TEKNIK REAKSI KIMIA III SISTEM REAKSI BIOKIMIA. Oleh : Prof. Dr. Ir. SRI REDJEKI MT JURUSAN TEKNIK KIMIA FTI UPN Veteran JAWA TIMUR

Transkripsi

1 TEKNIK EKSI KII III SISTE EKSI BIOKII Oleh : Prof. Dr. Ir. SI EDJEKI T JUUSN TEKNIK KII FTI UPN Veteran JW TIU

2 Sistem easi Bioimia Terdiri dari : I. Fermentasi Enzym II. Fermentasi iroorganisme III. Fermentasi iroorganisme dengan Substrat membatas. IV. Fermentasi iroorganisme dengan Produ membatasi

3 FEENTSI n Fermentasi terbagi atas dua bagian yaitu ; n - yang dipromotori oleh substrat (sebagai bahan utama) dan sebagai atalis : miroorganisme (yeast, bateri, jamur dan protozoa) n - yang dipromotori oleh substrat (sebagai bahan utama) dan atalis enzym (sebagai produ dari miroorganisme).

4 1. Fermentasi enzym : Enzym, E Bahan Organi Produ Kimia (1) sebagai atalis

5 Kinetia ichaelis- enten - r = r = E0 + (3) dengan : r = laju reasi pengurangan substrat r = laju reasi pembentuan produ = onstanta reasi E0 = onsentrasi enzym total = onsentrasi substrat = onstanta ichaelis-enten

6 eanisme ichaelis enten 1 + E X (4) 2 dengan ; 3 X + E (5) E0 = enzym total E = enzym bebas (tida iut bereasi) X = enzym yang bereasi (yang menyerang subtrat/reatan)

7 Sifat-sifat husus Kinetia E X E + P 2

8 Fermentor Batch atau Plug flow o ln o / = E0 t ln 0 / o o ln o - / slope = 3 intersept - E0 t ln 0 / Gambar 6. Kurva o ln o - / vs E0 t ln 0 /, untu fermentor batch

9 slope = 3 Fermentor ixed flow τ = o - - r = ( - )( + o 3 E0 ) = ( E0 ( o τ) ) o o ( E0 ( o τ) ) - Gambar 7. urva vs ( E0 ( o τ), untu fermentor mixed flow )

10 HBTN OLEH SENYW SING -OPETITIVE DN NONOPETITIVE B B

11 -EKNISE DN B OPETITIV B X + E (26) 2 4 B + E Y (27) 5

12 KINETIK DI HBTN YNG BESIFT OPETITIV 1 Bo r = = + + N Bo 3 Bo (1 + N Bo ) Dimana : =, 1 mol 3 m (28) 4 N =, 5 m 3 mol

13 eanisme reasi yang bersifat non ompetitiv B X + E (29) 2 4 B + E Y (30) 5 6 B + X Z (31) 7 atatan : Bahwa B menyerang enzyme dengan mengabaian apaah menyerang atau tida.

14 KINETIK DI HBTN YNG BESIFT NONOPETITIV 3 Eo r = + +N B0 +L B0 2 + = 1 4 dengan ; N = =. E0. L = ( 1+ L B 0 ) 7 1+ NB0 ( ) + 1+ L B0 3 (32)

15 Gambar 9. Pengaruh dari hambatan pada batch atau plug flow Perhitungan antara hambatan Kompetitiv dan Non Kompetitiv secara percobaan ; tinggi 0 Kompetitiv NonKompetitiv B0 =0 rendah Bo tinggi B0 =0 rendah B0 o ln o - / slope= L B0 slope= E0 + t ln0 / - -

16 tinggi 0 Kompetitiv NonKompetitiv B0 =0 rendah Bo tinggi B0 =0 rendah B0 slope= L B0 slope= E0 + t ln0 / - - Gambar 10. Pengaruh dari hambatan pada mixed flow

17 FEENTSI IKOB + (33) Dalam eadaan tertentu, ehadiran dapat menjadi penghambat arena bersifat racun.

18 Persamaan onod r = + (34) r = laju pertumbuhan = onsentrasi dimana sel memprodusi ½ max ratenya

19 Fermentor Batch onstan mulai mati Esponensial daptasi Watu

20 Distribusi produ dan frasional hasil (yield) Untu pers stoiometri ; c c + r notasi singat untu beberapa frasi ; d( terbentu) / = φ(/) = d( terpaai) d( terbentu) / = φ(/) = d( terpaai) (35) d( terbentu) / = φ(/) = d( terpaai)

21 Kemudian ada beberapa hubungan lagi ; / = /. / (36) / = 1/ / dan r = (-r ) / r = (-r ) / (37) r = r / Dibuat asumsi bahwa semua nilai φ eadaan onstan. Sehingga untu setiap perubahan ; c - co = / ( 0 ) atau = 0 + / ( 0 - ) 0 = / ( 0 ) atau = 0 + / ( 0 - ) (38) 0 = / ( 0 ) atau = 0 + / ( - 0 )

