Diseño De Biorreactores 6gd2b

Escuela Politécnica Nacional Biotecnología Agroindustrial II

Zayda Daibeth Lema Reyes Andrés Roberto Molina Zapata Cristian Patricio Tipantiza Maiquez

Diseño de Biorreactores

Introducción • Dispositivo encargado determinado producto.

de

convertir

cierto

sustrato

• Los productos son biomasa o metabolitos de interés.

• Para acelerar estas reacciones se usa biocatalizadores.

en

Características Generales • Asegurar la esterilidad y un único agente biológico. • Mezclado homogéneo.

• Suministrar nutrientes adecuadamente. • Control de temperatura. • Evitar daños al biocatalizador. • Suministrar O2 y eliminar CO2.

Tipos de biorreactores • Reactores de tanque agitado. • Columnas burbujeadoras.

• Biorreactores aeroelevados. • Reactores de lecho fluidizado. • Reactores de lecho empaquetado. • Fotobiorreactores.

Reactores de tanque agitado • Cilíndricos

• Eje central dispuesto de agitadores

• Uso de deflectores

Reactores de tanque agitado Tipos de agitadores • Agitadores de disco de Rushton y cóncavos con paletas

Dispersión de gases y líquidos. • Agitadores hidrodinámicos Fermentaciones viscosas y con presencia de micelio. • Agitadores tipo propulsor marino Cultivo de células animales.

Reactores de tanque agitado

Reactores de tanque agitado • La velocidad de agitación de la utilización del reactor.

• Amplio espectro de utilización.

• Generación de antibióticos y ácidos orgánicos.

Reactores de lecho fluidizado • Muy similar al de columna burbujeadora con excepción a su sección superior.

• Permite la retención de los sólidos y la salida de los líquidos.

• Mayor densidad de sólidos, mayor transferencia de masa sólidolíquido.

Reactores de lecho fluidizado

Reactores de lecho fluidizado • Tiempo de o insuficiente por lo que se recircula el líquido.

• Utilización de enzimas inmovilizadas.

Reactores de lecho empaquetado • Presenta un biocatalizador soportado o dentro de una matriz sólida.

• Fluido que contendrá los nutrientes del biocatalizador

• Dicho fluido también servirá como medio de salida para los productos generados.

Reactores de lecho empaquetado • El sentido del flujo para este tipo de reactor es generalmente hacia abajo aprovechando la gravedad.

• Puede ser hacia arriba siempre que no supere la velocidad mínima de fluidización.

• A la salida el producto se encuentra en condiciones no homogéneas, por lo que se aumenta la velocidad del flujo.

Reactores de lecho empaquetado

Fotobiorreactores • Cultivo fotosintéticos de microalgas y cianobacterias.

• Uso de luz natural o artificial.

• Exposición excesiva de luz y así evitar la fotoinhibición.

• Crecimiento celular descontrolado para impedir el efecto de autosombra.

Fotobiorreactores Capacidad de penetración de la luz depende de: • Morfología y la pigmentación de las células a utilizar.

• La capacidad inherente de absorción del medio de cultivo.

Columnas burbujeadoras • Desprendimiento de gas mediante tubos perforados, placas perforadas, entre otros.

• Influyen la velocidad de flujo de gas y las propiedades reológicas del fluido.

• Tratamiento biológico de aguas residuales y fermentaciones aerobias de baja densidad.

Biorreactores aeroelevados • Flujo dividido en dos zonas, deflectores o tubos de succión.

• Presenta una zona ascendente y descendente.

• La zona ascendente posee un mecanismo de aspersión de aire u otros gases.

Biorreactores aeroelevados • El comportamiento se ve afectado por la velocidad de inyección de gas y la velocidad de circulación de líquido.

• Presencia de separadores gas-líquido velocidad de circulación de líquido.

para

aumentar

la

Biorreactores aeroelevados • Presenta mayor eficiencia energética que un tanque agitado pero su productividad es casi la misma.

• Producción de proteínas biofarmacéuticas a partir de células animales frágiles.

• Biotratamientos acelerados de aguas residuales.

Características del Diseño de Bioreactores 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

Vasija del reactor Camisa Aislamiento Recubrimiento Conexión para el inóculo Puertas para los sensores de pH, oxígeno disuelto y temperatura Agitador Aspersor de gas Cierres mecánicos Caja de cambio reductora Motor Tobera para cosechar Conexiones de la camisa Válvula de muestreo con conexión al vapor Visor del cristal Conexiones para adición de ácido, álcali y antiespumante Entrada del aire Tapa removible Tobera para entrada del medio o la alimentación Tobera de salida del aire usado Puertos para los instrumentos Rompedor de espuma Cristal de visualización con luz y conexión al vapor Tobera de ruptura de disco

• Se usa rompedores de espuma cuando los antiespumantes se encuentran fuera del rango en el producto final. • Puede esterilizarse con vapor saturado limpio. • Cuenta con un disco de ruptura. • Cuenta con toberas o sensores de alimentación.

• Tomar en cuenta las necesidades de limpieza y esterilización In situ. • Debe constar de una camisa que tiene que estar diseñada bajo las mismas condiciones del bioreactor. • Debe ser de acero inoxidable 316 L. • Lo que no este en o con la fermentación debe ser de acero inoxidable 304.