Biorreactores – Conocimientos sobre la operación a gran escala.

Se hicieron simulaciones para biorreactores de mayor escala. Para estas simulaciones, los coeficientes para la transferencia de calor desde el gas y la fase sólida a la pared del biorreactor y desde la pared del biorreactor al agua en la camisa de agua se eligen como 200 W m^-2 ° C^-1 para dar un coeficiente global para la transferencia de calor desde el lecho al agua en la camisa de agua (calculada sobre la base de la ley de resistencias en serie) del orden de magnitud de 100 W m^-2 ° C^-1, un valor determinado experimentalmente para un mezclador industriale de sólidos con camisa de agua adaptado como biorreactor SSF.

La gráfica siguiente muestra simulaciones para un lecho de 1 m de diámetro y 1 m de altura, que contiene una carga de sustrato inicial de 177 kg. Cuando la temperatura en la camisa de agua se mantiene constante (J = 0), el crecimiento es pobre (a), a pesar de los mayores coeficientes de transferencia de calor en la pared, porque todavía se alcanzan temperaturas indeseablemente altas, alcanzando un máximo de 44.9 ° C (b). Por otro lado, con un valor de J de 2, el crecimiento es bueno (d)porque la temperatura de los sólidos no supera los 40.4 ° C (e). En este caso, la temperatura mínima del agua de refrigeración es de 24.2 ° C, lo cual es bastante razonable y puede lograrse sin refrigeración.

En esta imagen se muestran simulaciones para un lecho de 2 m de diámetro y 2 m de altura, que contiene una carga de sustrato inicial de 1417 kg. En las (a) y (c) la temperatura en la camisa de agua se mantiene constante (J = 0), pero para promover la evaporación, la actividad de agua del aire de entrada se establece en 0.5. Sin embargo, se alcanzan temperaturas indeseablemente altas de 46.1 ° C (b). Tenga en cuenta que el agua se agrega a las 23 y 35 h.

En las Figuras (d) a (f) se utiliza aire casi saturado (awgin = 0.99) junto con un valor de J de 3. La temperatura no excede 42.0 ° C (e). En este caso, la temperatura mínima del agua de refrigeración es de 14,1 ° C. El control de temperatura razonable también se puede lograr mediante el uso de mayores tasas de aireación. En este caso, la mejor estrategia dependerá de los costos operativos comparativos de mayores tasas de aireación en comparación con la refrigeración de una camisa de enfriamiento.

Efecto de la escala y la operación en las contribuciones al enfriamiento de los sólidos.

Es interesante explorar la importancia relativa de los diversos mecanismos para eliminar el calor de los sólidos y explorar cómo varía esta importancia relativa bajo diferentes condiciones de operación.

Las condiciones de funcionamiento de las ejecuciones 1, 3, 5 y 7 son tales que la refrigeración de la pared no se maximiza, mientras que las condiciones de funcionamiento de las ejecuciones 2, 4, 6 y 8 maximizan la refrigeración de la pared y minimizan la evaporación.

Esto, por supuesto, se refleja en la figura siguiente, que traza las contribuciones al enfriamiento para estas corridas.

Surge una pregunta interesante. Si una camisa de agua no es práctica en un biorreactor a gran escala y la eliminación de calor a través de la pared del biorreactor es insignificante, ¿cómo debe funcionar el biorreactor? Esta pregunta se vuelve cada vez más relevante a medida que aumenta la escala del biorreactor, ya que podría esperarse que fuera cada vez más difícil mezclar los sólidos. Si no se asegura una buena mezcla, entonces una capa estática de sólidos cerca de la pared puede enfriarse demasiado con una camisa de agua y proporcionaría una capa aislante que evitaría que el agua de refrigeración eliminara el calor de una región mixta en el centro.