Tipos de Biorreatores

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Profª Cristiani Baldo 
TIPOS DE BIORREATORES 
Biorreatores 
São reatores nos quais ocorrem reações 
químicas mediadas por catalisadores 
biológicos 
Onde podemos encontrar os catalizadores 
biológicos? 
Biorreatores 
São reatores químicos nos quais ocorrem 
reações químicas mediadas por 
catalisadores biológicos 
Enzimas Células vivas 
Microrganismos Animais Vegetais 
BIORREATORES (Biológicos ou enzimáticos) 
1) REATORES EM FASE AQUOSA (Fermentação Submersa)
2) REATORES EM FASE NÃO-AQUOSA (Fermentação Estado 
Sólido)
Introdução
São os biorreatores mais 
conhecidos e utilizados.
São empregados desde a 
década de 40 para a 
produção industrial para uma
grande diversidade de 
produtos, como: enzimas, 
antibióticos, vitaminas, ácidos 
orgânicos, solventes e 
tratamento de resíduos.
Células vivas 
Microrganismo 
Os biorreatores são concebidos em função do tipo
de processo e dos agentes biológicos empregados.
Podem possuir características bem distintas no
que se refere a fenômenos de transferência (calor,
massa e quantidade de movimento).
Introdução
Cerca de 90 % dos reatores 
utilizados industrialmente são do tipo 
reator de mistura STR (agitados 
mecanicamente).
Há um grande interesse por
outros tipos de reatores, mas a
maioria dos processos ainda se
encontra em escala de bancada ou
semi-piloto.
Reatores agitados mecanicamente
• STR : stirred tank reactor
• Mais usados (90%)
chicanas
Reatores com células/enzimas livres
Facilitam oxigenação 
do meio 
A capacidade de um biorreator é bastante
variável, sendo dependente do processo em questão.
» 1 a 2 m3 – cultivo de patogênicos ou células animais ou
vegetais. Normalmente para a produção de substâncias
ligadas à saúde.
» 100 a 200 m3 – enzimas, antibióticos e vitaminas.
» Acima de 1000 m3 – processos que exigem pouca
assepsia, como fermentação alcoólica e tratamento
biológico de resíduos.
Introdução
Na literatura existem várias formas
possíveis para a classificação de biorreatores,
tais como:
» O tipo de biocatalisador:
Células
ou
Enzimas
Classificação dos biorreatores
Levedura Bactéria Animal Vegetal
Na literatura existem várias formas possíveis para
a classificação de biorreatores, tais como:
» A configuração do biocatalizador:
Livres ou imobilizados.
Classificação dos biorreatores
Na literatura existem várias formas possíveis para
a classificação de biorreatores, tais como:
» A forma de agitar o líquido no meio:
Mecânica ou pneumática
Classificação dos biorreatores
Considerando as várias propostas usualmente
encontradas, foi proposta uma classificação mais
abrangente.
Classificação dos biorreatores
Classificação Geral dos Biorreatores
Classificação dos biorreatores
Reatores em 
fase aquosa
(submersa)
Reatores em 
fase 
não-aquosa
(semi-sólida)
Células/Enzimas
Livres
Células/Enzimas
Imobilizadas
Agitados Mecanicamente
Agitados Pneumaticamente
Fluxo Pistonado
Leito Fixo
Leito Fluidizado
Membranas planas
Fibra oca
Células/Enzimas
Confinadas
Estático (Bandejas)
Agitado (Rotatório)
Leito Fixo
Leito Fluidizado (gás-sólido)
Biorreatores
Estático
Classificação Geral dos Biorreatores
Classificação dos biorreatores
Reatores em 
fase aquosa
(submersa)
Reatores em 
fase 
não-aquosa
(semi-sólida)
Células/Enzimas
Livres
Células/Enzimas
Imobilizadas
Agitados Mecanicamente
Agitados Pneumaticamente
Fluxo Pistonado
Leito Fixo
Leito Fluidizado
Membranas planas
Fibra oca
Células/Enzimas
Confinadas
Estático (Bandejas)
Agitado (Rotatório)
Leito Fixo
Leito Fluidizado (gás-sólido)
Biorreatores
Estático
Agitados Pneumaticamente
Fluxo Pistonado
Estático
Classificação Geral dos Biorreatores
Classificação dos biorreatores
Reatores em 
fase aquosa
(submersa)
Reatores em 
fase 
não-aquosa
(semi-sólida)
Células/Enzimas
Livres
Células/Enzimas
Imobilizadas
Leito Fixo
Leito Fluidizado
Membranas planas
Fibra oca
Células/Enzimas
Confinadas
Estático (Bandejas)
Agitado (Rotatório)
Leito Fixo
Leito Fluidizado (gás-sólido)
Biorreatores
» Um biorreator do tipo STR consiste em um vaso cilíndrico
sendo comuns relações entre a altura (H) e o diâmetro (D) de 
1:1, 2:1 ou 3:1.
