PRCTICA DE LABORATORIO N 3: BIORREACTOR DE BUCLE DE ELEVACIN POR AIRE (AIRLIFT LOOP REACTOR)

1. INTRODUCCINEl biorreactor de bucle de elevacin por aire es un reactor de dos fases, con una gran diferencia de densidad entre ellas como gas-lquido o gas-suspensin, cuya agitacin es neumtica. Este tipo de reactor posee un deflector que lo divide en dos zonas conectadas hidrulicamente en el fondo y en la parte superior. Slo en una de estas zonas se suministra gas, denominndose a sta zona de ascenso. Al volumen de gas capturado en un volumen particular dentro del reactor se le denomina Hold-up gaseoso. El mayor Hold-up gaseoso de la zona con suministro de gas (ascendente) respecto de aquella sin suministro (descendente) provoca una diferencia de la densidad media del fluido entre ambas zonas, inducindose de esta manera una circulacin del lquido con un patrn cclico definido, con direccin hacia arriba en la zona de ascenso (menor densidad media: mayor Hold-up) y hacia abajo en la zona de descenso.Se han realizado extensos trabajos sobre hidrodinmica y geometra de estos reactores de tubos concntricos, en los que se destaca que los parmetros geomtricos afectan notablemente al coeficiente combinado de transferencia de masa gas lquido (kLa), al Hold up gaseoso en las zonas ascendente y descendente y a la velocidad de circulacin del lquido. Sin embargo, las correlaciones encontradas en muchos de estos estudios son muy diversas y en algunos casos contradictorias.

Se pueden aplicar los mismos principios a los cultivos aerobios, en los cuales es el gas de oxigenacin el que crea la turbulencia que permite el mantener las clulas en suspensin homognea.

2. OBJETIVOS Conocer la operacin del Biorreactor de Bucle Interno de Elevacin por Aire BBEA-I. Determinar las relaciones geomtricas del biorreactor. Estimar los principales parmetros de operacin.

3. MATERIALES Y MTODOSMateriales y Equipos Equipo experimental Biorreactor de Bucle Interno de Elevacin por Aire BBEA-I. Aspersor de gas Azul de metileno 100 mL de cido muritico o clorhdrico. pHmetro. Regla graduada de 30 cm. Blower o soplador. Cronmetro. Mangueras de conexin. Recipiente con volumen conocido.MetodologaDeterminar las relaciones geomtricas del BBEA-I Altura del biorreactor Altura del tubo interior rea de la seccin transversal en el exterior rea de la seccin transversal en el interior Volumen del tubo interior Altura del lquido no aireado Altura del lquido aireado Dimetro del tanque Velocidad en el tubo interior Velocidad en el tubo exterior Caudal volumtrico de gasLlenar el BBEA-I con agua ligeramente por sobre el tubo de tiro interno (riser), inyectar aire, con ayuda del blower a travs del aspersor colocado al fondo del biorreactor al ingreso del riser, con esto calcular el caudal con el tiempo y volumen del lquido desplazado.

4. RESULTADOS Y DISCUSIN

- Altura del biorreactor0.259m

- Altura del tubo interior0.207m

- rea de la seccin transversal en el exterior0.007389026m2

- rea de la seccin transversal en el interior0.00430084m2

- Volumen del tubo interior0.000890274m3

- Altura del lquido no aireado0.222m

- Altura del lquido aireado0.226m

- Dimetro del tanque0.122m

- Dimetro del tubo interior0.074m

- Velocidad en el tubo interior0.084836066m/s

- Velocidad en el tubo exterior0.023185379m/s

- Caudal volumtrico de gas0.0000347942m3/s

Tabla 1. Relaciones geomtricas del BBEA-I

Las operaciones de procesado de datos deben incluir el clculo de velocidades, rendimientos, productividad, coeficientes respiratorios, etc. El almacenamiento y organizacin de los datos relativos al proceso mediante computadoras es un componente extremadamente importante en la mayora de los procesos industriales de fermentacin (Owen, 1989).

Tabla 2. Principales parmetros de Operacin del BBEA-I estimados- Velocidad superficial del gas0.027086979m/s

- Nmero de Reynolds2252.1758

- Potencia de entrada0.075698167W

- Potencia por unidad de volumen79.28281651W/m3

- Dimetro de la burbuja

- Retencin del gas en el interior del tubo

- Retencin del gas en el cilindro anular

- Retencin del gas en la columna total0.007613253m/s

- Coeficiente global de transferencia de masa0.006082149

- Tiempo de mezcla real19.15s

El nmero de Reynolds se encuentra entre 2000 y 4000, por lo que se considera como flujo de transicin o crtico. Es imposible predecir qu flujo existe. El flujo dentro de la tubera se vuelve errtico y se produce la mezcla transversal del lquido. La intensidad de dicha mezcla aumenta conforme aumenta el nmero de Reynolds (Mott, 2006).Segn Owen (1989), a mayor valor de KLa, mayor es la capacidad de aireacin. En un fermentador la concentracin de oxgeno disuelto en ste ser el balance entre el suministro de oxgeno y la demanada por parte de los organismos. Por tanto el KLa del fermentador deber ser suficientemente grande como para mantener la concentracin de oxgeno disuelto ptima para la formacin del producto.

El aire ejerce una fuerza de arrastre del lquido a travs de todo el recipiente, este biorreactor es apropiado para microorganismos frgiles que necesitan de aireacin y movimiento sustrato lquido (Hernndez, 2003).

Escobar, et al (2005), construyeron un reactor diseado a partir de los modelos y correlaciones vigentes, para una aplicacin de transferencia de hidrgeno gaseoso a una fase acuosa, con propsitos experimentales de una tecnologa biolgica de reduccin de sulfato. El reactor se someti a la caracterizacin experimental de sus parmetros, lo que permiti concluir que una adecuada optimizacin de las correlaciones actuales arroja buenos resultados, por lo que para la operacin de este reactor se deba usar un nuevo modelo con parmetros propios; el escalamiento de este tipo de reactores sigue siendo an un terreno donde abundan las imprecisiones, aunque en trminos fenomenolgicos los modelos son suficientemente desarrollados y entregan predicciones dentro del orden de magnitud de los parmetros.

5. BIBIOGRAFA

Escobar, C.; Bravo, L.; Hernndez, J.; Herrera, L. (2005). DISEO Y CARACTERIZACIN HIDRODINMICA DE UN REACTOR AIRLIFT. Facultad de Ciencias Fsicas y Matemticas, Universidad de Chile. Santiago, Chile.

Hernndez, A. (2003). Microbiologa Industrial. Editorial EUNED. Costa Rica.

Mott, R. (2006). Mecnica de Fluidos. Pearson Educacin Prentice Hall Inc. Mxico.

Owen, W. (1989). Biotecnologa de la Fermentacin. Principios, procesos y productos. Editorial Acribia S.A. Zaragoza, Espaa.

ANEXOS