Cuprins1. Tema de proiectare....................................................................................................... 32. Introducere.................................................................................................................... 42.1Importana procesului studiat.................................................................................. 42.2Tendinele de dezvoltare n ar i pe plan internaional..........................................53. Descrierea procesului tehnologic................................................................................... 63.1 Aspecte teoretice ale procesului unitar de fermentaie.............................................63.1.1 Analiza produsului finit................................................................................ 63.1.2 Materii prime i auxiliare...............................................................................83.1.3 Analiza parametrilor de operare...................................................................113.1.4 Sursa de microorganisme.............................................................................133.1.5 Analiza comparativ a procesului tehnologic..............................................143.2 Fazele procesului tehnologic...................................................................................153.3 Schema instalaiei de obinere a alcoolului etilic....................................................194. Locul i rolul bioreactorului............................................................................................214.1 Stoechiometria transformrii....................................................................................214.2 Caracterizarea microbiologic i fiziolgic a tulpinii microbiene folosite...............224.3 Calcul efectului termic..............................................................................................224.4 Modele cinetice pentru trasformarea microbian......................................................235. Bilanul de materiale i termic pnetru instalaie...............................................................245.1 Bilan de materiale pentru aparatele instalaiei..........................................................245.2 Bilan termic pentru bioreactor..................................................................................306. Dimensionarea bioreactorului...........................................................................................316.1 Calculul duratei de reacie pentru modelul cinetic alea i condiiile de operare.......316.1.1 Ecuaiile modelului.........................................................................................316.1.2 Soluionarea ecuaiilor...................................................................................326.2 Calculul duratei pentru o arj..................................................................................346.3 Determinarea volumului bioreactorului, geometria i amenajrile interioare .........356.4 Verificarea regimului termic.....................................................................................367. Predimensioanareamecanic a bioreactorului................................................................388. Consideraii asupra conducerii i controlului bioreactorului...........................................4229. Materialul grafic schia bioreactorului cotat la scar..................................................4310. Bibliografia....................................................................................................................441.Tema de proiectS se proiecteze o instalaie de obinere a alcoolului etilic alimentar obinut prin procesul unitar de fermenaie alcoolic utiliznd Saccharomyces cerevisiae, cu urmtoarele date tehnologice:1. materia prim: cartofi;2. producia anual de alcool etilic: P = 20.000 t/an;3. concentraia de substrat la intarea n reactor: cs0 = 150 g/L;4. fracia masic dealcool la ieirea din coloana de rectificare: x = 0.96;5. concentraia de alcool la ieirea din fermentator este mai mare de 10 g/L;6. tipul de fermentator utilizat: reactor discontinuu cu amestecare perfect.Toatecelelaltespecificaii necesareproiectrii corecteainstalaiei biochimiceseiaun conformitate cu procesul tehnologic ales.32.Introducere2.1Importana procesului studiatEtanolul sau alcoolul etilic este unul dintre cei mai utilizai compui chimici putnd fi considerat unul din cele mai vechi alimente cunoscute omului. Berea fermentat se consuma n Babilon, iar vinul a fost produs nc din anul 3000 .e.n.Procesul de distilare si are originile prin secolul X XIV. n acest vreme s-a descoperit i efectul spiritualal alcoolului deundei s-adat i numelespiritus.Primeledistilerii auavut cascop obinerea alcoolului pentru scopuri medicinale.Pn n secolul XVII s-a considerat c fermentaia alcoolic este un proces rezidual, n care drojdia rezultateraaruncat. Naturafermentaiei afost clarificatnsecolul 19odatcudescoperirea microscopului, cnd s-a dovedit c celulele de drojdie sunt organisme vii. Totui a durat 150 de ani pn cnd s-a recunoscut c organisme vii sunt responsabile pentru procesul de fermentaie.Alcoolul etilicreprezintomaterieprimvaloroaspentrunumeroasesectoareindustriale: industria alimentar, industria chimic, industria farmaceutic. n industria chimic, unde reprezint materia prima pentru obinerea unor produse valoroase, spiritul de fermentaie este n competiie cu alcoolul de sintez, obinut n urma unor procese tehnologice complexe, din materii prime petroliere.Avnd n vedere proprietile sale adecvate, etanolul a fost considerat ca un carburant posibil pentru motoare, practic n cursul ntregii istorii a motoarelor cu explozie.Solicitri mari pentru alcoolul carburant au determinat ca n Brazilia, spre exemplu, n perioada 1984-1985, produciaplanificat afost de 9,064 miliarde litri,iar n prezent se produc peste10 miliarde litri.Una dintre cele mai importante utilizri ale etanolului este folosirea lui ca i combustibil sauprin amestecare cu diferite pari de benzin, rezultnd biodisel. Utilizarea etanolului drept carburant n Europaafost abordatncdin1902. Utilizarealui economicnsa, namesteccubenzinas-a realizat ns abia n 1922 n Frana. Interesul pentru obinerea alcoolului etilic este mult mai mare n scopul folosirii lui caaditiv, deoarecetetraetilul deplumbestetoxici legislaiadinS.U.A. i 4diferite ri europene a interzis utilizarea acestuia. i n ara noastr se fac eforturi pentru utilizarea pe scara ct mai larg a benzinei fr plumb n scopul protejrii mediului nconjurtor.Suntcirca trei variante de utilizare a etanolului n motoare fiecare cu avantajele i dezavantajele sale,cum sunt: n amestec cu benzin, arderea direct a etanolului n motoarele pe benzin, adaos de combustibil lamotoarelediesel. Primele doua variante se folosesc la motoarele otto, cuscnteie (cele pe benzin). Prima variant - amestecul etanol-benzin (gasohol) necesit etanol anhidru, cea de-a doua varianta permite utilizarea etanolului pana la o concentraie de 85% sau chiar mai jos. Adic se poate folosi direct etanolul obinut prin distilare, nedeshidratat. Cea de-a treia variant e cea mai complicat, deoarece implic modificarea alimentrii motoarelor diesel, astfel nct trebuie montat un carburator suplimentar.Practic etanolul intrca la motoarele pe benzina, dar este aprins de o cantitate mic de motorina care este injectat "normal" ca la motoarele de motorin.2.2Tendinele de dezvoltare n ar i pe plan internaionalDatorit creterii preului mondial al petrolului,rile dinEuropa de Sud-Est,i nu numai ncearc diminuareadependenei deacest produs lansndu-senconstruciadefabrici pentruproducia carburanilor alternativi.Carburantul derivat din plante industriale, n special din seminele de rapi i floarea soarelui, se transform ntr-o investiie important,reglementrile Uniunii Europene stipulnd c cel puin 2% din dieselul aflat pe pia n acest an trebuie s fie pe baz de plante, iar creterea anual a cotei de pia este preconizat la 0.75% pn n anul 2010. Romnii au fost primii care s-au lansat n lupta pentru cota de pia, att pe plan intern ct i n Europa. ara noastr producnd acum trei milioane detonedebiodiesel anual. FirmaportughezMartifer investetenconstruciaunei fabrici de biodiesel njudeul Clrai, laLehliuGar.Proiectul ,nvaloarede47milioanedeeurovafi finalizat pn n anul 2007. Fabrica are planificat o capacitate semnificativ, de pn la 100.000 de tone de biodiesel anual,ceea ce nseamn o treime din consumul de carburant