Características básicas de los fermentadores agitados
Aunque el reactor de tanque agitado es todavía el tipo de reactor más importante en la tecnología de fermentaciones, el diseño estándar es frecuentemente inapropiado en ciertos procesos de producción. Puesto que el tamaño del reactor se incrementa, se deben usar algunas modificaciones, ya que los gradientes locales de concentración y ciertas condiciones de flujo no definidas en el reactor (especialmente grandes diferencias en el esfuerzo cortante), pueden influir en el crecimiento microbial. Desarrollos adicionales incluyen la inserción de tubos concéntricos de arrastre (reactor con recirculación agitado mecánicamente), la aplicación de dispositivos especiales de agitación, y el uso de múltiples agitadores (reactores de torre).
Los biorreactores agitados mecánicamente poseen las siguentes funciones:
Un fermentador simple de tanque agitado se presenta en la siguiente figura:
Figura 1. Reactor de tanque agitado
Por lo general, el tanque de reacción está provisto con cuatro deflectores. El agitador puede estar unido ya sea a la parte superior o a la parte inferior del reactor.
El conocimiento de los esquemas de flujo sirve como base para el establecimiento de los parámetros de diseño (tiempos de mezclado, parámetros del transporte de calor y masa). La rotación del disco produce primeramente, un movimiento tangencial del líquido; la aceleración centrífuga resultante conduce un flujo secundario adicional, el cual consiste de una componente radial y de una axial, y genera grandes vórtices coaxiales por encima y por debajo del agitador.
Los agitadores típicos para medios de baja viscosidad son el impulsor tipo hélice y la turbina para el movimiento axial y el impulsor tipo hélice para el movimiento radial. En medios moderadamente viscosos, el impulsor multietapas a contracorriente (MIG) origina movimiento axial (con un componente radial) y el disco mezclador, entre otros, origina desde movimiento tangencial hasta radial. En medios altamente viscosos, se emplean agitadores helicoidales para el movimiento axial.
Los agitadores MIG, INTERMIG e INTERPROP producen excelente suspensión, homogenización y transferencia de oxígeno aún en medios moderada y altamente viscosos. Su diseño hidráulico da como resultado unas condiciones de mezclado relativamente óptimas dentro del reactor, lo cual facilita el cambio de escala.
La transferencia de calor en los reactores de tanque agitado se logra con el uso de camisas dobles, helicoides o serpentines o por medio de intercambiadores de calor externos.