I reattori batch sono serbatoi utilizzati per contenere reazioni chimiche o biologiche. Il termine “batch” distingue questo tipo di reattore dai reattori continui: in un reattore discontinuo, tutti gli ingredienti necessari vengono inseriti nel serbatoio e si lascia che avvenga la reazione chimica o la fermentazione, mentre in un reattore continuo gli ingredienti vengono continuamente alimentati in il serbatoio. I reattori batch vengono utilizzati per processi come il trattamento delle acque reflue, la produzione farmaceutica e la fermentazione di vari prodotti.
Il tipo più semplice di reattore batch è costituito solo da un serbatoio con fori nella parte superiore per l’immissione dei reagenti e la rimozione del prodotto, sebbene in genere debba essere incluso anche un tipo di meccanismo di agitazione. È possibile utilizzare anche una giacca che si adatti al serbatoio per il controllo della temperatura. I reattori batch potrebbero anche richiedere un qualche tipo di sistema di aerazione.
L’aggiunta di ingredienti a un reattore batch è nota come “carica” ed è il primo passo per eseguire una reazione batch. L’utente del reattore calcola la quantità di ciascun ingrediente necessaria per produrre il prodotto desiderato, in base a formule di reazione chimica o formule di crescita microbica. Calcoli simili consentono all’utente di determinare quanto tempo impiegherà la reazione. Una volta che il reattore è carico, può essere lasciato per lo più da solo mentre ha luogo la reazione. L’utente potrebbe dover monitorare la temperatura e l’aerazione all’interno del reattore, a seconda del tipo di reazione.
Un tipo comune di reattore batch è un reattore batch sequenziale o un reattore batch sequenziale, entrambi abbreviati SBR. I reattori SBR sono generalmente utilizzati negli impianti di trattamento delle acque reflue per il processo a fanghi attivi, una procedura che utilizza un’ampia gamma di batteri per rimuovere i contaminanti dall’acqua. Le colture batteriche crescono in un fango denso, da cui prende il nome la procedura.
Per il sequenziamento dei reattori batch, un reattore contenente fanghi attivi viene prima riempito con acque reflue. I fanghi e l’acqua vengono aerati per aggiungere ossigeno e per consentire la miscelazione dei componenti, entrambi i quali aiutano i batteri a nutrirsi di contaminanti nelle acque reflue. Una volta che i batteri hanno consumato la maggior parte dei nutrienti nell’acqua, iniziano a morire e l’aerazione viene interrotta in modo che i fanghi possano depositarsi sul fondo del reattore. Dopo che i fanghi si sono depositati, le acque reflue trattate vengono rimosse dal reattore e inviate alla fase successiva del processo di trattamento.
I reattori Fed-batch sono una combinazione di reattori batch e continui. In un reattore fed-batch, il substrato limitante, l’ingrediente che si esaurisce per primo durante la reazione, viene continuamente alimentato nel reattore. L’altro ingrediente viene aggiunto all’inizio della reazione e non ne viene aggiunto nessuno mentre la reazione progredisce.