ES2284213T3 - Procedimiento de reaccion continuo mediante catalisis de solido/gas en medio no convencional, reactor correspondiente y uso de este reactor. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento de reacción continuo por catálisis sólido/gas en medio no convencional, que pone en práctica diferentes sustratos en forma gaseosa para obtener productos determinados, sustratos líquidos y productos de la reacción enzimática que forman compuestos, comprendiendo dicho procedimiento al menos: - el control de la temperatura de la reacción enzimática para determinar la presión de saturación de cada compuesto puro que interviene en la determinación de la actividad termodinámica de dicho compuesto; - el control de la presión total; y - el control de los caudales molares de los compuestos y del gas vector, para regular la composición molar de la mezcla gaseosa en función de los valores de actividad termodinámica determinados de estos compuestos, - la puesta en práctica de medios para que la mezcla gaseosa que contiene los sustratos de la reacción enzimática se conduzca desde un mezclador-inyector (4) hacia un biorreactor (8) propiamente dicho a través de un intercambiador (9) de calor, conteniendo el biorreactor una preparación enzimática mantenida a temperatura en una cámara (10) de reacción.
Description
Procedimiento de reacción continuo mediante
catálisis de sólido/gas en medio no convencional, reactor
correspondiente y uso de este reactor.
La presente invención se refiere al
funcionamiento de reactores continuos en medio no convencional, es
decir no acuoso, en particular para reacciones de catálisis que
ponen en práctica esencialmente una fase sólida y una fase
gaseosa.
Reacciones catalíticas sólido/gas en las que la
fase sólida del reactor está constituida por una enzima y los
sustratos o los productos de la reacción se encuentran en forma
gaseosa se han descrito por Pulvin S., Legoy M. D., Lortie R.,
Pensa M. y Thomas D. (1986) Enzyme technology and gas phase
catalysis: alcohol dehydrogenase example. Biotechnol. Lett., 8, 11,
págs. 783-784. Igualmente se conocen sistemas de
catálisis que ponen en práctica células enteras como elementos
constituyentes de la fase sólida del reactor.
La catálisis sólido/gas presenta de hecho
ventajas ciertas con respecto a los sistemas convencionales del tipo
sólido/líquido:
- permite, en el reactor, liberarse del uso de
disolventes y funcionar únicamente con los sustratos y los
productos de la reacción en el entorno próximo a la enzima;
- estando compuesta la fase sólida por el propio
elemento biocatalizador, las etapas de fijación o de inmovilización
no resultan necesarias;
- al ser importantes las transferencias de masa
debido a la difusividad elevada y la poca viscosidad de las fases
gaseosas, se mejora la productividad;
- la fase gaseosa está compuesta por sustratos y
productos puros y un gas vector, no se utiliza ningún disolvente,
lo que facilita el tratamiento aguas abajo del medio de
reacción.
La catálisis sólido/gas solicita una temperatura
de trabajo más importante que los sistemas convencionales. Debido a
ello, los riesgos de contaminación microbiana de los elementos de
los reactores son mínimos.
El principio es el siguiente:
La transformación de sustrato gaseoso
transportado según el caso por un gas vector, experimenta una
transformación en superficie de contacto de un biocatalizador
sólido (enzima o células enteras), recuperándose los productos de la
reacción en forma gaseosa.
Los principios de la catálisis sólido/gas, los
parámetros de las reacciones en cuestión se describen en
Biotechnology and Bioengineering, Vol. 45, páginas
387-397 (1995).
En la actualidad, sólo han podido obtenerse
algunos compuestos químicos, tales como los epóxidos y los aldehídos
y ésteres mediante sistemas de catálisis sólido/gas (referencia).
Pero el límite principal del sistema existente es el mantenimiento
de un biocatalizador activo y por tanto la compatibilidad con un uso
industrial.
Una aplicación prometedora para los reactores de
este tipo se refiere al tratamiento de los efluentes gaseosos
contaminados, al no dejar de crecer el campo de las moléculas que
deben eliminarse de los desechos industriales antes de su
liberación a la atmósfera. Se trata de aldehídos, alcoholes,
cetonas, ácidos carboxílicos, cresoles, fenoles, derivados de
azufre, aminas cíclicas, alcanos o ésteres. También puede realizarse
una mejora de las técnicas de descontaminación de los suelos por
tales sistemas.
No obstante, los sistemas de catálisis
sólido/gas están relacionados en primer lugar con la multiplicidad
de los elementos constitutivos de los reactores, que conduce a una
falta de control de los diferentes parámetros, en particular los
que dependen del complejo papel del agua. De hecho, el estado de
hidratación de la preparación enzimática ejerce un efecto
antagonista sobre la actividad catalítica y sobre la estabilidad en
el tiempo del catalizador.
Los reactores en fase sólida/gas desarrollados
actualmente (Lamare et al, Trends in Biotechnology (1993) 10
(117): 413-418) están concebidos para funcionar a
presión atmosférica, aunque son susceptibles de funcionar a
temperaturas que van hasta 220ºC con una actividad termodinámica
controlada para cada constituyente, actividad cuya definición e
importancia en la realización de la reacción enzimática sólido/gas
se describe a continuación en el presente documento.
Son inoperantes para todas las aplicaciones en
las que los componentes son poco volátiles, es decir, para todos
los componentes cuyo punto de ebullición se sitúa alrededor de
150-250ºC. Ahora bien, en la actualidad un gran
número de reacciones susceptibles de desarrollarse, ya que presentan
un interés industrial, hacen intervenir compuestos cuyas presiones
de saturación son débiles o incluso próximas a 0, a las temperaturas
de trabajo utilizadas que se sitúan entre 50 y 150ºC, temperaturas
compatibles con un mantenimiento activo del biocatalizador.
El principal obstáculo de los sistemas
existentes es hacer pasar en fase gaseosa todos los componentes del
sistema, sustratos de reacción y productos obtenidos. Ningún
biorreactor permite esta transformación. Además, los costes
generados por el uso masivo de un gas vector neutro para una
alimentación importante de un reactor sólido/gas hacen que el uso
de esta técnica de reacción sea prohibitivo para fines
industriales.
Numerosos ejemplos demuestran el papel
importante del agua sobre la catálisis enzimática en medio no
convencional. Una manera sencilla para definir la actividad
termodinámica del agua consiste en utilizar la presión del vapor de
agua de la fase gaseosa en equilibrio con el sistema considerado.
Por lo tanto puede escribirse:
a_{W} =
Pp/Ppref
en la que Pp es la presión parcial
del agua encima del sistema y Ppref la presión parcial, denominada
de referencia, medida a la misma temperatura encima del agua pura.
