ynieria bioreaktorowa, wykład

10

P

P

X

X

S

S

S

S

R

h

h

h

h

Q

N

N

C

C

∆

⋅

−

∆

⋅

−

∆

⋅

+

∆

⋅

=

ν

ν

ν

ν

Ilo

ś

ć

ciepła

wydzielonego podczas procesu biochemicznego

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

Slajd 11

WT

ś

, KIAPS, 2006/2007

In

ż

ynieria bioreaktorowa, wykład

11

Współczynnik efektywno

ś

ci termodynamicznej

N

N

c

S

N

S

X

S

N

S

S

XS

g

c

c

g

g

c

c

g

y

∆

−

∆

∆

−

∆

≤

N

N

C

C

S

S

S

S

X

X

g

g

g

∆

⋅

+

∆

⋅

∆

⋅

=

ν

ν

ν

η

Współczynnik wydajno

ś

ci biomasy wzgl

ę

dem substratu

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________