CARRERA DE ESPECIALIZACION EN BIOTECNOLOGIA INDUSTRIAL

FCEyN-INTI

Materia de Especialización CEBI_E11Recuperación y Purificación de Macromoléculas

Docente a cargo: Fernando OLIVERDocente colaborador: Ariel FERNANDEZ MALDONADO

Aplicaciones centrifugación 17/06/14

Fundamentos de centrifugación:

Estas ecuaciones sirven para resolver problemas de escalado y operación

Usos

Clarificación (un líquido y un sólido)

Cosecha de células o restos de biomasa, o su eliminación de un caldo y recuperación de biomoléculas.

Separación (dos líquidos inmiscibles y eventualmente un sólido)

En general se utiliza en extracciones con reacción química /bioquímica (ej. enzimática) o sin reacción

Clarificación

Células

• Cosecha de células y eliminación de biomasa en Biofarma• Recuperación de levadura (cosecha)• Deshidratación de lodos en tratamiento de efluentes• ...

Biomoléculas

• Recuperación de proteína y polisacáridos en Biorefinerias• Concentración de proteína de soja• Recuperación de caseína y lactosa de leche• ...

Separación

Biomoléculas

• Extracción líquido-líquido

Sistemas agua-solventeSistemas de dos fases acuosas

• Recuperación y purificación de aceites vegetales y grasas animales (“extracción y refinación” en la jerga)

• Recuperación de crema de leche (“desnatado”)

• ….

Tipos de centrífugas de uso industrial

Separadoras de discos (“platos”)

De bowl cerrado (limpieza manual) De descarga pulsante de sólidos (autolimpiantes) De descarga continua de sólidos (toberas)

Decanters

Decanter de dos fases (sol-líq) y de tres fases (líq-líq-sol)

Otras Tubular De bowl perforado: de canasto , de filtro (tipos knife, pusher) ...

Centrífuga de discos

Video funcionamiento centrífuga de discos :

http://www.youtube.com/watch?v=dxTT_bP6IwI

Esquema:1 Entrada

2 Bomba centrípeta salida líquido

3 Distribuidor

4 Discos (“platos”)

5 Zona acumulación sólidos

6 Pistón

7 Cámara de cierre

8 Eje

9 Descarga sólidos

10 Salida líquido

(By WS)

Centrífuga de discos (cont.)

Características generales:

Alimentación continua

Tamaño partícula 0.5 – 500 micrones

Concentración sólidos (V/V) hasta 3% (manual), 10 % (autolimpiante) y 25% (toberas)

Características dependiendo del modelo (escala):

Factor centrifugación 5000 – 13000 G

Velocidad rotación 3000 – 9000 rpm

Capacidades de 100 – 100000 L/h

Decanter de dos fases

Video Decanter de dos fases:

http://www.youtube.com/watch?v=w1E452YD1zw

1 Entrada

2 Bowl giratorio

3 Zona separación

sólidos

4 Zona secado sólidos

5 Rosca de sólidos

6 Salida sólidos

7 Salida líquido

Esquema:(By WS)

Decanter de dos fases (cont.)

Características generales:

Alimentación continua Tamaño partícula 1.5 micrones – 3 mm Concentración sólidos de 2 - 60 % (V/V)

Características dependiendo del modelo (escala): Factor centrifugación 1500 – 4500 G

Velocidad rotación 2600 – 5500 rpm Capacidades de 100 – 50000 L/h Descarga de sólidos de 30 a 3000 kg/h (limitante)

Especificación de centrífugas

Tipo de problema (clarificación, separación)

Características de la mezcla a separar (temperatura, pH, tamaño

partícula, datos de “spin test”, otros tests, experiencias

anteriores con el proceso)

Propiedades físicas de las fases separadas (densidad,

viscosidad)

Valor relativo de las fases (ej. si es cosecha nos interesan las

células y no el sobrenadante)

Cantidad relativa de las fases (ej. % sólidos)

Especificación de centrífugas (cont)

Requerimientos de pureza de las fases, rendimiento del producto

de interés

Capacidad L/h y horas de trabajo/día (ej. si será proceso

continuo o batch, cambia el tamaño de la centrífuga para misma

capacidad diaria)

Procedimiento operativo, tipo de limpieza (CIP, SIP)

Material de construcción de preferencia

Requerimientos regulatorios

Requerimientos de seguridad operativa (ej. zonificación eEx)

Diagrama de flujo de obtención de“aislados” de proteína de soja

Esquema by AL

Base

Acido

Agua

Agua

Diagrama de bloques de obtención de glucosa para biorefinerías

Esuema by DBE Basado en US Patent Nbr: 8,293,504 (Basf)

Fosfolipasas en degomado enzimático para la purificación (“refinación”) de aceites vegetales

Diagrama de flujo de degomado enzimático en la purificación (“refinación”) de aceites vegetales

Centrifuga

Reactor1-2 hs

Bomba

Preparado enzimático

(fosfolipasa C)+

Agua

Aceite soja

crudo

Aceitesoja

degomado

Calentador aceite

55-60ºC

Calentador aceite70-80 ºC

Gomas

Mezclador

Base esquema DB-DSM

Fuentes

“Bioseparations. Downstream Processing for Biotechnology” Belter PA, Cussler EL y Hu WSJ, Wiley&Sons

“Downstream Processing in Biotechnology” Wesselingh J.A., Krijgsman J.

Technology of production of edible flours and protein products from soybeans, Chapter 6 Isolated Soybean Protein (ISP), FAO Corporate Document Repository, link: http://www.fao.org/docrep/t0532e/t0532e07.htm

“Method for the Production of an Aqueous Glucose Solution”, Boy et al., US Patent Nbr: 8,293,504 (Basf)

“Degumming revisited”, Albert J. Dijkstra, Inform, link: http://www.aocs.org/Membership/informArticleDetail.cfm?itemnumber=5040