Balanceo - Clostrodium Acetobutylicum

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Amaya, Y. y Arias, E. (2012) en su publicación sobre el planteamiento de un modelo 
estequiométrico para la ruta metabólica de la Clostyrodium Acetobutylicum reportaron la 
fomula molécular para la biomasa (Figura 1) y los rendimientos de los productos que se 
encuentran en la Tabla 1. 
 
Figura 1. Ecuación de la reacción simplificada para el metabólismo de Clostrodium 
Acetobutylicum. 
Tabla 1. Rendimientos de los metabolitos producidos por la Clostridium Acetobutylicum 
reportados por Amaya, Y. y Arias, E. (2012). 
Compuesto Fórmula 
PM 
[g/mol] 
Rendimiento 
[mol/mol glucosa] 
Ácido láctico C3H6O3 90,08 0 
Etanol C2H6O 46,07 0,084 
Butanol C4H10O 74,121 0,607 
Acetona C3H6O 58,08 0,139 
Ácido acético C2H4O2 60,052 0,058 
Ácido butírico C4H8O2 88,11 0,163 
Hidrógeno H2 2,01568 1 
Dióxido de carbono CO2 44,01 2,139 
 
En la Tabla 1 ya se pueden ver los valores para los coeficientes f, g, h, i, j, k y l, para 
determinar los restantes b, c y e, se realizo el balance de electrones libres, balance de 
nitrogéno y de oxígeno; en la Tabla 2 se reportan los resultados para los coeficientes. 
Balance de electrones libres 
12 = 4,25𝑐 + 12𝑓 + 12𝑔 + 24ℎ + 16𝑖 + 8𝑗 + 20𝑘 + 2𝑙 
Despejando c y reemplazando con los valores de la Tabla1. 
𝑐 = 
24 − (12𝑓 + 12𝑔 + 24ℎ + 16𝑖 + 8𝑗 + 20𝑘 + 2𝑙)
4,25
 = 0,112 
Balance de nitrógeno 
𝑏 = 0,25𝑐 
Reemplazando c 
𝑏 = 0,028 
Balance de oxígeno 
6 = 0,5𝑐 + 3𝑓 + 𝑔 + ℎ + 𝑖 + 2𝑗 + 2𝑘 + 𝑒 + 2𝑑 
Despejando e y reemplazando 
𝑒 = 6 − (0,5𝑐 + 3𝑓 + 𝑔 + ℎ + 𝑖 + 2𝑗 + 2𝑘 + 2𝑑) = 0,394 
Tabla 2. Resultados de los coeficientes para la ecuación presentada en la Figura 1. 
 
 
Coefiente Valor 
b 0,028 
c 0,112 
d 2,139 
e 0,394 
f 0 
g 0,084 
h 0,607 
i 0,139 
j 0,058 
k 0,163 
l 1 
 
Balance de masa 
De acuerdo con la Federación Colombiana de Biocombustibles en el periodo 2019 – 2020 
se produjeron 916 0000 000 toneladas de bioetanol en el país, y como nuestro producto 
entraria a reemplazar al bioetanol como aditivo en la gasolina se plantea producir el 
0,00001% de la cantidad reportada, lo que nos daría como resultado producir 91,6 
toneladas de biobutanol al año o 0,25 toneladas/día. 
Además de lo anterior teniendo en cuenta lo que exponen Chie-Lun, C et al. la 
concentración a la salida del fermentador para el butanol es de 12,4 g/L y el tiempo de 
producción para cada lote es de 3 días, por lo que el objetivo es producir 750 Kg de biotanol 
por lote. Teniendo en cuenta esto y que se usaran reactores de 8000L, que se llenaran un 
80% se determino el número de bioreactores: 
#𝐵𝑖𝑜𝑟𝑒𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟𝑒𝑠 = 
750 𝐾𝑔
0,0124 
𝐾𝑔
𝐿 ∗ 8000𝐿 
(0,8)
 = 9,45 = 10 
Tras esto se procedio ha realizar el balance de masa tomando como base de cálculo los 
12,4 g/L de butanol que salen del fermentador. 
Cantidad de reactivos y productos que se consumen 
 
 
Cantidad de reactivos y productos que se producen 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Concentracion en fuente de carbono y nitrogeno en cultivo 
Teniendo en cuenta que nuestra fuente de glucosa va a ser pulpa de remolacha, la cual 
está compuesta en un 20,34% de glucosa (Infante, C., 2016, pp. 37) se determino que la 
cantidad de remolacha necesaria para la producción de un lote es de 1718,55 Kg.
𝐶6𝐻12𝑂6 + 𝟎, 𝟎𝟐𝟖𝑁𝐻3
→ 𝟎, 𝟏𝟏𝟐𝐶𝐻2𝑂0,5𝑁0,25 + 𝟐, 𝟏𝟑𝟗𝐶𝑂2 + 𝟎, 𝟑𝟗𝟒𝐻2𝑂 + 𝟎, 𝟎𝟖𝟒𝐶2𝐻6𝑂
+ 𝟎, 𝟔𝟎𝟕𝐶4𝐻10𝑂 + 𝟎, 𝟏𝟑𝟗𝐶3𝐻6𝑂 + 𝟎, 𝟎𝟓𝟖𝐶2𝐻4𝑂2 + 𝟎, 𝟏𝟔𝟑𝐶4𝐻8𝑂2 + 𝐻2 
 
Figura 2. Diagrama para un fermentador 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Referencias 
- Amaya, Y. y Arias, E. (2012) Planteamiento de un modelo estequiométrico basado 
en restricciones bioquímicas de la ruta metabólica para la producción de n-Butanol 
a partir de glucosa utilizando Clostridium Acetobutylicum ATCC 824 [Trabajo de 
grado]. Univ. Industrial de Santander, Fac. Ingeniería físico-químicas, Prog. 
Ingeniería química. Bucaramanga: Colombia. 
- Federación Nacional de Biocombustibles de Colombia (2021) Cifras Informativas del 
Sector Biocombustibles - Alcohol Carburante (Etanol Anhidro). Tomado de: 
fedebiocombustibles.com/nota-web-id-487.htm 
- Chien-Lun, C., Pei-Yi, C., Bor-Yann, C., When-Jhy, L., Liang-Jung, C. & Jo-Shu, C 
(2012) High yield bio-butanol production by solvent-producing bacterial microflora. 
Bioresource Technology, 113, 58 – 64. 
- Infante, C. (2016) Evaluación tecno-económica de la producción de biobutanol a 
partir de pulpa de remolacha [Trabajo de grado]. Univ. De Valladolid. Prog. De 
Ingerniería Química. Valladolid: España.