Cambio de escala en fermentadores
Páginas: 29 (7094 palabras)
Publicado: 11 de junio de 2011
CAMBIOS DE ESCALA EN FERMENTADORES
1. ANÁLISIS GENERAL DEL PROCESO DE CAMBIO DE ESCALA EN BIORREACTORES
De forma general, el cambio de escala se entiende como la ilustración y operación de un equipo a escala industrial, cuyo diseño y condiciones de operación se basan en parte a la experimentación y demostración a una menor escala de operación. Un cambio de escala satisfactorio podríarequerir un aumento progresivo de tamaño, hasta alcanzar el volumen deseado a escala industrial, pero este seria un proceso muy costoso. Las distintas metodologías de cambios de escala tiene como objetivo poder anticipar los efectos del cambio de escala, e introducir las variaciones requeridas en el diseño de los equipos cuando varia su tamaño. En cualquier caso debe entenderse que el cambio de escalaes un proceso intrínsecamente complicado debido a la combinación de múltiples factores: las ecuaciones representativas del proceso no pueden resolverse a menudo, los parámetros físicos, químicos y biológicos están interconectados, las soluciones que se obtienen a nivel de laboratorio o planta piloto pueden no ser validas a nivel industrial, etc.
La complejidad del proceso y el nivel previo deconocimiento del mismo suelen fijar el denominado factor de escala, que será tanto mayor cuanta mayor seguridad y experiencia se tenga en el cambio de escala del proceso estudiado. En procesos sobre los que hay un grado de conocimiento previo bajo, se suele tomar como factor seguro el 10. En reactores químicos se puede llegar a utilizar factores de escala de 50-80000. En el caso de procesosbiotecnológicos, los factores de escala mas grandes se utilizan en el diseño de plantas de tratamiento biológico de aguas residuales, en las que se ha diseñado plantas del orden de 10-20000m3 con factores de escala muy elevados. Otros campos donde se ha diseñado equipos industriales de gran volumen son la producción de antibióticos, con reactores de hasta 250000 lt, o la producción de ácido cítrico, conreactores de hasta 1000m3. En la mayoría de casos se trata de fermentadores de tanque agitado convencionales, aunque debido al enorme aumento de la potencia de agitación con la escala de operación también se ha desarrollado fermentadores de tipo “air-lift” en los que se elimina la necesidad de agitación mecánica. En aquellos casos en los que se utilizan células inmovilizadas en o sobre soportes,los reactores empleados son de tipo lecho fijo o lecho fluidizado. Por ejemplo, la producción de proteínas terapéuticas o para el diagnostico, de las que pueden requerirse cantidades pequeñas para la preparación de un numero de ensayos o dosis muy elevado, no suele requerir esfuerzos importantes en el cambio de escala del proceso industrial.
La finalidad del cambio de escala es la selección delas condiciones de diseño que aseguran el efecto de las distintas variables sobre un proceso es el mismo en unidades de distinto tamaño. Con ello se pueden lograr rendimientos y calidad de productos similares. Este proceso se inicia a escala de laboratorio, y se intenta mantener a este nivel siempre que sea posible, por razones de tipo practico y económico. Cundo el conocimiento del proceso esincompleto, o cuando se requieren cantidades del producto relativamente importantes, se suelen utilizar plantas de mayor tamaño, denominadas comúnmente unidades de demostración, o también plantas piloto. Otra forma de utilizar las plantas piloto es cuando están asociadas a proceso industriales ya en operación, y en ellas se estudian los efectos asociados a cambios en las condiciones de operación.Aunque los criterios de cambios de escala se pueden aplicar a cualquier tipo de biorreactores.
2. CONSECUENCIAS DEL CAMBIO DE ESCALA DE OPERACIÓN
En teoría, una reacción química o bioquímica tiene lugar a una velocidad que es independiente del tamaño del reactor y de su geometría. No obstante, la velocidad de reacción esta afectada por los procesos físicos de transporte de cantidad de...
1. ANÁLISIS GENERAL DEL PROCESO DE CAMBIO DE ESCALA EN BIORREACTORES
De forma general, el cambio de escala se entiende como la ilustración y operación de un equipo a escala industrial, cuyo diseño y condiciones de operación se basan en parte a la experimentación y demostración a una menor escala de operación. Un cambio de escala satisfactorio podríarequerir un aumento progresivo de tamaño, hasta alcanzar el volumen deseado a escala industrial, pero este seria un proceso muy costoso. Las distintas metodologías de cambios de escala tiene como objetivo poder anticipar los efectos del cambio de escala, e introducir las variaciones requeridas en el diseño de los equipos cuando varia su tamaño. En cualquier caso debe entenderse que el cambio de escalaes un proceso intrínsecamente complicado debido a la combinación de múltiples factores: las ecuaciones representativas del proceso no pueden resolverse a menudo, los parámetros físicos, químicos y biológicos están interconectados, las soluciones que se obtienen a nivel de laboratorio o planta piloto pueden no ser validas a nivel industrial, etc.
La complejidad del proceso y el nivel previo deconocimiento del mismo suelen fijar el denominado factor de escala, que será tanto mayor cuanta mayor seguridad y experiencia se tenga en el cambio de escala del proceso estudiado. En procesos sobre los que hay un grado de conocimiento previo bajo, se suele tomar como factor seguro el 10. En reactores químicos se puede llegar a utilizar factores de escala de 50-80000. En el caso de procesosbiotecnológicos, los factores de escala mas grandes se utilizan en el diseño de plantas de tratamiento biológico de aguas residuales, en las que se ha diseñado plantas del orden de 10-20000m3 con factores de escala muy elevados. Otros campos donde se ha diseñado equipos industriales de gran volumen son la producción de antibióticos, con reactores de hasta 250000 lt, o la producción de ácido cítrico, conreactores de hasta 1000m3. En la mayoría de casos se trata de fermentadores de tanque agitado convencionales, aunque debido al enorme aumento de la potencia de agitación con la escala de operación también se ha desarrollado fermentadores de tipo “air-lift” en los que se elimina la necesidad de agitación mecánica. En aquellos casos en los que se utilizan células inmovilizadas en o sobre soportes,los reactores empleados son de tipo lecho fijo o lecho fluidizado. Por ejemplo, la producción de proteínas terapéuticas o para el diagnostico, de las que pueden requerirse cantidades pequeñas para la preparación de un numero de ensayos o dosis muy elevado, no suele requerir esfuerzos importantes en el cambio de escala del proceso industrial.
La finalidad del cambio de escala es la selección delas condiciones de diseño que aseguran el efecto de las distintas variables sobre un proceso es el mismo en unidades de distinto tamaño. Con ello se pueden lograr rendimientos y calidad de productos similares. Este proceso se inicia a escala de laboratorio, y se intenta mantener a este nivel siempre que sea posible, por razones de tipo practico y económico. Cundo el conocimiento del proceso esincompleto, o cuando se requieren cantidades del producto relativamente importantes, se suelen utilizar plantas de mayor tamaño, denominadas comúnmente unidades de demostración, o también plantas piloto. Otra forma de utilizar las plantas piloto es cuando están asociadas a proceso industriales ya en operación, y en ellas se estudian los efectos asociados a cambios en las condiciones de operación.Aunque los criterios de cambios de escala se pueden aplicar a cualquier tipo de biorreactores.
2. CONSECUENCIAS DEL CAMBIO DE ESCALA DE OPERACIÓN
En teoría, una reacción química o bioquímica tiene lugar a una velocidad que es independiente del tamaño del reactor y de su geometría. No obstante, la velocidad de reacción esta afectada por los procesos físicos de transporte de cantidad de...
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