bioprocesos


1

Bioprocesos II











Tema:
•Escalado: scale-down
























Universidad Nacional de Quilmes
Roque Sáenz Peña 352
Bernal, 2010

2
Escalado de bioprocesos


• Los bioprocesos se desarrollan e implementan de diferentes maneras, en sus escalas de laboratorio, piloto, y manufactura
• El escalado puede definirse como elprocedimiento para diseñar y construir un sistema de GRAN ESCALA base de los resultados de experimentos con equipamiento de PEQUEÑA ESCALA



• El desempeño de los bioprocesos es afectado por varios parámetros:
– El diseño geométrico
– Las variables de operación
– Propiedades del fluido
– Procesos de transporte
– Cinética de los organismos


El diseño de un prototipo optimizado paralograr la mayor producción debe ser transladado a gran escala, considerando toda esta complejidad de parámetros (esto es el Objetivo del escalado)

3

Cambiando del laboratorio a la producción





Efectos que puede tener el cambio de escala:



• Disminución del rendimiento



• Cambio de cinética



• Efecto de la esterilización



• Efecto del inóculo



•Problemas de transporte
(homogenización)

4
Cambiando del laboratorio a la producción



• La información sobre la cinética referido al metabolismo del cultivo o microorganismo obtenido a pequeña escala es independiente de la escala (pH, temp, medio de cultivo, calidad de las materias primas) y no es necesario tenerlas en cuenta para determinar la estrategia de escalado

• (de hecho,los fenómenos de transporte son los únicos fenómenos que son dependientes del escalado)

• Las reglas generales para el escalado son una extensión de las utilizadas en los reactores químicos, y están basados en aquellos parámetros que se pueden mantener constantes

• (números adimensionales y correlaciones empíricas)

Cantidades medibles



•Para asegurar la similitud, del reactor deproducción con el prototipo, se debe cumplir con la condición de ser geométricamente similares
•en sus límites físicos (mismo tipos de reactores)
•en sus dimensiones, xej H/D

6
Escalado en tanque con agitación




• Mediante el análisis dimensional se han establecido varias correlaciones sobre la predicción de las dinámicas de fluido características del reactor (gas holdup, velocidad dellíquido, tiempo de mezclado, y coeficiente de dispersión axial) y del coeficiente de transferencia de masa y calor (factores físicos).



• Aunque algunos de estos factores físicos pudieran comportarse en forma similar en procesos de producción, es dificultoso conservar su similitud con el cambio de escala, si además se suma la presencia de un proceso biológico.

7
Criterios de escaladoLos más típicos son:


• Mantener constante la potencia por volumen utilizada, P/V
• Mantener constante el coeficiente volumétrico de transferencia de masa, kLa
• Mantener constante la velocidad de la punta de las paletas del agitador, n . d
• Mantener constante el tiempo de mezclado
• Mantener constante el número de Reynolds, Re



• En los casos de procesos donde elproducto es muy viscoso (plásticos, polisacáridos) o el crecimiento es filamentoso, la limitación la plantea la relación P/V (o la agitación) del fluido



• En general en el caso de procesos aeróbicos (como producción de amino ácidos, levaduras de panificación y antibióticos) se debe mantener constante la transferencia de oxigeno (kLa) como objetivo del escalado



• Se estima que untercio de los proyectos de producción emplean la regla de mantener P/V, aprox 20% usan la velocidad de la punta del agitador, otro 20% de las plantas industriales realiza sus escalados en base al tiempo de mezclado. El resto
de los escalados utiliza la concentración de sustrato o producto limitante o inhibitorio, más comunmente sobre la base de la concentración del oxígeno disuelto

8
Igual...