MX2011009951A

MX2011009951A - Reactor fotosintetico para el cultivo de microorganismos y procedimiento de cultivo de microorganismos.

Info

Publication number: MX2011009951A
Application number: MX2011009951A
Authority: MX
Inventors: Arnaud Mullerfeuga
Original assignee: Microphyt
Priority date: 2009-03-25
Filing date: 2010-03-09
Publication date: 2012-01-20
Also published as: BRPI1013590A2; CN102365356A; US20150225689A1; AU2010227388A1; ES2674898T3; PT2411500T; KR101731939B1; US9290733B2; US9040283B2; AU2010227388B2; IL215341A; DK2411500T3; JP5648046B2; US20120021498A1; EP2411500A1; EP2411500B1; WO2010109108A1; IL215341A0; JP2012521209A; SG174895A1

Abstract

Reactor (1) fotosintético adaptado para el cultivo de microorganismos fotosintéticos, fundamentalmente algas, que incluye al menos un conducto de reacción (2) fotosintética, al menos un conducto de retorno (3), al menos un elemento de circulación (4) del medio de cultivo líquido, al menos un elemento de inyección de gas (5) y al menos un elemento de escape (6) colocado en la parte superior del reactor (1), en el que la disposición del elemento de inyección de gas (5) y/o la conformación del conducto de reacción (2) o del conducto de retorno (3) están diseñados para que el gas inyectado por el elemento de inyección (5) suba hasta el elemento de escape (6) circulando en el conducto de reacción (2), en un sentido de circulación que va de abajo hacia arriba, de modo que el gas inyectado y el medio de cultivo líquido establezcan un flujo bifásico gas/líquido en un tramo de reacción (23) visiblemente horizontal del conducto de reacción (2). La presente invención puede aplicarse en el campo del cultivo de microorganismos fotosintéticos y, fundamentalmente, de las algas.

Description

REACTOR FOTOSINTÉTICO PARA EL CULTIVO DE MICROORGANISMOS Y PROCEDIMIENTO DE CULTIVO DE MICROORGANISMOS La presente invención se refiere a un reactor fotosintético adaptado para el cultivo de microorganismos fotosintéticos, fundamentalmente algas, y a un procedimiento de cultivo de microorganismos fotosintéticos que utiliza dicho reactor.

Más especialmente, se refiere a un reactor fotosintético que incluye: - al menos un conducto de reacción fotosintética en el que circula el medio de cultivo líquido, provisto de al menos un tramo de reacción visiblemente horizontal y realizado, al menos parcialmente, en un material transparente a la radiación solar; dicho conducto presenta un extremo inferior colocado en la parte baja del reactor y un extremo superior colocado en la parte alta del reactor, arriba del extremo inferior; - al menos un conducto de retorno que garantiza la conexión fluídica entre el extremo inferior y el extremo superior del conducto de reacción; y - al menos un elemento de circulación del medio de cultivo líquido.

La presente invención se aplica al cultivo de cualquier organismo fotosintético, es decir, a cualquier forma de vida susceptible de desarrollo y de fotosíntesis en un medio de cultivo nutritivo adecuado, en presencia de radiación solar y de gas rico en carbono, como el dióxido de carbono.

Entre los microorganismos fotosintéticos considerados en la invención figuran, más particularmente, los vegetales acuáticos como por ejemplo las microalgas, los protonemas de espuma, las pequeñas macroalgas y las células aisladas de plantas multicelulares. Estos vegetales acuáticos tienen propiedades interesantes en las áreas de farmacia, nutrición humana y animal, dermocosmetología, energía y medioambiente.

Como sucede con la mayoría de los microorganismos fotosinté cos, el acceso a este recurso consiste, esencialmente, en el cultivo asistido en reactores adaptados. Dado que la luz es su principal substrato, el medio de cultivo debe presentar una ¡nterfaz óptica que reciba un flujo de luz. La dificultad de cultivar microorganismos fotosintéticos se debe a que estos obstaculizan el paso de la luz, que es su principal substrato. Por lo tanto, el crecimiento del cultivo se estabiliza cuando la luz deja de penetrar en el espesor del cultivo. Este fenómeno se conoce como autosombreado.

La longitud del camino óptico o « light path length », permite caracterizar los diferentes modos de recinto y se define como: - la longitud del recorrido de la luz desde su entrada al cultivo por una ¡nterfaz óptica transparente hasta una pared opaca opuesta; o - la mitad de la distancia que separa las dos interfaces ópticas transparentes cuando el recinto recibe la luz por dos interfaces ópticas transparentes opuestas.

Esta longitud del camino óptico varía entre algunos centímetros y algunos decímetros y determina, esencialmente, la producción de biomasa por unidad de tiempo y de superficie óptica (productividad de superficie en g/m2/j) y la concentración del cultivo (en g/L) en fase final de crecimiento. Los diferentes modos de recinto que se utilizan para garantizar el cultivo de pequeños vegetales acuáticos también pueden clasificarse en función de esta longitud característica.

La reacción de fotosíntesis también se acompaña de un consumo de gas carbónico (C02) y una producción de oxígeno (02). El exceso de Oxígeno inhibe la reacción, mientras que la ausencia de gas carbónico la interrumpe debido a la falta de substrato para transformar. Por lo tanto, debe acondicionarse una interfaz gas/líquido para transferir la masa entre estos gases y la fase líquida. Para i favorecer estos intercambios y evitar las heterogeneidades, el cultivo debje alojar una mezcla destinada a renovar los organismos a nivel de la interfaz óptica mencionada anteriormente y también a nivel de esta interfaz gas/líquido.

Un primer modo de realización conocido de reactor fotosintético consiste en un recipiente abierto de tipo cuenco o cubeta, en el que el cultivo se sostiene por gravedad y presente una superficie libre que realiza, por sí sola, la interfaz óptica y la interfaz líquido/gas. El cultivo se mezcla dentro deh cuenco mediante uno o varios dispositivos mecánicos de agitación, por ejemplo,; de tipo rueda de álabes. Los cultivos en cuencos realizados de ese modo pueden cubrir grandes superficies y este modo de realización genera lo esencial de la producción mundial actual de microorganismos. Los organismos fotosí intéticos producidos por este tipo de reactor son, esencialmente: - algas llamadas extremófilas cuyos medios son hostiles a los predadores y competidores, como por ejemplo las algas de tipo Spirulina o Dunaliella; o - algas llamadas dominantes que soportan mejor que las otras las exigencias mecánicas o las contaminaciones, como por ejemplo las algas de tipo Chlorella, Scenedesmus, Skeletonema, Odontella o Nannochloropsis. ; Un segundo modo de realización conocido de reactor fotosintético consiste en un recipiente abierto de tipo depósito o cubeta pero con dimensiones inferiores a las de los cuencos del primer modo de realización. Estos recipientes suelen presentar paredes laterales transparentes a la radiación solar, de modo que la interfaz óptica está constituida tanto por la superficie libre del medio líquido como por las paredes laterales transparentes.

En este segundo modo de realización, suele recurrirse a una inyección de aire realizada en la parte baja del depósito que conduce a la formación de burbujas de aire que suben por el líquido hasta la superficie libre. La superficie de las burbujas formadas constituye la interfaz gas/líquido. Al subir hacia la superficie, las burbujas arrastran el cultivo hacia arriba creando, de este modo, movimientos convectivos que pueden extenderse a todo el volumen. A veces se añade dióxido de carbono (CO2) al aire inyectado para aportar más carbono según una fracción molar predefinida de algunos porcentajes. ' De menor volumen que el de los cuencos del primer modo de realización, los depósitos del segundo modo de realización se adaptan a los cultivos más controlados, en particular, a los cultivos de microalgas destinados a nutrir larvas de moluscos o alimentos vivos de larvas de pescados en acuicultura. La limpieza frecuente de estos depósitos y las inoculaciones puras y masivas permiten limitar las contaminaciones dentro del depósito. Varias decenas de especies de microalgas cultivadas de este modo presentan requerimientos de luz y temperatura relativamente similares, lo que posibilita su cultivo en lugares comunes.

Estos dos modos de realización, en forma de recipiente abierto, ofrecen una longitud de camino óptico de uno a varios decímetros.

Un tercer modo de realización de reactor fotosintético consiste en un reactor cerrado llamado fotobiorreactor que contiene un bucle cerrado dentro del cual circula el medio de cultivo líquido. Dicho bucle cerrado incluye un conducto de reacción provisto de tramos de reacción realizados en un material transparente a la radiación luminosa (o a la luz), y un conducto de retorno que garantiza la conexión entre los dos extremos opuestos del conducto de reacción.

Los fotobiorreactores, descritos especialmente en los documentos GB 2 118 572 A, ES 2 193 860 A1 , GB 2 331 762 A, ES 2 150 389 A1 , FR 2 685 344 A1 y FR 2 875 511 A3, ofrecen longitudes de camino óptico visiblemente más bajas, del orden de uno a varios centímetros, respecto de los modos de realización con recipiente abierto, y permiten alcanzar concentraciones de organismo fotosintéticos de varios gramos por litro protegidos de las contaminaciones aéreas. El conducto de reacción de los fotobiorreactores suele consistir en placas o tubos transparentes, de vidrio o de plástico, cuyo espesor o diámetro es del orden del centímetro, conectadas de un extremo al otro por codos que forman juntos un conducto en forma de serpentín.

El conducto de retorno contiene un tubo vertical ascendente, por el que sube el medio líquido, y un tubo vertical descendente por el que baja el medio líquido, por efecto de la gravedad.

El sistema de inyección de gas que suele aplicarse en los fotobiorreactores consiste en un elevador de gas, antiguamente llamado "gas-lift" o dispositivo de ascensor de gas, es decir, una inyección de gas en la base del tubo vertical ascendente del conducto de retorno; dicha inyección de gas sirve para poner en circulación o desplazar el medio reactivo líquido y, a la vez, para realizar los intercambios gas-líquido. El elevador de gas contiene, en la parte superior, un depósito de carga o volumen amplio en el que las velocidades de circulación más bajas permiten separar el gas del líquido y el tubo vertical descendente del conducto de retorno desemboca en el fondo del depósito de carga para alimentar con líquido el conducto de reacción.