» Normalmente é equipado com Chicanas
O agitador é montado no eixo central, 
podendo possuir ao longo de sua altura uma 
série de turbinas, as quais podem ser de 
diferentes tipos.
Agitados Mecanicamente
Agitados Pneumaticamente
Agitados Mecanicamente
Fluxo Pistonado
Estático
Classificação Geral dos Biorreatores
Classificação dos biorreatores
Reatores em 
fase aquosa
(submersa)
Reatores em 
fase 
não-aquosa
(semi-sólida)
Células/Enzimas
Livres
Células/Enzimas
Imobilizadas
Leito Fixo
Leito Fluidizado
Membranas planas
Fibra oca
Células/Enzimas
Confinadas
Estático (Bandejas)
Agitado (Rotatório)
Leito Fixo
Leito Fluidizado (gás-sólido)
Biorreatores
Turbina RUSHTON Turbina Paddle Agitador em âncora
Tipos de Agitadores
Agitados Pneumaticamente
Fluxo Pistonado
Estático
Classificação Geral dos Biorreatores
Classificação dos biorreatores
Reatores em 
fase aquosa
(submersa)
Reatores em 
fase 
não-aquosa
(semi-sólida)
Células/Enzimas
Livres
Células/Enzimas
Imobilizadas
Leito Fixo
Leito Fluidizado
Membranas planas
Fibra oca
Células/Enzimas
Confinadas
Estático (Bandejas)
Agitado (Rotatório)
Leito Fixo
Leito Fluidizado (gás-sólido)
Biorreatores
Tipos de Agitadores
Hélice marinha
Hélice com 
fluxo duplo
Hélice com 
grandes pás
Agitador com 
fita helicóide
Agitados Mecanicamente
Agitados Pneumaticamente
Fluxo Pistonado
Estático
Agitados Mecanicamente
Classificação Geral dos Biorreatores
Classificação dos biorreatores
Reatores em 
fase aquosa
(submersa)
Reatores em 
fase 
não-aquosa
(semi-sólida)
Células/Enzimas
Livres
Células/Enzimas
Imobilizadas
Leito Fixo
Leito Fluidizado
Membranas planas
Fibra oca
Células/Enzimas
Confinadas
Estático (Bandejas)
Agitado (Rotatório)
Leito Fixo
Leito Fluidizado (gás-sólido)
Biorreatores
Funções da agitação:
» Homogeneizar o Meio;
» Dispersar os gases no Líquido 
(diminuir o tamanho das bolhas e 
melhorar a transferência de 
oxigênio).
Agitados Mecanicamente
Fluxo Pistonado
Estático
Classificação Geral dos Biorreatores
Classificação dos biorreatores
Reatores em 
fase aquosa
(submersa)
Reatores em 
fase 
não-aquosa
(semi-sólida)
Células/Enzimas
Livres
Células/Enzimas
Imobilizadas
Leito Fixo
Leito Fluidizado
Membranas planas
Fibra oca
Células/Enzimas
Confinadas
Estático (Bandejas)
Agitado (Rotatório)
Leito Fixo
Leito Fluidizado (gás-sólido)
Biorreatores
Os reatores agitados pneumaticamente
se caracterizam basicamente pela
ausência de agitador mecânico, sendo o
líquido agitado pelo borbulhamento de
gás (normalmente ar).
Coluna de bolhas “Air-lift”
Apresentam menor tensão de cisalhamento, o que torna atraente
para o cultivo de células animais e vegetais.
A diferença básica entre o reator coluna de bolas e Air-Lift, é que
este último tem movimentação cíclica do líquido (bem ordenado) e o
primeiro apresenta movimentação aleatória.
