Manual de biorreactores

PRÁCTICA 1





Presentación de
biorreactores
diversos



INTRODUCCIÓN

Cualquier proceso biotecnológico de nivel industrial tuvo que haber pasado por las siguientes escalas de operación: laboratorio, planta piloto e industrial (en ese orden temporal).

Cada escala tiene sus propias características y objetivos, mismos que serán tratados en otra asignatura (Ingeniería deBioprocesos), sin embargo, al hablar de biorreactores habrá que hacer la distinción entre tamaños, forma de operación y configuración geométrica.

El biorreactor puede considerarse como el corazón de todo proceso biotecnológico, ya que en él se lleva a cabo la transformación de la materia prima al producto de interés y su operación deberá garantizar la maximización en la conversión, por lo que sufuncionamiento es de vital importancia en la rentabilidad del bioproceso, sobre todo en aquellos catalogados como de “altos volúmenes de producción y bajo valor agregado”.

Características de los biorreactores

Entre las características que debe reunir un biorreactor se encuentran las siguientes:

1. Calidad de mezclado, incluyendo tiempo de mezcla y patrones de flujo que favorezcan tanto ladistribución de la materia prima en el biorreactor como su conversión a producto.
2. Altas velocidades de transferencia de masa, momento y calor, a bajo costo o con economía aceptable.
3. Factibilidad técnica y económica en la construcción de unidades de gran volumen.
4. Bajos costos de operación y mantenimiento.
5. Operación aséptica.

Clasificación de biorreactores

Los biorreactorespueden clasificarse de la siguiente forma:

Agitado


Columna
Biorreactores

Propelas
Airlift
Jet

Circulación



A continuación se describe cada tipo de biorreactor.

Biorreactores agitados

Este tipo de biorreactor es muy empleado en todas las escalas de producción, en laboratorios de investigación o en la industria de fermentaciones, pueden utilizarse incluso parafermentaciones de reología compleja y en procesos en los que se exigen altas velocidades de transferencia de masa y de calor. Consisten en un cuerpo cilíndrico con tapas elipsoidales, semiesféricas o toriesféricas y generalmente su relación altura/diámetro es menor a tres y más comúnmente menor a dos.

Cuentan con un motor al que se acopla la flecha de transmisión que contiene a su vez los impulsores queagitarán el líquido. Dependiendo del tamaño del reactor, el motor puede colocarse en la tapa superior o en la inferior, pero invariablemente se requiere de sellos mecánicos para garantizar el trabajo aséptico. Generalmente la “aireación” se realiza a través de tubos (o placas) perforados, efectuándose la dispersión del aire en las zonas cercanas a los impulsores.

Son muy onerosos a pesar de suversatilidad, sus costos de construcción, operación y mantenimiento. Por limitaciones técnicas referentes a la transmisión de potencia y a los problemas de sostenimiento del conjunto “flecha de transmisión – impulsores” no es posible construir unidades mayores a los 300 m3.

Biorreactores de columna

Este tipo de biorreactores carece de sistema de transmisión mecánica para mezclar el caldo decultivo. El mezclado se realiza por la inyección de aire en el líquido desde el fondo del recipiente, al dispersarse el aire en burbujas y al ascender causan la turbulencia del líquido. Generalmente la relación altura/diámetro es mayor a tres. Si las columnas son grandes se pueden emplear platos perforados colocados en posiciones intermedias de las mismas para “redispersar” las burbujas de gas.Al carecer de partes “móviles” tanto la construcción, operación y mantenimiento de este tipo de biorreactores son más económicos que cualquier otro tipo. Quizá el mayor gasto de operación sea el de compresión de aire, debido a los altos flujos requeridos. Generalmente se emplean para fermentaciones de baja viscosidad.

Biorreactores de circulación

La denominación de esto tipo de reactores...