Los fotobiorreactores anteriormente mencionados aplican el principio según el cual la reacción sólo se produce en la fase líquida. En otras palabras, estos fotobiorreactores buscan minimizar el volumen de gas inyectado en el reactor para no disminuir tanto el volumen del medio de cultivo liquidó y, en consecuencia, no disminuir la producción. De este modo, en estos fotobiorreactores, la extracción de oxígeno se realiza por medio del tubo ascendente vertical definido anteriormente; dicho tubo ascendente vertical forma una columna de burbujas de aire que desembocan en el depósito de carga que recibe el medio de cultivo líquido e incluye una inyección de gas en la parte baja, preferentemente aire enriquecido con C02. Como se describió anteriormente, las funciones de circulación y de transferencia gaseosa confluyen en esté único dispositivo, llamado elevador de gas, que crea una circulación vertical ascendente por intercambio de cantidad de movimiento entre la masa líquida y las burbujas de gas que provienen de la inyección. El oxígeno fotosíntético sobresaturado en el líquido pasa como fase gaseosa por barrido de aire, mientras que el CÓ2 pasa como solución. Estas funciones de desgasificación y carbonatación son indispensables e intervienen simultáneamente a nivel de este único dispositivo.

Los elevadores de gas presentan el inconveniente de generar burbujas de gas que suben por el tubo ascendente vertical del conducto de retorno de los fotobiorreactores. En efecto, la solicitante ha observado el rol deletéreo de estas burbujas en el cultivo de microorganismos en los fotobiorreactores: - por un lado, las burbujas exigen mecánicamente a las microalgas y pueden perjudicar a los microorganismos frágiles; y - por otro lado, las burbujas captan por efecto tensoactivo las moléculas que presentan propiedades surfactantes y, fundamentalmente, las moléculas orgánicas, restos celulares y productos de eliminación de las células vivas. Estas sustancias, normalmente dispersas en el medio sin burbujas, se juntan en forma de agregados en la superficie libre del depósito de carga cuando explotan las burbujas. Las bacterias y hongos que no podrían desarrollarse debido a la fuerte dilución de estas moléculas orgánicas encuentran substratos concentrados favorables a su desarrollo.

Uno de los objetivos de la presente invención es evitar, o al menos limitar, la formación de burbujas para: - contener el desarrollo bacteriano y fúngico, por ejemplo, para guardar conformidad con las normas sanitarias típicamente impuestas al cultivo de microorganismos; y para - limitar las exigencias mecánicas en el medio de cultivo líquido y, de este modo, permitir el cultivo de algunos microorganismos frágiles que, hasta el momento, estaban excluidos de este tipo de cultivo en reactor.

Como modo de realización alternativo al elevador de gas, la desoxigenación del medio de cultivo líquido que circula en el fotobiorreactor se obtiene haciendo caer, de modo gravitacional, el medio líquido en un recipiente a nivel constante. Aquí, el medio de cultivo líquido se pone en circulación mediante un elemento de bombeo, especialmente del tipo bomba centrífuga, colocada en el conducto de reacción diseñado no solo para compensar las pérdidas de carga en el conducto sino también para elevar en relación con la altura de la caída.

Aunque genera menos burbujas, este dispositivo con bomba centrífuga es mecánicamente perjudicial para los microorganismos que el elevador de gas. En efecto, para vencer las pérdidas de carga, en cada pasaje a la altura del elemento de bombeo, se generan esfuerzos mecánicos que pueden obstaculizar el crecimiento de los microorganismos y provocar mortalidad en el cultivo. Por lo tanto, la producción se ve alterada, a veces de modo imperioso.

Por ejemplo, hemos verificado que no es posible cultivar algunas microalgas llamadas frágiles en fotobiorreactores con bombas centrífugas para hacer circular el cultivo. Estas microalgas frágiles parecen más sensibles a las tensiones mecánicas porque forman cadenas y/o porque presentan apéndices tales como sedas, flagelos y espículas. Algunas microalgas, como por ejemplo las algas de tipo Haematococcus pluvialis pierden sus flagelos y se enquistan formando una pared celular espesa y resistente. En cambio, otras microalgas, como por ejemplo las algas de tipo Chlorella vulgaris o Nannochloropsis oculata, no tienen apéndice y poseen una pared celular espesa, resistiendo el paso por los elementos de bombeo y, especialmente, las bombas centrífugas.

No obstante, es difícil identificar la naturaleza de las exigencias mecánicas que influyen en la sobrevida y el crecimiento de los microorganismos. La mayoría de los autores concuerda en que los cizallamientos y las aceleraciones son las más influyentes. Los cizallamientos crean tensiones que pueden alterar la totalidad celular rasgando la pared de los microorganismos y derramando citosol.

Las aceleraciones alteran la estructura de la célula porque aumentan el campo gravitacional.

Las células vivas no están preparadas para estos esfuerzos y, menos aún tal vez, las células acuáticas que viven en equilibrio hidrostático y que no desarrollaron estructura capaz de vencer un campo gravitacional. Además, las células acuáticas son sensibles a valores umbral y probablemente también a las variaciones y al periodo de exposición. En el estado actual de los conocimientos, es difícil predecir los efectos mecánicos de las condiciones hidrodinámicas impuestas a las células. , Uno de los objetos de la presente invención es reducir los efectos mecánicos impuestos a los microorganismos, especialmente los efectos de tipo cizallamiento y aceleración, para extender el número de especies cultivables dentro del reactor a las que son más sensibles a estos efectos mecánicos perjudiciales. En otras palabras, ofrecer un reactor que permita el cultivo de microorganismos frágiles, como por ejemplo las microalgas frágiles mencionadas i anteriormente.

Además, la solicitante ha observado que el rendimiento en cultivo de los fotobiorreactores provistos de elevador de gas o bomba centrífuga era limitado sobre todo por la formación de burbujas. En efecto, la solicitante ha concluido que el rendimiento en cultivo depende, en parte, de los fenómenos involucrados en la transferencia gas-líquido para evitar las pérdidas y reducir esta importante partida de gastos. Modelar la transferencia gas-líquido del dióxido de carbono destinado a la reacción y el oxígeno que produce requiere determinar la velocidad de transferencia que es función del coeficiente de transferencia de superficie.

El coeficiente de transferencia de superficie es un parámetro clave que traduce las características de un sistema de intercambio gas/liquido en estado estable. Este coeficiente de transferencia de superficie es igual al producto del coeficiente volúmico de transferencia de materia hacia el líquido "KL" (m.s" ) y del área interfacial en relación con el volumen "a" (nrT ), donde: a = (oG.S)/V a: Área interfacial en relación con el volumen (m 1); ÜG'- coeficiente de retención de fase; S: Superficie de contacto (mz); y V: Volumen del reactor (m3).

Por lo tanto, el coeficiente de transferencia de superficie depende de la geometría del sistema de intercambio gas/líquido pero también de las propiedades fisicoquímicas del líquido y del gas. En el caso de un intercambio gas/líquido en una columna de burbujas vertical, la superficie de intercambio depende del número de burbujas y de su tamaño. La población de burbujas generada por una inyección de gas en un líquido depende del caudal de inyección, de la geometría del inyector y de la diferencia de presión a ambos lados del mismo.

La presente invención tiene fundamentalmente por objeto proporcionar un reactor fotosintético que permita el cultivo de masa de los microorganismos fotosintéticos y se extienda a las especies más frágiles, con un reactor que responda a las siguientes problemáticas: - reducir, incluso evitar, las exigencias mecánicas vinculadas generalmente a la agitación y a la puesta en circulación del medio de cultivo y que disminuyen las características de sobrevida y de crecimiento de microorganismos fotosintéticos tales como las microalgas y, más particularmente, las microalgas en cadenas con apéndices; - reducir, incluso evitar, la producción de burbujas de tamaño pequeño susceptibles de favorecer la agregación de moléculas orgánicas y el desarrollo de microorganismos heterótrofos a quienes sirven de substrato; - realizar la transferencia fotónica para proporcionar la radiación solar a los microorganismos fotosintéticos, la transferencia de masa o transferencia gas/líquido indispensable para aportar el carbono y evacuar el oxígeno, y la transferencia térmica, para evacuar las calorías aportadas por la radiación y mantener el cultivo a la temperatura correcta; y - mantener condiciones mecánicas que preserven todas las células y evitar los intercambios con el medioambiente que pueden prestarse a contaminaciones y diseminaciones.

A tal efecto, propone un reactor fotosintético adaptado para el cultivo de microorganismos fotosintéticos, especialmente algas, que incluye: - al menos un conducto de reacción fotosintética en el que circula el medio de cultivo líquido, provisto de al menos un tramo de reacción visiblemente horizontal y realizado, al menos parcialmente, en un material transparente a la radiación solar, dicho conducto presenta un extremo inferior colocado en la parte baja del reactor y un extremo superior colocado en la parte alta del reactor, arriba del extremo inferior; - al menos un conducto de retorno que garantiza la conexión fluídica entre el extremo inferior y el extremo superior del conducto de reacción; - al menos un elemento de circulación del medio de cultivo líquido; - al menos un elemento de inyección de gas colocado en el tramo de reacción o antes de dicho tramo de reacción respecto del sentido de circulación del gas; dicho elemento de inyección de gas permite inyectar gas en el reactor; y - al menos un elemento de escape colocado en la parte alta del reactor que permita el escape de gas inyectado en el reactor; en el que la disposición del elemento de inyección de gas y/o la conformación del conducto de reacción o del conducto de retorno estén diseñados para que el gas inyectado por el elemento de inyección suba hasta el elemento de escape circulando por el conducto de reacción, en un sentido de circulación que va desde el extremo inferior hasta el extremo superior del conducto de reacción, d modo que el gas inyectado y el medio de cultivo líquido establezcan un flujo bifásico gas/líquido en el tramo de reacción visiblemente horizontal.

Con un reactor según la invención, el medio de cultivo líquido y el gas circulan simultáneamente contactándose entre sí a lo largo del tramo de reacción visiblemente horizontal y transparente e intercambian algunos componentes durante su recorrido común. El gas inyectado en el punto inferior se escapa por el punto superior del reactor mientras que el líquido circula según un bucle bajo la impulsión de uno o varios elementos de circulación. Los intercambios son proporcionales a la longitud del o de los tramos transparentes, cuyo efecto se reduce, lo que permite considerar grandes acrecentamientos de escala, El reactor conforme a la invención está especialmente diseñado para aumentar la eficacia de la transferencia gas/líquido y disminuir las exigencias I mecánicas infligidas a los organismos en cultivo para extender la producción a las especies frágiles. Además, el reactor conforme a la invención permite limitar la formación de burbujas de diámetro pequeño y, de este modo, reducir el desarrollo de microorganismos heterótrofos consumidores de oxígeno. En efecto, con el reactor según la invención, la transferencia gas/líquido no se hace dentro de una columna de burbujas vertical sino a lo largo de un tramo de conducto visiblemente horizontal en el que el flujo sigue un régimen de tipo bifásico horizontal.

