Tiempo de Mezclado en Biorreactores

TIEMPO DE MEZCLADO EN BIORREACTORES Carlos Montaño

Miguel Cantabrana

Tanque agitado

La agitación y aireación en un biorreactor se realiza para alcanzar los siguientes propósitos: 

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Suministrar el oxígeno necesario a los microorganismos para que se realicen apropiadamente sus actividades metabólicas. Mantener en suspensión a los microorganismos.

En los biorreactores de tanque agitado, la agitación del caldo de cultivo se lleva a cabo mediante las dos formas siguientes: 

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Por el movimiento de dispositivos mecánicos tales como impulsores de tipo turbina o de propelas Por el movimiento ascendente de burbujas de aire.

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Un mezclado insuficiente puede causar  regiones en las que haya deficiencia de oxígeno o de algún otro nutriente, gradientes importantes de temperatura y pH, Por ello, es importante estudiar el efecto de las variables de operación sobre el grado de mezclado que se pueda alcanzar en el biorreactor.

Columna

En los biorreactores de columna la agitación del caldo de cultivo se lleva a cabo mediante el movimiento ascendente de las burbujas de aire. El número y tamaño de las burbujas de aire dependen de: 

la velocidad de aireación

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las propiedades físicas del caldo de cultivo

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el tipo de dispersor 

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la altura de la columna

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la presencia de dispersores colocados a lo largo de la columna.

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En las columnas de burbujas, el aire se introduce a través de dispositivo de dispersión primaria, tal como un tubo perforado, un plato perforado o un plato sinterizado, en donde es dispersado finamente. También, las burbujas de aire que aumentan de tamaño pueden ser redispersadas al pasar  a través de mallas o bandejas perforadas colocados a lo largo de la columna.

 Airlift

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Los biorreactores airlift tienen forma de columna o torre, en su interior tienen al menos dos zonas, una de flujo ascendente y otra de flujo descendente. El movimiento del líquido se debe a que en dichas zonas la densidad de la dispersión gas-líquido es diferente porque hay mayor  cantidad de aire en la zona de flujo ascendente que en la de flujo descendente.

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Debido al movimiento del líquido, las burbujas de gas en la zona de flujo ascendente subirán más rápido, disminuyendo la fracción de gas retenido y la diferencia de presión hidrostática. los biorreactores airlift se caracterizan por  tener menores fracciones de gas retenido y por una distribución más uniforme de la fase gaseosa.

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las columnas de burbujas, los airlift muestran velocidades de líquido mucho más altas. La velocidad del líquido afecta decisivamente todos los parámetros que caracterizan el desempeño del biorreactor  En general, la velocidad del líquido en los biorreactores airlift se determina por la velocidad de aireación, la geometría del biorreactor y las propiedades físicas de la fase líquida.

Objetivos de estudio

Tanque agitado agitad o  Determinar el tiempo de mezclado bajo diferentes condiciones de aireación y agitación. Columna  determinar el tiempo de mezclado bajo diferentes condiciones de aireación, utilizando dos diferentes tipos de dispersores.  Airlift  determinar el tiempo de circulación, el tiempo de mezclado y las fracciones de gas retenido global, en la zona de flujo ascendente y en la zona de flujo descendente.

Procedimiento Experimental

Condiciones de operación: op eración: Tanque Tanque agitado ag itado 

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Las velocidades de agitación serán: 300, 500 y 700 rpm. Para cada velocidad de agitación, se probarán las siguientes velocidades de aireación: 0.3, 0.6, 1.0, 1.3, 1.6 vvm (volúmenes de aire por  volumen de líquido por minuto).

Condiciones de operación: Columna 

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Velocidades de aireación: 0.5, 1.0, 1.5, 2.0 y 2.5 vvm (volúmenes de aire por volumen de líquido por minuto) Tipos de dispersores: tubo perforado y plato poroso.

Condiciones de operación: Airlift 

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Velocidades de aireación: 0.5, 1.0, 1.5, 2.0 y 2.5 vvm (volúmenes de aire por volumen de líquido por minuto) Tipos de tubos de arrastre: 2 diámetros diferentes.