Escalamiento De Biorreactores

Escalamiento de Bioreactores

Criterios de Escalamiento El escalamiento involucra el estudio de los problemas asociados a transferir la información obtenida en el laboratorio (ml) a escala de planta piloto (lt) y desde escala de planta piloto (lt) a escala industrial (m3).

En cada una de las etapas de escalamiento se evalúan algunos aspectos del proceso: 1. Escala de laboratorio se llevana cabo:
– – – – la selección de cepas estudios básicos de cinéticas de crecimiento niveles de expresión selección del medio, etc.

2.
– – – –

Planta piloto se optimizan las condiciones de operación
forma de operación flujos, presiones Temperaturas velocidades de agitación, etc

3.

Escala industrial se lleva a cabo la producción del producto de interés a niveles rentables.

Elescalamiento más difícil en entre la escala de laboratorio y la planta piloto, debido a :
– El diseño de los equipos, dado que la fluidodinámica es diferentes en cada escala.

– Tamaño de los electrodos

Criterios de Escalamiento •La selección del criterio de escalamiento dependerá de cual es la variable más importante para el crecimiento del microorganismo y para la producción de productodeseado, por ejemplo: • Fragilidad del m.o. • Trasferencia de O2 •Se debe tener en consideración que siempre se cumple que:

(F/V) a N Pg/V a N3 Di2

•Generalmente el escalamiento se hace en base de principios de semejanza entre 2 sistemas. Esta semejanza se refiere a similitud entre las 2 escalas. Dichas similitudes pueden ser: •Similitudes geométricas: Las razones entre las longitudescorrespondientes deben ser iguales en ambos sistemas. •Similitudes cinemáticas: Las razones entre las velocidades en puntos equivalentes deben ser iguales en ambos sistemas. •Similitudes dinámicas: Las razones entre las fuerzas en puntos equivalentes deben ser iguales en ambos sistemas.

Criterios de escalamiento
1.- Coeficiente de transferencia de oxígeno (kla) => (kla) escala1 = (kla) escala2 2.-Potencia por unidad de volumen (Pg/V) =>
(Pg/V)escala1= (Pg/V)escala 2 3.- Velocidad tangencial de agitación (p N Di) => (p N Di) escala1= (p N Di) escala2 4.- Mantención del NReynold ( N Di2 r/m) => (N Di2 r/m) escala1 = (N Di2 r/m) escala 2

5.-Velocidad de Bombeo de airea (F/V) =>
(F/V) escala1 = (F/V) escala2

1.- Coeficiente de transferencia de O2, (kLa)
• Si lo más importante es mantenerel nivel de transferencia de oxígeno en el cultivo, se debe considerar este criterio. • Se puede aplicar otro criterio, pero se puede no estar operando a un adecuado coeficiente de transferencia dado ,en ese caso el oxígeno pasaría a ser el reactivo limite. • Este criterio puede llegar a ser difícil de mantener.  G   N   O  m = m max   K  G  K  N  K  O        G   N   o

Los pasos a seguir son:
a) Determinar kLa óptimo desde experimentos a nivel de piloto (kLa debe medirse o estimarse) b) Relacionar kLa con variables de diseño de la escala a la cual se desea escalar

(kla) escala1 = (kla) escala2

Correlaciones para el coeficiente volumétrico de transferencia de masa y las variables de diseño i) Donde Pg/V: Potencia por unidad de volumen vs : Velocidaddel aire a través del estanque vacío Nimpeler: Número de agitadores N: Velocidad de agitación cte,a b,c,d: Constantes que dependen del sistema kLa = cte ( a   Nimpeler) ( Pg /V )d vsb Nc

De esta correlación se pueden determinar las variables de operación Pg, vs,Nimpeler y N.

Correlaciones para el coeficiente volumétrico de transferencia de masa y las variables de diseño ii) kLa = cte *(F /V ) HL vb1/2 dB 3/2 Donde F: es el flujo de aire V: Volumen del líquido HL: Altura del líquido vb : Velocidad de ascenso de las burbujas db : Diámetro de las burbujas De esta correlación se pueden determinar las variables de operación F.

Correlaciones para el coeficiente volumétrico de absorción de oxígeno y las variables de diseño

KV = A* ( Pg /V )a vsb

[Kgmol/ hr m2 atm]...