Agitados Pneumaticamente
Movimento definidoMovimento aleatório
Agitados Mecanicamente
Agitados Pneumaticamente
Estático
Classificação Geral dos Biorreatores
Classificação dos biorreatores
Reatores em 
fase aquosa
(submersa)
Reatores em 
fase 
não-aquosa
(semi-sólida)
Células/Enzimas
Livres
Células/Enzimas
Imobilizadas
Leito Fixo
Leito Fluidizado
Membranas planas
Fibra oca
Células/Enzimas
Confinadas
Estático (Bandejas)
Agitado (Rotatório)
Leito Fixo
Leito Fluidizado (gás-sólido)
Biorreatores
Fluxo PistonadoNos reatores de fluxo pistonado
“plug-flow” o inóculo e o meio são
misturados na entrada do sistema,
sendo que a cultura flui com uma
velocidade constante
Há portanto uma variação da
concentração de nutrientes, células e
produto ao longo do comprimento do
reator.
Classificação Geral dos BiorreatoresClassificação dos biorreatores
Reatores em 
fase aquosa
(submersa)
Reatores em 
fase 
não-aquosa
(semi-sólida)
Células/Enzimas
Livres
Células/Enzimas
Imobilizadas
Leito Fixo
Leito Fluidizado
Membranas planas
Fibra oca
Células/Enzimas
Confinadas
Estático (Bandejas)
Agitado (Rotatório)
Leito Fixo
Leito Fluidizado (gás-sólido)
Biorreatores
Agitados Mecanicamente
Agitados Pneumaticamente
Fluxo Pistonado
Estático
Caracterizam-se pela ausência de agitação.
Os “reatores de bandejas”, são bastante limitados no que se refere a
condições de transferência de oxigênio e controle das condições
ambientais do processo.
Classificação Geral dos Biorreatores
Classificação dos biorreatores
Reatores em 
fase aquosa
(submersa)
Reatores em 
fase 
não-aquosa
(semi-sólida)
Células/Enzimas
Livres
Células/Enzimas
Imobilizadas
Agitados Mecanicamente
Agitados Pneumaticamente
Fluxo Pistonado
Leito Fixo
Leito Fluidizado
Membranas planas
Fibra oca
Células/Enzimas
Confinadas
Estático (Bandejas)
Agitado (Rotatório)
Leito Fixo
Leito Fluidizado (gás-sólido)
Biorreatores
Estático
Tem o objetivo de manter elevadas concentrações celulares, 
consequentemente elevadas produtividades. 
Reatores nos quais o biocatalisador se encontra imobilizado
em suporte inerte como por exemplo: 
Pectina, materiais cerâmicos, vidro, sílica, etc.,
Classificação Geral dos Biorreatores
Classificação dos biorreatores
Reatores em 
fase aquosa
(submersa)
Reatores em 
fase 
não-aquosa
(semi-sólida)
Células/Enzimas
Livres
Células/Enzimas
Imobilizadas
Agitados Mecanicamente
Agitados Pneumaticamente
Fluxo Pistonado
Leito Fixo
Leito Fluidizado
Membranas planas
Fibra oca
Células/Enzimas
Confinadas
Estático (Bandejas)
Agitado (Rotatório)
Leito Fixo
Leito Fluidizado (gás-sólido)
Biorreatores Nos reatores de leito fixo não há movimentação da 
partícula (pellets) nas quais o biocatalisador está 
imobilizado.
Classificação Geral dos Biorreatores
Classificação dos biorreatores
Reatores em 
fase aquosa
(submersa)
Reatores em 
fase 
não-aquosa
(semi-sólida)
Células/Enzimas
Livres
Células/Enzimas
Imobilizadas
Agitados Mecanicamente
Agitados Pneumaticamente
Fluxo Pistonado
Leito Fixo
Leito Fluidizado
Membranas planas
Fibra oca
Células/Enzimas
Confinadas
Estático (Bandejas)
Agitado (Rotatório)
Leito Fixo
Leito Fluidizado (gás-sólido)
Biorreatores
Nos reatores de leito fluidizado as partículas (pellets) nas 
quais o biocatalisador está imobilizado se movimentam 
intensamente.
A fluidização do leito pode ser realizada por: 
» Injeção de ar; 
» Gás inerte; 
» Corrente de recirculação do líquido no reator. 