El a_{w} de un sistema depende por lo tanto de magnitudes físicas
que caracterizan un sistema tales como la presión absoluta y la
temperatura; es el parámetro de equilibrio que permite definir el
estado del agua; permite, en un sistema, cuantificar de manera
inequívoca la influencia del agua, en un sistema en el que la
polaridad, la constante dieléctrica de las especies químicas en
presencia, el número de fases, la temperatura, tienen una
influencia considerable en la distribución del agua en las
diferentes fases del
sistema.
Halling (Halling P. (1984) en Effect of water on
equilibria catalysed by hydrolytic enzymes in biphasic reaction
systems. Enzyme. Microb. Technol., 6, págs 513-515)
ilustró el equilibrio que puede existir entre los diferentes
estados del agua y las diferentes fases de un medio complejo (estado
de hidratación del biocatalizador y de los otros componentes,
cantidad de agua disuelta en el disolvente, presión parcial de vapor
de agua encima del sistema), siendo este equilibrio función de la
actividad del agua.
El valor de la actividad termodinámica del agua
de un sistema depende de las magnitudes físicas que caracterizan
este sistema, tales como la presión absoluta y la temperatura. El
valor de la actividad termodinámica del agua se regula por lo tanto
para establecer las condiciones de funcionamiento de equilibrio
entre las diferentes fases del reactor; por lo tanto es un
parámetro determinante para optimizar el reactor y sus condiciones
de funcionamiento.
La presente invención propone remediar los
problemas mencionados anteriormente en el presente documento
mediante la puesta en práctica de reacciones catalizadas en fase
sólida/gas a presión reducida, con el fin de optimizar la
productividad y de reducir los costes minimizando, incluso
suprimiendo, el uso de un gas vector neutro, al referirse a las
actividades termodinámicas del agua y de los compuestos
utilizados.
Más precisamente, la invención tiene como objeto
un procedimiento de reacción continuo mediante catálisis
esencialmente gas/sólido en medio no convencional, que pone en
práctica diferentes sustratos gaseosos con el fin de obtener
productos determinados. Este procedimiento consiste en controlar la
temperatura, determinando la presión de saturación de referencia de
cada compuesto puro, la presión total del sistema, y los caudales
molares de los compuestos, para regular la composición molar de la
mezcla gaseosa en función de los valores de actividad termodinámica
determinados de los compuestos. Las características de procedimiento
se retoman en la redacción de la reivindicación 1.
La invención se refiere igualmente a un reactor
que comprende medios aptos para poner en práctica este
procedimiento, tal como se define en la reivindicación 2. Un
reactor de este tipo comprende bombas para controlar los caudales
de cada uno de los sustratos líquidos, caudalímetros másicos para la
adición de un gas vector y sondas de control de temperatura de un
mezclador de expansión de los sustratos en fase gaseosa, de una
cámara de reacción que comprende un biorreactor que contiene un
catalizador biológico y en el que se introducen los sustratos
mediante un cambiador de calor, del birreactor y de un elemento de
toma de muestras de análisis situado a la salida de la cámara de
reacción. Una bomba de vacío acoplada con una válvula de regulación
del vacío se coloca igualmente a la salida de la cámara de
reacción. Las bombas, las sondas y la válvula se conectan a un
controlador de mando acoplado con un procesador de gestión. En
función de los datos recibidos y de los algoritmos de gestión que
aplica, el procesador transmite en el transcurso del tiempo señales
de control a los diferentes elementos (bombas, sondas y válvula)
con el fin de regular la temperatura, la presión total y los
caudales molares dependiendo de los valores de actividad
termodinámica determinados.
Por catalizador biológico, se entiende cualquier
catalizador constituido o procedente de un organismo vivo animal,
vegetal, bacteriano, viral o fúngico; se puede tratar de una célula
entera, de un organito celular, de un complejo macromolecular o de
una molécula especialmente de proteínas, ácidos nucleicos o mezclas
de los mismos y que presentan una actividad catalítica.
El procedimiento puesto en práctica en la
invención permite aumentar la productividad del sistema con respecto
a un sistema que funciona a presión atmosférica, minimizar o anular
la cantidad de gas vector utilizado, aumentar la riqueza de la fase
gaseosa en sustratos sin tener que aumentar la temperatura de manera
irrazonable, disminuyendo el volumen de un reactor a presión
atmosférica. Estas ventajas pueden coexistir, estando entonces
modulados sus efectos respectivos.
La posibilidad de liberarse del gas vector se
obtiene mediante sustitución de este gas por el compuesto en fase
vapor del punto de ebullición más bajo de los compuestos
introducidos; la actividad termodinámica de este compuesto puede
fijarse en función de la presión absoluta Pa del sistema; cumple
entonces la función de gas vector en el procedimiento de la
invención.
Otra ventaja de la invención reside en la mejora
de la estabilidad del catalizador biológico debido al hecho de que
la hidratación, de la que depende su termoestabilidad, está
controlada.
En un modo de realización particular, y con el
fin de evitar una modificación constante de la composición de la
fase gaseosa en el transcurso del tiempo, el gas que debe
transformarse en el transcurso de la reacción procede de una mezcla
de varios compuestos en forma líquida seguida de una vaporización
instantánea ("flash" líquido-vapor) realizada
a alta temperatura (por ejemplo 450ºC), eventualmente con la adición
de un gas vector neutro tras vaporización, si por ejemplo no se
quiere fijar la actividad termodinámica del agua.
El reactor según la invención permite controlar
de manera precisa el microentorno del biocatalizador. Entonces
puede hacerse funcionar una enzima y observar su comportamiento
cinético y su solvatación/hidratación, y validar la modelización de
ciertas interacciones, por ejemplo proteína/ligandos.
Este reactor abre la vía a una nueva enzimología
industrial en la que sólo se tienen en cuenta las disponibilidades
eficaces de los sustratos y del agua para la enzima, definidas
mediante su actividad termodinámica, lo que permite cuantificar su
efecto sobre la catálisis al nivel molecular.
El reactor según la invención, así como el
procedimiento puesto en práctica en su funcionamiento presentan
numerosas ventajas industriales detalladas a continuación en el
presente documento y que son:
- determinar el precio de coste de los
compuestos obtenidos,
- ampliar de la gama de los sustratos y de los
productos utilizables, así como de las posibilidades de las
reacciones catalizables,
- usar sustratos que tienen puntos de ebullición
elevados,
- el control de las actividades termodinámicas,
permitiendo modificaciones de energía libre de reacción, autoriza
el uso de un mismo catalizador para diferentes reacciones, que
comprenden por ejemplo la hidrólisis, la transesterificación y las
síntesis para las lipasas (ejemplo 1 a continuación).
La primera ventaja se refiere al precio de coste
de los compuestos obtenidos mediante su puesta en práctica por los
motivos siguientes: la disminución o la liberación de gas vector
simplifica la realización del reactor, reduce los gastos fijos de
producción.