ecologic din Romnia. Acest proiect va fi si n favoarea dezvoltrii sectorului agricol din zona respectiv, ntruct aceast cantitate de carburant presupune cultivarea a 50 000 de hectare.Unalt proiect, nvaloarede133milioanedeeuro, estecondusdeMANFerrostaal, o diviziune a companiei MAN din Germania. Aceasta construiete o fabric la Ael i Loamne, n judeul Sibiu, care are planificat ca producia s ajung pn la o cantitate de 400 tone de carburant zilnic pn n anul 2008ceea ce nseamn cultivarea a 120.000 de hectare.Compania petrolier Rompetrol aspir la o producie anual de 60.000 tone n 2007.5Serbiaintenioneazs construiasc prima sa fabric anul viitor. Un productor local din sectorul uleiului vegetal, Victoria Group din Sid, Vojvodina, intenioneaz s construiasc o fabric n valoare de 15 milioane de euro care va produce 100.000 de tone de biodiesel anual din semine de rapi, soia i floarea soarelui.Cu o producie de 3.6 miliarde de galoane de etanol i exporturi de alte 600 de milioane, Brazilia acoper jumtate din piaa mondial. Pe piaa intern, apte maini din zece utilizeaz etanol, la un pre cu o treime mai mare dect cel al benzinei. Brazilia intenioneaz s introduc etanolul chiar i n industria liniilor aeriene.Exemplul brazilian demonstreaz c guvernele trebuie s introduc utilizarea etanolului.Agricultorii trebuiesprimeascstimulentepentrucultivareaporumbului, rapiei i a altor materii brute. Guvernele trebuie s finaneze extinderea reelei de staii pentru alimentarea cu noul carburant i trebuie s impun instituiilor statului s utilizeze vehicule pe baz de biodiesel sau etanol.3.Descrierea procesului tehnologic3.1Aspecte teoretice ale procesului unitar de fermentaie3.1.1 Analiza produsului finitEtanolul saualcoolul etilicesteuncompuschimiccarefacepartedinclasacompuilor hidroxilici, mai exactdinclasaalcoolilor. Industrial etanolul seobineprinfermentaiefolosind glucozprodus din zahr, obinut din hidroliza amidonului, n prezena drojdiei i a unei temperaturi de sub 37C.Formula structural a etanolului este urmtoarea:Etanolul este un compus chimic lichid incolor i inflamabil. Acesta se amestec cu apa n orice proporie i formeaz amestecuri azeotrope care pot conine pn la 96% alcool etilic. Este un solvent excelent pentrumultesubstanei estefolosit nproducereaparfumurilor, lacurilor, a 6celulozei iaexplozivilor. Mareamajoriatateaetanolului industrial estedenaturatpentruanu putea fi consumat pe post de bautur.Grupareahidroxil faceca, ngeneral, alcoolul sfiemoleculpolar. Acelegrupri pot formalegturi dehidrogenunacualtaicuali compui. Laalcooli existdouposibiliti de dizolvare: tendina grupei polare -OHde a-l face solubil n ap i cea a catenei laterale de a i se opune. De aceea, metanolul, etanolul i propanolul sunt solubile n ap deoarece influena gruprii hidroxil este mai puternic dect cea a catenei. Datorit legturii de hidrogen, alcoolii tind s aib punctedefierberemai ridicatefadehidrocarburiieteri.Toi alcooli simpli sunt solubili n solveni organici. Legturile de hidrogen arat c alcooli pot fi folosii ca solveni proteici.n tabelul 3.1 sunt prezentate cteva dintre proprietile fizice, chimice si termodinamice ale alcoolului etilic.Tab. 3.1 Proprietile alcoolului etilicNume IUPAC EtanolNume uzual Alcool etilicFormul chimic C2H5OH sau C2H6OMasa molecular 46.07 g/molCuloarea Lichid incolorPunctul de solidificare 158,8 K (-114,3 C)Punctul de fierbere 351,6 K (78,4 C)Punctul triplu 159 K (-114C)Punctul critic 514 K (241C), 63 barPresiunea de vapori 58,7 hPaEntalpia de formare, fusH 4,9 kJ/molEntropia de formare, fusS 31 J/molKEntalpia de vaporizare, vapH 38,56 kJ/molDensitate 0,7894 g/cmVscozitate 1,19 cP a 20CfH 0 liq-277,38 kJ/molS 0 liq159,9 J/molKCldura specific, Cp112,4 J/molKfH 0 gas-235,3 kJ/molS 0 gas283 J/molKCp65.21 J/molKPunctul de aprindere 17CPunctul de autoaprindere 425CLimita de explozie 3.5-15%pH 7.0Solubil n Ap, cetone i eteriSolubilitate n ap Total miscibilDensitatea optic nD20 = 1.36Indicele de refracie 1.367Alcoolul etilicpoateafectasistemul nervoscentral, dndstri deeuforie, dezechilibremajore, somnolen,halucinaii,confuzie i n acelai timp ncetinete reflexele. n concentraii mai mari poate afecta micarea, mpiedic coordonarea corect a minilor, picioarelor, pierderea temporal a vederii, etc. n unele cazuri poate produce o iritabilitate crescut a persoanei intoxicate, precum si stare de agresivitate a acesteia; n alte cazuri poate produce lezarea zonei care controleaz impulsurile, producndimpulsuriincontrolabile sauconvulsii.nultimulcaz poate inducecoma alcoolic, iar ulterior aceasta poate conduce la moarte persoana intoxicat.3.1.2Materii prime i auxiliareMateriile prime folosite la producerea alcoolului prin fermentatie se pot clasifica astfel:- materii prime amidonoase:- cereale: porumb, secara, grau, orz, ovaz, orez, sorg etc.;- cartofi;- radacini si tuberculi de plante tropicale: radacini de manioc, tuberculide batate etc.;- materii prime zaharoase:- sfecla si trestia de zahar;- melasa din sfecla si trestie de zahar;- struguri, fructe, tescovine dulci etc.;- materii prime celulozice:- deseuri din lemn de brad, molid, fag etc.;- lesii bisulfitice rezultate de la fabricarea celulozei;- materii prime care confln inulina si lichenina:- tuberculi de topinambur;- radacini de cicoare;- muschi de Islanda.Cele mai utilizate materii prime sunt cerealele, cartofii si melasa.Tab. 2 Compoziia chimic medie a cartofilor (Kreipe, 1972)Compusul Valori medii Limite de variatieUmiditate, % 75,0 68,0-85,0Substance extractive neazotoase, din care amidon, %20,85 18,019,5-23,0 14,0-22,0Proteine, % 2,0 0,7-3,7Lipide, % 0,15 0,04 - 1,0Celuloza, % 1,0 0,3-3,58Substante minerale, % 1,0 0,5-1,0Amidonul estefoarterspndit nregnul vegetal, constituindrezerva deglucozaplantelor. Amidonul este sintetizat de plante din CO2 i H2O sub aciunea luminii solare cu ajutorul clorofilei. Fazele principale ale sintezei amidonului constau n producerea nti a glucozei, i apoi condensarea ct mai multor molecule de glucoz, formndu-se, lanul polizaharidic, amidonul.Dinpunct devedereal compoziiei chimice, amidonul nuesteosubstanomogen, el fiind alctuit din doi componeni principali.Deosebirea celor doi componeni este de ordin structural.Amilozaesteunpolimer liniar, format dinmoleculedeD-glucozlegateprinlegturi (1-4) glicozidice. Moleculadeamilozareungraddepolimerizarecuprinsntre500i6000unitati glicozil.OHOHHOHOHHHOHOHOHHOHOHHHOHOHOHHOHOOHHHOHFigura 3.2 Structura liniar a amilozeiAmiloza este solubil n ap cald, dnd o soluie coloidal opalescent, fr s cleifice. Reacioneazcuiodul dndocoloraiealbastr. Prinhidrolizsubaciuneaamilazei seobine maltoza.Amilopectina este componentul ramificat al amidonului, format din resturi de -D-glucoz cuplate n principal cu legturi (1-4) i legturi de ramnificare (1-6) n proporie de 5-6 %.OHOHHOHOHHH2CHOHOHOHHOHOHHH2CHOOHOHHOHOOHHH2CHOHOHOHHOHOHHHOHFigura 3.3 Structura amilopectinein ap cald, amilopectina formeaz un clei, gelificndu-se.La receptia cartofilor se determina continutul in amidoncu ajutorul balantelor deamidon (Reimann, Parow, Eckert) (Eckert, 1987; Goslich, 1984). in locul contjnutului in amidon se foloseste, 9astazi, "substanta fermentescibila", prinhidrolizatotalaamateriei primecuenzimeadecvatesi determinarea glucozei formate prin metoda enzimatica (Senn, 1988).Materiile auxiliare. Cele folosite la fabricarea alcoolulul sunt:- maltul verde ;- preparatele enzimatice microbiene;sarurile nutritive:- factorii de crestere:- acidul sulfuric;- antispumantii;- antisepticele ;- dezinfectantii.Maltul verdeestefolosit caagent dezaharificareaplamezilor dincerealesi cartofi, datorita continutului sauinenzimeamilolitice. Seobtinedupaotehnologieasemanatoare cucea de producere a maltului pentru bere, cu deosebirea ca durata de germinare este mai lunga, urmarindu-se acumularea unei cantitati maxime de amilaze.Criteriile care la baza aprecierii caliatti malului sunt: aspectul exterior i activitatea enzimatic. n tabelul 4esteprentatapreciereanfunciedeactivitateasiamiloliticcalitii malului verde.Tab. 4 Aprecierea calitii maltului verde n funcie de activiatea si amilolitic (Banu, 1998)Caliatatea malului verde Activiatea amilolitic(SKB)1Activitatea amilolitic(WK) *Excepional - peste 450Foarte bun peste 64 401 450Bun 53 64 351 400Satisfactoare 41 52 300 350Nesatisfctoare sub 41 sub 300Malul verde este mrunitn mori cu disc sau cu ciocane pe cale umed, fiind transformat ntr-un lapte nainte de folosirea lui n proces. Cantitatea de ap care este introdus n aceast etap este de 250 300 l/100kg mal verde. Laptelui de mal i se adaug formalin 40%, n cantiti de 150 200 ml la 1000 l plmad, pentru a se mpiedica ulterioarele infecii cu bacterii care ar putea avea loc n timpul zaharificrii. O alt substan care s-ar putea adauga pentru a stopa aceste este infecii 1*Activitile enzimatice raportate la substana uscat a malului verde. * SKBreprezint grame de amidon solubil dextrinizat de ctre 1 g mal verde, in timp de 60 min la 20C*(WK) reprezint grame de maltoz rezultate prin aciunea extractului provenit din 100 g mal verde asupra unei soluii de amidon solubil 2%, in timp de 30 min, la 20C si la pH = 4,3. 