Rekayasa Bioproses (Kode MKA: 114151462) Pertemuan Ke-4 Dasar Perancangan Bioreaktor Dosen: Ir. Sri Sumarsih, MP. E-mail:
[email protected] Weblog: Sumarsih07.wordpress.com Teknik Lingkungan- UPN[V]Yk
1
Deskripsi Dasar perancangan bioreaktor: Strategi perancangan bioreaktor Perpindahan momentum dan massa Aliran dalam kolom dan pipa Agitasi dalam bioreaktor
Teknik Lingkungan- UPN[V]Yk
2
1
Tujuan Instruksional Khusus (TIK)
Membuat M b t dasar d rancangan bioproses bi skala k l laboratorium
Teknik Lingkungan- UPN[V]Yk
3
ISI MATERI
Strategi Perancangan Bioreaktor: Kinerja bioreaktor ditentukan: • Kinetika reaksi biokimiawi •Fenomena perpindahan massa
Analisis kinerja bioreaktor: • Pengaruh ukuran atau skala bioreaktor terhadap pola pencampuran, pengaliran, perpindahan massa dan panas • Pengaruh laju alir massa yang berbeda dan perpindahan yang berinteraksi dengan kinetika biokatalisis
2
DESKRIPSI BIOREAKTOR Skala waktu nisbi Skala panjang nisbi Kunci analisis bioreaktor: • Identifikasi skala waktu dan panjang: dapat dianalisis dalam skala lebih kecil atau lebih besar daripada p ciri p proses itu sendiri,, pembandingan p g skala digunakan secara berulang • Metode untuk menciri suatu proses reaksi dan perpindahan • Kemampuan menyelesaikan suatu model matematik berdasar deskripsi suatu bioreaktor
Fenomena perpindahan penentu rancang bangun bioreaktor
Kinetika bioproses tergantung pengubahan yang dilakukan oleh enzim/sel makhluk hidup •
• Waktu reaksi atau volume bioreaktor tergantung pada laju reaksi • Laju reaksi dan volume serta rancangan dasar bioreaktor ditentukan oleh perpindahan momentum dan massa
3
SPEKTRUM SKALA WAKTU
SPEKTRUM SKALA PANJANG
4
Perpindahan momentum •
Adanya perubahan viskositas media selama bioproses
•
Adanya perubahan konsentrasi media selama bioproses
•
Adanya pertumbuhan makhluk hidup
Media
Viskositas pada 20oC
Air Sakarosa 40% Minyak kedelai Gliserol Tetes tebu
1 6 62 1500 6500
Sifat Reologi Media Fermentasi
5
Faktor yang mempengaruhi Reologi Media
Perpindahan massa •Sebagian besar bioproses terjadi dalam fasa cair, migrasi molekul dalam cairan relatif lamban •Perpindahan massa penting apabila bioproses melibatkan beberapa fasa (cair-gas-padat), dan apabila suatu molekul melewati membran alami/sintetik
Perpindahan massa pada antar muka: •Terjadi pada sistem heterogen terdiri atas beberapa fasa (padatan, cairan, gas atau dua cairan tidak saling melarut) •Perpindahan terjadi dari fasa pertama menuju antar muka, kemudian dari antar muka menuju fasa kedua
6
Perpindahan antar fasa Perpindahan gas-cairan: •Difusi dari gas ke antar muka gas-cairan •Pergerakan melalui antar muka gas-cairan •Difusi zat terlarut melalui daerah cairan yang tidak tercampur dengan gelembung ke dalam daerah cairan yang tercampur baik •Perpindahan zat terlarut melalui daerah cairan ke daerah cairan kedua yang tidak tercampur di sekeliling sel •Perpindahan melalui daerah cairan kedua yang tidak tercampur yang berhubungan dengan sel makhluk hidup •Perpindahan secara difusi ke dalam flok selular, atau partikel tanah, dan perpindahan melewati dinding sel menuju sisi reaktif intraseluler
Perpindahan Oksigen dari gelembung udara ke bagian dalam sel
7
Perpindahan Oksigen: •Perpindahan dari gas ke antar muka gas-cairan •Pelewatan daerah antar muka (interface) •Perpindahan dari antar muka gascairan ke dalam fasa cairan
Perpindahan massa antar fasa
8
Agitasi dalam bioreaktor Jenis agitator: impeler/turbin pisau pipih, pedal, heliks/baling-baling (propeler)
FERMENTOR DENGAN IMPELER GANDA
TENAGA AGITASI: •Tidak beraerasi, zalir Newton/nonNewton •Beraerasi, zalir Newton/nonNewton
9
Rangkuman Dasar perancangan bioreaktor:
Kinerja i j bioreaktor bi k ditentukan:kinetika di k ki ik reaksi k i biokimiawi dan fenomena perpindahan massa Fenomena perpindahan penentu rancang bangun bioreaktor:
•
Kinetika bioproses tergantung pengubahan yang dilakukan oleh enzim/sel makhluk hidup
•
Waktu reaksi atau volume bioreaktor tergantung g gp pada laju j reaksi
•
Laju reaksi dan volume serta rancangan dasar bioreaktor ditentukan oleh perpindahan momentum dan perpindahan massa Teknik Lingkungan- UPN[V]Yk
19
Soal sebagai tugas ke 4 Pilih salah satu sistem bioreaktor yang telah dibuat, kemudian gambarkan rancangan dasar bioproses berdasarkan tugas 11-3 3 menggunakan bentuk geometri sederhana (simbol) dan diberi keterangan lengkap
10
Referensi
Wajib Sri Sumarsih,, 2007. Materi kuliah Rekayasa y Bioproses. p on line dalam Weblog: Sumarsih07.Wordpress.com (juga dapat diakses melalui www.google.com dengan kata kunci bioproses UPNVY).
Tambahan
Mangunwidjaya, D. dan Suryani, A. 1994. Teknologi Bioproses, Penebar Swadaya. Jakarta.
Teknik Lingkungan- UPN[V]Yk
21
11