En consecuencia, el reactor según la invención permite obtener intercambios gas/líquido a través de una interfaz formada a nivel de la superficie libre del líquido en el conducto de reacción y, más particularmente, en el o los tramos de reacción visiblemente horizontales en los que la circulación del gas y del líquido se establecen visiblemente de manera horizontal siguiendo un régimen de flujo bifásico gas/líquido del tipo flujo estratificado o flujo de tapón o de burbujas alargadas.

Contrariamente al principio mencionado anteriormente, según el cual la reacción sólo se produce en la fase líquida, la solicitante es partidaria del principio que considera que el gas forma parte integrante de la reacción y debe ser admitido en el volumen reactivo al igual que el líquido. Al privilegiar los regímenes de flujo bifásicos horizontales (estratificado, de tapón o de burbujas alargadas), la superficie de intercambio entre el gas y el líquido se extiende a todo el recorrido en el conducto de reacción (en otras palabras, a lo largo de cada tramo de reacción visiblemente horizontal) con una producción de burbujas netamente menos abundante que en el caso de los reactores de la técnica anterior, reduciendo así el efecto deletéreo observado en estas burbujas.

Además, en el reactor según la invención, la circulación del medio de cultivo líquido está garantizada por uno o varios elementos de circulación que generan fuerzas de cizallamiento y centrífugas reducidas: la función de circulación está disociada de la de intercambio gas/líquido, a diferencia de lo que sucede con los reactores con elevador de gas.

Según una característica, el reactor incluye al menos un elemento de inyección de líquido que permite inyectar líquido en el reactor, el elemento de escape está diseñado para permitir el escape del volumen de líquido excedente en el reactor al mismo tiempo que el escape del gas inyectado. Esto permite renovar el medio líquido y garantizar un escape de volumen líquido excedente, además del volumen gaseoso inyectado.

En un primer modo de realización, el elemento de circulación está colocado en el conducto de retorno para poner en circulación el medio de cultivo líquido en el conducto de reacción desde el extremo inferior hasta el extremo superior de dicho conducto de reacción, en el mismo sentido de circulación que el gas inyectado. En este modo de realización, el gas y el líquido circulan en el mismo sentido dentro del conducto de reacción y se habla de un modo de circulación a cocorriente. Con el modo cocorriente, los fluidos (gas y líquido) circulan en el mismo sentido y su contacto dura algunos segundos antes de separarse, en razón de las diferencias de velocidad. La circulación a cocorriente del gas y del líquido crea una superficie de intercambio proporcional a la longitud del conducto de reacción, lo que posibilita el aumento del tamaño de este sin tener que multiplicar el número de aparatos de desgasificación y carbonatación.

En un segundo modo de realización, el elemento de circulación está colocado en el conducto de retorno para poner en circulación el medio de cultivo líquido en el conducto de reacción desde el extremo superior hasta el extremo inferior de dicho conducto de reacción, en un sentido de circulación opuesto al sentido de circulación del gas inyectado. En este modo de realización, el gas y el líquido circulan en sentidos opuestos dentro del conducto de reacción y se habla de un modo de circulación a contracorriente. La solicitante ha observado que la circulación a contracorriente es más rendidora que la circulación a cocorriente, aunque el modo contracorriente plantea problemas de regulación porque los fluidos se separan inmediatamente para volver a contactarse mucho más tarde.

Según una característica, el elemento de inyección de gas está colocado en la parte inferior del reactor, entre el elemento de circulación y el extremo inferior del conducto de reacción. En esta configuración, el elemento de circulación tiende a evacuar el gas en dirección al conducto de reacción evitando, de este modo, la acumulación de gas en el conducto de retorno.

Según otra característica, el conducto de retorno presenta un desnivel ubicado entre el elemento de circulación y el elemento de inyección de gas. Dicho desnivel forma una diferencia de niveles entre el elemento de circulación y el elemento de inyección de gas para evitar que el gas inyectado por el elemento de inyección se desplace en dirección al elemento de circulación.

En un modo de realización particular, el elemento de circulación es un elemento de propulsión mecánica colocado en el conducto de retomo.

De manera preferente, el elemento de circulación incluye una hélice accionada en rotación por un motor, y el conducto de retorno presenta un receptáculo de sección amplia dentro del cual dicha hélice se mueve por rotación.

Ventajosamente, el receptáculo de la hélice está colocado entre una zona de divergencia y una zona de convergencia de la circulación del medio de cultivo líquido con el fin de garantizar, en el conducto de retorno, una continuidad hidráulica sin variación brusca de las velocidades para limitar las pérdidas de carga, las aceleraciones y los esfuerzos de cizallamiento sufridos por los microorganismos.

Según una característica ventajosa, el conducto de retorno presenta una zona amplia en la parte superior y el elemento de escape está colocado en dicha zona amplia del conducto de retorno permitiendo, de este modo, disminuir la velocidad del líquido en la zona amplia donde se realiza el escape del gas y evitar que el gas sea arrastrado hacia abajo, con el líquido.

Según otra característica, el elemento de escape está colocado antes del elemento de circulación del medio de cultivo líquido respecto del sentido de circulación del gas, para evitar que el gas circule a través de dicho elemento de circulación y obstaculice su funcionamiento.

En una realización preferente, el reactor incluye al menos un cuerpo de limpieza adaptado para circular dentro de los conductos de reacción y de retorno y para pasar a través del elemento de circulación del medio de cultivo líquido. El o los cuerpos de limpieza permiten limpiar la parte de adentro del reactor.

Ventajosamente, el cuerpo de limpieza está constituido para dejar pasar, al menos parcialmente, el gas que circula dentro del conducto de reacción y está adaptado para ser arrastrado por la circulación del medio de cultivo líquido, para que el cuerpo no influya en el diferencia de velocidades entre el gas y el medio líquido; dicha diferencia de velocidades influye directamente sobre las transferencias de masa entre la fase líquida y la masa gaseosa.

También ventajosamente, el cuerpo de limpieza tiene forma dé cepillo con un conjunto de pelos, fibras, hebras o equivalentes, o forma de esfera hueca de material elastomero en la que una parte de la superficie tiene orificios. De este j modo, los pelos que emergen o los agujeros dejan pasar el gas mientras que la parte sumergida del cuerpo de limpieza constituye un obstáculo para la circulación del medio líquido y puede ser arrastrado con este medio líquido.

En un modo de realización particular, el reactor incluye: - un conducto de cortocircuito, colocado paralelamente al conducto de retorno, que une dos puntos de conexión previstos en el reactor. El primero dé estos puntos está colocado en el conducto de reacción y el segundo punto de conexión i está colocado en el conducto de retorno o en el conducto de reacción; j - dos válvulas colocadas a ambos lados del primer punto de conexión; una de ellas colocada en el conducto de cortocircuito; y - dos válvulas colocadas a ambos lados del segundo punto de conexión; ¡una de ellas colocada en el conducto de cortocircuito; de modo que la manipulación de las válvulas permite aislar la porción del reactor ubicada entre el primer y el segundo punto de conexión, del lado del conducto de reacción y que la mezcla gas/medio de cultivo líquido circula en el conducto de cortocircuito y en la porción del reactor no aislada ubicada entre el prirrier y el segundo punto de conexión, del lado del conducto de retorno. ¦ En este modo de realización, el reactor está provisto de un conducto de cortocircuito que permite el asilamiento de un subvolumen del conducto de reacción. En un primer momento, resulta posible que este subvolumen esté aislado, inoculado y sembrado. Además, si la concentración alcanza un nivel suficiente en este subvolumen, las cuatro válvulas basculan en sentido contrario de modo que el resto del reactor se pone en circulación y se inocula por el subvolumen.

La invención también se refiere a un conjunto de reactores fotosintéticos adaptados para el cultivo de microorganismos fotosintéticos que incluye al menos dos reactores conformes a la invención, a saber: un primer reactor y un segundo reactor, e incluye al menos un conducto de conexión que garantiza una conexión fluídica entre el primer reactor y el segundo reactor y al menos una válvula colocada sobre dicho conducto de conexión.

Este conjunto es particularmente ventajoso por tener dos o más reactores en paralelo que pueden conectarse, especialmente para permitir una inoculación a través del conducto de conexión, y realizar un conjunto de producción que sea productivo y cohesivo. Para que resulte posible que un reactor inocule al otro reactor, cuya concentración ha alcanzado un estadio avanzado, se pueden interconectar estos dos reactores de modo que sus contenidos se mezclen.

Según una característica, el conjunto incluye dos conductos de conexión entre los dos reactores, cada uno provisto de una válvula, en los cuales: - un primer conducto de conexión une un punto de entrada, colocado en el primer reactor antes del elemento de circulación del primer reactor, a un punto de: salida colocado en el segundo reactor después del elemento de circulación del segundo reactor; y - un segundo conducto de conexión une un punto de entrada, colocado en el 1 segundo reactor antes del elemento de circulación del segundo reactor, a un punto de salida colocado en el primer reactor después del elemento de circulación del primer reactor.

Para proceder a la inoculación del segundo reactor a partir del primer reactor en funcionamiento, y cuya concentración alcanzó el nivel de explotación, el segundo reactor por inocular está lleno de medio nutritivo estéril y la circulación se establece abriendo las dos válvulas de los conductos de conexión para establecer un intercambio cruzado entre los dos reactores. La interconexión entre los dos reactores se establece antes y después de los elementos de circulación para que la fuerza de propulsión obtenida con estos elementos de circulación favorezca la circulación de intercambio.

Según otra característica, el conjunto incluye una bomba interpuesta en el o uno de los conductos de conexión para reducir la duración de los intercambios entre los dos reactores.