10este aldehida formic, dar dinpacate aceasta nupoatefi eficient dect nprimele oreale fermentaiei deoarece este transformat fie n acid formic fie n alcool metilic.Preparatele enzimatice microbiene se obtin prin cultivarea in conditii absolut pure a unor tulpini de bacterii si mucegaiuri pe medii de cultura adecvate,urmata de purificarea preparatului brut rezultat. In comparatie cu maltul verde, ele prezinta urmatoarele avantaje:- activitate enzimatica standardizata, care se modifica putin la depozitare;-- amilazabacterianasecaracterizeazaprintr-otermorezistentamult mairidicata (panala 11OC);-sunt mai sarace in microorganisme daunatoare;-se obtin randamente mai ridicate in alcool, deoarece pot hidroliza si altepoliglucide;-sunt necesare spatii mai reduse la depozitare si transport;-se economisesc cheltuielile legate de producerea si maruntirea maltului verde.3.1.3 Analiza parametrilor de operareFermentaia alcoolic n condiii industriale folosete substraturi naturale bogate n glucide fermentescibile, iar viteza de fermentare i transformare a substratului sunt dependente de diferii factori, cum ar fi: factorii biologici i factori fizico chimici.Procesul defermentaiedecurgenconditii blnde, ncomparaiecuprocedeul desintezal etanolului. Astfel, temperaturiledefermentaresunt cuprinsentre30i 40C, selucreazla presiune atmosferic sau puin mai mare dect aceasta, n condiii de sterilitate i nlipsa oxigenului .n funcie de prezena oxigenului n mediul supus fermentrii, drojdiile se pot comporta astfel: n imersare, celulele de drojdie produc fermentarea glucidelor, obinnd o cantitate de energie mic (2moli ATP/mol deglucozfermentat), deaceeasefoloseteocantitatemai maredezahr pentru obinere de energie, creterea numrului de celule are loc foarte lent; dac mediu este foarte puternicaerat, arelocprocesul inversfermentaiei, i anumerespiraia. Deoarecenprezena oxigenului oxidarea are loc pn la produii finali (CO2 i H2O) cantitatea de energie este mult mai mare, pentru acelai echivalent energetic consumndu-se o cantitate mai mic de zahr.Cantitatea de zahr influeneaz direct proporional viteza de fermentare atunci cand se situeaz n limitede5-12%. Cucretereaconcentraiei dezahr, anumitedrojdii mai sensibilesufero inhibare n activitate.Drojdiile de fermentaie sunt osmotolerante i produc fermentaie bun a 11substraturilor care au o concentraie de zahr de circa 170-250 g zahr/dm3. Plmezile amidonoase folosite industrial ca substraturi bogate n zahr, trebuie s sufere o hidroliz enzimatic, n urma creia sunt transformate n glucoz,maltoz, dextrine cu molecule mici,acestea din urm fiind transformate n alcool etilic.pH-ulmediului areunrol important deoarece, nfuciedepH, secunoscdouformeale fermentaiei:fermentaiaalcoolicpropriu-ziscaresedesfaoarlapH=3.55, cndse formeaz preponderent alcool etilic i dioxid de carbon, cu produi secundariobinui n cantiti foartereduse, ifermentaialapH alcalin, cnd pe lng produii pricipalisubstratul poate fi transformat n glicerol pnla 30 % din zahrul fermentat.De obicei,fermentaia alcoolic la scar industrial, are un pH iniial de 4-6, n funcie de capacitatea de tamponare a mediului. Dac pH-ul n timpul fermentaiei este mai mic de 5, creterea bacterian este puternic inhibat. Pentru majoritatea tulpinilor de Saccharomycescerevisiaevaloarea pH-ului este situat ntre 2,4-8,6 cu un optim la 4,5.Srurile minerale. Substanele chimice existente sau adugate pot influenta procesul de fermentaie. Fosfaii au o influent pozitiv, deoarece particip la formarea acizilor adenilici i la formarea esterilor fosforici ai glucidelor, forme n care sunt transportate n celul i fermentate, conducnd la o dezvoltare rapid a drojdiilor. Dioxidul de sulf se adaug n cantiti mici de 200-500 mg/dm3 pentru a favoriza activitatea drojdiilor fermentative care sunt sulfitorezistente.SO2influeneaz viteza de fermentare., dac doza de SO2introdus este mai mare, fermentaia alcoolicestedeviatdelaformadebaz, conducndlaformareanexcesaglicerolului, a acidului acetic i a unor cantiti mai mici de alcool etilic.Fermentaiaalcoolicpoateavealocntre0i 35C.nfunciedespeciadedrojdiefolosit predominant sau folosit n cultura pur, temperaturile optime pentru fermentaia alcoolic se situeaz n jurul a diferite valori. Pentru Saccharomyces cerevisiae, optimul este n jurul valorii de 28-30C. n procesul discontinuu de fermentaie, temperatura optim de lucru se situeaz puin subtemperatura optim de cretere. Acest lucruse atribuie inhibiiei datorate etanolului la temperaturi ridicate. In acest caz, viteza de producere a etanolului este mai mare dect viteza de transport prinmembran. Aceastaconducelaoacumularedeetanol, inhibiiaunorenzimei ulterior moartea celulei.Fermentaia decurge mai repede dac celulele folosite sunt n faz exponenial de cretere sau la nceputul fazei staionare de cretere, n timp ce drojdiile autolizate i pierd proprietile fermentative, ca rezultat al hidrolizei proteinelor intracelulare. Viteza de fermentare depinde i de numrul de celule/cm3mediu, viteza crete cu numrul de celule. Aceast concentraie este bine 12stabilit n practicdin consideraii economice, ea fiind de 106-107 celule/cm3, pentru declanarea rapid a fermentaiei.Etanolul este toxic pentru drojdie. Efectul cel mai vizibil este asupra membranei celulare; efectul cel mai toxic a fost postulat ca distrugerea membranei sau schimbarea proprietilor ei. Etanolul inhib att creterea ct i producia de alcool ntr-un mod noncompetitiv. La concentraii de pn la 2%, la majoritatea drojdiilor efectul inhibitor este neglijabil. La concentraii mai mari efectul etanolului este mai evident. La concentraii de etanol mai mari de 110 g/L, sinteza etanolului se oprete la majoritatea tulpinilor. Totui, la tulpinile alcoolorezistente, se poate obine etanol chiar i la concentraii de 20%.3.1.4 Sursa de microorganismeFermentaia alcoolic este un proces anaerob prin care glucidele fermentescibile sunt metabolizate prinreacii de oxidoreducere, subaciunea echipamentului enzimatic al drojdiei, n produi principali (alcool etilic, CO2) i produi secundari (alcooli superiori, acizi, aldehide, etc).Cele mai utilizate microorganisme sunt drojdiile Saccharomyces, care prin fermentarea glucidelor, pot s produc mai mult de 80 alcool etilic.Fermentaia alcoolic esteunproces ntlnit i laalte microorganisme:Bacillus macerans,Clostridiumacetonoetilicus, Zymomonasmobilis, acesteaproduccantiti mai redusedealcool etilic comparativ cu drojdiile i nu sunt folosite foarte des.n funcie de modul n care drojdiile se comport n timpul fermentaiei acestea se pot clasifica n urmtoarele categorii:- de fermentaie superioar;- de fermentaie inferioar.Dup un alt criteriu,drojdiile folosite la fermentarea plmezilor fermentescibile se pot clasifica astfel:- drojdii lichide pregtite;- drojdii speciale pentru alcool uscate sau sub form comprimat;- drojdii de panificaie.Saccharomyces cerevisiae este un organism cu care se lucreaz uor, deoarece este nepatogen, i datorit multitudinii de aplicaii aprute de-a lungul timpului n obinerea de produse consumabile, 13ca etanolul sau drojdia, a fost clasificat ca organism GRAS (generally regarded as seif = organism considerat sigur, netoxic). De asemenea, fermentaia i procesele tehnologice de producie la scar larg cu Saccharomyces cerevisiae fac ca acest organism sa fie atractiv, la ndemn, pentru cteva scopuri biotehnologice. Unalt motivimportant pentruajustificautilizareamicroorganismului Saccharomyces cerevisiaen cadrul biotehnologiei l reprezint susceptibilitile sale la modificrilegeneticeprintehnologiaADNrecombinant, careafost mai departenlesnitede accesul la secvena genomic complet a Saccharomyces cerevisiae.DrojdiaSaccharomycescerevisiaeesteunul dintrecelemai simpleorganismeeucariote, cuo mrime a genomuluide trei ori mai mare dect albacteriei Echerichia coli. Metabolismul acestei