Fabrication d’Acide Lactique à Partir de Maïs
Comprendre la Fabrication d’Acide Lactique à Partir de Maïs
Vous êtes un ingénieur chimiste travaillant pour une entreprise agroalimentaire spécialisée dans la production d’acide lactique utilisé comme conservateur naturel dans les aliments.
L’acide lactique est produit par fermentation du glucose dérivé du maïs. Le processus de fermentation est influencé par la concentration de glucose, la température et le type de bactéries utilisées (Lactobacillus).
L’entreprise souhaite optimiser la production pour maximiser le rendement d’acide lactique tout en minimisant les coûts.
Données fournies :
- 100 tonnes de maïs sont traitées pour extraire le glucose avec un rendement de 90% en glucose.
- La concentration initiale de glucose dans la solution de fermentation est de 150 g/L.
- Le rendement théorique de la conversion de glucose en acide lactique est de 85%.
- La densité de la solution de fermentation est de 1.1 g/mL.
- Le processus de fermentation se déroule dans un réacteur de 10 000 L.
Questions :
1. Calcul de la masse de glucose extraite du maïs : Calculez la masse totale de glucose obtenue à partir de 100 tonnes de maïs.
2. Quantité de solution de glucose : Déterminez le volume total de solution de glucose nécessaire pour atteindre la concentration initiale de 150 g/L, en considérant le rendement d’extraction.
3. Production théorique d’acide lactique : Calculez la quantité d’acide lactique pouvant être théoriquement produite à partir du glucose extrait, en utilisant le rendement de conversion.
4. Analyse de capacité du réacteur : Évaluez si le volume du réacteur est suffisant pour contenir la solution de fermentation nécessaire, et discutez des ajustements possibles si le volume est insuffisant.
5. Stratégie d’optimisation : Proposez une stratégie pour optimiser le rendement de la fermentation en ajustant la concentration de glucose ou les conditions de fermentation (température, pH, ajout de nutriments).
Correction : Fabrication d’Acide Lactique à Partir de Maïs
1. Calcul de la masse de glucose extraite du maïs
La masse de glucose est calculée en fonction du rendement d’extraction du glucose à partir du maïs.
Formule:
- Masse de glucose:
\[ = \text{Masse de maïs} \times \text{Rendement d’extraction} \]
Données:
- Masse de maïs = 100 tonnes = 100,000 kg
- Rendement d’extraction = 90%
Calcul:
\[ \text{Masse de glucose} = 100,000 \, \text{kg} \times 0.90 \] \[ \text{Masse de glucose} = 90,000 \, \text{kg} \]
2. Quantité de solution de glucose
Le volume de solution de glucose nécessaire est déterminé pour atteindre une concentration donnée de glucose dans la solution.
Formule:
- Volume de solution:
\[ = \frac{\text{Masse de glucose}}{\text{Concentration de glucose} \times \text{Densité de la solution}} \]
Données:
- Masse de glucose = 90,000 kg = 90,000,000 g
- Concentration de glucose = 150 g/L
- Densité de la solution = 1.1 g/mL = 1100 g/L
Calcul:
\[ \text{Volume de solution} = \frac{90,000,000 \, \text{g}}{150 \, \text{g/L} \times 1100 \, \text{g/L}} \] \[ \text{Volume de solution} \approx 545 \, \text{L} \]
3. Production théorique d’acide lactique
La quantité d’acide lactique produite est basée sur le rendement de conversion du glucose en acide lactique.
Formule:
- Quantité d’acide lactique:
\[ = \text{Masse de glucose} \times \text{Rendement de conversion} \]
Données:
- Masse de glucose = 90,000 kg
- Rendement de conversion = 85%
Calcul:
\[ \text{Quantité d’acide lactique} = 90,000 \, \text{kg} \times 0.85 \] \[ \text{Quantité d’acide lactique} = 76,500 \, \text{kg} \]
4. Analyse de capacité du réacteur
Vérification si le volume de la solution de fermentation peut être contenu dans le réacteur de l’installation.
- Volume de la solution = 545 L
- Capacité du réacteur = 10,000 L
Le réacteur peut contenir la solution puisque 545 L < 10,000 L. Aucun ajustement de capacité n’est nécessaire.
5. Stratégie d’optimisation
Propositions pour optimiser le rendement de la fermentation.
-
Propositions :
- Augmenter la concentration initiale de glucose pour réduire le volume de la solution si nécessaire.
- Optimiser les conditions de fermentation (température, pH, ajout de nutriments) pour maximiser l’activité bactérienne et le rendement en acide lactique.
Fabrication d’Acide Lactique à Partir de Maïs
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