29165 - PROCESSI DI SEPARAZIONE A MEMBRANA E BIOREATTORI M

Conoscenze e abilità da conseguire

Il corso intende fornire gli elementi fondamentali relativi ai processi ed alle metodologie di separazione a membrana con particolare riferimento alle applicazioni all'industria alimentare ed ai processi ambientali. Il corso vuole inoltre fornire le conoscenze di base per la realizzazione su scala industriale di processi biotecnologici relativamente ai bioreattori e alle tecniche di recupero dei prodotti. Illustrare le peculiarità dell'impiantistica biotecnologica rispetto ad altri settori dell'industria di processo.

Contenuti

Bioreattori:

.1. Richiami di Biochimica e Microbiologia. 2. Cinetica enzimatica, inibizione, effetto della temperatura e del pH, denaturazione. 3. Crescita microbica fase di latenza, crescita esponenziale ecc., rese di crescita, cinetica di Monod. 4. Chemostato, metabolismo endogeno, non perfetta miscelazione, crescita di organismi filamentosi, chemostato con riciclo di cellule, competizione in chemostato, cenno alle popolazioni miste. 5. Esempi di Processi industriali di fermentazione. 6. Tecnologie di fermentazione: preparazione dei terreni e bilanci di massa, sviluppo dell'inoculo, tipi di reattori usati (discontinui e continui, agitati, air lift ecc). 7. Miscelazione ed aerazione dei fermentatori: tipi di agitatori, potenza dissipata, trasporto di materia gas-liquido (kLa e sua misura), criteri di scale-up, reologia dei mosti di fermentazione. 8. Sterilizzazione dei terreni di coltura: cinetica di disattivazione di cellule e spore, sterilizzazione in discontinuo e in continuo, pastorizzazione, sterilizzazione dell'aria, clearing in place.

 

Membrane:

1. Processi di separazione: rilevanza nella biotecnologia, nell'industria chimica e nel trattamento degli effluenti. 2. Processi di separazione a membrana: classificazione in base alla forza spingente, descrizione sommaria e impiego dei vari processi (micro- ultra- e nano-filtrazione, osmosi inversa, separazione miscele gassose, dialisi, trasporto facilitato, elettrodialisi, pervaporazione, contattori a membrana).3. Membrane porose: punto di bolla e pressione di penetrazione. 4. Pressione osmotica, attività dell'acqua, legge di Van't Hoff. 5. Preparazione delle membrane: Membrane asimmetriche (inversione di fase), membrane composite, membrane porose. 6. Moduli: descrizione e impiego dei vari tipi di modulo (plate & frame, tubolari, capillari, fibre cave, a spirale). 7. Trasporto di materia attraverso la membrana, modello soluzione diffusione. Cenno ad altri modelli. 8. Polarizzazione della concentrazione nell'osmosi inversa: Modello del film. 9. Calcolo di un modulo di osmosi inversa, effetto delle condizioni operative sul recupero. 10 Nanofiltrazione. 11. Ultrafiltrazione: modello del gel, applicazioni, diafiltrazione. 12 Separazione di miscele gassose: generalità e applicazioni tipiche (recupero idrogeno, separazione CO2/metano, aria arricchita e azoto). 13. Pervaporazione e vapour permeation: principi ed applicazioni tipiche. 14. Contattori a membrana. 15. Processi emergenti

16. Reattori biologici a membrane.

Testi/Bibliografia

1. Appunti del docente
2. Michael L. Shuler M.L., Kargi F. Bioprocess Engineering: Basic Concepts. Second Edition Prentice Hall), 2002.
3. Blanch H.W., Clark D. S., Biochemical engineering, M. Dekker 1997.
4. Bailey J.E., Ollis D.F., Biochemical Engineering Fundamentals, McGraw-Hill, 1986
5. Cheryan M., Ultrafiltration and microfiltration handbook, Technomic, 1998
6. Rautenbach R., Albert R., Membrane processes, John Wiley 1989
7. Winston Ho W.S., Sirkar K.K., Membrane Handboob, Van Nostrand Reinhold, 1992

 

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

Esame orale

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Carlo Gostoli

Consulta il sito web di Serena Bandini