drojdii este extremdeadaptabil, eafiindcapabil screasc peovarietate foarte mare de substraturi, n condiii favorabile putnd creten prezena unor concentraii mari de etanol.Saccharomyces cuprinde 45 de specii de activitate preponderent fermentativ. Dintre toate acestea, reprezentante sunt:Saccharomyces cerevisiae,Saccharomyces carlsbergensis,Saccharomyces cerevisiae var. elipsoideus,Saccharomyces bayanus. Pentru fermentaia alcoolic n urma creia se obine preponderent alcoolul etilic se folosete cel mai adesea Saccharomyces cerevisiae.Saccharomyces cerevisiaeizolat din bere i ulterior din vin, dup cultivarea pe extract de mal timp de 3 zile, se prezint sub forma unor celule sferice, elipsoidale, cilindrice, alungite, dispuse izolat saunperechi i ocazional formeazlanuri i aglomerri. CeluleledeSaccharomyces cerevisiae au dimensiuni medii de (3-7) (4-14) m.Sentlnesc i celule filamentoase careajungla30mlungime. nmediulichidformeaz sediment i ocazional un inel incomplet.Drojdiile din acest tip fermenteaz glucoza, galactoza, zaharoza, maltoza, 1/3dinrafinozi dextrinele. Deasemeneaeleasimileazalcoolul etilic, glicerina i acidul lactic.Saccharomyces cerevisiaesuport bine aciditatea i alcoolul i se dezvoltoptimntre25i 300C. Datoritcapacitii lor deaproducealcool (pnla14%). Drojdiile din acest tip prezint interes pentru industria fermentativ i n laborator pot fi crescute la 300C, pemediucomplet (extract dedrojdie1%, pepton2%, glucoz2%sauK2HPO40,2%, MgSO4 0,1%, (NH2)SO4 0,1%, autolizat de drojdie 1%) i sunt utilizate n producia de proteine.3.1.5 Analiza comparativ a procesului tehnologicFermentareaesteun procesbiochimic care se poatedesfura attnregim continuu,ctin regim discontinuu. Att regimul continuu, ct i cel discontinuu prezint avantaje i dezavantaje.14Dac comparm un reactor discontinuu (DC) si unul continuu(D), i dac densitateta mediului de reacie este constant,ecuaiile celor dou reactoare conin aceeai integral i prin urmare, din punct de vedere al performanei tehnice sunt echivalente.nsatunci cndsedoreteselectareatipului dereactor, pelngidentitaeaconversiei finale realizate, trebuie s fie luate n calcul i alte aspecte.n cazul operarii n regim discontinuu se poate atinge o canversie a substratului mai mare dect n cazul oprrii continue, deaorece timpul pecaremoleculeledesubstrat l petrecninteriorul reactorului este mai mare. Reactorul discontinuu este versatil, iar operarea lui este realtiv simpl. Pe de alt parte manopera este important i automatizarea pretenioas. Reactorul cu deplasare are o operare pretenios i este rigid n exploatare, necesitnd tehnicitate ridicat a operatorului.3.2Fazele procesului tehnologicFabricarea alcoolului din cartofi se poate face prin dou grupe de procedee:-cu fierbere sub presiune a materiei prime (HDV);-fara fierbere sub presiune (DSA).Procedeele clasice (HDV) de producere a alcoolului din cartofi sebazeaz pe fierbereasubpresiuneamateriei primela150-165C, caresefaceinscopulgelificrii i solubilizarii amidonului, astfel nct acestaspoatfi atacat decatreamilazelazaharificare. Aceste procedee prezint urmatoarele dezavantaje:-consumul de energie termic este ridicat ;-modul de lucru este, de regul, discontinuu iar posibilitile de recuperare a cldurii sunt reduse;-datorita solicitrii termice ridicate a materiei prime (150-165C) se formeazprodui secundari,melanoidine si caramel;- plmezileobinutenusunt omogene, iar borhotul rezultat areovaloarefurajeramai sczut.Procedeeledeprelucrarefrpresiune(DSA) sebazeazpefaptul cenergiatermic necesar pentru fierberea sub presiune este nlocuit, n mare parte, prin energia de marunire a materiei prime, astfel ncat amidonul granular sa poatp fifluidificat si zaharificat. Necesarul de energie electric pentru marunire variaz, in funcie de gradul de marunire dorit si de procedeul 15folosit, intre 16 si 30 kWh /t cereale, fiind mult mai sczut dect necesarul de energie termic de la fierberea sub presiune.Recepionarea i depozitarea materiei primeLa recepia cartofilor se determin coninutul namidoncu ajutorul balanelor deamidon (Reimann, Parow, Eckert) (Eckert, 1987; Goslich, 1984).n locul coninutului n amidon se foloseste, astzi, "substanafermentescibil", prinhidrolizatotalaamateriei primecuenzime adecvate si determinarea glucozei formate prin metoda enzimatic (Senn, 1988).Transportul materiei prime se face fie pe linii rulante mecanizate fie prin descrcarea manual a sacilor n funcie de tipul de funcionare a procesului continuu, semicontinuu sau discontinuu.Precurarea materiei primePrecurirea are rolul de a ndeprta urmele de praf sau alte microorganisme de infecie care ar putea infecta cultura de drojdie.CntrireaSe folosete un cntar bascul automat, ncrcare-descrcare.MrunireaMrunirea cartofilor se face n funcie de procedeul de prelucrare aplicat. Procedeul de prelucrare fr presiune necesit o mrunire optim a materiei prime, astfel nct s se obin randamente maxime n alcool, cu consum minim de energie.Printr-o simpl mcinare uscat sau umed nu se poate obine granulaia dorit a mciniului, ceea ceconducelaozaharificareincomplet ilao micorare arandamentuluin alcool. Din acest motivserecomandmai nti omcinareuscatcuajutorul unei mori cuciocane, cusitcu ochiuri mari, urmnd ca cea de-a doua mrunire, umed, s se fac dup fluidificare ntr-o moar cu discuri.n funcie de modul cum se realizeaz mrunirea, diferitele procedee de obinere ,fr presiune, a plmezilor din cartofi se pot clasifica astfel: procedee cu mcinare uscat; procedee cu mcinare umed; procedee cu mcinare uscat i umed; procedeul cu dispersie.Aceste procedee se pot folosi, n practic, fr recircularea borhotului sau cu recircularea borhotului.Fluidificarea16Materia prim cntrit este trimis la moara cu ciocane unde se adaug enzima de fluidificare i apa de proces. Plmada rezultat este trecut ntr-un schimbtor de cldur n care se nclzete pnlatemperaturade70-80C, cuajutorul plmezii carecirculncontracurent. Gelifierea plmezii are loc ntr-un ejector, iar fluidificarea are loc ntr-un fierbtor. Plmada este omogenizat de o moar cu discuri dup care este rcit ntr-un schimbtor de cldur n spiral pnlatemperaturadezaharificare. Dupceajungelatemperaturadezaharificareseadaug enzima de zaharificare, se las n repaus 30 minute pentru zaharificarea plmezii.Aceast zaharificare este necesar deoarece drojdiile fermentescibile nu produc amilaze i nu pot produce hidrolizaenzimatica polizaharidelor. Dupaceastase continu rcireapn latemperatura de20-25C ntr-un schimbtor de cldur cu plci. Avantajul folosirii acestei metode const ntr-o economie total de energie.nsmnareaPentru fermentarea plmezilor se pot folosi drojdii lichide ( cultivate n fabric ), drojdii speciale pentru alcool ( uscate sau comprimate ) sau drojdii de panificaie. n ultimul timp se folosesc pe scar tot mai larg drojdiile uscate n locul celor lichide, deoarece acestea pot fi imediat utilizate dup o prealabil hidratare, au o bun conservabilitate i se dozeaz mai uor. n cazul drojdiilor lichide se folosesc 1-3 l /hlplmad, n cazul drojdiilor uscate 10-20g/hl plmad, iar n cazul drojdiilorcomprimate 100-200g/hlplmad. ntr-ungram de drojdieuscat seafl20-25 miliarde de celule de drojdie.Drojdiile utilizate trebuie s ndeplineasc urmtoarele condiii:-s aib o putere alcooligen ridicat,- s se poat acomoda la plmezile acide din cartofi,-s declaneze rapid fermentaia,-s formeze o cantitate mic de spum de fermentare-sproducocantitatect mai micdehidrogensulfurat i altesubstanedegust i arome nedorite.Se observ c drojdiile lichide i drojdia comprimat au o putere alcooligen mai sczut dect majoritatea drojdiilor uscate, astfel nct costurile mai mari ale drojdiilor uscate se compenseaz n scurt timp prin randamente mai ridicate n alcool.Cultivarea drojdiilor n fabric se face prin procedeul simplificat cu acid sulfuric, astfel nct se poate lucra mai mult timp fr a se procura o nou drojdie.FermentareaFermentarea plmezii principale are o durat de 72 de ore i cuprinde cele trei faze:- faza iniial, circa 22 de ore;17- faza principal, circa 18 ore;- faza final, circa 32 de ore.Pentru scurtarea duratei de fermentare pn la 48 de ore, se pot folosi urmtoarele metode:- pornirea fermentaiei la temperatur mai mare de 24-25C, prin care se reduce faza iniial la 4-6 ore,- folosireadeborhot lichidrecirculat (maximum60%)laobinereaplmezii princarese declaneaz mai rapid fermentaia, scurtndu-se faza iniial pn la 2-3 ore;- utilizarea unei cantiti mai mari de lapte de slad pentru a asigura cantiti suficiente de