Comparación de diferentes tipos de fermentadores, sus respectivas ventajas y desventajas, ámbitos de aplicación y casos de aplicación industrial.
Introducción
tanques de fermentación Los fermentadores son uno de los equipos fundamentales en la bioingeniería moderna y la producción bioquímica, utilizados para el cultivo de microorganismos y la producción de metabolitos. Con el desarrollo de la biotecnología, se han utilizado ampliamente diferentes tipos de fermentadores en industrias como la medicina, la alimentación, la energía y la protección del medio ambiente. Según parámetros como los métodos de agitación, los métodos de transferencia de masa de gas y las características estructurales, los fermentadores comunes se pueden clasificar en fermentadores de agitación mecánica, fermentadores de elevación neumática, fermentadores de torre de burbujeo, fermentadores de lecho fijo y fermentadores de lecho fluidizado, entre otros. Este artículo comparará las características estructurales, los mecanismos de operación, las ventajas y desventajas, los ámbitos de aplicación y los casos típicos de aplicación industrial de estos fermentadores, con el fin de proporcionar referencias a investigadores e ingenieros en la selección de equipos.
I. Fermentador agitado mecánicamente
1. Estructura y Principio
agitación mecánica fermentadores Son uno de los equipos de fermentación más utilizados. Su estructura básica incluye el cuerpo del tanque, agitador, distribuidor de gas, camisa o serpentín de enfriamiento/calentamiento, etc. Al combinar el dispositivo de agitación mecánica con el sistema de ventilación, se mejora la dispersión del gas en el líquido y la eficiencia del oxígeno disuelto.
2. Ventajas
- Posee una alta eficiencia de transferencia de masa de oxígeno y es adecuado para microorganismos aerobios.
- Los parámetros de control, como el pH, la temperatura y la concentración de oxígeno disuelto, son fáciles de ajustar.
- La tecnología es madura y está altamente estandarizada.
- Permite un control totalmente automático y es adecuado para la producción a gran escala.
3. Desventajas
- El consumo de energía es relativamente alto, especialmente en medios de cultivo de alta viscosidad.
- La parte sellada del eje de agitación es propensa a las fugas y requiere un mantenimiento elevado.
- Este producto no es adecuado para microorganismos sensibles a la fuerza de cizallamiento, como ciertos hongos o células vegetales.
4. Ámbito de aplicación
- La producción de productos metabólicos como antibióticos, aminoácidos y preparados enzimáticos;
- El cultivo de cepas bacterianas comunes como levaduras, bacterias lácticas y Escherichia coli;
- Puede adaptarse a escalas industriales que van desde unos pocos litros hasta decenas de metros cúbicos.
5. Casos de aplicación industrial
- Los fermentadores con agitación mecánica se utilizan ampliamente en la producción industrial de penicilina.
- La producción de deshidrogenasa utiliza tanques de agitación mecánica altamente automatizados para controlar el pH y el oxígeno disuelto.
- Este tipo de equipo se utiliza habitualmente en la fermentación de lipasa en la producción de biodiesel.
Sistema de fermentación MIKEBIO para aditivos alimentarios
II. Fermentador de elevación neumática
1. Estructura y Principio
El fermentador de elevación neumática logra la mezcla y la transferencia de masa mediante la inyección de gas para impulsar la circulación del líquido. Generalmente está equipado con un tubo interno o un cilindro guía de flujo en su interior, que divide la reacción en una zona de ascenso de gas y una zona de descenso.
2. Ventajas
- La estructura es sencilla, sin piezas móviles y con bajos costes de mantenimiento.
- Tiene una baja fuerza de cizallamiento y es adecuada para el cultivo de células animales, células vegetales, hongos, etc.
- Bajo consumo energético, apto para un funcionamiento a largo plazo;
- Eliminar el problema de la espuma causado por la agitación mecánica.
3. Desventajas
- La eficiencia de transferencia de masa de oxígeno es relativamente baja;
- La complejidad del control es relativamente alta (como la dificultad para controlar de forma independiente el caudal del líquido);
- Youdaoplaceholder5 no es adecuado para medios de cultivo de alta viscosidad.