La invención también se refiere a un procedimiento de cultivo de microorganismos fotosintéticos, especialmente algas, que utiliza un reactor conforme a la invención y que incluye las siguientes etapas: - inyección de un medio de cultivo líquido en el reactor según un caudal controlado; - inyección de un gas en el reactor según un caudal controlado con el elemento de inyección de gas; - puesta en circulación del medio de cultivo líquido con el elemento de circulación; - control del elemento de circulación y del elemento de inyección de gas para determinar, en el tramo de reacción, un régimen de flujo bifásico gas/líquido del tipo flujo estratificado o flujo de tapón o de burbujas alargadas.

Como se describió anteriormente, el establecimiento de un régimen de flujo bifásico gas/líquido visiblemente horizontal, de tipo flujo estratificado o flujo de tapón o de burbujas alargadas, presenta numerosas ventajas, tales cómo la reducción de la producción de burbujas y el aumento del rendimiento del reactor aumentando, fundamentalmente, la superficie de intercambio entre el gas y el líquido.

Según una característica, la etapa de control incluye una etapa de control de la velocidad de circulación del líquido en el conducto de reacción entre 0,1 y 0,2 m/s aproximadamente a fin de establecer un régimen de flujo bifásico de tipo estratificado.

Según otra característica, la etapa de control incluye una etápa de control de la velocidad de circulación del líquido en el conducto de reacción entre 0,2 y 1 m/s aproximadamente a fin de establecer un régimen de flujo bifásico de tipo tapón o burbujas alargadas.

De modo ventajoso, la etapa de control incluye una etapa de control de la velocidad de circulación del gas entre 0,5 y 0,8 m/s aproximadamente, correspondiente a un régimen de velocidades adecuado para los caudales necesarios para la reacción.

De modo más ventajoso aun, el elemento de circulación incluye una hélice accionada en rotación por un motor y en el que la velocidad de rotación de la hélice es inferior a aproximadamente 100 vueltas por minuto, para limitar las exigencias mecánicas en el medio de cultivo líquido.

Otras características y ventajas de la presente invención aparecerán con la lectura de la descripción detallada de un ejemplo de aplicación, no limitativo, en referencia a las figuras que se anexan, en las cuales: - la figura 1 es una vista esquemática frontal de un reactor fotosintético conforme a la invención; - la figura 2 es una vista esquemática lateral del reactor ilustrado en la figura 1 ; - la figura 3 es una vista esquemática parcial del interior del reactor ilustrado en la figura 1 ; j I - la figura 4 es una vista esquemática frontal de otro reactor fotosintético i conforme a la invención; '< - la figura 5 es una vista esquemática parcial de dos reactores confornies a la invención y conectados entre ellos mediante conductos de conexión; ¡ - las figuras 6a y 6b ¡lustran, respectivamente, la evolución del oxígeno disuelto y del dióxido de carbono disuelto en función del tiempo para un primer reactor conforme a la invención; - las figuras 7a y 7b ilustran, respectivamente, la evolución del oxígeno disuelto y del dióxido de carbono disuelto en función del tiempo para un segundo reactor conforme a la invención; - las figuras 8a a 8ef ilustran, de manera esquemática, varios regímenes de flujo en un conducto horizontal, un flujo de burbujas dispersas, un flujo de burbujas alargadas, un flujo estratificado liso, un flujo estratificado ondulado, un flujo de tapón y un flujo anular, respectivamente.

Las figuras 1 a 3 ilustran un reactor 1 fotosintético conforme a la invención, adaptado para el cultivo de microorganismos fotosintéticos, especialmente algas y, en particular, para el cultivo de microorganismos fotosintéticos frágiles respecto de las exigencias mecánicas y, por lo tanto, inadaptados para el cultivo en reactores del estado de la técnica.

El reactor 1 incluye: - al menos un conducto de reacción 2 fotosintético en el que circula el medio de cultivo líquido. Dicho conducto de reacción 2 presenta un extremo inferior 21 colocado en la parte baja del reactor 1 y un extremo superior 22 colocado en la parte alta del reactor 1 arriba del extremo inferior 21 ; - al menos un conducto de retorno 3 que garantiza la conexión fluídica entre el extremo inferior 21 y el extremo superior 22 del conducto de reacción 2; - al menos un elemento de circulación 4 del medio de cultivo líquido; - al menos un elemento de inyección de gas 5 que permite inyectar gas en el reactor; y - al menos un elemento de escape 6 colocado en la parte alta del reactor 1 que permite el escape del gas inyectado en el reactor 1 ; - al menos un elemento de inyección de líquido 7 que permite inyectar líquido en el reactor 1.

Queda entendido que, en la presente solicitud, el empleo de los términos "inferior" y "superior" para designar las partes del reactor , así como el empleo de la expresión "arriba de", hacen referencia a la disposición relativa de los elementos o partes del reactor según la dirección vertical ilustrada por la flecha Z en las figuras.

Como se observa en la figura 1 , el conducto de reacción 2 incluye varios tramos horizontales 23, llamados tramos de reacción, conectados sucesivamente por tramos acodados 24. Los tramos horizontales 23 y los tramos acodados 24 están conectados en serie, con intervalos, para que el conducto de reacción 2 tenga forma de conducto continuo en acordeón o en espiral entre su extremo inferior 21 y su extremo superior 22. Este conducto de reacción 2 se extiende principalmente según un plano vertical, con los tramos horizontales 23 colocados sucesivamente unos arriba de los otros.

Como se observa en la figura 2, los tramos horizontales 23 están colocados sucesivamente a ambos lados de una estructura de soporte 8 vertical, que incluye: - pilares verticales 80 fijados al suelo con tornillos 81 ; y - montantes 82 unidos a los pilares verticales 81 que soportan los tramos horizontales 23.

La estructura de soporte 8 recupera el peso del conducto de reacción 2 con sus dos pilares verticales 81 que están separados uno del otro por una distancia que no excede el límite de vano de los tramos horizontales 23, provocando la ruptura de dichos tramos horizontales 23 llenos de líquido y gas, en razón de su peso, y montantes 82 que sostienen los tramos horizontales 23 equidistantes verticalmente unos de los otros.

Los tramos horizontales 23 están realizados, al menos parcialmente, en un material transparente a la radiación solar, como por ejemplo un material de vidrio o un material sintético de tipo plástico o polímero acrílico como el plexiglás™. Estos tramos horizontales 23 están realizados en forma de tubos rectilíneos y de sección circular de diámetro De. Los tramos acodados 24 están realizados en forma de tubos acodados de 180° para unir de punta a punta dos tramos horizontales 23 sucesivos. Los tramos acodados 24 son de sección circular de diámetro De al igual que los tramos horizontales.

El conducto de retorno 3 presenta una forma general de "C" e incluye, sucesivamente: - un tramo superior 30 horizontal unido al extremo superior 22 del conducto de reacción 2 mediante un racor 99; - un tramo central 31 vertical o ligeramente oblicuo, como se observa en la figura 2, unido al tramo superior 30 por un primer codo 32 formando un ángulo de aproximadamente 90°; y - un tramo inferior 33 unido, por un lado, al tramo central 31 mediante un segundo codo 34 formando un ángulo de aproximadamente 90° y, por el otro, al extremo inferior 21 del conducto de reacción 2 mediante un racor 98, y que sucede al tramo horizontal 23, el más bajo del conducto de reacción 2, llamado primer tramo horizontal.

El conducto de retorno 3 está realizado en un material no transparente a la radiación solar y/o puede estar colocado al abrigo de la luz, en un lugar cerrado, mientras que el conducto de reacción 2 está expuesto a la luz solar, eventualmente debajo de un invernáculo.

El tramo superior 30 está realizado en forma de tubo rectilíneo y de sección circular, de diámetro De igual al de los tramos horizontales 23 del conducto de reacción 2. El tramo superior 30 sucede al tramo horizontal 23 ubicado en la parte más alta del conducto de reacción 2, llamado último tramo horizontal, y se extiende al mismo nivel vertical que este último tramo horizontal 23.

El tramo central 31 también está realizado en forma de tubo rectilíneo y de sección circular de diámetro De igual al de los tramos horizontales 23 del conducto de reacción 2. Este tramo central 31 se extiende según una dirección vertical o ligeramente oblicua respecto de la dirección vertical Z.

El primer codo 32, colocado en la parte alta, presenta una sección amplia respecto del tramo superior 30 y del tramo central 31 del mismo diámetro De. El elemento de escape 6 está colocado en el primer codo 32 y se presenta en forma de tubo de dimensiones predeterminadas que desemboca dentro del primer codo 32. En consecuencia, la sección de paso a nivel del primer codo 32 aumenta para disminuir la velocidad del líquido en el primer codo 32 y evitar arrastres de gas hacia abajo en el tramo central 31 . El elemento de escape 6 está colocado en la parte alta respecto del tramo horizontal 23, la parte más alta del conducto de reacción 2, de modo que se escape solamente el exceso de líquido del reactor 1 al mismo tiempo que el gas. El elemento de escape 6 está calibrado para que el volumen de líquido excedente en el reactor 1 se escape al mismo tiempo que el gas inyectado.

El reactor 1 incluye dos elementos de inyección de líquido 7 colocados en el tramo central 31 , a saber: un primer y un segundo elemento de inyección que permiten inyectar, respectivamente, el medio de cultivo líquido y el inoculante en el reactor 1. Estos elementos de inyección 7 se presentan en forma de puertos de inyección que permiten una conexión a una fuente con control de la asepsia'.

El reactor 1 incluye, además, uno o varios sensores 9, colocados en el conducto de retorno 3 y, más particularmente, en el tramo central 31 , y adaptados para proporcionar las señales necesarias para controlar la reacción, fundamentalmente señales representativas de la temperatura, del pH, del nivel de oxígeno disuelto y de la turbidez del medio líquido. Este control sirve, fundamentalmente, para regular las inyecciones de gas y líquido en el reactor 1 .

El tramo inferior 33 presenta un receptáculo 35, de sección amplia respecto del diámetro De del tramo central 31 , destinado a recibir en parte el elemento de circulación 4. Este receptáculo 35 está ubicado en la prolongación directa del segundo codo 35 y se extiende según una dirección principal A horizontal.

El elemento de circulación 4, ilustrado en las figuras 1 a 3, está colocado en el conducto de retorno 3, al menos en parte dentro del receptáculo 35, para poner en circulación el medio de cultivo líquido en el conducto de reacción 2 del extremo inferior 21 hasta el extremo superior 22 de dicho conducto de reacción 2, dicho de otro modo, desde abajo hacia arriba dentro del conducto de reacción 2. En esta configuración, el medio líquido circula desde el tramo superior 30 en dirección al tramo inferior 33 dentro del conducto de retorno 3, dicho de otro modo, desde arriba hacia abajo dentro del conducto de retorno 3 y de su tramo central 31 .

