Biorreactor continuo de tanque agitado con recirculación

Cuando en un reactor continuo de tanque agitado se disminuye el tiempo de residencia, la productividad celular aumenta hasta alcanzar un valor máximo. Sin embargo, si el tiempo de residencia disminuye ligeramente después de alcanzar este valor, la velocidad de generación de células es inferior a la velocidad de salida de células en el efluente del reactor y la productividad desciende rápidamente debido al "lavado" de las células del reactor. Un procedimiento para aumentar la productividad es recircular las células después de separarlas de la corriente de salida por medio de un filtro u otro sistema de separación (figura 1). La velocidad de crecimiento es proporcional a la concentración celular X, y al aumentar X aumenta la productividad. Por consiguiente, el reactor continuo de tanque agitado se puede operar en condiciones estables sólo si existe una recirculación parcial y una corriente efluente E, tal como se muestra en la figura 1.

Figura 1. Reactor continuo de tanque agitado con recirculación

Para esta situación, el balance de materiales del reactor es:

1.

Donde:

F es el afluente al reactor;

X_A , X son las concentraciones celulares en el afluente y en reactor, respectivamente;

V es el volumen de la mezcla de fermentación en el reactor y

m es la velocidad específica de crecimiento celular.

En estado estacionario, dX/dt se hace igual a cero y si se supone que el afluente es estéril (X_A = 0), la ecuación anterior se convierte en:

2.

Al definir la relación de recirculación, B = E/F, la ecuación anterior queda:

3.

Donde D es la velocidad de dilución (F/V).

Si B = 1 entonces E = F, por consiguiente, no habría recirculación y la velocidad específica de crecimiento sería igual a la velocidad de dilución.

Si la velocidad de crecimiento se ajusta a la cinética de Monod, se obtiene la siguiente expresión para evaluar la concentración de sustrato en estado estacionario, después de reemplazar m = BD en la ecuación de Monod:

4.

Ecuación que es válida únicamente si m _max/D > B. La concentración de células en el reactor se determina a partir del coeficiente de rendimiento Y_X/S .

5.

La recirculación de células se usa especialmente en los procesos de fermentación para la producción de etanol y en el tratamiento anaerobio de aguas de desecho.