Los birreactores son recipientes de reacción, en los que se crean técnicamente las condiciones óptimas para el cultivo y multiplicación de microrganismos para la formación de productos óptimos.Las características que debe reunir un biorreactor se encuentra:Calidad de mezclado, tiempo de mezcla y patrones de flujos que

beneficien la distribución de la materia prima en el biorreactor y la conversión a producto.

Altas velocidades de transferencia de masa, momento y calor, con un bajo costo o económicamente rentable.

Factibilidad técnica y económica en la construcción de unidades de gran volumen.

Bajos costo de operación y mantenimiento

INTRODUCCIONPROCESO DE SALIDA DE LOS BIORREACTORES

 BIORREACTORES

Es un recipiente o sistema que mantiene un ambiente biológicamente activo. También es un recipiente en el que se lleva a cabo un proceso químico que involucra organismos o sustancia bioquímicamente activas derivadas de dicho organismos, se lleva a cabo una reacción catalizada por enzimas o células, libres o inmovilizadas. Este proceso puede ser aeróbico o anaeróbico. Estos birreactores son comúnmente cilíndricos, variando en tamaño desde algunos milímetros hasta metros cúbicos son usualmente fabricados en acero oxidable. El birreactor busca mantener ciertas condiciones ambientales propias (PH, temperatura, concentración de oxigeno). En función de los flujos de entrada y salida, la operación de un biorreactor puede ser de tres puntos distintos

ELECCION DEL TIPO DE BIORREACTORControl de PH y temperaturaEstabilidad química y/o biológica de sustratos y productos Inhibición por sustrato y/o productosPresencia de partículas sólidas deseadas o indeseadas en a

alimentación.

Es un reactivo donde no existe flujo de entrada ni de salida, es simplemente un reactor con un agitador que homogeniza la mezcla.Se le debe suministrar oxigeno de manera continua mientras elimina el dióxido de carbono y otros gases producidos por el proceso. Las células se cultivan en biorreactor con una concentración inicial, sin que esta se alterada por nutrientes adicionales o el lavado, por lo que el volumen permanece constante y solo las condiciones ambientales del medio (PH, temperatura, velocidad de agitación) son controladas por el operador. Es proceso finaliza cuando todo el sustrato es consumido por la biomasa.

BIORREACTOR DE LOTE (BATCH)

CLASIFICACION DE BIOREACTORES POR SU FORMA DE OPERACION

BIORREACTOR DE LOTE ALIMENTADO (FEED- BATCH)

Este tipo de biorreactor se opera con una alimentación continua de nutrientes, pero no existe un flujo de salida continuo. Por lotes alimentados, con alimentación de entrada (F1); se alimenta una línea de entrada o alimentación (F1) para que el sistema de cultivo tenga un producto (biomasa) con máximo de crecimiento (exponencial) y aumente la productividad.Los nutrientes son alimentados al biorreactor de forma semicontinua o continua, mientras que no hay efluente en el sistema. La adición intermitente del sustrato mejora la productividad d la fermentación manteniendo baja la concentración del sustrato. Este proceso este restringido por la capacidad volumétrica del reactor.

BIORREACTOR CONTINUO O QUIMIOESTATOPor quimioestato, se alimenta una línea de entrada F1 o alimentación y se drena una línea de salida F2 o lavado; de manera que los flujos o caudales de ambas líneas sean iguales y la producción sea continua. La operación industrial de un quimioestato Para iniciar un cultivo continuo; el biorreactor o el fermentado debe cargarse previamente con el inóculo del cultivo y luego de que este crece lo suficiente, alimentar el sistema con medio fresco a un caudal F1 y lavar el producto por un rebalse a un caudal F2, de modo que, el volumen se mantenga constante, el tiempo que dure el bioproceso o la fermentación. El caudal de salida F contiene células vivas

BIORREACTOR DE AIREACION

Un biorreactor con aireación es por definición es un reactor continuo donde la entrada F1 es una línea de alimentación de aire estéril (O2); la salida F2 es una línea de lavado de aire estéril y el sustrato limitante de la velocidad de crecimiento es el oxígeno disuelto (OD).Existen dos tipos o diseños básicos de birreactores con aireación; ambos, de uso muy difundido: el primero es tanque agitado con línea de aireación y el segundo es el de levantamiento por aire o "air lift".

