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Keywords:

  • biocatalyst;
  • immobilization;
  • effectiveness factor;
  • product inhibition

Abstract

A reaction engineering model is presented for the bioproduction of chemicals associated with the growth of immobilized biomass in or around carriers. The model describes multiple-substrate diffusion limitations and first-order growth inhibition by one of the products.

Analytical solutions are presented for intra-biofilm substrate and product concentrations, active biofilm thickness, biocatalyst effectiveness factor and degree of catalyst utilization. Simple criteria for optimal catalyst design are derived. Where applicable, the presented explicit analytical solutions for the biocatalyst effectiveness factor are much more convenient to incorporate into a macro-reactor model than the numerical alternatives.

On présent un modèle d'ingénierie de la réaction pour la bioproduction de composés chimiques associés à la croissance de biomasse immobilisée dans des transporteurs ou autour de ces transporteurs. Le modèle décrit les limitations de diffusion multiples-substrat et l'inhibition de croissance de premier ordre par l'un des produits.

Les solutions analytiques sont présentées pour le substrat intra-biofilm et les concentrations en produits, l'épaisseur du biofilm actif, le facteur d'efficacité du biocatalyseur et le degré d'utilisation du catalyseur. Des critéres simples sont établis pour la conception optimale du catalyseur. Lorsqu'elles sont applicables, les solutions analytiques explicites présentées pour le facteur d'efficacité du biocatalyseur sont beaucoup plus pratiques à incorporer dans un modèle de macro-réacteur que les solutions numériques.