El elemento de circulación 4 está realizado en forma de un elemento de propulsión mecánica que incluye una hélice 40 accionada en rotación por un motor rotativo 41 mediante un eje de salida 42 de dicho motor 41. El motor 1 está colocado fuera del reactor 1 , a nivel del segundo codo 34, y está fijado a una placa 43 fijada de manera móvil sobre las paredes del conducto de retorno 3, especialmente por medio de tornillos de fijación. El eje de salida 42 atraviesa de manera impermeable la placa 43, desemboca en el receptáculo 35 y sostiene la hélice 40, que se mueve por rotación dentro de este receptáculo 35. El eje de salida 42 y la hélice 40 giran alrededor de un eje de rotación A horizontal y la hélice 40 se extiende en un plano visiblemente vertical.

La ubicación del elemento de circulación 4 en la parte inferior del conducto de retorno 3 permite un acceso fácil para el mantenimiento. En el ejemplo ilustrado en las figuras 1 a 3, se observa el mantenimiento sencillo de la hélice 40, desmontándola de la placa 43, cerrando el receptáculo 35 que aloja a la hélice. El conjunto mecánico conformado por el motor 41 , la placa 43, el eje de salida 42 y la hélice 40 puede desprenderse simplemente por traslación horizontal, por ejemplo, apoyándose en el suelo.

El tramo inferior 33 presenta una parte rectilínea 38 horizontal realizada en forma de tubo rectilíneo y de sección circular de diámetro De igual al de los tramos horizontales 23 del conducto de reacción 2. La parte rectilínea 38 está colocada entre el receptáculo 35 y el extremo inferior 21 del conducto de reacción 2. La parte rectilínea 38 sucede a la prolongación del primer tramo horizontal 23 (el que está ubicado en la parte más baja del conducto de reacción 2), y se extiende al mismo nivel vertical que este primer tramo horizontal 23.

Se busca una continuidad hidráulica sin variación brusca de las velocidades en el conducto de retorno 3 para limitar las pérdidas de carga, las aceleraciones y los esfuerzos de cizallamiento sufridos por los microorganismos fotosintéticos. La velocidad media del medio líquido disminuye entre el tramo central 31 y el tramo inferior 33 en razón del aumento de la sección de paso entre el tramo central 31 y el receptáculo 35, luego aumenta en razón de la disminución inversa de la sección de paso entre el receptáculo 35 y la parte rectilínea 38. Para garantizar la continuidad hidráulica entre el tramo central 31 y la parte rectilínea 38 del tramo inferior 33, se coloca un divergente 36 en la parte alta del segundo codo 34, dicho de otro modo, antes del receptáculo 35 y de la hélice 40, y un convergente 37 entre el receptáculo 35 y la parte rectilínea 38, dicho de otro modo, después del receptáculo 35 y de la hélice 40.

El tramo inferior 33 presenta un desnivel 39 ubicado entre el receptáculo 35 y la parte rectilínea 38 y, más particularmente, entre el convergente 37 y la parte rectilínea 38. Este desnivel 39 está realizado en forma de dos codos que forman una diferencia de niveles entre el receptáculo 35 y la parte rectilínea 38.

El elemento de inyección de gas 5 está colocado en la parte rectilínea 38 del tramo inferior 33 del conducto de retorno 3, de modo que el gas G inyectado por el elemento de inyección de gas 5 sube hasta el elemento de escape 6 circulando en el conducto de reacción 2, en un sentido de circulación que va desde el extremo inferior 21 hasta el extremo superior 22 del conducto de reacción 2, dicho de otro modo, desde abajo hacia arriba dentro del conducto de reacción 2. En esta configuración, el gas G y el medio líquido L circula a cocorriente, es decir, en el mismo sentido de circulación, dentro del conducto de reacción 2.

El desnivel 39 está colocado antes del elemento de inyección de gas 5 para evitar que el gas inyectado por el elemento de inyección de gas 5 se desplace en sentido incorrecto, es decir, en dirección al receptáculo 35 y a la hélice 40, sobre todo cuando el motor 41 está detenido.

La ubicación del elemento de circulación 4 y de la hélice 40 en particular, en la parte inferior del tramo central 31 del conducto de retorno 3 y antes del elemento de inyección de gas 5 es ventajoso para permitir una evacuación por arrastre horizontal del gas inyectado en la parte rectilínea 38 del tramo inferior 33 del conducto de retorno 3.

La posición del elemento de escape 6 antes del elemento de circulación 4 conjugada con la posición del elemento de circulación 4 antes del elemento de inyección de gas 5 es ventajosa para evitar que el gas circule a través de la hélice 40 y obstaculice su funcionamiento. En efecto, la presencia de gas obstaculiza el funcionamiento de la mayoría de los elementos de propulsión mecánica y de las hélices en particular. Por lo tanto, debe evitarse su acumulación para impedir la cavitación de la hélice 40.

Como se observa en la figura 3, el gas G inyectado por el elemento de inyección de gas 5 y el medio de cultivo líquido L puesto en circulación por medio de la hélice 40 establecen juntos un flujo bifásico gas/líquido en la parte rectilínea 38 y, necesariamente, en el tramo horizontal 23, en la parte más baja del conducto de reacción 2. El gas G, como se observa en la figura 3, forma una cubierta en el interior de la parte rectilínea 38 y del tramo horizontal 23 en la parte más baja del conducto de reacción 2; esta cubierta también se forma en los tramos horizontales 23 siguientes a medida que avanza el gas en el conducto de reacción 2 hasta el elemento de escape 6.

En función de las velocidades respectivas de circulación del gas y del medio líquido, fundamentalmente, el flujo bifásico gas/líquido seguirá un régimen de flujo bifásico del tipo flujo estratificado (cubierta de gas continuo) o de tipo flujo de tapón o de burbujas alargadas (cubierta de gas discontinuo). Estos regímenes de flujo son posibles porque la circulación de gas a cocorhente o a contracorriente de la circulación del medio líquido se realiza, principalmente, en la parte rectilínea 38 horizontal del tramo inferior 33, en los tramos horizontales 23 y en el tramo superior 30 horizontal. Por supuesto, el gas sube en el conducto de reacción 2 por medio de los tramos acodados 24, pero estas subidas de gas en los tramos acodados 24 no perjudican el régimen de flujo estratificado, de tapón' o de burbujas alargadas, observado en los tramos horizontales 23.

De modo general, el elemento de inyección de gas 5 está colocado antes del primer tramo horizontal 23 (el más bajo en el conducto de reacción 2) o, eventualmente, en el primer tramo horizontal 23 respecto del sentido de circulación de gas desde abajo hacia arriba dentro del conducto de reacción 2. También pueden preverse varios elementos de inyección de gas en diferentes puntos del conducto de reacción 2, en uno o varios tramos horizontales 23 y, eventualmente, otros elementos de escape del gas.

Respecto de los flujos bifásicos en conductos horizontales, algunos trabajos han revelado varios regímenes de flujo según las condiciones de velocidad, diámetro, temperatura, naturaleza, presión de los fluidos circulantes, especialmente: - flujo de burbujas dispersas, dispersed bubbles flow, de tipología de Mandhane AD, como se ilustra en la figura 8a ; y - flujo de burbujas alargadas, elongated bubbles flow, de tipología de Mandhane I, como se ilustra en la figura 8b; - flujo estratificado, o stratified flow, como se ilustra en la figura 8c con un flujo estratificado ondulado y en la figura 8d con un flujo estratificado liso, de tipología de Mandhane SS y SW, respectivamente; - flujo de tapón, o slug flow, de tipología de Mandhane I, como se ilustra en la figura 8e; - flujo anular, o annular mist flow de tipología de Mandhane I, como se ilustra en la figura 8f; En el caso de la presente invención, los regímenes dé flujo privilegiados se ubican a nivel de la transición SS/I en la tipología de Mandhane, es decir, entre el régimen estratificado y el régimen de tapón o de burbujas alargadas. En el régimen estratificado, la interfaz gas/líquido está constituida por la superficie libre, cuyo ancho varía con el nivel de líquido en los conductos. En el régimen de tapón o de burbujas alargadas, la interfaz gas/líquido está constituida por el piso y el techo del tapón o de la burbuja alargada.

En el caso de la presente invención, con un diámetro De de algunos centímetros para los tramos horizontales 23, por ejemplo, entre 4 y 15 centímetros aproximadamente, el flujo bifásico gas/líquido en los tramos horizontales 23 seguirá un régimen de flujo estratificado con velocidades de líquido comprendidas entre 0,1 y 0,2 m/s, y un régimen de flujo de tapón o de burbujas alargadas con velocidades de líquido comprendidas entre 0,2 y 1 m/s.

Pueden utilizarse velocidades de líquido superiores a 0,2 m/s para favorecer la mezcla en el medio de cultivo líquido, lo que implica que el flujo bifásico en los tramos horizontales 23 seguirá un régimen de flujo de tapón o de burbujas alargadas.

Los intercambios o transferencias gas/líquido, que varían visiblemente de manera proporcional a la diferencia de velocidad entre la circulación del gas y la circulación del medio líquido, es particularmente ventajosa para mantener elevada la diferencia de velocidad entre la circulación gaseosa y la circulación líquida. La solicitante ha observado que la velocidad del gas debería estabilizarse entre 0,5 y 0,8 m/s en los caudales gaseosos necesarios para la reacción fotosintética y que la diferencia de velocidad necesaria para los intercambios es fácil de obtener con una circulación a.cocorriente.

La circulación a cocorriente del gas y del líquido crea una superficie de intercambio proporcional a la longitud del conducto de reacción 2, lo que posibilita el aumento de la longitud este conducto de reacción 2 sin tener que multiplicar el número de aparatos de desgasificación y carbonatación. Aunque esta introducción de gas en el conducto de reacción implique una disminución del volumen reactivo líquido, de hasta el 15% según el caudal gaseoso dentro del conducto de reacción 2, esta disminución del volumen reactivo líquido se compensa, en gran parte, con el aumento de la productividad volúmica que resulta de la disminución de la longitud del camino óptico. Desde el punto de vista de la calidad microbiológica, la ausencia de pequeñas burbujas en el reactor 1 conforme a la invención reviste gran interés, tal como se describió anteriormente, y este reactor 1 también reviste interés en términos de costes ya que no necesita aparato de desgasificación y carbonatación.

