REACTOR SEMICONTINUO

Reactor semicontinuo


A esta  categoría  pertenecen los reactores que no se ajustan por completo a una de las dos clases antes mencionadas. En uno de los casos, algunos de los reactivos se cargan al principio, en tanto que  los restantes se dosifican continuamente conforme se desarrolla la reacción. Otro tipo de reactor semicontinuo  es similar al reactor intermitente, excepto que uno  omás  de los productos  se extrae en forma continua durante el tiempo que dure el proceso. En estos reactores, que usualmente son tanques agitados, la composición varia  con el tiempo, al igual que en  los reactores intermitentes.
Si bien los reactores de flujo pistón y de mezcla perfecta  son de flujo estacionario, podemos trabajar también con reactores de flujo no estacionario. Dentro de estosúltimos están los reactores semicontínuos. Existe una gran variedad de reactores de este tipo, dependiendo de lo que se desee obtener.
Veamos algunos ejemplos:
 

1) Volumen constante y composición variable
 
 
 


               
2) Volumen y composición variable.
 



Existen infinidad de tipos de reactores químicos, y cada uno responde a las necesidades de una situación en particular,entre los tipos más importantes, más conocidos, y mayormente utilizados en la industria se puede mencionar los siguientes: 

a) REACTOR DISCONTINUO o Tipo Bach. Es aquel en donde no entra ni sale material durante la reacción, sino mas bien, al inicio del proceso se introducen los materiales, se lleva a las condiciones de presión y temperatura requeridas, y se deja reaccionar por un tiempopreestablecido, luego se descargan los productos de la reacción y los reactantes no convertidos. También es conocido como reactor tipoBatch. 

b) REACTOR CONTINUO. Mientras tiene lugar la reacción química al interior del reactor, éste se alimenta constantemente de material reactante, y también se retira ininterrumpidamente los productos de la reacción. 

c) REACTOR SEMICONTINUO: Es aquel en el cualinicialmente se carga de material todo el reactor, y a medida que tiene lugar la reacción, se va retirando productos y también incorporando más material de manera casi continua. 
Un cultivo semicontinuo posee una línea de entrada o alimentación (F1). Para iniciar un cultivo alimentado (fed-batch) son validas las mismas consideraciones que se hicieron para el cultivo continuo; pero, se inicia laalimentación del cultivo cuando el sustrato limitante de la velocidad se ha agotado; esto permite controlar la velocidad de crecimiento, regulando la velocidad de alimentación (caudal); finalmente se debe alimentar el cultivo con medio fresco.
Balances y Ecuaciones
Los balances de materia respectivos para X, S y P son:
Balance de Biomasa: d (VX)/dt = Vrx = VµX
Balance de Sustrato: d (VS)/dt =FSo – Vrs
Balance de Producto: d (VP)/dt = Vrp
Nota: en estos casos el volumen V permanece dentro del operador diferencial; esto se debe a que varía con el tiempo.
Casos
Si en la ecuación de balance de sustrato la velocidad rs se reemplaza por rx / Yx/s se tiene: d (VS)/dt = FSo – 1/Yx/s. d (XV)/dt
Para controlar la velocidad de crecimiento (rx) mediante el caudal de alimentación (F) elsustrato (S) debe ser cero en todo momento: S = 0 y por lo tanto: d (SV)/dt = 0. Esta condición equivale a que el sustrato sea consumido en su totalidad conforme ingresa al biorreactor; es por eso que se aplica la condición de alimentación fresca. Bajo estas condiciones, la ecuación de balance de biomasa se transforma en: d (VX)/dt = FSoYx/s y por integración: XV = XeVe + FSoYx/st Donde: Xe y Verepresentan la concentración de biomasa y el volumen de cultivo al iniciar la alimentación.
La variación del volumen con el tiempo es: V = Ve + Ft
El criterio para diseñar una alimentación adecuada se obtiene por la ecuación: FSo = VeµXe / Yx/s la ecuación es válida para cualquier rango de µ, hasta µm.
Como criterio adicional, sobre todo en procesos de fermentación se suele seleccionar un valor...