On the design of biorectors equipped with fine pore sparger
Yükleniyor...
Tarih
2018
Yazarlar
Dergi Başlığı
Dergi ISSN
Cilt Başlığı
Yayıncı
Maltepe Üniversitesi
Erişim Hakkı
info:eu-repo/semantics/openAccess
Özet
One of the most important factors in designing
a bioreactor is the dispersion of the gas phase,
the suspension the microorganisms and the
enhancement of heat and mass transfer in the
liquid phase. Bubble columns are gas-liquid contactors
that are used in a variety of applications,
e.g. bioprocessing, bioremediation, fermentation,
blood oxygenation etc., since they offer many
advantages due to their simple construction,
low operating cost, high-energy efficiency and
good mass transfer capabilities. Gas holdup and
bubble size are important design parameters,
since they define the gas–liquid interfacial area
available for mass transfer. In turn, bubble size
distribution and gas holdup depend on column
geometry, operating conditions, physicochemical
properties of the two phases and the type of gas
sparger. The work conducted in our Lab during the last
decade concerns bubble columns equipped with
fine pore metal spargers and has led to the development
of design equations that can predict
with reasonable accuracy the transition point
from homogeneous to heterogeneous regime,
the gas holdup and the mean Sauter diameter
at the homogeneous regime. The validity of the
proposed correlations was checked with data
obtained using various liquids and geometrical
configurations. However, in all the experiments
the gas phase was atmospheric air. In the present
work the effect of gas phase properties is investigated
by conducting experiments using various
gases (i.e., air, CO2, He) that cover a wide range
of physical property values. In view of the new
experimental data, the correlations were slightly
modified to include the effect of gas properties.
The new correlations can predict the aforementioned
quantities with ±15% accuracy.
Moreover, relevant CFD simulations are conducted
and validated using the experimental data.
Thus, they can be employed for obtaining information
concerning important flow parameters,
such as velocity and shear rate distribution inside
the column.
Bir biyoreaktörün tasarımındaki en önemli faktörlerden biri gaz safhasının dağılımı, mikroorganizmaların asılımı ve sıvı safhasındaki ısı artışı ve kütle transferidir. Kabarcık sütunlar biyo-işleme, biyo-iyileştirme, fermantasyon, kan oksijenasyonu gibi çeşitli uygulamalrda kullanılan gaz-sıvı iletkenleridir. Basit yapıları, düşük işletim maliyetleri, yüksek enerji verimliliği ve iyi kütle iletim kabiliyetlerinden ötürü birçok avantaj sağlamaktadırlar. Gaz tıkanıklığı ve kabakcık büyüklüğü, kütle iletimi için mevcut gaz-sıvı arayüzsel alanı tanımladıklarından dolayı önemli tasarım parametreleridir. Sırasıyla kabarcık büyüklüğü dağılımı ve gaz tıkanıklığı sütun geometrisine, işletim koşullarına, iki safhanın fizikokimyasal özelliklerine ve gaz püskürtme aletinin tipine dayanmaktadır. Son on yıldır laboratuvarımızda yürütülen çalışma ince gözenekli metal gaz püskürtme aletiyle donatılmış kabarcık sütunlarla ilgilidir ve bu çalışma tasarım denklemlerinin geliştirilmesi aşamasına gelmiştir. Bu denklemler homojenden heterojen rejime geçiş noktasını, gaz tıkanıklığını ve homojen rejimdeki ortalama Sauter çapını makul doğrulukta tahmin edebilirler. Önerilen korelasyonların geçerliliği çeşitli sıvı ve geometrik yapılandırmalar kullanılarak elde edilen verilerle doğrulanmıştır. Bununla beraber bütün deneylerde gaz safhası atmosferik havaydı. Şuanki çalışmada gaz safhası özelliklerinin etkisi büyük çapta fiziksel özellik değerlerini kapsayan çeşitli gazlar kullanılarak yürütülen deneylerle incelenmektedir. Yeni deneysel veriler göz önünde bulundurulduğunda korelasyonlar gaz özelliklerinin etkisini dahil etmek için kısmen değiştirilmiştir. Yeni korelasyonlar önceden bahsedilen miktarları ±15% doğrulukla tahmin edebilir. Dahası, konuyla ilgili CFD simulasyonları yürütülmektedir ve deneysel verilerle doğrulanmaktadır. Böylelikle sütunun içindeki kısıntı oran ve hız dağılımı gibi önemli akış parametrelerini ilgilendiren bilgilerin elde edilmesi için kullanılabilirler.
Bir biyoreaktörün tasarımındaki en önemli faktörlerden biri gaz safhasının dağılımı, mikroorganizmaların asılımı ve sıvı safhasındaki ısı artışı ve kütle transferidir. Kabarcık sütunlar biyo-işleme, biyo-iyileştirme, fermantasyon, kan oksijenasyonu gibi çeşitli uygulamalrda kullanılan gaz-sıvı iletkenleridir. Basit yapıları, düşük işletim maliyetleri, yüksek enerji verimliliği ve iyi kütle iletim kabiliyetlerinden ötürü birçok avantaj sağlamaktadırlar. Gaz tıkanıklığı ve kabakcık büyüklüğü, kütle iletimi için mevcut gaz-sıvı arayüzsel alanı tanımladıklarından dolayı önemli tasarım parametreleridir. Sırasıyla kabarcık büyüklüğü dağılımı ve gaz tıkanıklığı sütun geometrisine, işletim koşullarına, iki safhanın fizikokimyasal özelliklerine ve gaz püskürtme aletinin tipine dayanmaktadır. Son on yıldır laboratuvarımızda yürütülen çalışma ince gözenekli metal gaz püskürtme aletiyle donatılmış kabarcık sütunlarla ilgilidir ve bu çalışma tasarım denklemlerinin geliştirilmesi aşamasına gelmiştir. Bu denklemler homojenden heterojen rejime geçiş noktasını, gaz tıkanıklığını ve homojen rejimdeki ortalama Sauter çapını makul doğrulukta tahmin edebilirler. Önerilen korelasyonların geçerliliği çeşitli sıvı ve geometrik yapılandırmalar kullanılarak elde edilen verilerle doğrulanmıştır. Bununla beraber bütün deneylerde gaz safhası atmosferik havaydı. Şuanki çalışmada gaz safhası özelliklerinin etkisi büyük çapta fiziksel özellik değerlerini kapsayan çeşitli gazlar kullanılarak yürütülen deneylerle incelenmektedir. Yeni deneysel veriler göz önünde bulundurulduğunda korelasyonlar gaz özelliklerinin etkisini dahil etmek için kısmen değiştirilmiştir. Yeni korelasyonlar önceden bahsedilen miktarları ±15% doğrulukla tahmin edebilir. Dahası, konuyla ilgili CFD simulasyonları yürütülmektedir ve deneysel verilerle doğrulanmaktadır. Böylelikle sütunun içindeki kısıntı oran ve hız dağılımı gibi önemli akış parametrelerini ilgilendiren bilgilerin elde edilmesi için kullanılabilirler.
Açıklama
Anahtar Kelimeler
Künye
Pavlidis, T. (2018). On the design of biorectors equipped with fine pore sparger / İnce gözenekli gaz püskürtme aletiyle donatılmış biyoreaktör tasarımı üzerine. Maltepe Üniversitesi Uluslararası Öğrenci Kongresi. s. 29-30.