La solicitante también ha observado que es posible acrecentar la diferencia de velocidad entre la circulación gaseosa y la circulación líquida y, por lo tanto, acrecentar las transferencias gas/líquido, aplicando una circulación a contracorriente en el conducto de reacción 2, en otras palabras, haciendo que el medio líquido circule de arriba hacia abajo en el conducto de reacción 2. De este modo, en un modo de realización no ilustrado, el elemento de circulación 4 está colocado en el conducto de retorno 3 para poner en circulación el medio de cultivo líquido en el conducto de reacción 2 desde el extremo superior 22 hasta el extremo inferior 21 de dicho conducto de reacción 2, en un sentido de circulación opuesto al sentido de circulación del gas inyectado, en otras palabras, desde arriba hacia abajo en el conducto de reacción 2. En esta variante, el medio líquido circula desde el tramo inferior 33 en dirección al tramo superior 30 en el conducto de retorno 3, en otras palabras, de abajo hacia arriba en el conducto de retorno 3 y de su tramo central 31. Para realizar este tipo de circulación a contracorriente, el elemento de circulación 4 puede volver a 180° para funcionar en el otro sentido de circulación en el mismo lugar que en el caso anterior a cocorriente, ya que tiene la ventaja de estar exento de circulación gaseosa, en parte en el mismo receptáculo 35 adecuado. Los elementos de inyección de gas 5 y de escape 6 pueden mantenerse, de manera ventajosa, en los mismos lugares que en el caso anterior, ya que maximizan la longitud del recorrido común y, por lo tanto, la duración del contacto fluídico.

El siguiente cuadro compara el rendimiento de tres reactores fotosintéticos implantados debajo del paralelo 42 que consisten en un conducto de reacción transparente de 215 m de largo y 76 mm de diámetro interno, con una capacidad global de 1000 litros.

Reactor de Reactor según Reactor según la "columna de la invención "a invención "a burbujas" cocorriente" contracorriente" S = Superficie de 2 7 7 contacto (m2) KL.a = Coeficiente de 1 3 4 transferencia de superficie (hora"1) VM = Velocidad 44 44 44 máxima de oxigenación del medio líquido (mg/L/hora) VE = Velocidad de 1 1 47 58 extracción de 02 (mg/L/h) Eficacia = VE/VM 25 107 132 (porcentaje) El reactor de "columna de burbujas" corresponde al reactor del estado de la técnica descrito anteriormente que contiene un elevador de gas. Este eactor de "columna de burbujas" incluye una columna de burbujas de 4 m de alto y de 76 mm de diámetro, idéntica al del conducto de reacción.

El reactor según la invención "a cocorriente" corresponde al reactor conforme a la invención en el que un modo de circulación a cocorriente se establece en el conducto de reacción, mientras que el reactor según la invención "a contracorriente" corresponde al reactor conforme a la invención en el que un modo de circulación a contracorriente se establece en el conducto de reacción.

La velocidad VM máxima de oxigenación ha sido calculada para una especie de algas de crecimiento rápido, en el momento pico de la actividad fotosintética, es decir, en período estival y al mediodía.

La solicitante confirma que la extracción de oxígeno por el reactor conocido de "columna de burbujas" es insuficiente y limita la eficacia del reactor, mientras que los reactores conformes a la invención, "a cocorriente" y "a contracorriente", cubren eficazmente los requerimientos de extracción de oxígeno.

La transferencia gas/líquido y, en consecuencia, la extracción de oxígeno, es más eficaz con los reactores según la invención, en los que la interfaz gas/líquido se realiza sobre todo el recorrido del conducto de reacción, que con el reactor de "columna de burbujas", en el que la interfaz gas/líquido está limitada a las burbujas pequeñas y en el que la extracción de oxígeno es localizada. Esto confirma la opinión de la solicitante mencionada anteriormente, según la cual el gas es parte integrante de la reacción y debe ser admitido en el volumen reactivo al igual que el líquido.

Además, el modo de circulación a contracorriente es más rendidor que el modo de circulación a cocorriente. Las figuras 6 y 7 confirman este punto ilustrando simulaciones digitales de los intercambios gaseosos en el caso de un cultivo de microalgas del tipo Porphyridium cruentum en un reactor que recibe un caudal de gas que contiene un 3% de CO2, y un 0% de O2 con 6 litros inyectados por minuto con un modo de circulación a cocorriente (figuras 6a y 6b) y a contracorriente (figuras 7a y 7b), donde: - la figura 6a ilustra la evolución del oxígeno disuelto 02D (en mg/L) en función del tiempo (en días) con un reactor a cocorriente. - la figura 6b ilustra la evolución del dióxido de carbono disuelto C02D (en mg/L) en función del tiempo (en días) con un reactor a cocorriente; - la figura 7a ilustra la evolución del oxígeno disuelto 02D (en mg/L) en función del tiempo (en días) para un reactor a contracorriente; y - la figura 7b ilustra la evolución del dióxido de carbono disuelto C02D (en mg/L) en función del tiempo (en días) con un reactor a contracorriente; Estas simulaciones digitales confirman entonces que el módo a contracorriente tiene una eficacia superior. El modo de circulación a contracorriente sigue siendo suficiente todo el tiempo para mantener la concentración de oxígeno por debajo de 20 mg/L, dicho de otro modo, el modo a contracorriente es suficiente si el umbral de toxicidad se ubica en 20 mg/L.

Sin embargo, recurrir al modo a contracorriente plantea problemas de regulación. En efecto, con el modo a cocorriente, los fluidos (gas y líquido) circulan en el mismo sentido y su contacto se realiza durante algunos segundos antes de separarse uno del otro, en razón de las diferencias de velocidad. En cambio, con el modo a contracorriente, los fluidos se separan inmediatamente para volver a contactarse mucho más tarde.

De modo general, es posible jugar con el caudal gaseoso y la velocidad de circulación del medio de cultivo líquido, así como con las variaciones de intensidad luminosa, para adaptarlas a las diferentes especies cultivadas: por ejemplo, si hay mucha intensidad luminosa y el alga es de crecimiento rápido, conviene un caudal gaseoso importante para aumentar los intercambios gas/líquido. Sin embargo, hay que tener en cuenta el hecho de que una variación del caudal gaseoso provoca una variación del volumen de cultivo. De este modo, el aumento del caudal gaseoso provoca una disminución del volumen líquido que puede conducir a un desagüe del último tramo horizontal 23 (el que está ubicado más arriba) y a la interrupción de la circulación en el conducto de circulación 2.

Como se observa en la figura 3, el reactor 1 también puede incluir uno o varios cuerpos de limpieza 10, organizados para circular dentro de los conductos de reacción 2 y de retorno 3 con el fin de limpiar el interior de estos conductos 2 y 3. Para poder circular en bucle en el reactor 1 , el o los cuerpos de limpieza 10 también están organizados para pasar a través del o de los elementos de circulación 4 del medio de cultivo líquido, en otras palabras, a través de las paletas de la hélice 40 en el modo de realización particular descrito anteriormente.

Los cuerpos de limpieza 10, de preferencia esféricos, presentan un diámetro visiblemente igual al diámetro De interno del conducto de reacción 2 y de sus tramos horizontales 23 y acodados 24; la limpieza del reactor 1 abarca esencialmente la pared interna del conducto de reacción 2 donde se lleva á cabo el cultivo de los microorganismos. De modo preferente, los cuerpos de limpieza 10 son de un material flexible para absorber, por deformación, las exigencias mecánicas del elemento de circulación 4, por ejemplo, los impactos de las paletas de la hélice 40 cuando atraviesa el receptáculo 35.

Ventajosamente, el receptáculo 35 es de sección circular, al menos en el plano de rotación de la hélice 40, es decir, el plano vertical a la derecha de dicha hélice 40. Como se observa en la figura 3, esta sección circular del receptáculo 35 es de diámetro DL ligeramente superior al diámetro de la hélice 40. Este diámetro DL también es superior al diámetro De del conducto de reacción 2 y del tramo central 31 del conducto de retorno 3 para que la hélice 40 pueda dejar pasar a los cuerpos de limpieza 10. Como se indicó anteriormente, este aumento del diámetro se traduce por una disminución de las velocidades lineales del fluido y de las velocidades de rotación de la hélice. En este caso, el diámetro DL del receptáculo 35, menor que el diámetro Da del eje de salida 42 del motor 41 , debe ser al menos el doble del diámetro De del conducto de reacción 2 para que los cuerpos de limpieza 10 puedan circular libremente, arrastrados por el medio reactivo líquido, incluso a través de la hélice 40, o sea: DL - Da = 2.Dc.

En el modo de realización ilustrado en la figura 3, el diámetro DL es igual al triple del diámetro De interno del conducto de reacción 2 y el diámetro Da del eje de salida 42 es igual al diámetro De interno del conducto de reacción 2. En esta configuración, los cuerpos del limpieza 10 de diámetro De pueden circular en la parte anular de ancho igual a De, extendiéndose entre la pared interna del receptáculo 35 y el eje 42 pudiendo pasar más fácilmente entre las paletas de la hélice 40.

De preferencia, para minimizar el obstáculo que las paletas de la hélice 40 representan para estos cuerpos de limpieza 10 y para los microorganismos, el número de estas paletas se limita a uno (formando así una especie de tomillo de Arquímedes) o a dos. Para disminuir el área de barrido de las paletas y los efectos mecánicos derivados del mismo, la velocidad de rotación de la hélice 40 debe ser baja, preferentemente inferior a 100 vueltas por minuto.

La circulación de los cuerpos de limpieza 10 en los tramos horizontales 23 puede resultar en que las velocidades de circulación del gas y del medio líquido sean visiblemente idénticas en los tramos horizontales 23 ya que constituyen obstáculos para ambos fluidos y los obligan a avanzar a la misma velocidad que los caudales de fuga.