DISEÑO DE BIOREACTORES

Los fermentadores agitados se utilizan para reacciones con enzimas libres e inmovilizadas, así como para el cultivo de células en suspensión e inmovilizadas. Cuando se utilizan determinados catalizadores que pueden ser dañados o destruidos por el rodete cuando gira a gran velocidad es necesario tener un cuidado especial. Elevados niveles de cizalla pueden también dañar las células sensibles, principalmente en el cultivo de células animales o vegetales

REACTOR DE TANQUE AGITADO

Éste es el fundamento de operación de los reactores de lecho fluidizados. Aprovechando que las partículas presentes en los lechos fluidizados están en continuo movimiento y no se producen canalizaciones ni atascos en el mismo, el aire puede introducirse directamente en la columna. Los reactores de lecho fluidizados se utilizan en el tratamiento de residuos con arena o un material similar que soporta las mezclas de poblaciones microbianas. También pueden utilizarse con organismos floculantes en los procesos de fabricación de la cerveza o en la producción de vinagre.

REACTORES DE LECHO FLUIDIZADOS

REACTOR COLUMNA DE BURBUJAS

En los reactores de columna de burbujas, la aireación y la mezcla se alcanza mediante la inyección de gas, proceso que requiere menos energía que la agitación mecánica. Las columnas de burbujas se utilizan industrialmente para la producción de levadura de panadería, cerveza y vinagre, y en el tratamiento de aguas residuales.

En el flujo homogéneo todas las burbujas ascienden con la misma velocidad y no existe retro mezcla de la fase gas. La mezcla del líquido en este tipo de régimen de flujo es bastante limitada y se reduce únicamente a su arrastre en las estelas de las burbujas. Normalmente se opera a mayores velocidades de gas, donde se desarrolla un gran flujo caótico de circulación y se produce el denominado flujo heterogéneo. La circulación de líquido arrastra a las burbujas y produce cierta retro mezcla del gas.

REACTORES DE TIRO O CORRIENTE DE AIRELos reactores de tiro de aire proporcionan generalmente mejores mezclas que los de columna de burbujas excepto cuando se opera a velocidades bajas de líquido, donde se desarrollan corrientes de flujo similares. La configuración de tiro de aire le confiere un grado de estabilidad al flujo de líquido en comparación con el de columna de burbujas, pudiendo utilizarse mayores caudales de gas sin producir problemas de operación como pueden ser el flujo pistón o nebulizaciones.Los reactores de tiro de aire se han utilizado en la producción de proteínas de origen unicelular a partir de metanol y gasoil, así como en el cultivo de células animales y vegetales y en el tratamiento de aguas municipales y para la industria.

Los reactores de lecho empaquetado se utilizan con biocatalizadores inmovilizados o en forma de partículas. El reactor consiste en un tubo, generalmente vertical, relleno o empaquetado con partículas de catalizador. El medio de cultivo puede alimentarse por la parte superior o inferior de la columna y forma una fase líquida continua entre las partículas. En los lechos empaquetados, el daño debido al desgaste de las partículas es mínimo en comparación con los reactores agitados. Para evitar que el catalizador se arrastre fuera de la columna se colocan pantallas a la salida del líquido. Las partículas deben ser relativamente incompresibles y capaces de soportar su propio peso en la columna sin deformarse y obstruir el flujo del líquido. Los lechos empaquetados no pueden utilizarse en aquellos procesos que produzcan grandes cantidades de dióxido de carbono u otros gases que puedan quedar atrapados en el relleno

REACTORES DE TIRO O CORRIENTE DE AIRE

El reactor de lecho de goteo (en inglés, trickle bed) es otra variación del lecho empaquetado. el líquido es rociado en forma de «spray» sobre la parte superior del empaquetamiento y las gotas descienden a través del lecho en forma de pequeñas corrientes. El aire puede introducirse por la base, y puesto que la fase líquida no es continua a través de la columna, el aire o cualquier gas se mueve con relativa facilidad alrededor Del empaquetamiento. Los reactores de goteo se utilizan ampliamente para el tratamiento aerobio de aguas.

