МАССООБМЕН В БИОРЕАКТОРЕ ПРИ ДИСПЕРГИРОВАНИИ ГАЗА ИЗ ПОЛОСТИ ВИХРЯ МЕШАЛКИ
УДК 66.015.23
Аннотация
Рассмотрены газожидкостные биореакторы, в которых ввод газового субстрата в культуральную жидкость осуществляется из полости вихря, образованного при вращении мешалки. С целью упрощения конструкции и интенсификации массообмена предложен и исследован новый способ диспергирования газового субстрата из полости вихря, который заключается в поддержании локальных зон с пониженным давлением в жидкости за вращающимися лопатками и создании необходимых условий для ввода газового субстрата. На основании численного моделирования рассчитано давление и определены зоны с пониженным давлением в жидкости за лопатками мешалки. Проведена оценка величины перепада давления, необходимого для диспергирования газа. Представлена угловая скорость вращения жидкости в зависимости от количества перегородок на стенке аппарата и числа оборотов мешалки. Определено газосодержание в жидкости при реализации исследуемого способа. По экспериментальным данным рассчитаны среднеповерхностный диаметр пузырьков газа и межфазная поверхность газо-жидкостной среды. Установлена мощность, затраченная на перемешивание в аппарате, и определен критерий мощности с учетом газосодержания. Исследован массообмен при интенсивном диспергировании газа из газовой полости вихря в жидкость. Представлена критериальная зависимость для расчета коэффициента массоотдачи, учитывающая диссипацию энергии, затраченную на перемешивание и межфазную поверхность. Показаны области применения биореактора с новым способом диспергирования газа.
Скачивания
Metrics
Литература
Voynov N.A., Sugak Ye.V., Nikolayev N.A., Voronin S.M. Plenochnyye bioreaktory. [Film bioreactors]. Krasnoyarsk, 2001, 252 p. (in Russ.).
Viyestur U.E., Kristapsons M.Zh., Bylinkina Ye.S. Kul'tivirovaniye mikroorganizmov. [Cultivation of microorganisms]. Moscow, 1980, 232 p. (in Russ.).
Filin V.Ya. Aeratory dlya protsessov ochistki stochnykh vod. [Aerators for wastewater treatment processes]. Moscow, 1977, 61 p. (in Russ.).
Joshi J.B., Sharma M.M. The Canadian Journal of Chemical Engineering, 1977, vol. 55, no. 6, pp. 683–695. DOI: 10.1002/cjce.5450550609.
Rielly C.D., Evans G.M., Davidson J.F., Carpenter K.J. Chemical Engineering Science, 1992, vol. 47, no. 13–14, pp. 3395–3402. DOI: 10.1016/0009-2509(92)85050-L.
Forrester S.E., Rielly C.D. Chemical Engineering Science, 1994, vol. 49, no. 24, pp. 5709–5718. DOI: 10.1016/0009-2509(94)00322-X.
Heim A., Krasa̵wski A., Rzyski E., Stelmach J. The Chemical Engineering Journal and the Biochemical Engineering Journal, 1995, vol. 58, no. 1, pp. 59–63. DOI: 10.1016/0923-0467(94)06093-2.
Scargiali F., Busciglio A., Grisafi F., Brucato A. International Journal of Chemical Reactor Engineering, 2012, vol. 10, no. 1, pp. 839–845. DOI: 10.1515/1542-6580.3011.
Poncin S., Nguyen C., Midoux N., Breysse J. Chemical Engineering Science, 2002, vol. 57, no. 16, pp. 3299–3306. DOI: 10.1016/S0009-2509(02)00200-2.
Patwardhan A W., Joshi J.B. Industrial & Engineering Chemistry Research, 1997, vol. 36, no. 9, pp. 3904–3914. DOI: 10.1021/ie9700122.
Leguay C., Ozcan-Taskin G., Rielly C.D. 10th European Conference on Mixing. Delft, 2000, pp. 189–196. DOI: 10.1016/B978-044450476-0/50025-X.
Hsu Y.C., Chen T.Y., Chen J.H., Lay C.W. Industrial & Engineering Chemistry Research, 2002, vol. 41, no. 1, pp. 120–127. DOI: 10.1021/ie0101341
Conway K., Kyle A., Rielly C. Chemical Engineering Research and Design, 2002, vol. 80, no. 8, pp. 839–845, DOI: 10.1205/026387602321143372.
Hsu Y.C., Huang C.J. AIChE Journal, 1996, vol. 42, no. 11, pp. 3146–3152. DOI: 10.1002/aic.690421114.
Busciglio A., Caputo G., Scargiali F. Chemical Engineering Science, 2013, vol. 104, pp. 868–880. DOI: 10.1016/j.ces.2013.10.019.
