Traduccion biorreactores

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2.16 El transporte aéreo biorreactores

B Guieysse, Massey University, de Palmerston North, Nueva Zelanda G Quijano, Centro de Investigación y de Estudios Avanzados del IPN (Cinvestav), Ciudad de México, México R Muñoz, de la Universidad de Valladolid, Valladolid, España

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2.16.2 2.16.1 Introducción 2.8.3 Entrada de alimentación de configuraciones de reactores de gas-líquido 2.16.4 2.16.4.1 2.16.4.2 Hidrodinámica de atraco de gas líquido de la velocidad de circulación de gas-líquido 2.16.4.3 2.16.4.4 separadores hidrodinámicos subraya cizalla 2.16.5 2.16.5.1 de transferencia de masa de gas/líquido de transferencia masiva 2.16.5.2 líquido-sólido y líquido-líquido de transferencia de calor Transferencia de Masa 2.16.6 2.16.8 2.16.9 2.16.7 Mezcla Aplicaciones Conclusiones Referencias

Glosario

Transporte aéreo (biorreactor) de un reactor agitado neumáticamente (biorreactor) donde la inyección de una corriente de gas se lleva a cabo en una sección especial del reactor conocido como el elevador, lo que provoca que el caldo del reactor vertical circular entre la sección y una sección con una menor (o insignificante) Volumen de fase gaseosa conocida como la downcomer.

Downcomer una sección de un puente aéreo (bio)reactor que contiene es mucho menor (o nulo) cantidad de fase gaseosa de la sección vertical del reactor agitado neumáticamente (bio)Configuración de un reactor agitado (bio)reactor donde la inyección de una corriente de gas sirve tanto para la mezcla y el intercambio de sustratos y productos. Una sección vertical de un puente aéreo (bio) reactor donde se inyecta la corriente de gas.

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2.16.1 Introducción

Neumáticamente biorreactores agitados tomar ventaja de la Inyección de un torrente gaseoso (aire) a menudo proporcionan la mezcla y mediar la transferencia de sustancias gaseosas (es decir, O2 y CO2) con la fase líquida. Sin embargo, a diferencia de los clásicos neumáticamente reactores agitados donde mezcla líquida es aleatorio (es decir, columnas de burbujas), el diseño específico de transporte aéreo los reactores (ALR) provoca que el líquido se distribuya entre dos zonas interconectadas conocido como el "riser" y el downcomer [1]. La tarjeta vertical y la downcomer están conectados por una base específico de reactor para permitir la circulación de líquido y por un separador de gas líquido en la parte superior. Bajo condiciones de funcionamiento típico, se inyecta aire debajo de la sección vertical y la extracción de gas en el separador genera un gradiente de densidad media entre el elevador y downcomer zonas que provoca que el líquido del caldo a circular (Figura 1). La función del separador de gas es apoyar eficiente separación gas-líquido. La fracción de gas introducida en la sección downcomer depende de variables operacionales y de diseño.

Esta fracción tiene un efecto significativo sobre la dinámica de fluidos y, en consecuencia, el rendimiento del reactor.

La introducción de energía focalizada para mezclar en biorreactores clásico genera grandes gradientes de cizallamiento que causan las células para experimentar estrés mecánico en zonas de alta turbulencia y subóptimos (es decir, concentraciones de solutos O2 + , CO2, H y toxinas, etc.) y/o condiciones de temperatura en las zonas de baja turbulencia [2]. Por el contrario, la circulación de líquido entre el elevador y la downcomer (en lugar de la inyección de gas) es el principal contribuyente a la dinámica de los fluidos en ALR. Porque la circulación de líquido está causada por el desnivel entre el promedio de las densidades de líquido en las dos secciones del reactor, no hay punto focal de la disipación de energía y fuerzas de corte son muy homogéneos dentro de cada sección, causando menos estrés celular. El ALR también supuestamente admite mayores tasas de transferencia de masa por aportación de energía de sistemas clásicos y eficiencia de transferencia (es decir, la cantidad de O2 transferidas por potencia de entrada) es mucho menos afectadas por la entrada de alimentación en alr que en los sistemas clásicos. Las dos principales ventajas de alr aquí descritos explican por qué estos sistemas son a menudo preferida para el cultivo del cizallamiento sensibles las células de mamíferos y plantas de tratamiento de aguas servidas o en aplicaciones que requieran un uso eficiente de la energía (aireación gastos representan aproximadamente el 50% de los costos de energía durante el tratamiento de las aguas residuales domésticas).

Investigación y Desarrollo sobre alr hasta ahora se ha centrado en demostrar el potencial de este sistema en aplicaciones nuevas o modelado de las complejas relaciones entre el diseño y los parámetros de funcionamiento y dinámica de fluidos y transferencia de masa. Muchos experimentales y modelos mecanísticos ALR que puede describir el funcionamiento y el rendimiento son, por lo tanto, disponible [3]. Sin embargo, la validez de estos modelos es demasiado a menudo limitado a determinadas aplicaciones o configuraciones de reactores. Por esta razón, sólo los más relevantes, ampliamente aceptada, y modelos genéricos son presentados aquí para ilustrar cómo el diseño y los parámetros de funcionamiento influyen en la dinámica de fluidos y propiedades de transferencia de masa.

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2.16.2 Las configuraciones de reactores

El ALR comúnmente se clasifican según su estructura física. Externa (o exterior-loop) ALR se construyen con compartimentos separados y vertical downcomer conectados por conductos horizontales cerca de la parte superior y la parte inferior (Figura 2(a)). En su lugar, la vertical y la downcomer están ubicados físicamente en el mismo buque de bucle interno ALR y separadas por una división o un deflector de tubo concéntrico (Figuras 2(b) y 2(d), respectivamente). En reactores de bucle interno, ya sea el proyecto de tubo concéntrico o la corona puede actuar como un elevador, dependiendo de la ubicación del aspersor de gas [3, 4].

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Figura 2. Ilustración esquemática (a) un bucle externo ALR; (b) una división de bucle interno ALR; (c) un proyecto de tubo concéntrico de bucle interno sparged ALR; y d) una corona de bucle interno sparged ALR.

Sistemas de bucle externo son menos versátil en términos de diseño del reactor y hasta el momento han apoyado significativamente menos aplicaciones de bucle interno ALR. Sin embargo, mientras que la velocidad de circulación de líquido depende principalmente de entrada de gases en bucle interno ALR, circulación de líquido puede ser regulada mediante la instalación de una válvula de control en el conducto que conecta la tarjeta vertical y externo downcomer ALR. Bucle externo alr suelen admitir mayores velocidades de circulación de líquido y bajar las tasas de transferencia de masa de split y tubo de tiro de bucle interno ALR [3].

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