El sustrato por sí mismo puede ser su propio
vector y así permite aumentar su concentración relativa y conduce a
aumentar considerablemente la productividad de la reacción, es decir
aumentar la cantidad de los productos obtenidos; efectivamente, la
presión total se reduce al mínimo con el fin de aumentar en esa
cantidad la razón n/n_{tot} de cada producto X, ya que la presión
parcial de cada compuesto se fija mediante el valor de la actividad
termodinámica de este compuesto. Por ejemplo para una transformación
a 80ºC de un compuesto con una presión parcial de referencia de 0,5
atm a esta temperatura y con una actividad termodinámica de 0,1, la
presión parcial de X en el gas que debe transformarse es entonces
igual a 0,05.
Para un sistema que funciona a presión
atmosférica, la razón n/n_{tot} es entonces igual a 0,05. Por
tanto, X sólo representa el 5% en composición molar de la fase
gaseosa.
En un sistema que funciona a presión reducida
absoluta de 0,5 atm, la razón n/n_{tot} necesaria para obtener
una actividad termodinámica de 0,1 es entonces igual a 0,1. X
representa entonces el 10% en composición molar de la fase gaseosa
que debe transformarse.
Para un funcionamiento a caudal molar constante
sobre los dos sistemas, la productividad del sistema en depresión se
multiplica por un factor dos.
La productividad de un sistema que funciona a
presión reducida permite así una ganancia de productividad igual a
1/P_{abs} del sistema comparando estas dos instalaciones a caudal
molar constante.
La disminución de la presión total del sistema
genera igualmente una disminución de la cantidad de gas vector para
una productividad dada.
En el estudio comparativo anterior, la
disminución de mitad de la presión total del sistema permite
multiplicar por dos la productividad. La elección de obtener una
productividad igual permite alimentar el reactor con dos veces
menos fase gaseosa por unidad de tiempo. En un modo de realización
tal como éste, los costes generados por el uso de un gas vector
como el nitrógeno se reducen a la mitad, con respecto a un sistema
que funciona a la presión atmosférica.
El reactor a presión reducida de la presente
invención autoriza igualmente el uso de sustratos con alto punto de
ebullición. Este modo de realización retiene ("fija") la
actividad termodinámica del agua, elimina totalmente la necesidad
de un gas vector y conduce a un fuerte aumento de la productividad
del reactor.
Por ejemplo, con el uso de un catalizador que
necesita una actividad del agua de aproximadamente 0,1, la presión
total del sistema se fija ventajosamente a 0,1 atm, lo que
corresponde a la presión parcial en agua necesaria para la
obtención de una actividad igual a 0,1 para una catálisis realizada
a 100ºC. A esta temperatura el gas vector sólo está constituido por
agua en forma de vapor, en cuyo seno se incorporan los sustratos al
nivel de algunas matm de presión parcial.
En un sistema definido según la presente
invención, la actividad termodinámica del agua no supera el valor
umbral de 0,1 incluso en caso de producción de agua por la reacción.
El reactor de la presente invención evita cualquier
desnaturalización del catalizador mediante un aumento incontrolado
de la actividad termodinámica en el sistema. La productividad del
reactor de la invención para la conversión de los sustratos se
multiplica entonces por un factor 10 respecto a un sistema que
funciona a la presión atmosférica.
La fijación de las actividades termodinámicas de
ciertos compuestos favorece así los desplazamientos del equilibrio
de reacción, aumentando la productividad y reduciendo el consumo de
gas vector.
Las ventajas de los reactores de catálisis
sólido/gas que funcionan a presión reducida permiten prever su uso
en numerosos campos de la actividad económica. A título de ejemplo,
puede mencionarse:
1) el uso del reactor para la producción de
moléculas orgánicas tales como alcoholes, ácidos carboxílicos,
tiol, tioésteres, ésteres, aldehídos, cetonas, óxidos de alquenos, a
partir de sustratos que pueden ser ácidos carboxílicos, alcoholes
primarios y secundarios de las cetonas especialmente.
Otro aspecto de la invención es el uso del
reactor de catálisis sólido/gas para la producción de moléculas
orgánicas mencionadas anteriormente en el presente documento. Cuando
se trata de ésteres, o de aldehídos, obtenidos mediante
transformación enzimática de ácidos carboxílicos y de alcohol, los
productos así obtenidos pueden utilizarse como los aromas y/o
perfumes en la industria cosmética o agroalimentaria, por ejemplo.
Otra ventaja de los productos así obtenidos es que, al contrario de
los obtenidos mediante transformación química, pueden aspirar a la
etiqueta natural según la directiva europea del 22 de junio de
1988.
Otro aspecto de la invención es el uso del
reactor de catálisis sólido/gas para el tratamiento de los afluentes
gaseosos, procedentes de procedimientos industriales que generan
fases gaseosas contaminadas; además de los compuestos
tradicionales, tales como SO2, H2S, óxidos de nitrógeno, pueden
mencionarse los aldehídos, alcoholes, cetonas, ácidos carboxílicos,
cresoles, fenoles, compuestos azufrados, aminas cíclicas, alcanos o
ésteres (Paul Ceccaldi, 1993, Biofutur, nº 126, pág. 20).
Otro aspecto de la invención es el uso de los
reactores de catálisis sólido/gas con fines analíticos tales como
la concepción de precolumnas enzimáticas de derivatización o de
acilación para la cromatografía en fase gaseosa (CG), la puesta en
punto de una cromatografía de afinidad en fase gaseosa o la
realización de biosensores específicos para la detección de
moléculas volátiles (realización de "nariz" artificiales) son
todos usos directamente aplicables.
Otro aspecto de la invención es el uso de
reactores enzimáticos en los que se utilizan células enteras
bacterianas, animales, vegetales o fúngicas, para realizar
bioconversiones. La ventaja del reactor, en este tipo de uso, es
que las actividades metabólicas de las células en cuestión pueden
mantenerse durante un período lo suficientemente largo mediante el
control de la actividad termodinámica del agua, permitiendo así
realizar reacciones catalíticas complejas, con varias etapas, en el
seno de un mismo reactor.
Además, en la óptica del uso de células enteras
en las bioconversiones, la preparación del biocatalizador puede
realizarse in situ y las actividades metabólicas o su
regeneración pueden mantenerse mediante el control de la actividad
termodinámica del agua por el procedimiento y el reactor según la
invención.
Otras ventajas y características del reactor, de
su funcionamiento y de su uso según la presente invención
aparecerán con la lectura de la descripción que sigue, acompañada de
las figuras adjuntas que representan respectivamente:
- la figura 1, un esquema de un reactor según la
invención de tres fases;
- los figuras 2 a 5, organigramas de gestión de
control sucesivo de los principales elementos del reactor continuo
según la invención, o sea respectivamente:
- -
- un algoritmo de inicialización y de obtención de los parámetros principales,
- -
- un algoritmo de creación de tablas de las condiciones de funcionamiento y de las secuencias de análisis;
- -
- un algoritmo de adquisición y de control de los parámetros; y
- -
- un algoritmo de tratamiento de los resultados y de final de experimentación.