Reatores em 
fase 
não-aquosa
(semi-sólida)
Células/Enzimas
Livres
Células/Enzimas
Imobilizadas
Agitados Mecanicamente
Agitados Pneumaticamente
Fluxo Pistonado
Leito Fixo
Leito Fluidizado
Estático (Bandejas)
Agitado (Rotatório)
Leito Fixo
Leito Fluidizado (gás-sólido)
Estático
Classificação Geral dos Biorreatores
Classificação dos biorreatores
Reatores em 
fase aquosa
(submersa)
Membranas planas
Fibra oca
Células/Enzimas
ConfinadasBiorreatores
Classificação Geral dos Biorreatores
Classificação dos biorreatores
Reatores em 
fase aquosa
(submersa)
Reatores em 
fase 
não-aquosa
(semi-sólida)
Células/Enzimas
Livres
Células/Enzimas
Imobilizadas
Agitados Mecanicamente
Agitados Pneumaticamente
Fluxo Pistonado
Leito Fixo
Leito Fluidizado
Fibra oca
Células/Enzimas
Confinadas
Estático (Bandejas)
Agitado (Rotatório)
Leito Fixo
Leito Fluidizado (gás-sólido)
Biorreatores
Membranas planas
» Os reatores de células confinadas
caracterizam-se por manterem as células
entre membranas semipermeáveis.
» Permitem o fluxo do líquido, mas não das
células.
» Normalmente eles apresentam separação
entre os fluxos de nutrientes e produtos o
que contribui para as etapas de purificação
de produtos.
» Nestes reatores as tensões de
cisalhamentos são mínimas (menores do
que air-lift). Sendo assim, indicados para
células muito sensíveis.
Classificação Geral dos Biorreatores
Classificação dos biorreatores
Reatores em 
fase aquosa
(submersa)
Reatores em 
fase 
não-aquosa
(semi-sólida)
Células/Enzimas
Livres
Células/Enzimas
Imobilizadas
Agitados Mecanicamente
Agitados Pneumaticamente
Fluxo Pistonado
Leito Fixo
Leito Fluidizado
Membranas planas
Fibra oca
Células/Enzimas
Confinadas
Estático (Bandejas)
Agitado (Rotatório)
Leito Fixo
Leito Fluidizado (gás-sólido)
Biorreatores
Classificação Geral dos Biorreatores
Classificação dos biorreatores
Reatores em 
fase aquosa
(submersa)
Reatores em 
fase 
não-aquosa
(semi-sólida)
Células/Enzimas
Livres
Células/Enzimas
Imobilizadas
Agitados Mecanicamente
Agitados Pneumaticamente
Fluxo Pistonado
Leito Fixo
Leito Fluidizado
Fibra oca
Células/Enzimas
Confinadas
Estático (Bandejas)
Agitado (Rotatório)
Leito Fixo
Leito Fluidizado (gás-sólido)
Biorreatores
Membranas planas
https://www.youtube.com/watch?v
=NC2Zi1x5WXc
https://www.youtube.com/watch?v
=NC2Zi1x5WXc
https://www.youtube.com/watch?v=NC2Zi1x5WXc
https://www.youtube.com/watch?v=NC2Zi1x5WXc
Classificação Geral dos Biorreatores
Classificação dos biorreatores
Reatores em 
fase aquosa
(submersa)
Reatores em 
fase 
não-aquosa
(semi-sólida)
Células/Enzimas
Livres
Células/Enzimas
Imobilizadas
Agitados Mecanicamente
Agitados Pneumaticamente
Fluxo Pistonado
Leito Fixo
Leito Fluidizado
Membranas planas
Fibra oca
Células/Enzimas
Confinadas
Estático (Bandejas)
Agitado (Rotatório)
Leito Fixo
Leito Fluidizado (gás-sólido)
Biorreatores
Estático
Classificação Geral dos Biorreatores
Classificação dos biorreatores
Reatores em 
fase aquosa
(submersa)
Reatores em 
fase 
não-aquosa
(semi-sólida)
Células/Enzimas
Livres
Células/Enzimas
Imobilizadas
Agitados Mecanicamente
Agitados Pneumaticamente
Fluxo Pistonado
Leito Fixo
Leito Fluidizado
Membranas planas
Fibra oca
Células/Enzimas
Confinadas
Estático (Bandejas)
Agitado (Rotatório)
Leito Fixo
Leito Fluidizado (gás-sólido)
Biorreatores
Estático
Os reatores de fase não-aquosa (Fermentação 
semi-sólida), se caracterizam pela ausência de 
"água livre" (30 a 80% de umidade). 