amilaze, pentru zaharificarea secundar;- folosirea unei cantiti mai mari de plmad de drojdie de 10-15%;- conducerea fermentaiei la temperaturi mai ridicate de 35-36C;- folosirea preparatelor enzimatice microbiene, care produc ohidroliz mai avansat a amidonului pnlaglucoz, frformarededextrinelimit, scurtndu-sefazafinala fermentaiei.Controlul microbiologic al plmezilor de cartofi este important pentru stabilirea strii fiziologice a drojdiilor i pentrudepistarea microorganismelor deinfecie. Astfel, nplmezile dedrojdie trebuie s varieze ntre 50 i 300106 celule/ml de plmad. Valorile sub 50106 celule/ml denot o multiplicare slab a drojdiei. Infeciile bacteriene sunt periculoase deoarece consum zahr pentru metabolismul propriu, iaracizii organici formai (lactic, butiric) inhibactivitateadrojdiei. De asemenea, n urma infeciilor cu bacterii are loc o cretere a coninutului n acrolein a alcoolului produs aceasta putnd fi redus printr-o acidulare special a plmezii principale i a plmezii de drojdie.DistilareaPlmada fermentat este un amestec apos de diferite substane aflate n soluie sau n suspensie, fie provenitedinmateriileprimei auxiliare, fieprodusealefermentaiei alcoolice. Concentraia alcoolica plmezii variazntre limite foarte largi, cuprinse ntre 6 i 12% vol., n funcie de materia prim prelucrat nprocesul tehnologic aplicat. Separarea alcoolului etilic dinacest amestecse bazeazpediferena devolatilitate dintre alcool i ap. Se observ antrenareaunor produse secundare de fermentaie cu alcoolul la distilare motiv pentru care se recurge la o rafinare. n urma distilrii rezult borhot i alcool brut.Rafinarea18Rafinarea este operaia de purificare i concentrare n alcool, a alcoolului brut, n vederea obinerii alcoolului etilic rafinat, cu concentraie alcoolic de circa 96% vol. Rafinarea se poate face pe cale fizic (rectificare) sau pe cale chimic.Rafinarea chimic const n tratarea alcoolului brut cu substane chimice, n vederea transformrii unor impuriti din form volatil n form nevolatil (fix). Separarea impuritilor prin rectificare sebazeazpediferenadevolatilitatei solubilitateaamestecului alcool etilic-ap. nurma rectificrii rezult fruni, cozi, ulei de fuzel i alcool rafinat.3.3 Schemabloc al etapelor procesului de obinere al alcoolului i schema instalaiei tehnologice19CartofiAp procesDrojdieFluidificareRcire 35CZaharificareRcireInoculareRcireRectificareDistilare simplFermentareAlcooletilicAp luter H2SO4PrefermentareMultiplicare n laboratorCO2FruniCoziBor-hotEnz.zah.Enz.fl.20SC Schimbtor de cldur 1 - Transportor elicoidalR Blaz 2 - CntarP Produs 3 - MoarMP Materie prim 4 - FierbtorAS Ap de splare 5 - ZaharificatorAR Ap rezidual 6 - Reactor7 - Coloan de distilare8 - Coloan de rafinare9 - Rezervor CO2 10 - Rezervor enzime fluidificare 11 - Rezervor enzime zaharificare 12 - Rezervor plmad drojdie214. Locul i rolul bioreactorului4.1 Stoechiometria reacieiProcesele de biosintez pot fi considerate ca o transformare a substratului n prezena oxigenului (pentru procese aerobe) i/sau a unei surse de azot, de obicei NH3sau sruri de amoniu (pentru procesele anaerobe).Indiferentdetipulprocesuluibiologic,aerob sau anaerob,acesta poate fi exprimatcu ajutorul ecuaiiilor stoichiometrice.Aceasta este un proces anaerob prin care glucidele fermentescibile sunt metabolizate prin reacii enzimatice de drojdie. ntimpul fermentaiei se obin produi primari i secundari, acetia provenind din dou reacii care se desfoar n paralel. Astfel o parte din nutrieni sunt comsumai de celul pentru a se multiplica,iar cealalt parte din nutrieni sunt consumai prin transformare n alcool etilic i dioxid de carbon.Ecuaia stoichiometric de transformare a substratului n produi este:1,3 C6H12O6 + 0,2 NH3 CH1.8N0.2O0.5 + 2,3 CO2 + 2,25 C2H5OH +0,45 H2O.O reacie biochimic se poate scrie schematic:S X + PCantitile transformate i formate n cursul unui proces biologic pot fi exprimate prin mai multe variabile de transformare:- randamentul de utilizare a substratului, YxsSXYxs g/g sau g/molunde: X cantitateade biomas format, g/l;S cantitatea de substrat consumat g/l sau mol/mol.- conversia, xssos soscc cxunde: cso-cs cantitatea de substrat transformat;cso cantitatea iniial de substrat.224.2 Caracterizarea microbiologic i fiziologic a tulpinii microbiene folositeSaccharomyces cerevisiaeface parte din regnul Protista, fiind un microorganism unicelular de tip eucariot. Se reproduce asexuat, prin, nmugurire sau diviziune, i sexuat, prin spori. Se ntlnete n toate mediile de via : sol, ap, pe suprafaa fructelor,florilor, tulpini unor plante, la animale i omn tubul digestiv. Celulele au diametre cuprinse ntre 4 14 m, cu form oval sau elipsoidal. n medii de cultur lichide fermenteaz glucide, producnd tulburarea mediului, iar pe medii solidificate formeaz colonii circulare cu profil neted sau lenticular i cu marginea uniform sau ondulat, cu aspect mat, cremos, de culoare alb-crem, cu diametrul 0,2-2 cm.Necesit n mediuldeculturosurs de carbon,o surs de azot,sruri minerale i factori de cretere.Temperatura optim de cretere este de 28 30C, iar pH-ul optim este de 4-5 unitai de pH.Pentru a putea fi folosite n practic, drojdiile din acest gen sunt studiate i selecionate n funcie de unele proprieti care le recomand pentru utilizare industrial precum:- puterea alcooligen serefer la concentraia maxim de alcool, exprimat n ml/100ml cepoaterezultanurmafermentaiei cuoanumitspeciededrojdie. Saccharomyces cerevisae pot produce 16 18%;- alcoolorezistena se refer la proprietatea drojdiilor de a rezista la concentraii de alcool mai mari de 8%, drojdiile care nu rezist sunt inhibate;- sulfitorezistena proprietatea de a rezista la concentraii cuprise ntre 200-500 mgSO2/dm3. TulpiniledeSaccharomycescerevisaesunt rezistentalaSO2, adesea pentru inhibarea drojdiilor slab alcooligene este introdus SO2;- osmofilia proprietatea de a fermenta substraturi dulci cu concentraii ridicate de zaharuri;- frigofilia proprietatea de o produce fermentaie la temperaturi sczute. Este important pentru pstrarea compuilor de gust la obinerea vinului;- caracterul killerproprietateadeaproducekillin, careinhibdezvoltarea drojdiilor nsoitoare care pot duce la distrugerea procesului parial sau total.4.3 Calculul efectului termic23tiind entalpiile de formare a compuilor care intervin n reactia biochimic ce are loc n reactor putem calcula cldura de reacie raportat la un mol de biomas, care se calculeaz cu formula: f j r H H unde:Hr este entalpia de reacie,j reprezint coeficientul stoechiometric al componetului (convenional se iau cu reactanii, iar cu + produii) ,Hf reprezint entalpia de formare a fiecrui conpus.n tabelul urmtor se dau entalpiile de formare a componenilor mediului de reacie:Tabelul nr.5Compus C6H12O6NH3CH1,8N0,2O0,5CO2C2H5OH H2OHi0 [kJ/mol]-1264 -133 -91 -394,1 -288 -286Hr se calculeaz cu formula urmtoare:Hr = -1.3(-1264) - 0.2(-133) + 1(-91) + 2.3(-394.1) + 2.25(-288) + 0.45(-286)Hr = -104.33 kJ/mol4.4 Modele cinetice pentru transformarea microbianPentru a produce etanol prin fermentaie n mod eficient, este de dorit s reinem o concentraie marededrojdieproductoaredeetanol nfermentator. nacest scop, reciclareacelulelor prin separri cumembraneesteunadintre cele mai promitoare abordri pentru viitor.Pn acum, fermentatoarelecuamestecarecontinu cuplate cu filtrele membran n procesul dereciclarea celulelor aufost folositefoartemult nexperieneledelaborator. Carezultat, productivitile volumetrice de etanol ale acestor tipuri de fermentatoare s-au dovedit a fi mult mai mari dect n cazul culturilor continue de tip batch i a celor cu celule imobilizate.Analiznddateleexperimentaleobinuteprinprocedeul celulelor reciclatepentruproduciade etanol, s-aupropusdiferitemodelebiocineticecareincludefecteleinhibitorii aleetanolului i celulelor. Esteunlucru binetiutc producia deetanoli cretereacelulelor suntinhibatede etanol ntr-un mod necompetitiv.Atfel aufost propusemai multemodelecineticecarepot fi utilizatenprocesecontinuecu recircularea celulelor pentru obinerea de etanol. Printre aceste sunt: modelul Damino, modelul Jarzebski, modelul Groot i modelul Warren.245. Bilanul de material i termic pentru instalaie5.1 Bilan de materiale pentru aparatele instalaieiPentru dimensionarea reactorului, trebuie s facem, n prealabil, bilanul de materiale pe ntreaga instalaie, determinand debitele care intr n fiecare aparat i cantitatea de cartofi necesar obinerii produciei impuse n datele de proiectare..Cunoscnd producia de etanol, P, care trebuie s se obin din instalaie (P = 20000t/an), putem afla producia de alcool care se realizeaz ntr-o or, tiind c instalaia funcioneaz 8000 h/an, i anume:alcoolhkg2500 PtPPDin tabelul de productivitate din Manualul Inginerului de Chimie Alimentar,Banu, C., reiese c:100 kg cartofi..........20 kg amidon........12 l alcool..........9,47 kg alcoolPc kg cartofi.............y kg amidon....................................P kg alcool (2500)unde: Pc cantitatea de cartofi ce trebuie introdus n instalaie pentru a obine producia de alcool impus, kg;y cantitatea de amidon rezultat din cartofi.Astfel se obine:Pc = 26400 kg/h cartofiy = 5280 kg/h amidonMoaran moar are loc mcinarea materiei prime i fluidificarea porumbului mcinat, pentru ca apoi s fie fie introdus in zaharificator.Bilanul de materiale pe moara este:Pc + Af + Ef = Plf25unde: Plf reprezint cantitatea de plamad fluidificat care iese din moar,Af este cantitatea de ap necesar fluifidicrii,Ef reprezint catitatea de enzime de fluidificare.Enzime de fluidificare (Ef)Cartofi (Pc)Plmad fluidificat (Plf)Ap (Af)ConformBanu,C.