Deshpande S.S., Kar K.K., Walker J., Pressler J., Su W. Chemical Engineering Science, 2017, vol. 168, pp. 495–506. DOI: 10.1016/j.ces.2017.04.002.
Ciofalo M., Brucato A., Grisafi F., Torraca N. Chemical Engineering Science, 1996, vol. 51, no. 14, pp. 3557–3573. DOI: 10.1016/0009-2509(96)00004-8.
Bortnikov I.I., Bosenko A.M. Mashiny i apparaty mikrobiologicheskikh proizvodstv. [Machines and devices for mi-crobiological production]. Minsk, 1982, 288 p. (in Russ.).
Sokolov V.N., Yablokova M.A. Apparatura mikrobiologicheskoy promyshlennosti. [Microbiological industry equipment]. Leningrad, 1988, 278 p. (in Russ.).
Scargiali F., Busciglio A., Grisafi F., Brucato A. Chemical Engineering Transsaction, 2012, vol. 27, pp. 205–210.
Shahbazi В., Rezai В., Chehreh Chelgani S., Koleini S.M.J., Noaparast M. Mining Science and Technology (China), 2013, vol. 23, no. 3, pp. 343–348. DOI: 10.1016/j.ijmst.2013.05.007.
Sokolov V.N., Domanskiy I.V. Gazozhidkostnyye reaktory. [Gas-liquid reactors]. Leningrad, 1976, 216 p. (in Russ.).
Greenshields C.J. OpenFOAM The Open Source CFD Toolbox: User guide. London, 2023. 241 p.
Chen G., Xiong Q., Morris P.J., Paterson E.G., Sergeev A., Wang Y.-C. Notices of the AMS, 2014, vol. 61, no. 4, pp. 354–363.
Voynov N.A., Gurulev K.V., Volova T.G. Biotekhnologiya, 2005, no. 3, pp. 65–70. (in Russ.).
Hassan I.T.M., Robinson C.W. AIChE Journal, 1977, vol. 23, no. 1, pp. 48–56. DOI: 10.1002/aic.690230109.
Cudak M. Chemical and Process Engineering, 2014, vol. 35, no. 1, pp. 97–107. DOI: 10.2478/cpe-2014-0007.
Furukawa H., Kato Y., Inoue Y., Kato Т., Tada Y., Hashimoto S. International Journal of Chemical Engineering, 2012, vol. 2012, 6 p. DOI: 10.1155/2012/106496.
Khabibrakhmanov R.B., Mukhachev S.G. Izvestiya vuzov. Prikladnaya khimiya i biotekhnologiya, 2019, vol. 9, no. 4, pp. 737–749. DOI: 10.21285/2227-2925-2019-9-4-737-749. (in Russ.).
Scargiali F., Russo R., Grisafi F., Brucato A. Chemical Engineering Science, 2007, vol. 62, no. 5, pp. 1376–1387. DOI: 10.1016/j.ces.2006.11.040.
Voynov N.A., Frolov A.S., Bogatkova A.V., Zemtsov D.A., Zhukova O.P. Teoreticheskiye osnovy khimicheskoy tekhnologii, 2019, no. 6, pp. 622–633. (in Russ.).
Volova T.G., Voynov N.A., Muratov V.S., Bubnov N.V., Gurulev K.V., Kalacheva G.S., Gorbunova N.V., Plot-nikov V.F., Zhila N.O., Shishatskaya Ye.I., Belyayeva O.G., Kozhevnikov I.V. Biotekhnologiya, 2006, no. 6, pp. 28–34. (in Russ.).
Khol'kin Yu.I. Tekhnologiya gidroliznykh proizvodstv. [Hydrolysis production technology]. Moscow, 1989, 496 p. (in Russ.).
Copyright (c) 2024 Химия растительного сырья
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Авторы, которые публикуются в данном журнале, соглашаются со следующими условиями:
1. Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и передают журналу право первой публикации вместе с работой, одновременно лицензируя ее на условиях Creative Commons Attribution License, которая позволяет другим распространять данную работу с обязательным указанием авторства данной работы и ссылкой на оригинальную публикацию в этом журнале.
2. Авторы сохраняют право заключать отдельные, дополнительные контрактные соглашения на неэксклюзивное распространение версии работы, опубликованной этим журналом (например, разместить ее в университетском хранилище или опубликовать ее в книге), со ссылкой на оригинальную публикацию в этом журнале.
3. Авторам разрешается размещать их работу в сети Интернет (например, в университетском хранилище или на их персональном веб-сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению, а также к большему количеству ссылок на данную опубликованную работу.
