1

Rekayasa Bioproses(Kode MKA: 114151462)(Kode MKA: 114151462)

Pertemuan Ke-6Dasar Perancangan

Bioreaktor

Teknik Lingkungan- UPN[V]Yk 1

BioreaktorDosen: Ir. Sri Sumarsih, MP.

E-mail: Sumarsih_03@yahoo.comWeblog: Sumarsih07.wordpress.com

DeskripsiDasar perancangan bioreaktor:

Strategi perancangan bioreaktor Perpindahan momentum dan massaAliran dalam kolom dan pipaAgitasi dalam bioreaktor

Teknik Lingkungan- UPN[V]Yk 2

Tujuan Instruksional Khusus (TIK)

M b t d bi k l Membuat dasar rancangan bioproses skala laboratorium

Teknik Lingkungan- UPN[V]Yk 3

Strategi Perancangan Bioreaktor:

Kinerja bioreaktor ditentukan:

ISI MATERI

• Kinetika reaksi biokimiawi

•Fenomena perpindahan massa

Analisis kinerja bioreaktor:

• Pengaruh ukuran atau skala bioreaktor terhadappola pencampuran, pengaliran, perpindahan massapola pencampuran, pengaliran, perpindahan massadan panas

• Pengaruh laju alir massa yang berbeda danperpindahan yang berinteraksi dengan kinetikabiokatalisis

2

DESKRIPSI BIOREAKTOR

Skala waktu nisbi

Skala panjang nisbi

Kunci analisis bioreaktor:

• Identifikasi skala waktu dan panjang: dapatdianalisis dalam skala lebih kecil atau lebih besardaripada ciri proses itu sendiri, pembandingan skalap p , p gdigunakan secara berulang

• Metode untuk menciri suatu proses reaksi danperpindahan

• Kemampuan menyelesaikan suatu model matematikberdasar deskripsi suatu bioreaktor

Fenomena perpindahan penenturancang bangun bioreaktor

• Kinetika bioproses tergantungpengubahan yang dilakukan olehenzim/sel makhluk hidup

• Waktu reaksi atau volume bioreaktortergantung pada laju reaksi

• Laju reaksi dan volume sertarancangan dasar bioreaktor ditentukanoleh perpindahan momentum dan massa

SPEKTRUM SKALA WAKTU SPEKTRUM SKALA PANJANG

3

Perpindahan momentum

• Adanya perubahan viskositas media selama bioproses

• Adanya perubahan konsentrasi media selama bioproses

• Adanya pertumbuhan makhluk hidup

Media Viskositas pada 20oCAirSakarosa 40%Minyak kedelaiGliserolTetes tebu

16

6215006500

Sifat Reologi Media Fermentasi

Faktor yang mempengaruhiReologi Media Perpindahan massa

•Sebagian besar bioproses terjadi dalam fasa cair, migrasi molekul dalam cairan relatif lamban

•Perpindahan massa penting apabila bioprosesmelibatkan beberapa fasa (cair-gas-padat), danapabila suatu molekul melewati membranalami/sintetik

Perpindahan massa pada antar muka:

•Terjadi pada sistem heterogen terdiri atas beberapa fasa(padatan, cairan, gas atau dua cairan tidak salingmelarut)

•Perpindahan terjadi dari fasa pertama menuju antarmuka, kemudian dari antar muka menuju fasa kedua

4

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 tidaktercampur dengan gelembung ke dalam daerah cairan yang tercampur baik

•Perpindahan zat terlarut melalui daerah cairan ke daerahcairan kedua yang tidak tercampur di sekeliling sel

•Perpindahan melalui daerah cairan kedua yang tidaktercampur yang berhubungan dengan sel makhluk hidup

•Perpindahan secara difusi ke dalam flok selular, ataupartikel tanah, dan perpindahan melewati dinding sel menujusisi reaktif intraseluler

Perpindahan Oksigen dari gelembungudara ke bagian dalam sel

Perpindahan Oksigen:

•Perpindahan dari gas ke antar mukagas-cairan

•Pelewatan daerah antar muka(interface)

•Perpindahan dari antar muka gas-cairan ke dalam fasa cairan

Perpindahan massa antar fasa

5

Agitasi dalam bioreaktor

Jenis agitator: impeler/turbin pisau pipih, pedal, heliks/baling-baling (propeler)

FERMENTOR DENGAN IMPELER GANDA

TENAGA AGITASI:•Tidakb i liberaerasi, zalirNewton/non-Newton

•Beraerasi, zalirNewton/non-Newton

RangkumanDasar perancangan bioreaktor:i j bi k di k ki ik k iKinerja bioreaktor ditentukan:kinetika reaksi

biokimiawi dan fenomena perpindahan massaFenomena perpindahan penentu rancang bangunbioreaktor:

• Kinetika bioproses tergantung pengubahan yang dilakukanoleh enzim/sel makhluk hidup

• Waktu reaksi atau volume bioreaktor tergantung pada laju

Teknik Lingkungan- UPN[V]Yk 19

g g p jreaksi

• Laju reaksi dan volume serta rancangan dasar bioreaktorditentukan oleh perpindahan momentum dan perpindahanmassa

Tugas Kelompoksebagai latihan

Tugas ke 5:

Membuat rancangan dasar bioproses skala laboratoriumberdasarkan tugas 1 4berdasarkan tugas 1-4

6

ReferensiWajib

Sri Sumarsih, 2007. Materi kuliah Rekayasa Bioproses. on , y pline 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