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Réacteurs biochimiques

Réacteurs biochimiques. Été 2014. Les réacteurs biochimiques sont utilisés pour produire un grand nombre de produits: dans l’industrie pharmaceutiques, l’industrie alimentaire… Les modèles sont similaires aux modèles chimiques, ayant les mêmes types de bilans matière.

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Réacteurs biochimiques

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Presentation Transcript

  1. Réacteurs biochimiques Été 2014

  2. Les réacteursbiochimiques sont utilisés pour produire un grand nombre de produits: dans l’industrie pharmaceutiques, l’industrie alimentaire… • Les modèles sont similaires aux modèles chimiques, ayant les mêmes types de bilans matière.

  3. Réacteur biochimique de base • Le réacteur biochimique le plus simple prend en compte deux composantes: • La biomasse; • Le substrat. • La biomasse est généralement des cellules qui consomme le substrat.

  4. Exemples • Traitement des eaux usées: • La biomasse mange les déchets chimiques présents dans l’eau; • Fermentation: • Les cellules consomment le sucre pour produire de l’alcool.

  5. Paramètres de base • x1 : concentration de la biomasse (masse/volume); • x2 : concentration du substrat (masse/volume); • r1 : taux de reproduction de la biomasse (masse/(temps x volume)); • r2 : taux de consommation du substrat (masse/volume); • F : débit volumique (volume/temps);

  6. Bilan matière de la biomasse • Représenté par: Concentration de biomasse acheminée au réacteur biochimique

  7. Bilan matière du substrat • Représenté par: Concentration de substrat acheminé au réacteur biochimique

  8. Le taux de croissance • Représenté par: • m représente le coefficient spécifique de taux de croissance (en temps-1). • Ce n’est pas une constante; • Relation de type Monod; • Relation de type « inhibition du substrat ».

  9. Relation de Monod • Le coefficient spécifique du taux de croissance varie de façon hyperbolique. • Proposé par Monod en 1942.

  10. Relation « inhibition du substrat » • Cette relation prend en compte qu’une concentration élevée de substrat peut être toxique pour la biomasse.

  11. Comparaison des deux relations Coefficient spécifique du taux de croissance (h-1) Monod mmax = 0.53 h-1 km = 0.12 g/litre k1 = 0.4545 litre/g Inhibition du substrat Concentration du substrat (g/litre)

  12. Le rendement • Une relation existe entre le taux de reproduction de la biomasse et le taux de consommation du substrat: • Cette relation se nomme le rendement.

  13. Le rendement • Du rendement, on peut écrire: • Le rendement est donc en relation avec la concentration de biomasse x1.

  14. Modèle du réacteur à volume constant • En assumant que le volume est constant, on peut écrire: • Le rapport F/V est le taux de dilution « D ».

  15. Modèle du réacteur à volume constant • En utilisant le taux de dilution:

  16. Modèle du réacteur à volume constant • Si aucune biomasse n’est acheminée au réacteur:

  17. Points d’équilibres de ce procédé • Relation monod: • 2 points d’équilibre: • Le trivial: • Le non-trivial: Plus de biomasse !!!

  18. Points d’équilibres de ce procédé • Relation inhibition du substrat: • 3 points d’équilibre: • Le trivial: • Le 1er non-trivial: Plus de biomasse !!!

  19. Points d’équilibres de ce procédé • Relation inhibition du substrat: • 3 points d’équilibre: • Le 2e non-trivial:

  20. Démos sur MATLAB

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