-Manualul Inginerului deChimieAlimentarpentrufluidificareaa1000kg amidon sunt necesare 300 ml enzime de fluidificare i c la 1000 kg cartofi supuse fluidizrii este necesar 1 m3 de ap.tiind cantitatea de amidon ,de 5280 kg, i densitatea apei, ap = 1000 kg/m3 ,reiese din calcule c necesarul de ap n operaia de fluidizare, Af este de:ap kg 26400 A1000Afap f c Piar cantitatea de enzime necesare fluidificrii, Ef, dac enzime fluid = 1000 kg/m3 este de:re fluidifica de enzime kg/h1.584 E1000 10 300 yEffluid enzim6f Din bilanulde materialerealizatpe moar se poate determina plamada fluidificat ceiese din moar:kg/h 52802 PlE P A Plff c f f+ + ZaharificatorEnzimele de zaharificare transform amidonul rezultat n etapa anterioar n glucoz.Bilanul pe zaharificator este:Plf + Ezah = Plzahunde: Plzah reprezint cantitatea de plamad zaharificat ce iese din zaharificator,26MOAREzah este cantitatea de enzime necesar zaharificrii.Enzime de zaharificare (Ezah)Plmad fluidificat (Plf) Plmad zaharificat (Plzah)Din tabelul de productivitate dinBanu,C.-Manualul Inginerului de Chimie Alimentar se stie c la 1000 kg amidon necesarul de enzime de zaharificare este de 1200 ml, se mai cunoate i cenzime zah = 1000 kg/m3, astfel se poate determina cantitatea de enzime necesare zaharificrii, i anume:re fluidificaenzime kg/h6.336 E10001000 10 1200 5280E1000 10 1200 yEzah6zahzah enzim6zah Din ecuaia de bilan se poate determina cantitatea de plmad zaharificat care iese din zaharificator:t zaharifica plamad kg/h52810 PlPl E Plzahf zah zah+ Fermentatorn fermentator are loc reacia propriu-zis, n urma creia substratul (glucoza) este transformat n produs (alcoolul etilic). Glucoza este transformat n alcool etilic i n ali produi secundari, dar n cantitate mai mic.nbioreactor intr cantitatea de plmad zaharificat Plzah, cantitatea de drojdie Dj, i iese cantitatea de plmad fermentat Plferm i cantitatea de CO2,DCO2, deci bilanul este:Plzah + Dj = DCO2 + Plfermunde: Plferm este cantitatea de plmad fermentat rezultat din fermentator,DCO2 este cantitatea de CO2 degajat n urma reaciei ,27ZAHARIFICATORDj este cantitatea de drojdie necesar fermentrii substratului.CO2 (DCO2)Plamada zaharificat (Plzah)Plamada fermentat (Plferm)Drojdie (Dj)Conform Banu, C.,-Manualul inginerului de chimie alimentar,cantitatea de drojdie care trebuie introdus n fermentator, Dj, se consider 10 % din plamada zaharificat. Astfel:Dj = 0.1 PlzahDj = 5281 kg/hStoechiometria recaiei ce are loc n reactor este:1,3 C6H12O6 + 0,2 NH3 CH1.8N0.2O0.5 + 2,3 CO2 + 2,25 C2H5OH +0,45 H2OCunoscndu-se masele moleculare pentru:-glucoz Mgluc = 180 kg/mol,-celule Mcelule = 24 kg/mol,-alcoolul etilic Malc = 46 kg/mol,-dioxidului de carbon MCO2 = 44 kg/mol ,-amidonului Mamidon = 162 kg/mol,se potcalcula, nfunciede stoechiometria reaciei,cantitile care trebuiesc obinutenurma reaciei.Cantitatea de glucoz, z, care se consum n reacie este:kg/h 5866 zMMy zamidongluc Din stoechiometria reaciei rezult c:28FERMENTATORgluccelulefermM 1.3Mz Dj glucCO2CO2M 1.3M 2.3z D glucalcbrutM 1.3M 2.25z Al unde: Djferm este cantitatea de drojdie care se formeaz n timpul reaciei, Albrut reprezint cantitatea de alcool care rezult n urma reaciei. Astfel se obin:Djferm = 601,69 kg/hDCO2 = 2537 kg/hAlbrut = 2594,789kg/hDin bilanul de materiale pe fermentator rezult c, plamada fermentat care iese din reactor este:Plferm = Plzah + Dj DCO2Plferm = 55554 kg/hSeparare drojdieDeoarece cantitatea de alcool care rezult n urma fermentrii nu este foarte mare, iar pe lng alcool etilic plamada fermentat contine i drojdii care s-au dezvoltat n timpul fermentaiei, este necesar ca plmada fermentat s fie separat de aceste drojdii, nainte de a se introduce n coloana de distilare.Bilantul pentru aceast operaie este:Plferm = Pldist + Djsunde: Pldist este cantitaea de plamad care se introduce n coloana de distilare,Djs este cantitatea de drojdie care se separ din plmada fermentat, se calculeaz cu relaia:Djs = Dj + DjfermPlamad fermentat (Plferm)Plamad distilat (Pldist)Drojdie (Djs)Din relaia de mai sus se obtine o cantitate de drojdie care se separ Djs = 5882 kg/h, iar plamada care merge mai departe n operaia de distilare Pldist = 49672 kg/h.Coloana de distilarePlmadafermentatesteunamestecdeap, produsedefermentareialteprodusepecarele aduce materia prim iniial; n plmezile fermentate concentraia n alcool etilic este 8-11%. Prin distilare n coloana de distilare se elimin din amestecul de alcool, nti frunile cu temperatura de fierbere mai mic dect alcoolul, apoi trece acesta i la final compuii cu temperaturi de fierbere 29SEPARATOR DROJDIEmai ridicate. Impuritilecelemaivolatile prsesc primele coloana de distilare,pe msurce nclzirea continu distil alcoolul iar nla final rmn cozile.Bilanul pe coloana de distilare este:Pldist + As = Albrut + Bhunde: As- este cantitatea de ap de splare adugat la distilare,Bh - borhotul obinut n urma distilrii.Plamad distilat (Plferm)Ap splare (As)Alcool brut distilat (Albrut)Borhot (Bh)Din Manualul Inginerului de Chimie Alimentar se cunoate c la 100 l plmad fermentat se obin 110 l borhot. Cantitatea de borhot care rezult n urma distilrii este:100110Pl B dist hBh =54639 kg/hDin bilantul de material pe coloana de distilare se poate determina cantitatea de ap de splare care trebuie introdus n coloan.As = Albrut + Bh - PldistAs = 7562 kg/hColoana de rectificareSe realizeaz n coloana de rectificare i are scop concentrarea alcoolului etilic brut, n cazul de fa pn la o fracia masic a distilatului de 0.96 alcool. Alcoolul obinut prin aceast operaie atinge maximul de concentraie, de aceea se numete alcool rafinat.Bilantul de coloana de rectificare este:Albrut = Alraf + Runde: Alraf este cantitatea de alcool rafinat obinut dupa rectificare i este egal cu producia (P),R este cantitatea de reziduu care se obine n blazul coloanei de rectificare.30COLOAN DISTILAREAlcool brut (Albrut) Alcool rafinat (Alraf)Reziduu (R)Cunoscndu-secantitateadealcoolcareseobinesepoatedeterminadinbilanul demateriale cantitatea de reziduu care se obine n coloana de rectificare, i anume:R = Albrut AlrafinatR = 94,789 kg/hVerificarea bilanului de materialePc + Af + Ef + Dj + As DCO2 Djs Bh Alraf R = 2,72810-12Deoarece diferena este foarte mic ntre debitele introduse n instalaia de obinerea a alcoolului etilic i cele evacuate din instalaie, bilanul de material pe instalaia de obinere a alcoolului etilic se verific.5.2 Bilanul termic pe reactorClduradereacieestepreluatdectreagentul termic, reprezentat deapadedurizat. Ecuaia bilantului termic este:(-rH) vrx V = Dma cp (te ti)unde: Dma debitul de agent termic necesar prelurii caldurii formate n timpul reaciei,V volumul recatorului,vrx este viteza de formare a biomasei,cp cldura specific a agentului termic,31COLOANA RECTIFICAREte temperatura de ieire a agentului termic,ti temperatura de intrare a agentului termic.6. Dimensionarea reactorului6.1 Calculul duratei de reacie pentru modelul cinetic ales i condiiile de operare6.1.1 Ecuaiile modeluluiPentrucalculultimpului de fermentare, precumipentru avedea dependenaconcentraiei de celulecx, concentaiadesubstrat cs, concentraiadeproduscpfunciedetimp, seutilizeaz modelul studiat deGroot n anul 1992. Ecuaiile acestui model sunt: m1PPm

_

,n

11]Ysx1Yxsms S X , P , ( )+

_

