Biorreactores

4. TIPOS DE BIOREACTORES Y SU IMPORTANCIA INDUSTRIAL
Procesos de Biotransformación. Ingeniería de Procesos. Por: Valeska Villegas E.

4. Ingeniería de reactores
¿Configuración del reactor? ¿Tamaño del reactor? ¿Condiciones de procesamiento? ¿Modo de operación?
DEFINIR OBJETIVOS Cuánto se producirá Reducción de costos. Aspectos de seguridad.

Precio por tonelada
100,000,000 Proteínas decultivos de células animales Vitamina B12 1.000.000 Penicilina 10.000

Levadura panadería 100 Proteínas de células individuales 1 Tratamiento aguas residuales

CONTRIBUCIONES DE COSTOS EN LOS BIOPROCESOS
Costo total de producción

Investigación y desarrollo

Fermentación/Re acción

Procesamiento downstream

Administración y mercadeo

Materias primas

Operación bioreactorMateriales

Mano de obra

Servicios: energía, agua, vapor, desechos
Depreciación, seguros, etc.

Mano de obra

Sevicios

Depreciación, seguros

ESTRATEGIAS PARA EL DISEÑO DE REACTORES COMO FUNCIÓN DE FACTORES COSTOS
FACTOR DETERMINANTE COSTO Investigación y desarrollo - Maximizar velocidad escalonamiento Materias primas Operación Bioreactor Procesamiento downstream Maximizarconcentración del producto a la salida del reactor

Maximizar conversión sustrato

Maximizar productividad volumétrica para minimizar tamaño del reactor
Maximizar concentración de catalizardor

Maximizar reproducibilidad de operación

Maximizar Rendimiento producto

Maximizar productividad específica y rendimiento producto

Minimizar los riesgos contaminación

Optimizar condiciones reactorMejoramiento sepa Optimización Medio

TIPO DE BIOREACTORES

TANQUE AGITADO
• Agitación y aireación mecánica • 70-80% líquido. • Espuma: antiespumante, rompedor. • H/D. Económico = 1, aireación: H/D > 1, general 3 • Temp: loops enfriamiento, • Desventaja: sizallamiento

Superficies de calentamiento y enfriamiento

Fuent

Tubería en espiral

Doble chaqueta

Tubería en espiralcombinada con doble chaqueta

“Dimple jacket”

Tubería en espiral interna

Doble chaqueta con espiral interno

Aislamiento del bioreactor: control de temperatura

Fuent • Proteger operadores •Control de T • Reduce el calor x radiación (calentamiento cuartos). •Fibra de vidrio ¿Tipo de calentamiento?

Aislamiento

Puertos
Dispersor esférico Línea libre

Fuente

Bypass

Línea a paredTubo de inmersión Válvula Dummy plug

Tapas (Lids) y conexiones
Fuente

Consideraciones de espacio y seguridad

Puertos en la tapa del bioreactor
Fuente

Sensor de presión Válvula de seguridad Puertos varios para inmersión de tubos

Vidrio e iluminación para observación

Reactor de 80 L BRAUN (UNAM, Cuernavaca)
Chaqueta enfriamiento calentamiento Electrodos (OD, pH, T)Puertos de alimentación

Válvula de seguridad Motor

Otros bioreactores agitados
Motor Bafles

Filtro de aire

Bioreactor de 14 L, New Brunswick

Bioreactor de 200 L

Impellers

• Mezclado de nutrientes, dispersión del oxígeno. • Agitación alta (cultivos microbianos), agitación baja (cultivos celulares)… Tipo de impellers

Impellers
Disco de turbina Agitador de aspas hundidasFuente

Baffles
• Evitan el flujo rotativo y la formación de vortex.

Fue

• Mejoran oxigenación, TC, y propiedades de mezclado.
• Removibles o no. • Otras funciones: elementos de calentamiento y enfriamiento, indicadores visuales de nivel, portadores de uniones especiales (tipo escaleras). • Para no usar Baffles se puede colocar el agitador acéntricamente. Baffle bascket

Bafles(generalmente 4) 1/10-1/12DT Impeller de turbina de 6 aspas planas Di=(1/3)DT

Los Baffles no permiten formación de vortex

Suministro de aire
Fuente
Válvula de no retorno

Pressure gauge Medidor de flujo

Válvula de reducción de presión

Fuente

Dispersor de anillo

Reactor de 80 L BRAUN (UNAM, Cuernavaca)

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Bioreactor Chaqueta Aislamiento...