Pode-se produzir enzimas, ácido cítrico, pigmentos, 
dentre outros 
Classificação Geral dos Biorreatores
Classificação dos biorreatores
Reatores em 
fase aquosa
(submersa)
Reatores em 
fase 
não-aquosa
(semi-sólida)
Células/Enzimas
Livres
Células/Enzimas
Imobilizadas
Agitados Mecanicamente
Agitados Pneumaticamente
Fluxo Pistonado
Leito Fixo
Leito Fluidizado
Membranas planas
Fibra oca
Células/Enzimas
Confinadas
Estático (Bandejas)
Agitado (Rotatório)
Leito Fixo
Leito Fluidizado (gás-sólido)
Biorreatores
Os “reatores de bandejas” (“stationary
trays”), são bastante limitados no que se
refere a condições de transferência de
oxigênio e controle das condições
ambientais do processo.
Classificação Geral dos Biorreatores
Classificação dos biorreatores
Reatores em 
fase aquosa
(submersa)
Reatores em 
fase 
não-aquosa
(semi-sólida)
Células/Enzimas
Livres
Células/Enzimas
Imobilizadas
Agitados Mecanicamente
Agitados Pneumaticamente
Fluxo Pistonado
Leito Fixo
Leito Fluidizado
Membranas planas
Fibra oca
Células/Enzimas
Confinadas
Estático (Bandejas)
Agitado (Rotatório)
Leito Fixo
Leito Fluidizado (gás-sólido)
Biorreatores
Os Reator tipo Tambor rotativo apresentam 
uma melhor transferência de oxigênio e 
homogeneização do meio através da agitação. 
Classificação Geral dos Biorreatores
Classificação dos biorreatores
Reatores em 
fase aquosa
(submersa)
Reatores em 
fase 
não-aquosa
(semi-sólida)
Células/Enzimas
Livres
Células/Enzimas
Imobilizadas
Agitados Mecanicamente
Agitados Pneumaticamente
Fluxo Pistonado
Leito Fixo
Leito Fluidizado
Membranas planas
Fibra oca
Células/Enzimas
Confinadas
Estático (Bandejas)
Agitado (Rotatório)
LeitoFixo
Leito Fluidizado (gás-sólido)
Biorreatores
Leito fixo caracteriza-se pela passagem de 
ar ou gás inerte através de um leito de 
partículas sólidas. 
Gás
Classificação Geral dos Biorreatores
Classificação dos biorreatores
Reatores em 
fase aquosa
(submersa)
Reatores em 
fase 
não-aquosa
(semi-sólida)
Células/Enzimas
Livres
Células/Enzimas
Imobilizadas
Agitados Mecanicamente
Agitados Pneumaticamente
Fluxo Pistonado
Leito Fixo
Leito Fluidizado
Membranas planas
Fibra oca
Células/Enzimas
Confinadas
Estático (Bandejas)
Agitado (Rotatório)
Leito Fixo
Leito Fluidizado (gás-sólido)
Biorreatores
No Leito fluidizado gás-
sólido a fluidização ocorre 
com elevada vazão de 
gás, o que além de 
melhorar a transferência 
de massa no sistema
auxilia no controle da 
temperatura.
GásGás
1. Natureza do biocatalisador
» Estabilidade da cepa;
» Aeróbio ou anaeróbio;
» Tamanho e forma das células.
2. Propriedades do meio de fermentação
» Propriedades físicas do substrato (líquido ou sólido);
» Componentes do meio sensíveis ao calor;
» Propriedades reológicas (densidade e viscosidade);
» Formação de espuma.
3. Parâmetros bioquímicos do processo
» Taxa de transferência de oxigênio;
» Dependência da temperatura e pH.
Como selecionar o melhor biorreator?
Capacidade dos Biorreatores (FERMENTAÇÃO SUBMERSA)
• ALGUMAS CENTENAS DE LITROS ATÉ 1000 A 2000
CULTIVO DE MICRORGANISMOS PATOGÊNICOS; 
CULTIVO DE CÉLULAS ANIMAIS E VEGETAIS 
• ALGUMAS DEZENAS DE M3 ATÉ 100.000 A 200. 000
PRODUÇÃO DE ENZIMAS, VITAMINAS, ANTIBIÓTICOS
• VÁRIAS CENTENAS DE M3 ATÉ ALGUNS MILHARES DE M3
PROCESSOS NÃO EXIGENTES EM ASSEPSIA 
(FERMENTAÇÃO ALCOÓLICA; TRATAMENTO RESÍDUOS)
3 grupos 
(produção 
industrial)
BIORREATOR INDUSTRIAL DE 500 LITROS
-FERMENTADORES PARA A PRODUÇÃO DE CERVEJA
-(50.000) (Tanques cilíndrico-cônicos de aço inoxidável 
que podem atingir alturas de 22 m e diâmetros de 2 a 8m)
Resumindo...