22 Bentu inetia yang Umum ; r c = -r / = r r / = obs + dimana ; obs = (1 - ) n (42) Pada umumnya, reasi dan banyanya sel aan berjalan pelan juga, dengan berurangnya atau bertambahnya

23 Substrat-sebagai pembatas Fermentasi iroba r = / (-r ) = +, dimana - o = / ( o - ) (43)

24 Fermentor Batch atau Plug Flow n -Pada mula2, o tinggi, o rendah, dan pada ahirnya 0 maa c tinggi. n penting untu mengetahui nilai,rate max, untu melanjutan e proses ontinyu menggunaan mixed flow Dengan mengambil dr /dt = 0, maa rate max terjadi pada ;, rate max = 2 + ( 0 + / 0 ) -

25 dengan ; - 0 = / ( o ) Watu operasi untu fermentor batch t b = τ p = c c c c d 1 = + r d c c0 c c0 0 - / ( - o ) = c c o d / + r = 1/ c o c / + + d o + / ( o - ) Integrasi pers diatas mendapatan ; t b = τ p = ( (45) / 0 +1) ln [ / + 0 ] ln /

26 mencari harga onstanta monod untu Fermentor Batch atau Plug flow t b ln( / 0 ) + + = 0 / etode (a). embali e pers.45 + ln( ln( 0 / / 0 ) ), dengan = pers.46 slope = / t b ln( / 0 ) intersept = + 1 ln( o / ) 0 ln( / o ) Gambar 14. Kurva t b ln( / 0 ) vs ln( ln( 0 / / 0 ) )

27 etode (b). pertama dapatan r dgn menggunaan d /dt, emudian gunaan pers onod r = (47) emudian plot pada gambar dibawah ini ; r pers.47 slope = / intersept = 1-1/ 0 1/ Gambar 15. Kurva r vs 1/

28 FEENTO IXED FLOW n Tida ada sel pada umpan, o = 0 o o =0 o =0

29 untu istilah engambil ri dari pers. 43 hingga pers.48, aan memberian ; τ m = + atau = τ m 1, untu τ m > Untu istilah τ m = / ( / ) atau = / ( 0 - τ m ), untu τ m > (49) Untu istilah τ m = / ( / ) atau = / ( 0 - τ + ) untu, τ m >1 + + _ mungin tida ada penyelesaian jia, τ m <1 + 0

30 Kinetia fermentor mixed flow 1 = τm - (50) 1/ pers.50 slope / 1/ o tt pembersihan 0 1/ τ washout τ m Gambar 16. Kurva 1/ vs τ m

31 Jadi operasi optimum untu suatu fermentor mixed flow terjadi bila ; 0 = 1 N + 1 ;, opt, max mungin = N N +1 ; τ opt = N (52) N 1 dan washout terjadi pada ; τ washout = 2 N, 2 N 1 Untu umpan mengandung, 0 0, maa untu fermentor ixed flow ; τ m = ( 0 /. 0 ) + ( + ( + 0 ) ) (53)

32 PODUK-EBTSI FEENTSI IKOB r = / r = (1 - ) * n + (54) Pada persoalan husus dengan maanan yg cuup, atau >> dan n = 1, r = / r = / (1 - ) = (1 - ) ( / 0 (56) * ate max diperoleh bila dr /d = 0, penyelesaiannya memberian ; *, rate max = ½ ( 0 + * / 0 )

33 Fermentor Batch atau Plug flow n=1 t b = τ p = 0 d r = 0 d ( 1 )( 0 + / 0 ) * atau dalam istilah produ ; 0 + / ( - 0 ) τ p = τ b = * 0 + / 0 ln 0 ( ( * 0 * ) )

34 Pers diatas dalam bentu grafinya sbb ; luas = τ p * 0 = 8 1/r watu = 2 = 0 + ε rate masimum t b atau τ p

35 FEENTO IXED FLOW UNTUK n = 1 Untu ;-masalah dengan time lag diabaian ut umpan sel masu e lingungan baru dan ut 0 tinggi ; τ m = 0 = 0 (59) r / 0 * untu persoalan husus dimana 0 = 0, 0 = 0, pers.9 menjadi τ m = * * - = 1 untu τ m > 1 (60) 1 *

36 untu evaluasi onstanta ineti dari mixed flow = * - 1 (61) τ m * Slope = - * Pers. 11 washout τ m

37 Fermentasi dgn n 1 acun membatasi inetia - r = (1 - ) n * τ m = 0 ( / 0 ) ( 1 /* ) n *, opt = * n + 1 slope masimum pers.14 ondisi tingat produsi masimum; v opt = V n n + 1 F, max = ( v) opt = V * n n (n + 1) n + 1 r, max = τ m, opt n 1 n + 1 n n τ m Gambar 25. Perilau mixed flow reactor dari inetia-inetia terpengaruh poison dari pers.62

38 τ m = - log + n log ( * * ) log τ m slope = n 0 log * * log 1/ Gambar 26. didapatan order produ poisining dan