REACTORES DE LECHO DE GOTEO

USO DE BIORREACTORES PARA CONTROLAR LA CONTAMINACION DEL AIRE

Los birreactores usan microbios para eliminar contaminantes de las emisiones, al consumirlos. Su diete se basa principalmente en compuestos de carbono, agua, oxigeno (para reacciones aeróbicas) y macronutrientes. Y otros desechos olorosos transportados por el aguaTambién los birreactores se han utilizado para tratar aguas cloacales . Los europeos comenzaron a usar los birreactores para tratar el aire contaminado. El proceso inicial utiliza un dispositivo denominado biofiltro, es por lo general una caja rectangular que contiene un pleno encerrado en el fondo, un bastidor de soporte arriba del pleno. Y varios pies de medio (lecho) arriba del bastidor del soporte.

Se utiliza un gran numero de materiales para los medio del lechos, abono proveniente de parques y jardines, tierra, grava , a veces se mezcla con los medio de lecho a las ostras (para neutralizar la acumulación de acido) y fertilizante (macronutrientes)

Se utiliza un ventilador para recoger el aire contaminado, si el aire es demasiado caliente, frio, seco o demasiado sucio (con solidos suspendidos) seria necesario pretratar la corriente de aire contaminada para obtener las condiciones optimas antes de introducir al biorreactor. El aire contaminado se transmite a un pleno por medio de un conducto. A medida que fluyen las emisiones a través de los medios del lecho, los contaminantes son absorbidos por la humedad en los medios del lecho, entrando en contacto con los microbios, estos reducen las concentraciones de contaminante al consumir y metabolizar los contaminantes. Durante el proceso de digestión las enzimas en los microbios convierten los compuestos en energía, CO2 y agua. El material no digerible queda como remanente y se convierte en residuos.

CONTROL DE UN BIORREACTOR PARA FERMENTACION ALCOHOLICA EN CONTINUO

Esta basado en un reactor quimiostato para la fermentación en continuo de las Zymomonas mobilis.Consta de un reactor quimiostato y de un separador (no especificado) en el cual se garantiza un 100% de eficiencia en la separación de microorganismos asumiendo que divide su corriente efluente el ¼ hacia la recirculación y ¾ hacia la corriente efluente final rica en etanol.

CONTROL DEL FERMENTADOR CONTROLADOR PID

son lazos simples de realimentación se usara como entrada de control de la concentración de producto la tasa de dilución de sustrato. El cual es maximizar la concentración del etanol producida, de forma tal que se minimicen las oscilaciones evitando así aumentos en la tasa de concentración de etanol y perdidas de sustrato residual.Es necesario la propuesta de un controlador de concentración con el fin de regular la cantidad presente en el biorreactor y evaluar su comportamiento respecto al desempeño de la fermentación. Con el fin de mantener constante en un valor deseado la concentración de microorganismos.

CONTROL DE LA BIOMASA

Debido a la recirculación de biomasa proveniente del separador a la salida del reactor , es posible pensar en una corriente de microorganismos que supla la necesidad de agentes productores de etanol dentro del reactor. La recirculación expresada como porcentaje de la corriente de salida del reactor, determinara que tantos microorganismos son recirculados en la corriente de realimentación el resto se desecha por la línea de purga.

CONTROL DE UN BIORREACTOR ANAEROBIO DE LECHO FIJO PARA AGUAS RESIDUALES

Existen diversos sistemas biológicos para el tratamiento de aguas residuales, que se clasifica en aerobio y anaerobio. Generalmente los procesos anaerobios se usan para tratar residuos con alta carga orgánica contaminante. Los tipos de birreactores utilizados para tratamientos de aguas residuales teniendo en cuenta parámetros distribuidos y los fenómenos de transporte existentes denominado biogás y un lodo residual. De esta forma se presenta dos bondades en los sistemas de digestión anaerobia: la reducción de la carga orgánica y la producción de energía en forma de gas metano.El biorreactor de lecho fijo de flujo ascendente anaerobio también recibe la denominación de biofiltro anaerobio de flujo ascendente.Consiste básicamente en una columna de relleno sobre la cual se desarrollan y fijan las Bacterias anaeróbicas.

El agua a tratar pasa de abajo hacia arriba por el interior de la columna donde los microorganismos realizan la depuración. Por la parte inferior entra el agua contaminada a tratar. En el interior de la columna están las bacterias que realizan la depuración. Por la parte superior se obtiene el biogás y un efluente con menos carga orgánica de esta forma se realiza la depuración. hay una recirculación de microrganismos para evitar que gran cantidad de ellos salgan a través del efluente. El objetivo del tratamiento de aguas residuales mediante biorreactor del lecho fijo de flujo es disminuir la concentración de contaminantes orgánicos en la corriente de salida