La presente invención pone en práctica el
control continuo y preciso de tres parámetros de un reactor a
presión reducida en fase sólida/gas: la temperatura, la presión
total del sistema denominada a continuación en el presente
documento presión absoluta, y los caudales molares de los
compuestos, es decir de todos los sustratos gaseosos.
Por caudal molar, se entiende la cantidad de
materia que circula en el reactor por unidad de tiempo y se expresa
en moles por hora (mol/h).
La presión absoluta y la temperatura intervienen
en el valor de la actividad termodinámica de un compuesto.
La presión absoluta Pa interviene directamente,
ya que está incluida en la definición de la presión parcial PpX de
n moles de un compuesto X en una fase gaseosa de n_{tot} moles por
la relación:
PpX =
(n/n_{tot})\cdot
Pa
La temperatura interviene para permitir la
determinación de la presión de saturación de referencia del
compuesto X puro, PpXref, que condiciona el valor de la actividad
termodinámica de este compuesto X, aX, definido por
aX =
PpX/PpXref
El control de los tres parámetros mencionados
anteriormente en el presente documento (temperatura, Pa y caudales
molares) se ilustra mediante el ejemplo de realización de reactor
según la invención presentado en la figura 1.
Se definen tres fases.
Una primera fase está destinada a la realización
de la mezcla gaseosa de los sustratos. Los sustratos 1 líquidos,
procedentes de cubas 2 que contienen los productos puros, se
transportan mediante conductos 3 hacia bombas 5 de dosificación de
alta presión, intervalo de uso 0-1,5 ml/min. Las
salidas de las bombas de dosificación se ponen entonces en común en
une cámara 22 de mezclado de volumen muerto igual a 50 \mul, y un
dispositivo 23 de sobrepresión, tarado a 20 bares, se coloca aguas
abajo de la cámara de mezclado con el fin de evitar cualquier
vaciado de las bombas por la depresión que reina aguas abajo. Toda
la tubería que se refiere a la vena líquida se realiza mediante
tubos de acero inoxidable o teflón PTFE dependiendo de los esfuerzos
de presión ejercidos de 1/16º de pulgada de diámetro, todas las
conexiones son del tipo "Swagelock". La tubería de la fase
gaseosa se realiza en acero Inox 1/8º de pulgada de diámetro, todas
las conexiones son del tipo "Swagelock".
La mezcla líquida se introduce entonces en un
mezclador-inyector 4, mantenido a una temperatura de
450ºC con el fin de realizar una evaporación instantánea
líquido-vapor. Se realiza una entrada de gas neutro
adicional de manera concurrente en el seno del
mezclador-inyector 4, y este caudal gaseoso se
controla mediante un caudalímetro másico 8', de intervalo
0-500 mln/min.
La segunda fase se refiere a la reacción entre
los sustratos. La mezcla de sustratos se conduce desde el inyector
4 hacia el biorreactor 8 propiamente dicho a través de un
intercambiador 9 de calor. El biorreactor contiene la preparación
enzimática. El biorreactor 8 y el intercambiador 9 se disponen en
una misma cámara 10 de reacción. El mantenimiento de la temperatura
se garantiza mediante una regulación de la presión de vapor de agua
en una doble envoltura, a 1,2 bares para 120ºC. Podrían utilizarse
resistencias eléctricas como variante, incluso un procedimiento de
calentamiento óhmico.
La tercera fase se refiere al equipamiento de
control y análisis. Una bomba 11 de vacío acoplada a una válvula 12
de control de vacío y a un detector de ruptura de vacío se dispone a
la salida del biorreactor, fuera de la cámara 10 de reacción. Una
cámara 14 de toma de muestras tras la reacción se inserta en esta
línea de salida mediante transferencia con ayuda de una válvula de
múltiples vías con control neumático (no representada).
Se reparten sondas de control de temperatura,
constituidas por termopares 15 a 17, respectivamente sobre los
diferentes elementos:
- -
- en el mezclador-inyector 4;
- -
- en la cámara 10 de reacción;
- -
- en la cámara 14 de muestreo.
La sonda 18 permite medir la temperatura y la
actividad termodinámica del agua del gas que entra en el lecho 8
catalítico. En esta misma entrada, se prevé igualmente una sonda de
presión, constituida por un detector 19 piezorresistente. Este
detector cubre un intervalo de 0 a 1250 mbar y funciona en medición
absoluta. El conjunto de las sondas de temperatura y de presión
está conectado a un controlador 20 que controla la válvula 12 de
regulación de vacío en el biorreactor 8. Este control se realiza en
función de los datos proporcionados por un microprocesador 21 en
respuesta a los datos transmitidos por las diferentes sondas y
registrados por el microprocesador. La automatización y la
regulación de las condiciones de funcionamiento en función de los
datos recibidos se garantizan por un algoritmo de gestión
adaptado.
En el funcionamiento, el gas vector se utiliza
de manera opcional en ciertas reacciones para regular las presiones
parciales de los sustratos en el mezclador 4. En la salida del
reactor, se recupera el gas vector con ayuda de un compresor y se
recicla para volver a introducirse en el mezclador.
Esta mezclador 4 es una cámara de expansión para
transformar los sustratos en fase gaseosa llevada en el ejemplo de
realización a 450ºC. Un cabezal de ultrasonidos utilizado como
nebulizador permite facilitar la evaporación de los sustratos
mediante un aumento consecuente de la superficie de intercambio
realizando una inyección en forma de niebla. El gas se introduce en
el biorreactor mediante depresión, lo que tiene por efecto la
corriente gaseosa en el seno del reactor, corriente facilitada o no
por la presencia eventual de un gas vector adicional. Esta
depresión se crea por la instalación de la bomba a vacío en la
salida del reactor.
La toma de muestras para el análisis de la fase
gaseosa en la salida del biorreactor 8 se realiza por un bucle de
250 ml y después por la inyección sobre una columna de CG
(cromatografía en fase gaseosa) para la determinación de su
composición. La detección se realiza por dos sensores, un detector
de conductividad térmica para el agua y un detector de ionización
de llama para todas las demás moléculas orgánicas.
El servocontrol de los diferentes elementos del
reactor se realiza por medio del microprocesador 21 acoplado a las
diferentes sondas y válvulas por una tarjeta de 16 vías de
conversión A/D (analógica/digital). 8 vías de conversión D/A de 12
bits, 40 E/S TTL, 6 contadores:relojes. El algoritmo de gestión
registra en entrada las diferentes temperaturas detectadas, calcula
las presiones de saturación parcial de los diferentes sustratos, y
envía las instrucciones para los caudalímetros 6 y 8' así como para
la válvula 12 de regulación de vacío.
