Biorreactor de tambor giratorio continuo (CRDB)
Uno de los muchos modelos de flujo posibles para describir la micro-mezcla dentro de un CRDB ha sido presentado por algunos investigadores. El patrón que describe la micromezcla y, por consiguiente, el comportamiento de este biorreactor, es una combinación de un reactor de flujo continuo, un reactor perfectamente mezclado y una corriente de reciclado.
Existen tres variables operativas principales para un sistema de este tipo: La fracción del flujo que pasa a través del biorreactor de flujo instantáneo (= fp / fm), la fracción de la masa «en bioreactor» que está contenida por el biorreactor de flujo instantáneo (= Mp / Mm), y la fracción del flujo que se recicla de nuevo a la entrada del CRDB (= fR / F). La imagen muestra las simulaciones para un conjunto dado de y en diferentes valores de la tasa de dilución y la fracción reciclado.
Por encima del máximo de productividad, la disminución de la productividad con la tasa de dilución es menos pronunciada que en el caso del primero. Esto significa que la operación en esta región es más estable, lo cual es más deseable para fines prácticos. De hecho, para tasas de dilución altas, por ejemplo, mayores de 0,15 h-1, el CRDB tendrá productividades mayores que el CTFB.
La productividad máxima no es tan sensible a los incrementos en la relación de reciclaje () como en el caso anterior, permaneciendo entre 15 y 16 g h-1 kg-materia seca-1 a medida que la relación de reciclado varía de 0,1 a 0,5.
Biorreactor de tanque agitado continuo (CSTB)
Un CSTB real tiene un patrón de flujo complejo debido a la naturaleza sólida del sistema y a las limitaciones de agitación impuestas por la sensibilidad de los microorganismos al daño por cizallamiento. Sin embargo, dado que los patrones de flujo en estos biorreactores no han sido estudiados, se utiliza un modelo asumiendo un flujo perfectamente mezclado para las simulaciones. Obsérvese que se supone que las partículas se inoculan al entrar en el biorreactor. En el caso en que no hay corriente de reciclado, la tasa de dilución es la única variable de funcionamiento.La imagen siguiente muestra los resultados de las simulaciones para este biorreactor en función de la velocidad de dilución, junto con simulaciones de los dos biorreactores anteriores con una relación de reciclado del 10%.
El comportamiento del CSTB es similar al de los biorreactores anteriores, pero hay que señalar algunas diferencias importantes:
Sorprendentemente, los resultados del CSTB perfectamente mezclado son mejores que los otros dos tipos de biorreactores. Normalmente, los biorreactores de flujo continuo son mejores para reacciones simples, pero en el caso en que la velocidad de reacción aumenta con la conversión, lo que podría ser el caso de procesos de fermentación autocatalíticos, el biorreactor perfectamente mezclado puede funcionar mejor.
El CRDB tiene un comportamiento intermedio debido al hecho de que combina flujo perfectamente mezclado con flujo de enchufe. Cuanto mayor sea el componente perfectamente mezclado, más cercano será el rendimiento del CRDB al del CSTB. El CTFB tiende a comportarse cada vez más como un CSTB cuando se eleva.