No obstante, como se describió anteriormente, la diferencia de velocidades entre la circulación gaseosa y la circulación líquida influye directamente en las transferencias de masa gas/líquido y debe mantenerse, de manera ventajosa, al nivel más alto posible. Esta es la razón por la que el cuerpo de limpieza no debe impedir el paso del gas. Para ello, el cuerpo de limpieza está organizado para dejar pasar, al menos parcialmente, el gas que circula dentro del conducto de reacción 2 y, al mismo tiempo, adaptado para ser arrastrado por la circulación del medio de cultivo líquido. A tal efecto, el o cada cuerpo de limpieza 10 está realizado en forma de cepillo esférico con un conjunto de pelos, fibras, hebras o equivalentes en una parte central. De este modo, en los tramos horizontales 23, los pelos que emergen dejan pasar el gas a nivel de la cubierta de gas y la parte central sumergida portadora de los pelos presenta un diámetro lo suficientemente grande para representar un obstáculo para el paso del líquido, de modo que el medio líquido arrastra con él al cuerpo de limpieza 10.

Del mismo modo, el cuerpo de limpieza 10 puede estar realizado en forma de esfera hueca de material elastomero en la que una parte significativa de la superficie tiene agujeros que posibilitan el paso del gas.

Una primera mejora del reactor 1 , ilustrado en la figura 4, consiste en dotar al reactor 1 descrito anteriormente, de: - un conducto de cortocircuito 90 colocado paralelamente al conducto de retorno 3 uniendo dos puntos de conexión previstos en el reactor 1 . Un primer punto de conexión 91 está colocado en el conducto de reacción 2 y un segundo punto de conexión 92 está colocado en el conducto de retorno 3 o en el conducto de reacción 2 (por supuesto, el primer punto de conexión 91 es distinto del segundo punto de conexión). - dos válvulas 93, 94 colocadas a ambos lados del primer punto de conexión 91 con una de las válvulas 94 colocada en el conducto de cortocircuito 90; y { - dos válvulas 95, 96 colocadas a ambos lados del segundo punto de conexión con una de las válvulas 96 colocada en el conducto de cortocircuito 90; En el modo de realización ilustrado en la figura 4: - el primer punto de conexión 91 está colocado en un tramo acodado 34 o en un tramo horizontal 23 ubicado arriba del primer tramo horizontal (el que está ubicado más abajo) y debajo del último tramo horizontal (el que está ubicado más arriba); y - el segundo punto de conexión 92 está colocado en el conducto de retdrno 3, entre el extremo superior 22 del conducto de reacción 2 y el elemento de escape 6 para permitir el escape del gas en el bucle de cortocircuito y, en particular, en el tramo superior 30; - la válvula 93 está colocada antes del primer punto de conexión 91 respecto del sentido de circulación del gas, justo después de este primer punto de conexión 91 ; - la válvula 94 está colocada en el conducto de cortocircuito 90, justo después del primer punto de conexión 91 ; - la válvula 95 está colocada entre el segundo punto de conexión 92 y el extremo superior 22 del conducto de reacción 2, después del segundo punto de conexión 92 respecto del sentido de circulación del gas; y - la válvula 96 está colocada en el conducto de cortocircuito 90, justo antes del segundo punto de conexión 92; La manipulación de las válvulas 93 a 96 que son, por ejemplo, del tipo compuerta de aislamiento de paso integral, permite aislar la porción del reactor 1 ubicada entre los dos puntos de conexión 91 , 92 del lado del conducto de reacción 2, y permite que la mezcla gas/medio de cultivo líquido circule en un bucle de cortocircuito que abarca la porción del reactor 1 no aislada ubicada entre lós dos puntos de conexión 91 , 92 del lado del conducto de retorno 3 y el conducto de cortocircuito 90. El conducto de cortocircuito 90 está realizado en forma de tubo rectilíneo, vertical y de sección circular de diámetro De igual al de los tramos horizontales 23 del conducto de reacción 2.

En el modo de realización ilustrado en la figura 4, las válvulas 93 y 95 están cerradas, mientras que las válvulas 94 y 96 están abiertas para que la mezcla circule en el bucle de retorno.

Este reactor mejorado, provisto de un cortocircuito, permite operar sólo un subvolumen de reacción, correspondiente a la porción del conducto de reacción 2 colocado en el bucle de cortocircuito y que puede representar aproximadamente 1/10 del volumen total del conducto de reacción 2. En la figura 4, este subvolumen reactivo corresponde al volumen entre el extremo inferior 21 y el primer punto de conexión 91 que corresponde a dos tramos horizontales 23, comparado con los veintiséis tramos horizontales del conducto de reacción 2 dado a título de ejemplo.

El bucle de cortocircuito, o bucle reducido, tiene todas las funcionalidades del bucle grande (circuito completo, como en el caso del reactor de la figura 1 ) ya que contiene: - el tramo central 31 con el o los elementos de inyección de líquidos 7 y él o los sensores 9; - el elemento de circulación 4; - el elemento de inyección de gas 5; - el elemento de escape 6; y - un subvolumen de reacción que incluye al menos un tramo horizontal 23.

Este tipo de reactor puede utilizarse del siguiente modo: una vez que el reactor se llene con medio estéril, las cuatro válvulas 92 a 96 se manipulan para obtener la configuración ilustrada en la figura 4. En un primer momento, el subvolumen reactivo se inocula y se siembra. En un segundo momento, cuando la concentración de microorganismos alcanza un nivel suficiente en el subvolumen reactivo, las cuatro válvulas 92 a 96 basculan en sentido opuesto de modo que el resto del conducto de reacción 2 se pone en circulación y se inocula con el subvolumen reactivo. Hablamos entonces de reactor de inoculación por interconexión.

En una variante de realización no ilustrada del reactor de inoculación por interconexión: - el primer punto de conexión 91 está colocado en el conducto de reacción 2, en un tramo acodado 34 o un tramo horizontal 23 ubicado arriba del primer tramo horizontal y debajo del último tramo horizontal; y - el segundo punto de conexión 92 también está colocado en el conducto de reacción 2, arriba del primer punto de conexión 91 (para que haga cortocircuito la parte del conducto colocada entre los dos puntos de conexión).

En otra variante de realización no ilustrada del reactor de inoculación por interconexión: - el primer punto de conexión 91 está colocado en el conducto de reacción 2, en un tramo acodado 34 o un tramo horizontal 23 ubicado arriba del primer tramo horizontal y debajo del último tramo horizontal; y - el segundo punto de conexión 92 está colocado en el conducto de retorno 3, entre el elemento de inyección de gas 5 y el extremo inferior 21 del conducto de reacción 2 (para que haga cortocircuito la parte del conducto de retorno colocada entre su extremo inferior y el primer punto de conexión).

Como se ilustra en la figura 5, la invención también se refiere a un conjunto de reactores fotosintéticos que incluyen al menos dos reactores 1A, 1 B conformes a la invención, a saber: un primer reactor 1A y un segundo reactor 1 B, y al menos un conducto de conexión 71 , 72 que garantiza una conexión fluídica entre el primer reactor 1A y el segundo reactor 1 B y al menos una válvula 77, 78 colocada en dicho conducto de conexión 71 , 72, para que un reactor pueda inocular al otro reactor.

En el modo de realización ¡lustrado en la figura 5, el conjunto incluye dos conductos de conexión 71 , 72 entre los dos reactores 1A, 1 B, cada uno provisto de dos válvulas 77, 78, respectivamente, a nivel del primer reactor 1A y de las otras dos válvulas (no visibles y que forman los opuestos de las dos válvulas 77, 78) a nivel del segundo reactor 1 B, en el cual: - un primer conducto de conexión 71 une un punto de entrada 73, colocado en el primer reactor 1 A en el receptáculo 35 antes de la hélice (no visible) del primer reactor 1A, con un punto de salida 74 colocado en el segundo reactor 1 B después de la hélice (tampoco visible) del segundo reactor 1 B; y - un segundo conducto de conexión 72 une un punto de entrada 75 colocado en el segundo reactor 1 B en el receptáculo 35 antes de la hélice (no visible) del segundo reactor 1 B con un punto de salida 76 colocado en el primer reactor 1A después de la hélice (tampoco visible) del segundo reactor 1A.

Los reactores 1 A, 1 B están unidos de forma paralela para constituir un conjunto de producción cohesivo. Para que un reactor pueda inocular al otro reactor, cuya concentración en microorganismos haya alcanzado un estadio avanzado, el conjunto prevé interconectar estos dos reactores con los conductos de conexión 71 , 72 de modol que sus contenidos respectivos se mezclen.

En el modo de realización ilustrado en la figura 5, los planos de rotación de las dos hélices se confunden en un solo y único plano P vertical.

Además, como se observa en la figura 5, cada punto de salida 74, 76 está ubicado en el extremo del convergente 37 correspondiente, para beneficiarse de un efecto Venturi; dichos convergentes 37 están colocados entre los receptáculos 35 respectivos y las partes rectilíneas 38 respectivas.

Además, cada punto de entrada 73, 75 está ubicado en el receptáculo 35 correspondiente de la hélice, de preferencia, antes del plano de rotación P correspondiente.

Cada conducto de conexión 71 , 72 incluye al menos una válvula 77, 78 que permite la conexión bajo asepsia de los dos conductos de conexión 71 , 72 que unen, de modo cruzado y simétrico, los puntos de entrada y los puntos de salida de los dos reactores 1 A, 1 B que se interconectarán. Cada conducto de conexión 71 , 72 también puede incluir dos válvulas, una en su punto de entrada y otra en su punto de salida.

Este tipo de conjunto puede realizarse del siguiente modo: para proceder a la inoculación del segundo reactor 1 B a partir del primer reactor 1 A en funcionamiento y cuya concentración de microorganismos alcanzó el nivel de operabilidad, las válvulas 77, 78 y sus opuestos están cerradas en un primer momento y el segundo reactor 1 B que se inoculará está lleno de medio nutritivo estéril, luego se establece la circulación dentro del segundo reactor 1 B. En un segundo momento, las válvulas 77, 78 y sus opuestos están abiertas y se establece un intercambio entre los dos reactores como lo ilustran i las flechas E de la figura 5.

Después de abrir las válvulas 77, 78 y sus opuestos, las concentraciones se vuelven visiblemente iguales en los dos reactores 1 Á y 1 B y resulta posible aislarlas cerrando las válvulas 77, 78 y sus opuestos. Para reducir la duración de este intercambio, puede interponerse una bomba (no visible) en uno u otro conducto de conexión 71 , 72.

