Traduccion biorreactores

...

Interna y externa--loop alr son generalmente como recipientes cilíndricos con forma rectangular o cuadrada, aunque configuraciones han sido utilizados en la industria. Diseños rectangulares o cuadrados pueden ser más fáciles de fabricar, pero contienen un mayor número de posibles zonas estancadas. En la práctica, los sistemas de transporte aéreo cilíndricos están diseñados con ratios de diámetro a la altura total (H/d) de aproximadamente 10, downcomer al área transversal vertical ratios (Ad/Ar) que van desde 0,5 a 1. Estos reactores son típicamente operados en las velocidades de gas superficial en la vertical (UGR) de 0,01 a 1 m -1 s y velocidades del líquido superficial inducida en el -1 vertical (ULr) ofupto2ms [3, 5].

Independientemente de la configuración seleccionada, el ALR aspersor de gas está perfectamente ubicado dentro de la tarjeta vertical en lugar de la práctica convencional de fijación en la base del reactor [3]. En el diseño convencional se muestra en la Figura 1, la circulación de líquido que fluye desde el downcomer puede forzar la distribución de gas hacia una de las paredes de los elevadores, que promueve la coalescencia de burbujas y la canalización.

Requisitos del proceso especial han resultado en el desarrollo de las configuraciones de puente aéreo no convencionales [6]. Así, bucle externo reactores diseñados con una tarjeta vertical basado en convergente y divergente (variando de Ad/Ar) han apoyado significativamente mayor de gas líquido• los coeficientes de transferencia de bucle externo convencional alr como resultado de un aumento de la turbulencia en la tarjeta vertical (Figura 3(a)). Bucle interno alr con tubos perforados de proyecto puede apoyar significativamente menores tiempos de mezcla y los coeficientes de transferencia de masa superior en medios de baja viscosidad en comparación con sistemas no perforado debido a un mayor movimiento de flujo radial a través de las perforaciones (Figura 3(b)). Alr en cascada permiten el establecimiento de entornos de cultivo secuencial (es decir, aeróbicos y anaeróbicos) sin la necesidad de interconectar las tuberías y bombas entre cada paso del tratamiento (Figura 3(c)). Puente aéreo repleto-cama los reactores híbridos (Figura 3(d)) combinan la facilidad de control de oxígeno disuelto y pH de los sistemas de transporte aéreo con el ambiente de protección de repleto-camas biofilm. La instalación de Mezcladores estáticos en la contrahuella de alr promueve burbujas de gas desintegración y posteriormente aumenta la interfacial gas-líquido áreas disponibles para la transferencia de masa (Figura 3(e)). Asimismo, la instalación de Flujo helicoidal promotor de deflectores en la parte superior de la mezcla radial downcomer puede mejorar y sólido-líquido la transferencia de masa y disminuir la entrada de alimentación mínima de fluidización sólido hasta cuadruplicado [7].

2.8.3 Potencia de entrada

Independientemente de la configuración utilizada, ALR performance se rige principalmente por la alimentación específica para el reactor. La entrada de alimentación en lote ALR se utiliza principalmente para la expansión isotérmica del gas de la presión hidrostática en la base del reactor a la presión en el ALR headspace. Esta energía absorbida se transmite a la fase líquida, lo que provoca que la circulación de líquido macroscópicas [6].

La energía necesaria para el quemador de gas en el sistema de inyección mediante el aspersor de gas puede ser excluido del cálculo de entrada de alimentación específicos como nunca supera el 1,5% de la potencia total para la mayoría de diseños de aspersor y las tasas de flujo de gas [3]. La entrada de alimentación específicos en un ALR por lo que a menudo se calcula como:

[pic 5]

[pic 6]

Figura 3 Ilustración esquemática de (a) un bucle externo con un ondulante vertical ALR; (b) un proyecto de tubo perforado de bucle interno sparged ALR; (c) una cascada ALR; d) un híbrido repleto-cama-bucle externo ALR; y e) un proyecto de tubo de bucle interno sparged ALR con Mezcladores estáticos en la tarjeta vertical. Adaptado de Chisti Y (1998) neumáticamente biorreactores agitados en el bioprocesamiento de industriales y ambientales: la hidrodinámica, hidráulica, y fenómenos de transporte. Mecánica aplicada Comentarios 51: 33-112, [6], con permiso.

Donde PG es la potencia de entrada debido a la introducción de gas, VL es el volumen de la fase líquida en el ALR, ρL la densidad de la fase líquida, g la aceleración gravitacional y la UGr superficial en el puesto de control de la velocidad del gas se calcula como:

[pic 7]

Donde QM es el caudal de gas molar, hL la estática de altura del gas-líquido libre, R la constante de gas universal, T la temperatura absoluta en la fase gaseosa, y Ph El headspace de presión.

En muchas situaciones prácticas (de alta turbulencia media), el máximo tamaño de la burbuja de gas estable en la dispersión se ha correlacionado con la potencia real de entrada como:

[pic 8]Donde σ es la tensión de la superficie del medio de cultivo.

Como una regla empírica, la entrada de alimentación específicos en alr no suele sobrepasar 2- -3 3kWm , los valores que pueden ser de uno a dos órdenes de magnitud inferior a los registrados en reactores de tanque agitado convencional para el mismo o biotecnológicas

3 aplicaciones ambientales. Estas entradas de alimentación puede ser incluso inferior (0,1 kW m ) en aplicaciones donde se requiere baja cizalladura [6].

2.16.4 Hidrodinámica

2.16.4.1 gas-líquido de Gas

el atraco (global), εG (vertical), y downcomer εGr (εGd) gas atracos tienen influencias cruciales sobre la circulación de líquido y la transferencia de masa en ALR [3, 6]. Estas variables se definen como la fracción volumétrica de gas en el gas-líquido-sólido en la dispersión del volumen de control analizada (reactor, riser, o downcomer). El atraco de gas global así puede ser expresado como:

[pic 9]Donde VG y VS representan el volumen de gas y sólidos (sólidos suspendidos) Fases, respectivamente.

El atraco de gas global también puede estimarse a partir de la vertical y atracos downcomer individuales como sigue:

[pic 10]El atraco de gas influye en el volumen total del reactor, el área de contacto de gas-líquido disponible para la transferencia de masa (y por lo tanto