Características Básicas de los Bioreactores Fuertemente Aerados e Intermitentemente Mezclados

Las características básicas de diseño de biorreactores mezclados intermitentemente son similares a las de los diversos diseños continuamente mezclados, estando la diferencia en el modo de funcionamiento. Puesto que el mezclado es sólo intermitente y el biorreactor pasa períodos en el modo estático de funcionamiento, se deben preferir diseños que proporcionen una aireación uniforme del lecho cuando está estático. La aireación forzada puede o no aplicarse durante el período de mezcla, dependiendo del diseño.

Los biorreactores mezclados intermitentemente tienen el mismo diseño y las mismas variables operativas que los biorreactores de lecho empacado, que afectan al rendimiento durante los períodos de funcionamiento estático. Además de esto, el tipo de agitación es una variable de diseño adicional para biorreactores mezclados intermitentemente. El lecho se puede mezclar mediante un agitador mecánico, por rotación de todo el biorreactor o por el flujo de aire.

Además de tener las variables operativas para los biorreactores de lecho empaquetado, los biorreactores mezclados intermitentemente tienen diversas variables operativas adicionales disponibles.

En primer lugar, existe la estrategia para iniciar eventos de mezcla, que determinarán la frecuencia de los eventos de mezcla. En segundo lugar, se puede variar la duración y la intensidad de los eventos de mezcla. En tercer lugar, a diferencia de los lechos embalados, la humedad relativa del aire de entrada está potencialmente disponible como una variable de funcionamiento. Puesto que se puede añadir agua al lecho de una manera razonablemente uniforme durante los eventos de mezcla, se puede usar aire insaturado para airear el lecho con el fin de promover el enfriamiento evaporativo.

Los valores seleccionados para estas variables adicionales de diseño y operación serán los más afectados por:

Las temperaturas alcanzadas en el lecho durante el funcionamiento estático (por ejemplo, la mezcla podría ser activada por altas temperaturas en el extremo de salida del lecho);

Las actividades de agua alcanzadas en el lecho durante el funcionamiento estático (por ejemplo, la mezcla podría ser activada cuando la humedad relativa del aire de salida cae por debajo de un punto de consigna);

La caída de presión a través del lecho (por ejemplo, la mezcla podría ser activada cuando la caída de presión alcanza valores inaceptablemente altos);

La sensibilidad del organismo a los daños durante los eventos de mezcla, lo que afectará la frecuencia, intensidad y duración de los eventos de mezcla. Las consideraciones que afectan a la selección de los valores apropiados de otras variables de funcionamiento, tales como el caudal de aire y la temperatura, serán similares a las de los lechos compactados.

La canalización debería ser menos problemática para las camas intermitentemente mezcladas que para las camas empacadas estáticas. Los eventos de mezcla tenderán a romper el lecho de manera que las partículas permanezcan separadas y tendrán tendencia a asentarse a medida que se encoge el lecho, en lugar de ser tricotadas entre sí y separadas de la pared como ocurre con los lechos acumulados. Sin embargo, la canalización puede ser causada por una estructura de lecho imperfecta al final del evento de mezcla. Por ejemplo, en el caso de que el agitador permanezca en el lecho durante los periodos estáticos, puede dejar un agujero detrás o alrededor de él cuando se detiene. Alternativamente, en el caso de que se retire de la cama, puede dejar un agujero a medida que sale. En cualquier caso, si no se hace nada para cerrar el orificio, el aire fluirá preferentemente a través de él durante el período de operación de lecho empaquetado.

Análisis Experimental sobre el Desempeño

Biorreactores mezclados intermitentemente de gran escala

La industria de Koji

Los diseños agitados de forma intermitente se han utilizado en la industria koji. Sato y Sudo reportan un biorreactor con una capacidad de 15 toneladas de arroz koji en un disco de 12 m de diámetro. El sustrato inoculado se coloca en la cámara superior, donde permanece durante un día. Después de este período, el mezclador de tornillo se utiliza para transferir el sustrato a la cámara inferior, donde se mezcla intermitentemente. El biorreactor está controlado por ordenador. Sin embargo, Sato y Sudo no dan más detalles. Por ejemplo, no se sabe exactamente con qué frecuencia se lleva a cabo la mezcla.

Curiosamente, Sato y Sudo (1999) señalan que, incluso para una industria con mucha experiencia, la altura máxima del lecho de sustrato es del orden de 20 cm. Esto significa que los biorreactores a gran escala ocuparán un área extensa. El biorreactor de 15 toneladas tiene discos de 12 m de diámetro. En comparación, un biorreactor SLF tendría un diámetro de aproximadamente 5 m para mantener el mismo volumen de trabajo, suponiendo que el lecho sólido tiene una densidad de empaquetamiento de 400 kg m-3 y por lo tanto un volumen de 37,5 m3 y que el biorreactor SLF tiene un Relación altura / diámetro de 2: 1.