Condicionadores de termopar con doble
revestimiento interno permiten obtener precisiones sobre la medición
de la temperatura de \pm0,1ºC en un intervalo de 20 a 150ºC. La
precisión de los valores de instrucción y de la lectura de los
caudalímetros es del \pm0.5% de la capacidad máxima de los
caudalímetros, la de las mediciones de presión es de \pm1 mbar.
El cálculo de las presiones de saturación se realiza mediante
regresión lineal de tipo exponencial, con un error absoluto máximo
de \pm5\cdot10^{-4} atm.
En un modo de realización particular, con el fin
de evitar una modificación constante de la composición de la fase
gaseosa en el transcurso del tiempo, el gas que debe transformarse
en el transcurso de la reacción resulta de una mezcla de varios
gases. El procedimiento utiliza entonces el equilibrio líquido/vapor
para un primer cuerpo con el fin de realizar un primer gas, después
se mezcla este primer gas con otros gases obtenidos de manera
idéntica.
Con el fin de regular los diferentes parámetros,
se utiliza un modelo para adaptar el reactor a la reacción
prevista. La primera etapa consiste en definir el caudal molar de
cada compuesto. Teniendo acceso al caudal volumétrico normalizado
(Q_{VN2} normalizado), el caudal molar en nitrógeno (Q_{N2}) de
gas vector es igual a:
Q_{N2} =
Q_{VN2} \ normalizado/R \cdot \ T \ (mol/h \ a \ T =
273,15^{o}K)
El conocimiento del caudal volumétrico de cada
compuesto X (QV^{n}_{X}) permite calcular el caudal molar de
cada constituyente (Q^{n}_{X}) gracias a la fórmula:
Q^{n}{}_{X} =
QV^{n}{}_{X}\cdot r/MM \
(mol/h)
con
r: masa volumétrica del producto
MM: masa molar del producto.
Conociendo entonces todos los caudales molares,
y la presión absoluta Pa en el sistema, puede calcularse entonces
para cada uno de los compuestos su presión parcial en el gas de
alimentación (Pp^{n}_{X}) por la fórmula:
Pp^{n}{}_{X} =
Pa\cdot Q^{n}{}_{X}/(QN2 +
S^{i}Q^{i}{}_{X})
\newpage
Las curvas de saturaciones Pp^{n}_{X}sat =
f[T] pueden determinarse gracias a programas informáticos de
cálculo de las propiedades físicas, tales como los desarrollados con
el lenguaje "Prosym" (por el programa informático
"PROPHY") (Joulia X. et al (1988), Intern. Chem. Eng.
28: 36-45) y sirven para calcular la presión
de saturación de referencia de cada compuesto (Pp^{n}_{X}sat
ref) a la temperatura del biorreactor.
El cálculo de la actividad de cada compuesto se
facilita entonces por la fórmula:
aX =
Pp^{n}{}_{X}/Pp^{n}{}_{X}sat \
ref
El caudal volumétrico real en el seno del
reactor se calcula utilizando la fórmula siguiente:
Qvtotal =
R\cdot T\cdot (QN2 +
S^{i}Q^{i}{}_{X})Pa
con T = temperatura del biorreactor
en grados
Kelvin.
Los algoritmos puestos en práctica definen y
gestionan en el tiempo secuencias de eventos en los flujos gaseosos
para variar las condiciones de funcionamiento, programables según la
presión de vapor o la actividad termodinámica, gestiona las
secuencias de inyección de las muestras sobre el material analítico,
y sigue en tiempo real los parámetros de control en la cámara de
reacción: caudales de entrada y salida, presiones parciales, caudal
molar y actividad de cada sustrato y del producto, temperaturas,
tiempos de residencia. La frecuencia de adquisición es de 2 Hz. Las
figuras 2 a 5 representan un ejemplo de algoritmos de gestión
respectivamente para la inicialización del reactor (figura 2), la
obtención de las tablas de eventos (figura 3), el modo
espera/arranque de reacción (figura 4), y el final de la reacción
(figura 5).
El algoritmo de la figura 2 permite la
inicialización de la experimentación, la calibración y la
configuración de las tarjetas en el bloque 200, mediante una prueba
adaptada correspondiente a las etapas 201, 202 y 203. La obtención
de los parámetros generales, temperatura, presión y volumen del
reactor, se realiza en el repertorio 210, por las etapas 204 a
209.
En la figura 3, el algoritmo consiste, una vez
seleccionados los parámetros generales (etapa 209), en seleccionar
la tabla de caudal/análisis en la etapa 211 a partir de los
cartuchos 220 y 230 de creación, respectivamente de la tabla de
condiciones de funcionamiento (mediante obtención de los tiempos de
evento y del caudal total en función de un valor de instrucción en
las etapas 221 a 225 y mediante clasificación de los eventos en las
etapas 226 a 229) y de la tabla de las secuencias de análisis
programadas en las etapas 231 a 235 y clasificación de los eventos
en las etapas 236 y 237. Las tablas creadas se almacenan en la etapa
238.
En la figura 4, la adquisición y el control de
los parámetros en el bloque 240 se realizan a partir de los bloques
250 de espera y 260 de arranque. El bloque de espera condiciona el
arranque en la etapa 251 en función de la adquisición de los
parámetros obtenida en las etapas 252 a 257. El arranque se inicia
una vez cargados los archivos de los eventos de caudal y de
análisis en las etapas 261 a 266. El bloque 240 de adquisición y de
control integra las etapas 241 a 246 de adquisición, de
visualización y de comparación de los tiempos transcurridos en las
tablas de eventos del algoritmo anterior. La gestión de análisis en
el bloque 270 resulta de la aplicación de los eventos a la etapa
271 de decisión. La etapa 272 de comparación entre el tiempo
transcurrido y el tiempo de fin predeterminado reenvía al bloque
240 de adquisición. Un bloque 280 de modificaciones de las
condiciones de funcionamiento permite en tres etapas (281 a 283)
modificar los parámetros de arranque en la entrada del bloque de
adquisición.
Finalmente, la figura 5 ilustra las etapas de
fin de experimentación en tres bloques 300, 310 y 320, referentes
respectivamente al tratamiento de los resultados, el aclarado del
reactor y la parada de la experimentación. El bloque 300 de
tratamiento las etapas 301 a 305 de aclarado, de reinicio de los
relojes y de exportación de los resultados. El bloque de aclarado
incluye una etapa 311 de análisis del gas de aclarado y una etapa
312 de decisión. El bloque de parada cubre las etapas 321 a 323 de
liberación de prueba, de anulación de las instrucciones y de parada
general del reactor.
A continuación siguen ejemplos de uso del
reactor según la invención en diferentes aplicaciones.
El uso de enzimas lipolíticas permite la
catálisis de diferentes reacciones en función de la disponibilidad
de agua del sistema.