4. Ámbito de aplicación
- Cultivo de células vegetales, producción de vacunas;
- Alcohol fermentado, ácido cítrico y otros productos fermentados;
- Ingeniería ambiental, como el cultivo de algas marinas y la desnitrificación biológica.
5. Casos de aplicación industrial
- Una determinada empresa fabricante de vacunas utiliza fermentadores de elevación neumática para el cultivo de virus con el fin de reducir el daño celular.
- Una determinada fábrica de alcohol de caña de azúcar en Indonesia ha adoptado tanques de fermentación con sistema de elevación neumática para la producción continua de etanol con el fin de mejorar la eficiencia en el uso de la energía.
- El reactor de columna de aire se utiliza para tratar aguas residuales que contienen amoníaco y lograr la desnitrificación biológica.
III. Fermentador de columna de burbujas
1. Estructura y Principio
La torre de ampollas tanque de fermentación Es un dispositivo cilíndrico vertical sin agitación mecánica. Genera burbujas principalmente mediante ventilación inferior. A medida que las burbujas ascienden, impulsan el flujo del líquido, logrando así la mezcla y la transferencia de masa.
2. Ventajas
- Tiene una estructura sencilla y un bajo coste de inversión.
- Youdaoplaceholder0 Adecuado para grandes volúmenes (hasta varios cientos de metros cúbicos);
- Es adecuada para entornos de baja cizalladura y resulta especialmente idónea para el cultivo de microalgas de gran tamaño.
- Tiene un buen rendimiento de autolimpieza y es propicio para la limpieza en línea (CIP).
3. Desventajas
- La eficiencia de transferencia de masa de oxígeno es limitada y resulta difícil cumplir con los requisitos de las cepas hiperaeróbicas.
- El control de la espuma es difícil y es necesario añadir agentes antiespumantes.
- Es difícil lograr un control de alta precisión.
4. Ámbito de aplicación
- Cultivo a gran escala de microalgas, como la espirulina y la Haematococcus pluvialis;
- Bacterias metanogénicas, reacciones del metabolismo de gases en la fermentación anaeróbica;
- Fermentación de proteínas unicelulares y ciertos ácidos orgánicos.
5. Casos de aplicación industrial
- Youdaoplaceholder5 Una determinada empresa de microalgas en Brasil utiliza torres de campana de burbujas para la producción comercial de Haemophilus plutococcus;
- El reactor de torre de burbujeo anaeróbico acoplado a la central eléctrica se utiliza para la producción de biometano.
- La industria del ácido cítrico utiliza torres de fermentación de gran escala con campana de burbujeo, logrando así una producción continua.
IV. Tanque de fermentación con biorreactor de lecho empacado
1. Estructura y Principio
El fermentador de lecho fijo fija los microorganismos a la superficie del material de relleno, y el medio de cultivo líquido fluye lentamente a través de la capa de relleno para que se produzca la reacción. Se suele utilizar para tipos de células que no son aptas para el cultivo en suspensión libre.
2. Ventajas
- Youdaoplaceholder5 puede lograr un cultivo celular de alta densidad;
- Se caracteriza por una baja fuerza de corte y un bajo consumo de energía.
- Youdaoplaceholder0 es fácil de lograr un funcionamiento continuo;
- El producto tiene una alta concentración, lo que facilita su posterior extracción.
3. Desventajas
- La resistencia a la transferencia de masa es grande;
- Es propenso a obstruirse y difícil de limpiar y mantener.
- Es difícil controlar el crecimiento desigual de las bacterias.
4. Ámbito de aplicación
- Reacción de enzima inmovilizada;
- Aplicaciones de protección ambiental como reacciones de biodegradación y desnitrificación biológica;
- Cultivo a largo plazo de células animales o vegetales.
5. Casos de aplicación industrial
- Sistemas de lecho fijo para la producción masiva de insulina;
- Una planta de tratamiento de aguas residuales en cierta ciudad utiliza tanques de fermentación de lecho fijo para tratar aguas residuales con alto contenido de nitrógeno amoniacal.
