Predicción del comportamiento hidrodinámico en el escalado de un reactor de tanque agitado para procesos aerobios, mediante CFD

Abstract

RESUMEN: En el presente trabajo se analiza mediante simulaciones en CFD (Dinámica de Fluidos Computacional) el comportamiento de la hidrodinámica líquido-gaseosa en el escalado de un biorreactor, aplicando criterios empíricos comúnmente utilizados en procesos biotecnológicos (Número de Reynolds Re y Potencia por unidad de volumen P/V) en reactores de tanque agitado de 0,050 y 0,500 m3. Los efectos de la turbulencia, flujo rotativo, ruptura y coalescencia de burbujas son simulados mediante los modelos k-e, MRF (Multiple Reference Frame) y PBM (Population Balance Model). El criterio de escalado P/V presenta mejores similitudes hidrodinámicas que el criterio de escalado Re respecto del reactor de 0,050 m3; sin embargo, el alto consumo de potencia y el posible daño microbiano generado por la turbulencia en cultivos de células animales pueden ser desventajas en prototipos a gran escala.

ABSTRACT: In this paper the effects of some empirical scale up criteria (Re y P/V) on hydrodynamics are analyzed by using CFD simulations (Computational Fluid Dynamics) in 0.050 and 0.500 m3 stirred tank bioreactors. The effects of turbulence, rotating flow, bubbles breakage and coalescence were simulated by using the k-e, MRF (Multiple Reference Frame) and PBM (Population Balance Model), respectively. The P/V scale up criteria showed better similar hydrodynamics than Re scale up criteria with respect to the 0.050 m3reactor. However, the high power consumption and cellular damage due to turbulence in animal cell cultures could be disadvantages in large scale prototypes of bioreactors.