Esta puesta en práctica particular de la
catálisis en fase sólida/gas abre un campo de aplicación importante
en cuanto a la producción de moléculas tales como especialmente los
aromas o las fragancias. La metodología de uso en un sistema de
este tipo es además relativamente fácil.
\newpage
La actividad catalítica óptima se obtiene
mediante una hidratación máxima del catalizador, situado justo antes
de la aparición de una fase acuosa diferenciada representada por un
brusco aumento del contenido en agua del catalizador para un nivel
de hidratación superior. Una vez superado esta hidratación óptima,
la velocidad catalítica cae bruscamente.
Esta pérdida de actividad es irremediable, y es
resultado de la termodesnaturalización del catalizador por acción
combinada del agua y de la temperatura, tal como muestra la curva de
actividad residual, medida en la hidratación óptima tras 24 h de
uso continuo en las diferentes condiciones de hidratación
iniciales.
De este modo, el atractivo de la catálisis
sólido/gas aparece claramente con respecto a la posibilidad de una
hidratación controlada continua de un biocatalizador, y la
adquisición de la propiedad de termoestabilidad para una enzima
sensible a la temperatura en un medio acuoso.
La producción a presión atmosférica de una gama
de ésteres de la familia de los butiratos y de los acetatos, de una
longitud de cadena carbonada máxima de 9 carbonos, se ha realizado
mediante el uso de lipasa.
El control de las actividades termodinámicas
permite hacer funcionar las hidrolasas en reacción de síntesis, al
contrario que su funcionamiento en un medio acuoso.
Se ha realizado la síntesis de butirato de
propilo por medio de un catalizador comercial, NOVOZYME435 (lipasa
de C. antartica B inmovilizada sobre resina) a partir de
n-propanol y de ácido butírico.
Esta reacción de esterificación presenta
inconvenientes debidos a la producción de agua en el transcurso de
la reacción. La puesta en práctica de la invención tiene en cuenta
la modificación de hidratación que se produce en las últimas partes
del lecho catalítico. La experiencia muestra que la selección de un
catalizador que puede funcionar eficazmente con baja actividad
termodinámica, y cuya actividad depende lo menos posible de una
variación de la hidratación, permite optimizar la producción de
butirato de propilo.
La catálisis sólido/gas resulta por tanto
tecnológicamente viable para la realización de producciones
apropiadas, sin adición de disolvente.
Los resultados presentados a continuación en el
presente documento en la tabla I se refieren a la extrapolación de
los resultados obtenidos a nivel de laboratorio con una cantidad de
catalizador soportado de 50 mg (enzima + soporte).
La tabla I facilita cuatro modos de realización
para la producción de una molécula, el butirato de propilo, y para
un dimensionamiento del reactor de una capacidad de 1 kg de
catalizador. La temperatura de trabajo es de 80ºC. El tiempo de
residencia en el reactor es del orden de 0,5 segundos. Siendo la
constante de equilibrio de aproximadamente 40, la conversión máxima
que puede alcanzarse es del 83% con una razón ácido/alcohol 1/1. No
obstante, es posible aumentar la tasa de conversión de uno de los
sustratos aumentando la actividad termodinámica del segundo.
Entonces es necesario un tratamiento aguas abajo (destilación) para
garantizar la purificación del producto y el reciclaje del sustrato
en exceso.
La constante de equilibrio de esta reacción
permite obtener fácilmente un porcentaje de conversión superior al
90% en el caso de un uso mol a mol de los sustratos. Se ha trabajado
en alimentación mol a mol (alcohol/ácido). La tasa de conversión
está más próxima al 100% y no se observó ninguna pérdida de
actividad durante un periodo de 24 h de funcionamiento. Estos
resultados aún preliminares y no optimizados dan una producción para
un dimensionamiento de 1 kg de lecho catalítico de aproximadamente
5 kg de producto puro/h. Un aumento de este valor es totalmente
previsible y debe confirmarse experimentalmente.
El mantenimiento de una hidratación coherente
con una estabilidad en el tiempo y una conformación tridimensional
que permita la definición de las interacciones de bajas energías
implicadas en los procesos de reconocimiento enzimático (o entre un
anticuerpo y un antígeno) es suficiente para desarrollar el concepto
de cromatografía de afinidad en fase gaseosa.
Una columna de cromatografía con injerto que
comprende un ligando injertado permite desarrollar el concepto de
cromatografía de afinidad en fase gaseosa. Por ligando, se entiende
una molécula de cualquier naturaleza susceptible de unirse
específicamente a un compuesto presente en una mezcla de reacción.
Puede tratarse de una enzima que presenta una afinidad por un
sustrato. Puede tratarse de anticuerpos que presentan una afinidad
por un antígeno, en ese caso, la reacción permite depurar el medio
complejo del antígeno indeseable; según el caso, el producto
retenido en uno u otro caso puede recuperarse en forma purificada
mediante modificación de las condiciones
físico-químicas del medio.
Estos sistemas pueden detectar moléculas
presentes a bajas concentración en una fase gaseosa (par ejemplo:
contaminantes atmosféricos), y permitir así una dosificación rápida
y específica de dichas moléculas.
El uso de la actividad catalítica permite abrir
la vía al desarrollo de precolumnas de derivatización para la
cromatografía en fase gaseosa. Los problemas encontrados
tradicionalmente en la CG son las interacciones secundarias que
conllevan un arrastre del pico para ciertos compuestos (por ejemplo,
ácidos grasos libres en columnas apolares), o la poca volatilidad
de los compuestos que deben analizarse (caso de los azúcares). Por
tanto, el experimentador recurre muy a menudo a una etapa de
derivatización (metilación o etilación) con el fin de paliar estos
problemas (referencia). Una solución para evitar esta etapa y
facilitar el análisis es intercalar entre el inyector y la columna
de separación, una columna activa, equivalente a un pequeño reactor
enzimático. La inyección de los productos que deben analizarse en
presencia de metanol para una metilación, por ejemplo, permite una
derivatización in situ tras la inyección del compuesto antes
de su paso por la columna.
La invención no se limita a los ejemplos
descritos. La transformación de productos líquidos en fase vapor
que constituye el gas vector puede obtenerse por una parte, mediante
cualquier medio que permita la expansión de estos productos en el
interior de una cámara de inyección, y por otra parte mediante la
creación de una depresión entre la salida y la entrada del reactor
mediante cualquier medio conocido. Además, los sustratos pueden
estar en fase gaseosa desde la primera fase de reacción.
El experto en la técnica sabrá integrar, en un
reactor según la invención, el reactor enzimático más apropiado, es
decir, en lecho fijo o lecho fluidificado.
