2. Índice
Objetivos……………………………………………………………………………….…3
Introducción………………………………………………………………….…………4
Biorreactor de agitación……………………………………………………………………..………..6
Fermentador con agitador de turbina………………………………………………………..…..…7
Tipo de impulsores en los biorreactores con agitación……………………………..…..……8
Columna de burbujeo………………………………………………………………………………..…9
Distribuidores estáticos de gas…………………………………………………………………….….10
Reactores de tiro o corriente de aire……………………………………………………………..11
Lechos empacados………………………………………………………………………………………13
Lechos fluidizados………………………………………………………………………………………14
Lechos de goteo………………………………………………………………………………………….15
Aireados y agitados…………………………………………………………………………………….16
Clasificación de Biorreactores por Forma de Operación……………….…...…………...17
7Biorreactor de Lote (Batch)…………………………………………………………………….…..……18
Biorreactor de Lote Alimentado (Feed-Bach)……………………………………………..……19
Biorreactor continuo ………………………………………………………………………….…………20
Desarrollo Experimental………………………………………………………….21
Bibliografía ……………………….……………………………………………..……22
3. Objetivo
Identificar y describir los diferentes tipos de
biorreactores y sus partes accesorias, al igual que la
forma como se operan, controlan, esterilizan, cargan
y descargan, etcétera.
4. Introducción
Los biorreactores son recipientes de reacción, en los que se
crean técnicamente las condiciones óptimas para el cultivo y
multiplicación de microorganismos, para la formación de
productos óptimos.
Las características que debe reunir un biorreactor se encuentran:
Calidad de mezclado, tiempo de mezcla y patrones de flujo que beneficien la
distribución de la materia prima en el biorreactor y la conversión a producto.
Altas velocidades de transferencia de masa, momento y calor, con un bajo costo o
económicamente redituable.
Factibilidad técnica y económica en la construcción de unidades de gran volumen.
Bajos costos de operación y mantenimiento
Operación aséptica.
5. Introducción
Se cuenta con distintos tipos de biorreactores, entre
los principales están:
Tanques agitados.
Columna de Burbujeo.
De Circulación (Tiro de aire o Air-lift)
Lechos empacados
Lechos fluidizados
Lechos de goteo
Aireados y agitados
6. Biorreactor de agitación.
Los fermentadores agitados se utilizan
generalmente para cultivos aeróbicos y exhiben
un comportamiento en la concentración de
sustrato como el que se observa:
9. Columna de burbujeo
Es el fermentador más
sencillo.
No cuenta con agitación
mecánica.
Su hidrodinámica y demás
características dependen del
comportamiento de las
burbujas formadas en el
difusor.
11. Reactores de tiro o corriente de aire (Reactor Air-lift)
El rasgo característico que los diferencia de los de
columna de burbujas es que las corrientes de flujo de
líquido están más definidas debido a la separación
física de las corrientes ascendentes y descendentes.
13. Lechos Empacados
Se utilizan con biocatalizadores inmovilizados o
en forma de partículas.
Consiste en un tubo generalmente vertical, relleno
o empacado con partículas de catalizador.
El medio de cultivo puede alimentarse por la parte
superior o inferior de la columna y forma una fase
líquida continua entre las partículas.
En los lechos empacados, el daño debido al
desgaste de las partículas es mínimo en
comparación con los reactores agitados.
Se emplean a nivel comercial con células y
enzimas inmovilizadas para la producción de
aspartato y fumarato y en la separación de
isómeros de aminoácidos
14. Lechos Fluidizados
El fundamento de operación se basa en el
flujo hacia arriba de un líquido sobre un
lecho empacado de partículas de
catalizador de tamaño y densidad
apropiados, éste se expande debido al
movimiento ascendente de las partículas.
Se utilizan en el tratamiento de residuos
con arena o un material similar que
soporta la mezcla de poblaciones
microbianas.
Pueden utilizarse con organismos
floculantes en los procesos de fabricación
de la cerveza o en la producción de
vinagre.
15. Lecho de Goteo
También llamado tricklebed es una variación del
lecho empacado.
Son los más tradicionales.
El sustrato se hace pasar lentamente por la
matriz empaquetada que contiene al
microorganismo (un proceso semi-continuo,
aunque permiten trabajar también en
discontinuo), lo que supone la consideración de
un tiempo de residencia en dicha matriz.
El líquido es suministrado en forma de “spray”.
16. Aireados y Agitados
Este tipo de biorreactor es popular y
fundamentalmente es el mismo que se
utiliza con cultivos a pequeña escala.
Cuando el volumen de cultivo se
incrementa, aparecen muchos problemas
de escalado tales como:
incremento del estrés mecánico por la agitación
del impulsor,
incremento de espuma y
adición de las células a la superficie interior del
biorreactor.
Agitación mecánica.
17. Clasificación de Biorreactores por Forma de
Operación:
De acuerdo a la forma de operación los biorreactores
se pueden clasificar como:
Biorreactor de Lote (Batch)
Biorreactor de Lote Alimentado (Feed-Bach)
Biorreactor continuo
18. Biorreactor de Lote (Batch)
Es un reactor donde no existe flujo de entrada ni de salida,
es simplemente un reactor con un agitador que homogeniza
la mezcla.
Se le debe suministrar oxígeno de manera continua
mientras se elimina el dióxido de carbono y otros gases
producidos en el proceso.
Su costo depende del tiempo necesario para alcanzar la
concentración de producto deseados.
19. Biorreactor de Lote Alimentado (Feed-Bach)
Este tipo de biorreactor se opera con una
alimentación continua de nutrientes,
pero no existe un flujo de salida continuo.
Se pretende es controlar la cantidad de
sustrato que se utiliza, ya que existen
ciertas reacciones que no deben de
superar determinada concentración de
sustrato porque podría haber menor
producción o inclusive dejar de producir
lo que queremos.
En este caso el volumen dentro del
reactor va aumentando hasta cierto punto
en el cual es necesario descargarlo.
20. Biorreactor 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.
21. Desarrollo Experimental
Conocer los
Estudiar sus
Inicio biorreactores a nivel
laboratorio
componentes
Visitar planta de
Conocer los
tratamiento “Aguas de Estudiar sus
biorreactores a nivel
San Juan Ixhuatepec, componentes
planta piloto
S.U.” o planta de FERMIC
Fin
22. Bibliografía
DORAN,Pauline (1998), Principios de ingeniería de
los bioprocesos, Editorial Acribia, España.
ATKINSON, B.,(2002) Reactores químicos, Reverté,
2° Edición, España.
SCRAGG, (1999)Biotecnología para Ingenieros
Sistemas biológicos en procesos tecnológicos,
Limusa, México.
HOPP, V.,(1984) Fundamentos de tecnología
química para formación profesional, Reverté,
España.