En caso de que la circulación se obtenga en los reactores por medios propulsores que no sean hélices, y los reactores no presenten variación de diámetro formando un convergente, no podrá obtenerse el efecto Venturi. En este tipo de configuración no ¡lustrada, la interconexión entre los dos reactores se establece antes y después de los dos elementos de circulación y la fuerza propulsora establece la circulación de intercambio en un sentido distinto al que se indica en la figura 5.

Conviene aclarar que el ejemplo de aplicación descrito anteriormente no tiene carácter limitativo alguno y que pueden aportarse detalles y mejoras al rector según la invención, siempre y cuando no se salga del marco de la invención donde, por ejemplo, pueden realizarse otras formas de conductos de reacción o conductos de retorno o elementos de circulación: de este modo, los tramos horizontales 23 pueden presentar una ligera inclinación respecto de la horizontalidad, por ejemplo, de algunos grados alrededor de la dirección horizontal.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Reactor (í) fotosintético adaptado para el cultivo de microorganismos fotosintéticos, fundamentalmente algas, que incluye: - al menos un conducto de reacción (2) fotosintético en el que circula el medio de cultivo líquido, provisto de al menos un tramo de reacción (23) visiblemente horizontal y realizado, al menos parcialmente, en un material transparente a la radiación luminosa, dicho conducto de reacción (2) presenta un extremo inferior (21) colocado en la parte baja del reactor (1) y un extremo superior (22) colocado en la parte alta del reactor (1 ), arriba del extremo inferior (21 ); - al menos un conducto de retorno (3) que garantiza la conexión fluídica entre el extremo inferior (21 ) y el extremo superior (22) del conducto de reacción (2); - al menos un elemento de circulación (4) del medio de cultivo líquido; caracterizado porque incluye: - al menos un elemento de inyección de gas (5) colocado en el tramo de reacción (23) o antes de dicho tramo de reacción (23) respecto del sentido de circulación del gas; dicho elemento de inyección de gas (5) permite inyectar gas en el reactor (1 ); y - al menos un elemento de escape (6) colocado en la parte alta del reactor (1 ) que permite el escape del gas inyectado en el reactor (1 ); en el que la disposición del elemento de inyección de gas (5) y/o la conformación del conducto de reacción (2) o del conducto de retorno (3) estén diseñados para que el gas inyectado por el elemento de inyección (5) suba hasta I el elemento de escape (6) circulando en el conducto de reacción (2), en un sentido de circulación que va desde el extremo inferior (21 ) hasta el extremo superior (22) del conducto de reacción (2), de modo que el gas inyectado y el medio de cultivo líquido establezcan un flujo bifásico gas/líquido en el tramo de reacción (23) visiblemente horizontal.

2. Reactor (1 ) según la reivindicación 1 , que incluye al menos un elemento de inyección de líquido (7) que permite inyectar líquido en el reactor (1 ), el elemento de escape (6) está diseñado para permitir el escape del voluníen de líquido excedente en el reactor (1 ) al mismo tiempo que el escape del gas inyectado.

3. Reactor (1 ) según cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 2, en el que el elemento de circulación (4) está colocado en el conducto de retorno (3) para poner en circulación el medio de cultivo líquido en el conducto de reacción (2) desde el extremo inferior (21 ) hasta el extremo superior (22) de dicho conducto de reacción (2), en el mismo sentido de circulación que el gas inyectado.

4. Reactor (1 ) según cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 2, en el que el elemento de circulación (4) está colocado en el conducto de retorno (3) para poner en circulación el medio de cultivo líquido en el conducto de reacción (2) desde el extremo superior (22) hasta el extremo inferior (21 ) de dicho conducto de reacción (2), en un sentido de circulación opuesto al del gas inyectado.

5. Reactor (1 ) según cualquiera de las reivindicaciones 3 ó 4, en el que el elemento de inyección de gas (5) está colocado en la parte inferior del reactor (1 ), entre el elemento de circulación (4) y el extremo inferior (21 ) del conducto de reacción (2).

6. Reactor (1 ) según la reivindicación 5, en el que el conducto de retorno (3) presenta un desnivel (39) ubicado entre el elemento de circulación (4) y el elemento de inyección de gas (5). Dicho desnivel (39) forma una diferencia de niveles entre el elemento de circulación (4) y el elemento de inyección de gas (5) para evitar que el gas inyectado por el elemento de inyección se desplace en dirección al elemento de circulación (4).

7. Reactor (1 ) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el elemento de circulación (4) es un elemento de propulsión mecánica colocado en el conducto de retorno (3).

8. Reactor (1 ) según la reivindicación 7, en el que el elemento de circulación (4) incluye una hélice (40) accionada en rotación por un motor (41 ), y el conducto de retorno (3) presenta un receptáculo (35) de sección amplia dentro del cual dicha hélice (40) se mueve por rotación.

9. Reactor (1 ) según la reivindicación 8, en el que el receptáculo (35) está colocado entre una zona de divergencia (36) y una zona de convergencia (37) de la circulación del medio de cultivo líquido.

10. Reactor (1 ) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el conducto de retorno (3) presenta, en la parte superior, una zona amplia (32) y en el que el elemento de escape (6) está colocado en dicha zona amplia (32) del conducto de retorno (3).

11. Reactor (1 ) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el elemento de escape (6) está colocado antes del elemento de circulación (4) del medio de cultivo líquido respecto del sentido de circulación del gas, para evitar que el gas circule a través de dicho elemento de circulación (4) y obstaculice su funcionamiento.

12. Reactor (1 ) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que incluye al menos un cuerpo de limpieza (10) adaptado para circular dentro de los conductos de reacción (2) y de retorno (3) y para pasar a través del elemento de circulación (4) del medio de cultivo líquido.

13. Reactor (1 ) según la reivindicación 12, en el que el cuerpo de limpieza (10) está adaptado para dejar pasar, al menos parcialmente, el gas que circula dentro del conducto de reacción (2) y, al mismo tiempo, está adaptado para ser arrastrado por la circulación del medio de cultivo líquido.

14. Reactor (1 ) según la reivindicación 13, en el que el cuerpo de limpieza (10) tiene forma de cepillo con pelos, fibras, hebras o equivalentes, o forma de esfera hueca de material elastomero en la que una parte de la superficie tiene orificios.

15. Reactor (1 ) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que incluye: - un conducto de cortocircuito (90) colocado paralelamente al conducto de retorno (3) que une dos puntos de conexión (91 , 92) previstos en el reactor (1 ). El primero de estos puntos de conexión (91 ) está colocado en el conducto de reacción (2) y el segundo punto de conexión (92) está colocado en el conducto de retorno (3) o en el conducto de reacción (2); - dos válvulas (93, 94) colocadas a ambos lados del primer punto de conexión (91 ), una de estas válvulas (94) está colocada en el conducto de cortocircuito (90); y - dos válvulas (95, 96) colocadas a ambos lados del segundo punto de conexión (92), una de estas válvulas (96) está colocada en el conducto de cortocircuito (90); y de modo tal que la manipulación de las válvulas (93, 94, 95, 96) permita aislar la porción del reactor (1 ) ubicada entre el primer (91 ) y el segundo (92) punto de conexión, del lado del conducto de reacción (2) y que la mezcla gas/medio de cultivo líquido circule en el conducto de cortocircuito (90) y en la porción del reactor (1 ) no aislada ubicada entre el primer (91 ) y el segundo (92) punto de conexión, del lado del conducto de retorno (3).

16. Conjunto de reactores (1A; 1 B) fotosintéticos adaptados para el cultivo de microorganismos fotosintéticos que incluye al menos dos reactores (1A; 1 B) conformes a cualquiera de las reivindicaciones 1 a 15, a saber: un primer reactor (1A) y un segundo reactor (1 B), y que incluye al menos un conducto de conexión (71 , 72) que garantiza una conexión fluídica entre el primer reactor (1 A) y el segundo reactor (1 B) y al menos una válvula (77, 78) colocada en dicho conducto de conexión (71 , 72).

17. Conjunto según la reivindicación 16, que incluye dos conductos de conexión (71 , 72) entre los dos reactores (1 A, 1 B), cada uno provisto de al menos una válvula (77, 78), en el que: - un primer conducto de conexión (71 ) une un punto de entrada (73), colocado en el primer reactor (1 A) antes del elemento de circulación (4) del primer reactor, a un punto de salida (74) colocado en el segundo reactor (1 B) después del elemento de circulación (4) del segundo reactor (1 B); y - un segundo conducto de conexión (72) une un punto de entrada (75), colocado en el segundo reactor (1 B) antes del elemento de circulación (4) del segundo reactor (1 B), a un punto de salida (76) colocado en el primer reactor (1A) después del elemento de circulación (4) del primer reactor (1 A).

18. Conjunto según cualquiera de las reivindicaciones 16 ó 17 que incluye una bomba interpuesta en uno de los conductos de conexión (71 , 72).

19. Procedimiento de cultivo de microorganismos fotosintéticos, fundamentalmente algas, que utiliza un reactor (1 ) conforme a cualquiera de las reivindicaciones 1 a 15 y que incluye las siguientes etapas: - inyección de un medio de cultivo líquido en el reactor (1) según un caudal controlado; - inyección de un gas en el reactor (1 ) según un caudal controlado con el elemento de inyección de gas (5); - puesta en circulación del medio de cultivo líquido con el elemento de circulación (4); - control del elemento de circulación (4) y del elemento de inyección de gas (5) para establecer, en el tramo de reacción (23), un régimen de flujo bifásico gas/líquido del tipo flujo estratificado o flujo de tapón o de burbujas alargadas.

20. Procedimiento según la reivindicación 19, en el que la etapa de control incluye una etapa de control de la velocidad de circulación del líquido en el conducto de reacción (2) de entre 0,1 y 0,2 m/s aproximadamente a ¡fin de establecer un régimen de flujo bifásico de tipo estratificado.

21. Procedimiento según la reivindicación 19, en el que la etapa de control incluye una etapa de control de la velocidad de circulación del líquido en el conducto de reacción (2) entre 0,2 y 1 m/s aproximadamente a fin de establecer un régimen de flujo bifásico de tipo flujo de tapón o de burbujas alargadas, j

22. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 19 a 21 , en el que la etapa de control incluye una etapa de control de la velocidad de circulación del gas de entre 0,5 y 0,8 m/s aproximadamente.

23. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 19 a 22, en el que el elemento de circulación (4) incluye una hélice (40) accionada en rotación por un motor (41 ) y en el que la velocidad de rotación de la hélice es inferior a unas 100 vueltas por minuto.