Ciertas formas de realización de la invención
están más adaptadas a ciertas aplicaciones. Por ejemplo, en el caso
en el que se utiliza un gas vector neutro, parece importante
minimizar el consumo de este gas, en particular para una aplicación
industrial. Para ello, este gas se recicla preferiblemente mediante
recompresión en su salida de la bomba de vacío y mediante
transmisión a un intercambiador de calor. La condensación de los
productos de reacción y la purificación del gas vector, reciclable
aguas arriba del caudalímetro másico, se facilitan entonces
mediante el acoplamiento del frío a la subida de presión. En
particular, el uso de una bomba de vacío acoplada a un compresor de
anillos líquido está indicado debido a su capacidad para aceptar una
carga importante de productos condensables tanto en la aspiración
como en el retroceso.
Para moléculas difíciles de condensar, resulta
ventajoso suprimir la adición de nitrógeno o de aire así como la
válvula de control aguas arriba de la bomba de vacío con el fin de
minimizar la dilución de los productos de reacción y mejorar así la
eficacia de una etapa de condensación. El control de la presión
total se realiza entonces por una válvula colocada entre el reactor
y la bomba de vacío y retroalimentado a la medición de presión
realizada aguas arriba del reactor.
En el caso de moléculas difíciles de separar
debido a que son demasiado volátiles o de presión parcial demasiado
baja con respecto a su presión de saturación a la temperatura del
condensador, se añade un sistema de filtración molecular a la
salida del condensador, que permite el paso del nitrógeno que debe
reciclarse. En el marco de las actividades de descontaminación,
esta solución permite disminuir el coste de funcionamiento evitando
el uso de fluido criogénico para atrapar los productos de reacción,
ya que éstos últimos están presentes en la fase gaseosa a diluciones
muy bajas.
Siempre en el marco de actividades relacionadas
con la descontaminación, el acoplamiento de una pervaporación
gas/gas en la biocatálisis sólido/gas puede ser una ventaja. Por
tanto, en el caso del tratamiento de gases muy poco cargados, una
etapa de pervaporación gas/gas puede preceder ventajosamente a la
biocatálisis para permitir un enriquecimiento en moléculas que
deben eliminarse antes de su paso por el biorreactor. Para ello, el
evaporador se sustituye entonces por el módulo permeado de un módulo
de pervaporación y se envía el gas permeado al biorreactor mediante
una bomba de gas que sirve de compresor. El aumento de la presión y
el descenso de la temperatura a nivel del reactor permiten aumentar
sensiblemente, por un factor 10 ó 100, la actividad de las
moléculas que deben tratarse. La presión del reactor está regulada
por una válvula de restricción del caudal a la salida del reactor,
habiéndose desconectado la bomba de vacío. Con el fin de liberar a
la atmósfera un gas limpio, o que sólo contiene moléculas cuya
toxicidad se ha eliminado por la etapa catalítica, se coloca un
segundo módulo de pervaporación acoplado a un condensador o un
intercambiador criogénico aguas abajo de la válvula de restricción
de caudal.
Además, en el caso en el que el producto ha
experimentado un cambio de estado, conviene añadir un separador
gas/sólido a la salida del reactor, por ejemplo de tipo de efecto
ciclón, cuando el producto formado es sólido, o un separador
gas/líquido si el producto es líquido. Entonces sólo se recicla la
fase gaseosa hacia el grupo de bombeo gaseoso mediante paso por un
condensador a presión.
Claims (15)
1. Procedimiento de reacción continuo por
catálisis sólido/gas en medio no convencional, que pone en práctica
diferentes sustratos en forma gaseosa para obtener productos
determinados, sustratos líquidos y productos de la reacción
enzimática que forman compuestos, comprendiendo dicho procedimiento
al menos:
- -
- el control de la temperatura de la reacción enzimática para determinar la presión de saturación de cada compuesto puro que interviene en la determinación de la actividad termodinámica de dicho compuesto;
- -
- el control de la presión total; y
- -
- el control de los caudales molares de los compuestos y del gas vector, para regular la composición molar de la mezcla gaseosa en función de los valores de actividad termodinámica determinados de estos com- puestos,
- -
- la puesta en práctica de medios para que la mezcla gaseosa que contiene los sustratos de la reacción enzimática se conduzca desde un mezclador-inyector (4) hacia un biorreactor (8) propiamente dicho a través de un intercambiador (9) de calor, conteniendo el biorreactor una preparación enzimática mantenida a temperatura en una cámara (10) de reacción, y
- -
- aguas arriba de la reacción, la realización de dicha mezcla gaseosa para bombas (5) de dosificación servocontroladas por un controlador (6) de caudal que lleva sustratos (1) líquidos procedentes de cubas (2) hacia el mezclador-inyector(4), que constituye una unidad de evaporación instantánea líquido-vapor, por conductos (3) equipados con una cámara (22) de mezclado y un dispositivo (23) de sobrepresión; y la adición de un gas (7) vector controlada por un caudalímetro (8') en el mezclador-inyector (4); y
- -
- aguas abajo de la reacción, la puesta en práctica de medios asociados a un controlador (20) de mando acoplado a un procesador (21) de gestión para que, en función de los datos recibidos y de los algoritmos de gestión que aplica, el procesador transmita en el transcurso del tiempo señales de control a los diferentes elementos (bombas, sondas y válvula) con el fin de regular la temperatura, la presión total y los caudales molares en función de valores de actividad termodinámica determinados, comprendiendo estos medios al menos una bomba (11) de vacío acoplada a una válvula (12) de control de la presión y a un detector de ruptura de vacío, una cámara (14) de toma de muestras insertada en la línea de salida mediante transferencia con ayuda de una válvula de múltiples vías de control neumático,
- -
- manteniéndose la presión total en un valor reducido con respecto a la presión atmosférica, y
- -
- el reciclaje del gas vector mediante recompresión a su salida de la bomba de vacío y mediante transmisión a un intercambiador de calor, y
- -
- en el caso en el que el producto de reacción experimente un cambio de estado, la separación gas/sólido o gas/líquido a la salida del reactor, reciclándose entonces sólo la fase gaseosa.
