Biorreactores de Tipo Air-lift

BIORREACTORES DE TIPO AIRLIFT Los reactores de tipo Airlift toman ventaja de la inyección de una corriente gaseosa (generalmente aire) para proporcionar el mezclado y una transferencia de sustancias gaseosas con la fase líquida, el diseño específico de los reactores Airlift causan que el líquido circule entre dos zonas interconectadas conocidas como la zona elevada y la zona descenso. La zona elevada y la zona de descenso permiten la circulación del líquido por un separador líquido-gas en la parte superior. El aire es inyectado por debajo de la zona elevada y la eliminación del gas en el separador genera un gradiente de densidad entre la zona elevada y la zona de descenso, causando la circulación del líquido. La función del separador de gas es apoyar la liberación eficiente de líquido-gas, las fracciones de gas introducidas en la sección bajante dependen del diseño y de las variables operacionales, este tiene un efecto significativo en el desempeño (rendimiento) del reactor. En comparación con los reactores clásicos que generan grandes gradientes de esfuerzo de corte (cizallamiento) que causan en las células tensión mecánica en áreas de alta turbulencia, en los reactores de tipo Airlift no hay puntos de disipación de energía y los esfuerzos de corte son homogéneos por lo que causan poco estrés celular. Los ALRs son preferidos regularmente para el cultivo de células animales y vegetales sensibles a los esfuerzos de corte o durante las aplicaciones del tratamiento de aguas residuales que requieren el uso eficiente de energía (transporte suficiente de O2). Los ALRs son clasificados comúnmente de acuerdo a su estructura física. ALRs de loop-externo son construidos usando compartimentos separados por un ducto horizontal a la zona elevada y a las secciones del fondo. En el Loop interno la zona elevada y la zona de descenso son localizadas físicamente en el mismo contenedor y ambos separados por un bafle o un tubo de aspiración concéntrico. Los sistemas de loop-externo son menos versátiles en términos de diseño de reactor y son menos utilizadas (aplicación) que los loop-internos ya que soportan mayores Componentes típicos de un reactor airlift

velocidades de circulación del líquido y una menor transferencia de masa.

Los ALRs de loop interno y externo tienen formas generalmente cilíndricas aunque configuraciones rectangulares y cuadradas se han utilizado en la industria ya que estos son más fáciles de fabricar pero tienen un gran número de zonas potencialmente estancadas. Los sistemas cilíndricos están diseñados con una altura total a las relaciones de diámetro (h/d). Los ALRs con tubos de aspiración perforados pueden mantener un menor mezclado y coeficientes más altos de transferencia de masa más altos, en medios de baja viscosidad en comparación con los sistemas de tubos de aspiración no perforados debido a un movimiento radial a través de las perforaciones. Los ALRs tipo cascada permiten el establecimiento de cultivos secuenciales (Aerobio/Anaerobio) sin la necesidad de tuberías o de interconexión entre las bombas de cada tratamiento al paso. Como una regla de oro, la potencia específica de entrada en los ALRs no es excedida normalmente de 2 a 3 kW/m3, estás potencias pueden ser incluso más bajas 0.1 kW m -3 en aplicaciones donde es requerido bajos esfuerzo de corte. Hidrodinámica líquido-gas Las retenciones del gas tienen influencias cruciales en la circulación del líquido, la transferencia de masa, el volumen total del reactor, el área de contacto liquido-gas. El volumen de un ARL depende del conjunto máximo de retención de gas que puede ser acomodado dentro del reactor. Propiedades del fluido como: tensión superficial, densidad, viscosidad, fuerza iónica y las variables de diseño como el radio ,Ad/Ar o hL pueden afectar la retención del gas y la distribución del tamaño de la burbuja. Estas variables disminuyen como resultado del incremento de la velocidad de circulación del líquido. Los valores de la retención de gas para las zonas elevadas y bajas son

importantes porque su diferencia constituye la fuerza de majeño (fuerza motriz) para la circulación del líquido. Esta diferencia está determinada por la geometría del reactor. Los modelos hidrodinámicos sofisticados tienen como objetivo predecir las velocidades de circulación líquida basados en balances de energía y balances de momentum. Separadores de gas-líquido El grado de la separación de gas influye en la velocidad de la circulación del líquido, transferencia de masa, suspensión de la partícula sólida, los esfuerzos cortantes, etc. La separación gas-líquido esta regida por la distancia entre la salida de la tubería de retorno y la entrada del tubo de descenso en la región de la cabeza de ALRs, la velocidad de las burbujas, la conexión horizontal entre el tubo ascendente y descendente. La separación del gas-líquido se puedes usar ventajosamente para proporcionar diferentes condiciones de crecimiento (condicionas aerobias/anaerobias) en cada sección del ALR. Por ejemplo la combinación de un tubo de descenso puede resultar el agotamiento total del oxígeno disuelto en esta sección, independientemente de la aplicación, la transferencia de oxígeno siempre debe ser cuidadosamente optimizado para evitar cambios perjudiciales. Si la longitud del conducto de separación gas-líquido también se puede mejorar mediante la reducción de la velocidad del líquido descendente a la entrada del tubo de descenso, por lo tanto el área mínima de entrada para una eliminación del gas eficiente. Los Deflectores horizontales y verticales en el interior de los ALRs pueden aumentar el tiempo de retención líquido-gas más eficiente.

Aplicaciones Producción de cerveza, el ácido cítrico y la biomasa de la levadura, bacterias y hongos, para el tratamiento de aguas residuales y producciones de productos químicos de alto valor (enzimas, antibióticos y proteínas), producción de biocombustibles a través de aceite de algas o la biomasa de algas.