Rekayasa Bioproses. Pertemuan Ke-4 Dasar Perancangan Bioreaktor

Transkripsi

1 Rekayasa Bioproses (Kode MKA: ) Pertemuan Ke-4 Dasar Perancangan Bioreaktor Dosen: Ir. Sri Sumarsih, MP. 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

2 Tujuan Instruksional Khusus (TIK) Membuat dasar rancangan bioproses skala 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

3 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 ciri proses itu sendiri, pembandingan 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

4 SPEKTRUM SKALA WAKTU SPEKTRUM SKALA PANJANG 4

5 Perpindahan momentum Adanya perubahan viskositas media selama bioproses Adanya perubahan konsentrasi media selama bioproses Adanya pertumbuhan makhluk hidup Media Air Sakarosa 40% Minyak kedelai Gliserol Tetes tebu Viskositas pada 20 o C Sifat Reologi Media Fermentasi 5

6 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

7 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

8 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

9 Agitasi dalam bioreaktor Jenis agitator: impeler/turbin pisau pipih, pedal, heliks/baling-baling (propeler) FERMENTOR DENGAN IMPELER GANDA TENAGA AGITASI: Tidak beraerasi, zalir Newton/non- Newton Beraerasi, zalir Newton/non- Newton 9

10 Rangkuman Dasar perancangan bioreaktor: Kinerja bioreaktor ditentukan:kinetika ki ik reaksi 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 pada laju 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 1-3 menggunakan bentuk geometri sederhana (simbol) dan diberi keterangan lengkap 10

11 Referensi Wajib Sri Sumarsih, Materi kuliah Rekayasa Bioproses. on line dalam Weblog: Sumarsih07.Wordpress.com (juga dapat diakses melalui dengan kata kunci bioproses UPNVY). Tambahan Mangunwidjaya, D. dan Suryani, A Teknologi Bioproses, Penebar Swadaya. Jakarta. Teknik Lingkungan- UPN[V]Yk 21 11