2. Reactor para la puesta en práctica de un
procedimiento de reacción continuo mediante catálisis sólido/gas en
medio no convencional, que pone en práctica diferentes sustratos en
forma gaseosa para obtener productos determinados, sustratos
líquidos y productos de la reacción enzimática que forman
compuestos, según la reivindicación 1, comprendiendo dicho
procedimiento al menos:
- -
- el control de la temperatura de la reacción enzimática para determinar la presión de saturación de cada compuesto puro que interviene en la determinación de la actividad termodinámica de dicho compuesto;
- -
- el control de la presión total; y
- -
- el control de los caudales molares de los compuestos y del gas vector, para regular la composición molar de la mezcla gaseosa en función de los valores de actividad termodinámica determinados de estos compuestos,
comprendiendo el reactor:
- -
- medios para que la mezcla gaseosa que contiene los sustratos de la reacción enzimática se conduzca desde un mezclador-inyector (4) hacia el biorreactor (8) propiamente dicho a través de un intercambiador (9) de calor, conteniendo el biorreactor una preparación enzimática mantenida en temperatura comprendida en una cámara (10) de reacción, y
- -
- aguas arriba, una primera fase destinada a la realización de dicha mezcla gaseosa y que comprende:
- -
- bombas (5) de dosificación servocontroladas por un controlador (6) de caudal que lleva sustratos (1) líquidos procedentes de cubas (2) hacia el mezclador-inyector (4), que constituye una unidad de evaporación instantánea líquido-vapor, por conductos (3) equipados con una cámara (22) de mezclado y un dispositivo (23) de sobrepresión; y
- -
- medios para llevar un gas (7) vector equipados con un caudalímetro (8') en el mezclador-inyector (4); y
- -
- aguas abajo, una fase que se refiere al equipamiento de control y de análisis que comprende dicha bomba (11) de vacío acoplada a una válvula (12) de control de la presión y a un detector de ruptura de vacío, estando una cámara (14) de toma de muestras tras la reacción insertada en esta línea de salida mediante transferencia con ayuda de una válvula de múltiples vías de control neumático, así como
- -
- medios para que la presión total se mantenga en un valor reducido con respecto a la presión atmosférica, que comprenden al menos dicha bomba de vacío, y
- -
- medios para reciclar el gas vector mediante recompresión a su salida de la bomba de vacío y mediante transmisión a un intercambiador de calor, y
- -
- en el caso en el que el producto de reacción experimenta un cambio de estado, un separador gas/sólido o gas/líquido añadido a la salida del reactor, reciclándose entonces sólo la fase gaseosa hacia el grupo de bombeo de gas mediante paso por un condensador a presión.
3. Reactor según la reivindicación 2,
caracterizado porque que las sondas de control de temperatura
constituidas por termopares (15 a 18) están repartidas
respectivamente sobre los diferentes elementos, la sonda de presión
está constituida por un sensor (19) piezorresistente, el conjunto de
las sondas de temperatura y de presión está unido al controlador
(20) que controla la válvula (12) de regulación del vacío en el
biorreactor (8), realizándose este control en función de los datos
proporcionados por un microprocesador (21) en respuesta a los datos
transmitidos por las diferentes sondas y registrados por el
microprocesador, y la automatización y la regulación de las
condiciones de funcionamiento en función de los datos recibidos se
garantizan por un algoritmo de gestión adaptado.
4. Reactor según la reivindicación 2,
caracterizado porque que le mezcladora (4) comprende un
cabezal de ultrasonidos utilizado como nebulizador con el fin de
aumentar la superficie de intercambio durante la evaporación
instantánea líquido-vapor, la toma de muestras para
el análisis de la fase gaseosa a la salida del biorreactor (8) se
realiza por un bucle y luego mediante inyección sobre una columna de
cromatografía en fase gaseosa (CG) para la determinación de su
composición, realizándose la detección por dos sensores, uno para el
agua y uno para todas las demás moléculas orgánicas.
5. Reactor según una cualquiera de las
reivindicaciones 2 a 4, caracterizado porque que el
servocontrol de los diferentes elementos del reactor se realiza por
medio de un microprocesador (21) acoplado a los elementos de
control por una tarjeta que comprende vías de conversión A/D
(analógico/digital), vías de conversión D/A de 12 bits, y al menos
una señal en modo TTL, y porque el algoritmo de gestión registra en
la entrada las diferentes temperaturas detectadas, calcula las
presiones parciales y las presiones de saturación de referencia
para calcular las actividades termodinámicas respectivas de los
diferentes sustratos, y suministra las instrucciones para los
caudalímetros (6, 8) así como para la válvula (12) de regulación del
vacío.
6. Reactor según la reivindicación 2,
caracterizado porque que se seleccionan condicionadores de
los termopares para proporcionar precisiones sobre la medición de
la temperatura de \pm0,1º C en un intervalo de 20 a 150º C,
porque la precisión de los valores de instrucción y de lectura de
las bombas de dosificación es del \pm0,5% de la capacidad máxima
de los caudalímetros, la de las mediciones de presión es de \pm1
mbar para que el cálculo de las presiones de saturación, realizado
mediante regresión lineal de tipo exponencial, proporcione valores
con un error absoluto máximo de \pm5\cdot10^{-4} atm.
7. Reactor según una cualquiera de las
reivindicaciones 2 y 5, caracterizado porque que los
algoritmos puestos en práctica definen y gestionan en el tiempo
secuencias (240 a 280) de eventos sobre los flujos gaseosos para
modificar las condiciones de funcionamiento programables de presión
de vapor o actividad termodinámica (210 a 230), gestionan las
secuencias de inyección de muestras sobre el material analítico
(210, 220, 230, 240), y siguen en tiempo real los parámetros de
control en la cámara de reacción (280, 240): caudales de entrada y
de salida, presiones parciales, caudal molar y actividad de cada
sustrato y producto, temperaturas, tiempo de residencia,
respectivamente para la inicialización del reactor (210, 250), la
calibración de la tarjeta de lectura del procesador (200), la
obtención de tablas de eventos (211, 220, 230), el modo de
espera/arranque de la reacción (250, 260) y el final de la reacción
(300 a 323).
8. Reactor según una cualquiera de las
reivindicaciones 2 a 7, caracterizado porque que, en el caso
en el que las moléculas son difíciles de separar, se añade un
sistema de filtración molecular a la salida del condensador y se
suprime el uso de un fluido criogénico.
9. Reactor según una cualquiera de las
reivindicaciones 2 a 8 caracterizado porque se acopla una
pervaporación gas/gas a la biocatálisis sólido/gas para permitir un
enriquecimiento en moléculas que deben eliminarse antes de su paso
por el biorreactor.
10. Uso de un reactor según cualquiera de las
reivindicaciones 2 a 9 para la producción de moléculas orgánicas
tales como alcoholes, ácidos carboxílicos, tiol, tioésteres,
ésteres, aldehídos, cetonas, óxidos de alquenos y lactonas.
11. Uso del reactor según la reivindicación 10,
caracterizado porque las moléculas producidas pueden
utilizarse como aromas o fragancias.
12. Uso de un reactor según una cualquiera de
las reivindicaciones 2 a 9 para la biodepuración de efluentes
gaseosos.
13. Uso de un reactor según una cualquiera de
las reivindicaciones 2 a 9 para realizar biosensores específicos
para la detección de moléculas volátiles para formar una nariz
artificial.
14. Uso de un reactor según una cualquiera de
las reivindicaciones 2 a 9 para el análisis de moléculas obtenidas
por una herramienta analítica conocida, mediante acoplamiento del
reactor a esta herramienta.
15. Uso según la reivindicación 14,
caracterizado porque el reactor constituye una precolumna
enzimática de derivatización para el procedimiento de separación en
cromatografía en fase gaseosa (CG).
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