- Cultivo fijo de bacterias oxidantes de glucosa para la reacción de formación de biopelículas en una torre de reacción biológica.
V. Biorreactor de lecho fluidizado (biorreactor de lecho fluidizado)
1. Estructura y Principio
Los tanques de fermentación de lecho fluidizado son un sistema de lecho fijo mejorado que aumenta la eficiencia de la transferencia de masa al incrementar el caudal de líquido o introducir gas para mantener el material de relleno en estado de "suspensión".
2. Ventajas
- Una tasa de transferencia de masa relativamente alta entre gas, líquido y sólido.
- Evite el problema de la obstrucción fija del lecho;
- Tiene una alta eficiencia de reacción y es apto para la producción a gran escala.
- Puede aplicarse a un funcionamiento continuo y es adecuado para una producción estable del producto.
3. Desventajas
- La estructura es compleja y el control es difícil.
- Los requisitos para las condiciones de convección son exigentes y se necesita un diseño preciso.
- Tiene requisitos relativamente altos en cuanto al material de embalaje.
4. Ámbito de aplicación
- Tratamiento de aguas residuales orgánicas de alta concentración;
- Fermentación a gran escala de microorganismos o enzimas inmovilizadas;
- Productos de alto valor añadido, como la síntesis de intermedios farmacéuticos y la biotransformación de disolventes.
5. Casos de aplicación industrial
- Biotransformación de precursores de hormonas esteroides utilizados en la industria farmacéutica;
- El sistema de lecho fluidizado de la planta de tratamiento de aguas residuales se utiliza para la degradación aeróbica de colorantes.
- Las bacterias altamente eficientes en la producción de hidrógeno han sido ampliamente estudiadas y aplicadas en sistemas de lecho fluidizado.
Sistema de fermentación MIKEBIO para biofertilizantes
Conclusión
Los distintos tipos de fermentadores presentan características propias en cuanto a diseño estructural, principios de funcionamiento, complejidad de control y aplicaciones. Los fermentadores de agitación mecánica predominan en la producción industrial debido a su gran versatilidad, mientras que los de columna de burbujeo y de tipo blíster ofrecen un rendimiento excepcional en determinados escenarios específicos gracias a su baja cizalladura y sus ventajas en ahorro energético. Los fermentadores de lecho fijo y de lecho fluidizado presentan ventajas evidentes en cultivos de alta densidad y reacciones especiales, especialmente en los campos de la protección ambiental y la medicina.
Cuando las empresas y las instituciones de investigación eligen equipos de fermentación, deben considerar de forma integral el tipo de equipo en función de factores como el tipo de microorganismos, las características del producto, los requisitos del proceso y los costes económicos, con el fin de lograr los beneficios óptimos del proceso y el máximo valor económico.
Por otro lado, al elegir un fermentador biorreactorEs necesario encontrar un fabricante habitual con buena reputación y solidez para garantizar la calidad del producto. Jiangsu Mike Biotechnology Co., Ltd. se estableció en 2008 y se centra en equipos de fermentación biológica Investigación y desarrollo, producción y ventas de empresas de alta tecnología. Nuestra empresa cuenta con una plataforma piloto de fermentación, integrada con inteligencia y automatización, y ha construido un sistema de fermentación maduro que permite la optimización del proceso de fermentación piloto, el desarrollo y la puesta en marcha de todos los procesos, desde la producción de fermentación piloto hasta la separación y purificación del producto de fermentación, y ha establecido una estación de trabajo para médicos y un laboratorio moderno.
Nuestra empresa dispone de una planta de producción estandarizada, con conjuntos completos de equipos y herramientas necesarios para la instalación, que incluyen principalmente una variedad de máquinas herramienta, máquina de soldadura automática por arco de argón, máquina de pulido automática, máquina de corte automática y máquina de detección de defectos, además de más de 60 conjuntos de equipos de producción y prueba. Todo el proceso de producción cumple con los estándares operativos modernos, para brindar a los clientes una calidad más profesional y un mejor soporte técnico.