,q Ysx Yps q unde: este viteza specific de cretere, h-1 ;m viteza specific de cretere maxim, h-1;P concentraiaprodusului kg/m3;Pm concentraia maxima de produs, kg/m3;q viteza specific de consum a substratului,ms consumul necesar pentru ntreinere,n parametrul modelului ales;32q viteza specific de consum a substratului, h-1; viteza specific de formare a producsului, h-1;Yxs randamentul de utilizare al substratului,g/g;Yps randamentul de formare al produsului, g/g.Parametrii modelului ales sunt:m = 0.25 h-1n = 1ms = 0.66 kg/kghPm = 78 kg/m3Yxs = 0.096 kg/kg6.1.2 Soluionarea ecuaiilorIntegrarea celor 3 ecuaii difereniale se realizeaz utiliznd metode numerice de integrare. Printre metodele numerice care pot fi folosite la soluionarea acestor ecuaii sunt: metoda Euler i algritmul Runge Kutta.Metoda Euler de soluionare a ecuaiilor are urmtorul algoritm:cs(k+1) = cs(k) + (dcs/dt)(k) tcx(k+1) = cx(k) + (dcx/dt)(k) tcp(k+1) = cp(k) + (dcp/dt)(k) tcunoscndu-seconcentraiileiniialealesubstratului, celulelor i al produsului: cs0=150g/l; cx0 = 0.3 g/l; cp0 = 0 g/l i pasul de integrare t = 0.1 h.tiind c:dcsdtvrs

dcxdtvrx

dcpdtvrpse poate determina concentraiile substratului, celulelor i a produsului la pasul unul de integrare.Din calcule reiese c:cs(1) = 149.902 kg/m3cx(1) = 0.308 kg/m3cp(1) = 0.038 kg/m3Descrierea metodei Runge Kuta pe scurt:xn+1 = xn + hyn+1 = yn + (1/6)(k1 + 2k2 + 2k3 + k4)unde:k1 = h f(xn, yn)k2 = h f(xn + h/2, yn + k1/2)k3 = h f(xn + h/2, yn + k2/2)33k4 = h f(xn + h, yn + k3)Pentru integrare s-a ales modelul Groot, deoarece conversia de 0.8 este atinsa n cel mai scurt timp cu acest model.n cele ceurmeaz mai jos esteprezentat programul de rezolvare al modelului cinetic folosind programul de calcul Mathcad.a1500.30

_

,:D t a , ( )Vrs a0a1, a2,( )Vrxa0a1, a2,( )Vrp a0a1, a2,( )

_

,:z Rkadapt a 0 , 16.4 , 100 , D , ( ) :unde: a este matricea valorilor de start;16.4 este valoare timpului de reacie necesar atingerii conversiei de 0.8 n reactor,D matricea variabilelor ce trebuie s fie determinate,0 i 100 reprezint numrul de valoripe care vrem sa le afieze.Mai josseregasescprimelei ultimele20valori aletimpului (coloana0), aleconcentraiei substratului (coloana 1), ale celuleor (coloana 2) i ale produsul (coloana 3).34z0 1 2 3012345678910111213141516171819200 150 0. 3 00. 164 149. 836 0. 313 0. 0620. 328 149. 665 0. 326 0. 1260. 492 149. 488 0. 339 0. 1930. 656 149. 303 0. 353 0. 2620. 82 149. 11 0. 368 0. 3350. 984 148. 91 0. 383 0. 411. 148 148. 702 0. 399 0. 4891. 312 148. 485 0. 416 0. 571. 476 148. 259 0. 433 0. 6551. 64 148. 024 0. 451 0. 7441. 804 147. 779 0. 47 0. 8361. 968 147. 525 0. 489 0. 9322. 132 147. 26 0. 51 1. 0312. 296 146. 985 0. 531 1. 1352. 46 146. 698 0. 552 1. 2422. 624 146. 401 0. 575 1. 3552. 788 146. 091 0. 599 1. 4712. 952 145. 769 0. 623 1. 5923. 116 145. 434 0. 649 1. 7183. 28 145. 086 0. 675 1. 849z0 1 2 3808182838485868788899091929394959697989910013. 12 77. 757 5. 592 27. 18813. 284 75. 579 5. 742 28. 00713. 448 73. 37 5. 894 28. 83813. 612 71. 131 6. 047 29. 68113. 776 68. 862 6. 201 30. 53513. 94 66. 566 6. 356 31. 39914. 104 64. 243 6. 512 32. 27314. 268 61. 895 6. 669 33. 15714. 432 59. 525 6. 827 34. 04914. 596 57. 132 6. 985 34. 94914. 76 54. 72 7. 143 35. 85714. 924 52. 29 7. 301 36. 77215. 088 49. 844 7. 459 37. 69215. 252 47. 384 7. 617 38. 61815. 416 44. 911 7. 775 39. 54915. 58 42. 428 7. 931 40. 48315. 744 39. 936 8. 087 41. 42115. 908 37. 438 8. 242 42. 36116. 072 34. 936 8. 396 43. 30316. 236 32. 431 8. 548 44. 24516. 4 29. 926 8. 699 45. 188Variaia concentraiilor substratului (S), ale produsului (P) i ale celulelor (X) sunt reprezentate grafic n figura 6.1.Fig. 6.1 Variaia concentraiei de substrat, produs i celule n timp0 5 10 15 200501001501500SPX16.4 0 t35Tot din integrarea modelului cinetic ales se poate determina viteza de consumare a substratului (vrs), viteza de formare a celuleor (vrx) i viteza de formare a produsului (vrp). n figura 6.2 este reprezentat variaia n timp ale celor trei viteze.Fig. 6.2 Variaia vitezelor de consumare/formarea a componenilorcare intervin n reacia chimic0 5 10 15 200510152015.2760.075VrxiVrsiVrpi16.4 0 tiViteza de formare a celulelor prezint un maxim care este evitenia n figura 6.3. Variaia vitezei specifice de cretere a celulelor cu timpul este reprezentat n figura 6.4.Fig. 6.3Variaia vitezei de formare a celulelor n timpFig 6.4 Variaia vitezei specifice de cretere a celulelor cu timpul360 5 1 0 1 5 2 000 .510 .9 6 50 .0 7 5Vrxi1 6 .4 0 ti0 5 10 15 200.10.150.20.250.250.10516.4 0 t0 5 10 15 2000.51Vrxiti6.2 Calculul duratei pe o arjPentru determinarea volumului i numrului de reactoare este necesar s tim durata unei arje. Din integrarea modelului cinetic rezult timpul necesar reaciei, i anume: tr = 16.4 h.Timpul necesar unei arje se calculeaz cu formula urmtoare:t = tr + tauxunde tauxeste timpul auxiliar unei arje. Timp auxiliar este suma dintre timpul ncrcrii bioreactorului, timpul descrcrii bioreactorului i timpul curirii bioreactorului. Cunoscndu-se c timpii necesari ncrcrii, descrcrii i curirii reactorului sunt de 0.5 h pentru fiecare, timpul unei arje este egal cu:t = 16.4 + 0.5 + 0.5 + 0.5t = 17.9 h6.3 Determinarea volumului bioreactorului, geometria i amenajrile interioarePentrudeterminareageometriei reactorului estenecesarssecunoascvolumulbioreactorului. Pentru aceasta este necesar s se determine numrul de arje anuale (n) i producia care se obine pe fiecare arj (P).Numrul de arje se poate determina mprind numrul de ore anuale care lucreaz reactorul la duratauneiarje. Cunoscndu-secnumrul deoredefuncionareanual abiorecatorului este 8000 h/an, se obine:n = 447 arje/an37Producia care se realizeaz o arj se calculeaz cu formula:P = P/nP = 44743 kg/arjAstfel volumul de reacie se poate determina cu formula final p,cPVr , obinndu-se un volum de reacie de Vr = 990,143 m3.Volumul total al bioreactoarului este mai mare dect volumul de reacie deoarece coeficientul de umplere este = 0.7, astfel se obine un volum total de V = 1414,49 m3.Deoarece din pucnt de vedere tehnic nu se poate realiza un bioareactor cu un volum att de mare, soluia constructiv este s se foloseasc mai multe reactoare de 100 m3.Astfel numrul de bioreactoare necesare pentruatingerea produciei impuse este de 15bioreactoare,fiecare avnd capacitatea de 100cm.6.4 Verificarea regimului termicDeoarecereaciadefermentareesteoreacieexotermestenecesar camasadereaciesfie meninut la o temperatur constant, creterea temperaturii masei de reacie ar putea conduce la lezarea celuleor care produc fermentaia i astfel nu se mai atinge conversia dorit.Bilantul termic pe bioreactor este:(-rH) vrx V = Dma cp (te ti)unde: vrx este viteza de formare a biomasei,V volumul recatorului,Dma debitul de agent termic necesar prelurii caldurii formate n timpul reaciei,cp cldura specific a agentului termic,te temperatura de ieire a agentului termic,ti temperatura de intrare a agentului termic.Viteza de formare a biomasei este o funcie care variaz n timp, ea atinge un maxim, atunci cnd celule au ajuns n starea exponenial de cretere, iar apoi ncepe s scad. Deoarece debitul de agent termic este dependent de viteza de formare a celulelor rezult c i el are o variaiei n timp asemntoare vitezei de formare a celulelor.38Mai jos sunt prezentate primele i ultimele valori ale debitului de agent termic necesar pentru ca bioreactorul s funcioneze izoterm.Variaia n timp a debitului de agent termic este redat n figura 6.5.Fig. 6.5 Variaia debitului de agent termic n timp0 5 10 15 20050100150120.2099.345Dmai16.4 0 tiDmai114.641115.711116.679117.539118.288118.92119.431119.819120.079120.209120.206120.067119.792119.378118.826118.134117.304116.335115.229113.988 Dmai9.3459.72810.12610.5410.9711.41711.88112.36212.86313.38213.92114.4815.06115.66216.28716.93417.60518.319.02119.767397. Predimensionarea mecanic a bioreactoruluiSchi constructiv a bioreactorului este prezentat n figura 7.1.Figura 7.1 Bioreactor de fermentatien care: h = nalimea prii cilindrice a capacului; Hcs = nlimea prii sferice a capacului;Hc = nlimea total a capacului;H=nlimeaprii cilindriceabioreactorului; Hm = nlimea mantalei;D = diametrul interior al bioreactorului.Se definete un coeficient de zveltee, S = H/D. Alegem S = 2Vreactor= 2 . Vcapac + VcilindruVcilindru = 2D D 24D H4D 3 2 2 Vcapac =) H (h4D cs2+ Conform STAS 7949-98 se adopt h = 50 mm, iar Hcs = 0.25 DVcapac = 16D )4D(h4D 3 2 + Dincauzachestefoartemicnraport cudiametrul bioreactorului, acestasepoateneglija, rezultnd relaia:Vreactor = 2D 16D 23 3+n urma calculelor rezult un diametru D = 3.70 m. Din STAS 8815 / 3 -79se alege diametrul standard pentru bioreactorul de D = 3.8 m.nlimea bioreactorului este H = 2D, obinndu-se H = 7.8 m.Capacele bioreactorului se aleg din STAS 8815 / 3 -79 avnd diametrul D = 3.8 m, nlimea prii cilindrice, Hcs se calculeaz:Hcs = 0.25D = 0.95 mh = 50 mm = 0.05 m.Astfel nlimea capacului este: HC = Hcs + h, i se obine HC = 1 m.Se alege un amestector turbina disc. Domeniile lui de utilizare sunt: reacii chimice, transfer de caldur, dizolvare, omogenizare, suspensii usoare. Normativul IPROCHIM recomand utilizarea amestectorului din Figura 7.2:40Figura 7.2 Schia unui amestecator tip turbin discEste recomandat pentru operaii n cursul crora are loc variaia vscozitii mediului de reacie. Viteza periferic este de 8.4 m/s, iar gama de turaii la care poate lucra este cuprins ntre 100 - 1500 rot / min. Vscozitatea dinamic a fluidului nu trebuie sa depeasc 20 Pa.s.Amestecatorul se poate folosi n vase cu turbine sau far. n absenta turbinelor, direcia de curgere a fluidului este preponderent circumferenial, cu componenta vertical.Dimensiunile amestectorului ales pentru acest bioreactor sunt: 22d 5 . 0Dd1.9 m 22h 1 . 0Dh0.38m 323h 0.2dh0.38 m 0.25db23b3=0.475 munde: D = diametrul nominal al recipientului;d2 = diametrul anvergurii;h2 = distana de la agitator la fundul vasului;b3 = limea paletei;h3 = nlimea paletei.Alte dimensiuni necesare construirii ametectorului sunt: grosimea paletei, s = 8 mm, diametrul arborelui, d = 100 mm.Calculul nlimii mantalei se poate face cu urmtoarea formul: Hm = 0.7 . Htotal, unde Htotal = H + 2 .HC = 9.8 m, obinndu-se Hm = 0.7 . 9.8 = 6.9 m.Bioreactorul esteprevzut cuicanepentruampiedicaaderareamasei dereacielapereten timpul amestecrii totodatevitndu-sei necareaamestectorului. icanelesemonteazlao 41distanfadeperetelebioreactorului b2=0.02.D,deci laodistanegalcub2=0.076m. Grosimea icanei este b1 = 0.08.D, de unde rezult b1 = 0.304 m.Bioreactorul este prevzut cu urmtoarele racorduri:-racord de alimentare plmad zaharificat (R1),- racord evacuare plmad fermentat (R2),-racord evacuare dioxid de carbon (R3),-racord alimentare bioreactor cu drojdie pentru fermentaie (R4),-racord intrare agent termic (R5),-racord evacuare agent termic (R6).Diametrul racordului pentru alimentarea plmezii zaharificate, dR1, se calculeaz cu relaia:w D 4dR1unde: D este debitul volumetric de plmad zaharificat, iar w este viteza cu care este alimentat plmada zaharificat.Viteza cu care se alimenteaz plmada zaharificat este cuprins ntre0.1 1 m/s. Convenional se alege w = 0.8 m/s pentru debite lichide.Debitul care este alimentat se poate calcula cu relaia: 3600 t nt PlDnc anual zah ,n care: Plzah cantiatea de plmad zaharificat alimentat, kg/h;tanual timpul anual de funcionare, h/an;n numrul de arje anuale, arje/an;tnc timpul necesar ncrcrii bioreactorului; densitatea plmezii zaharifiacte, kg/m3. Densitatea plmezii zaharificate se consider = 1000 kg/m3.Astfelseobinecdiametrul racorduluide alimenatre pentru plmada zaharificateste:dR1= m. Se standardizeaz acest diametru, rezultnd n cele din urm diametrul final al racordului R1, dR1 = 0.6 m.Diametrul racordului pentru evacuare plmad fermentat, dR2, se calculeaz cu relaia:w D 4dR2unde: Deste debitul volumetric de plmad fermentat, kg/h i se calculeaz cu relaia: 3600 t nt PlDevac anual ferm , n care Plzah cantiatea de plmad fermentat evacuat, kg/h; tanual timpul anual de funcionare, h/an; n numrul de arje anuale, arje/an; tevac timpul necesar evacurii 42bioreactorului; densitatea plmezii fermentate, kg/m3. densitatea plmezii zaharificate se consider = 1000 kg/m3. Se obine c diametrul racordului de evacuare plmad fermentat este dR2 = 0.585 m. Comparnd valoarea obinut cu cea din standard rezult c valoarea final pentru diametrul dR2 = 0.6 m.Diametrul racordului de evacuare dioxid de carbon, dR3, se calculeaz astfel:w D 4dR3ncare: Destedebitulvolumetricde CO2evacuat,iar w este viteza cu care este evacuatCO2. Viteza cu care se elimin CO2se alege convenional se alege w = 10 m/s pentru debite gazoase. Debitul care este eliminat CO2 se poate calcula cu relaia: r CO2anual CO2t n 3600 Mt V DD , n care DCO2 cantiatea CO2 degajat, kg/h; tanual timpul anual de funcionare, h/an; n numrul de arje anuale, arje/an; trtimpul dereacie; MCO2masamolecularaCO2, kg/mol, Vvolumul molar, m3/mol.Din calcule de mai sus rezult c diametrul racordului de evacuare CO2este dR3= 0.253 m. Din STAS 8815 / 3 -79 se alege diametrul standardizat al racordului R3, i anume dR3 = 0.3 m.Diametreleracordurilordeintrare, respectivieireagent termicsuntegaleisepotcalculacu relaia:w D 4dR5,6unde: D este debitul volumetric de agent termic intrat/ieit, kg/h.Deoarece debitul de agent termic este variabil n timp, pentru calcularea diametrului racordului se alege debitul maxim de agent termic necasar funcionrii izoterme a bioreactorului. Debitul maxim se detrmin din integrare i este Dma, maxim = 4481 kg/h. Atfel se obine pentru racordul de intrare, respectiv iesire agent termic un diametrul dR5,6= 0.058 m. Aceast valoare trebuie standardizat. Astfel, din STAS 8815 / 3 -79se obine 0.06 mDiametrul racordului de alimentare a drojdiei necesare producerii fermentaiei biomasei de reacie, dR4, se poate calcula astfel:w D 4dR4n care: Deste debitul volumetric de plmad fermentat, kg/hi se calculeaz cu relaia 3600 t nt DDnc anual , ncareDrcantiatea de drojdie alimentat,kg/h; tanual timpul anualde funcionare, h/an; n numrul de arje anuale, arje/an; tnc timpul necesar ncrcrii 43bioreactorului; densitatea drojdiei, kg/m3. Densitatea drojdiei se consider = 1000 kg/m3. Din calcule rezult c diametrul racordului de alimentare a drojdiei n bioreactor este dR4=0.239 m. Din STAS 8815 / 3 -79 se alege diametrul racordului de alimentare al drojdiei n bioreactor, dR4 = 0.3 m.8. Consideraii asupra conducerii i controlului bioreactoruluiFenomenelor biochimice care se desfoar n cadrul proceselor de fermentaie, impune o aparatur de masur i control complex i cu vitez de execuie sporit.Reglarea presiunii - Meninerea unei presiuni constante n bioreactor reprezint una din condiiile principale pentru prevenirea infectrii culturii.Se utilizeaz SRA-P format din: PC - regulator de presiune;PE-traductor de presiune; P0- valoarea de referin a presiunii.Reglarea temperaturii- Reacia biochimic este puternic influenat de temperatur, variaiile de temperatur influennd negativ metabolismul celulelor de drojdie fie prin scderea produciei, fie prin inhibarea sistemului enzimatic.Sistemul de reglare automat a temperaturii esteSRA-T format din:TC - regulator de temperatur;TE-traductor de temperatur; T0- valoarea de referin a temperaturii.Reglarea pH-ului- este unparametru ce joac unrol important n desfurarea procesului biochimic; meninerea valorii pH-ului mediului n domeniul optim favorizeaz producia. Reglarea pH-ului sefaceutilizndunSRA-pHformat dinurmtoarelecomponente:pHEtraductor de presiune; pHC - regulator de pH; pH0- valoarea de referin a pH-ului.Reglarea spumrii -Procesele fermentative sunt nsoite de o spumare abundent, fenomen ce poate determina o scdere a randamentului. Din acest motiv este indicat adaugarea de ageni antispumani n momentul n care nivelul spumei depete nivelul admisibil.449.Schia bioreactorului4510. Bibliografie461.Perry, R.H.,Green, D.W., Perrys Chemical Engineers Handbook,McGraw-Hill, 1999;2. Encyclopedia of Physical Science and Technology, Third Edition, Chemical Engineering;3.Vogel, H.C.,Todaro, C.L.,Fermentation and Biochemical Engineering Handbook, Second Edition,Noyes Publications, 1997;4.Taca, C.D.,Calculul Mecanic al Utilajului Chimic,Matrixrom, Bucuresti, 2002;5.Floarea, O.,Jinescu, G.,Vasilescu, P.,Dima,R.,Operaii si Utilaje n Industria Chimic probleme pentru subingineri,Editura Didactic i Pedagogic, Bucureti;6.Mihail, R.,Muntean, O.,Bozga, G.,Nagy, I.,Juncu, G.,Lavric, V.,Teodorescu, C., Straja, S., Maria, G., ndrumarproiect deanla: Reactoarechimice; Ingineria reaciilor chimice i utilaje specifice; pentru uzul studenilor, I.P.B., Bucureti;7.Bratu, E., Operaii unitare n ingineria chimic, vol 1-3, Editura Tehnic, Bucureti, 1984;8.Muntean, O.,Reactoare Biochimice,Bucureti, 2002;9.Nauman, E.B.,Chemical Reactor Design, Optimization, and Scaleup, McGraw-Hill, 2002;10.Flickinger, C.M., Drew, S.W., Encyclopedia of Bioprocess Technology: Fermentation, Biocatalysis and Bioseparation,John Wiley & Sons, Inc.,1999;11. Banu, C.,Manualul inginerului de chimie alimentar,vol. II, Editura Tehnica, 2002;47