Preview

Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология

Расширенный поиск

Особенности мощностных и массообменных характеристик биореактора с дисковыми перфорированными мешалками

https://doi.org/10.21285/2227-2925-2019-9-4-737-749

Полный текст:

Аннотация

Продуктивность биореактора при реализации аэробных процессов биосинтеза зависит от интенсивности массообмена кислорода. Исследованы дисковые мешалки с перфорированной поверхностью, которые обеспечивают увеличение поверхности контакта газовой и жидкой фаз. Экспериментально установлено, что мощностные характеристики дисковых мешалок с отогнутыми сегментами и секторами зависят от угла наклона рабочих поверхностей. Для многоярусных мешалок показано, что при возрастании расстояния между ярусами в диапазоне 0–1,4 от диаметра мешалки показатель степени при числе ярусов в выражении суммарной мощности пропорционален величине указанного расстояния. При расстоянии между ярусами, превышающем диаметр мешалки в 1,5 и более раз, суммарная мощность равна сумме мощностей одиночных мешалок. Энергетическая эффективность процесса массообмена кислорода резко снижается при уменьшении расстояния между ярусами. Показатель эффективности процесса массопередачи кислорода зависит от соотношения аэрации и мощности мешалки и имеет вид кривой с насыщением. Анализ всей совокупности полученных экспериментальных зависимостей позволяет сделать вывод о том, что интенсивный и одновременно энергоэффективный процесс массообмена кислорода может быть обеспечен при малом отношении диаметра аппарата к его высоте, использовании многоярусных мешалок с расстоянием между ярусами, превышающими диаметр мешалки, и при удельной аэрации не менее 3 мин-1 . Дисковые перфорированные мешалки могут быть рекомендованы к использованию в конструкциях биореакторов, их применение предпочтительно в процессах наработки биомасс аэробных микроорганизмов, в том числе при выращивании посевных культур с высокой плотностью. Режимы, обеспечивающие достижение высокой плотности популяции аэробных микроорганизмов при скоростях массообмена кислорода, превышающих 10 кгО2/м3 ·ч, характеризуются относительно невысокой энергоэффективностью (1–1,2 кгО2/кВт·ч).

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Об авторах

Р. Б. Хабибрахманов
Казанский национальный исследовательский технологический университет
Россия

Хабибрахманов Ринат Басыйрович, старший преподаватель кафедры химической кибернетики факультета пищевых технологий, аспирант

420015, г. Казань, ул. К. Маркса, 68, Республика Татарстан



С. Г. Мухачев
Казанский национальный исследовательский технологический университет
Россия

Мухачев Сергей Гарманович, к.т.н., доцент кафедры химической кибернетики факультета пищевых технологий

420015, г. Казань, ул. К. Маркса, 68, Республика Татарстан



Список литературы

1. Пат. № 2021849, Российская Федерация. Перемешивающее устройство для многофазных сред / С.Г. Мухачев, Р.И. Валеев, Ш.Г. Еникеев, В.П. Верхорубов, В.А. Шушков; заявл. 09.04.1991; опубл. 30.10.1994.

2. Мухачев С.Г., Чепегин И.В., Валеев Р.И., Еникеев Ш.Г., Джелинео А. История создания и результаты испытаний пилотного биореактора интенсивного массообмена G-1000 Сербской фирмы «GOSA» // Вестник Казанского технологического университета. 2015. Т. 18. N 23. С. 39–41.

3. Cudak M. Hydrodynamic Characteristics of Mechanically Agitated Air-Aqueous Sucrose Solutions // Chemical and Process Engineering. 2014. Vol. 35. Issue 1. P. 97–107. https://doi.org/10.2478/cpe-2014-0007

4. Хабибрахманов Р.Б., Мухачев С.Г. Исследование мощностных характеристик перфорированных одноярусных мешалок при варьировании аэрации // Вестник Казанского технологического университета. 2012. Т. 15. N 11. С. 172–174.

5. Major-Godlewska M., Karcz J. Power consumption for an agitated vessel equipped with pitched blade turbine and short baffles // Chemical Papers. 2018. Vol. 72. P. 1081–1088. https://doi.org/10.1007/s11696-017-0346-x

6. Bates R.L., Fondy P.L., Corpstein R.R. Examination of Some Geometric Parameters of Impeller Power // Industrial & Engineering Chemistry Process Design and Development. 1963. Vol. 2. Issue 4. P. 310–314. https://doi.org/10/1021/i260 008a011

7. Bissel E.S., Hesse H.C., Everett H.I., Rusthon I.H. Design and use of internal devices in agitated vessels // Chemical Engineering Progress. 1947. Vol. 43. Issue 12. P. 649.

8. Кафаров В.В. Процессы перемешивания в жидких средах. М.; Л.: Госхимиздат, 1949. 88 с.

9. Haruki Furukawa, Yoshihito Kato, Yoshiro Inoue, Tomoho Kato, Yutaka Tada, Shunsuke Hashimoto. Correlation of Power Consumption for Several Kinds of Mixing Impellers // International Journal of Chemical Engineering. 2012. Vol. 2012. Article ID 106496. 6 p. https://doi.org/10.1155/2012/106496

10. Aerstin F., Street G. Agitation and Mixing. In: Applied Chemical Process Design. Springer, Boston, MA. 1978. P. 9–28. https://doi.org/10.1007/978-1-4613-3976-2_2

11. Bailey J.E., Ollis D.F. Biochemical Engineering Fundamentals. 2 Ed. New York: McGrawHill Book Company. 1986. 984 p.

12. Luong H.T., Volesky B. Mechanical Power Requirements of Gas-Liquid Agitated Systems // AIChE Journal. 1979. Vol. 25. Issue 5. P. 893–895. https://doi.org/10.1002/aic.69025 0520

13. Robinson C.W., Hassan I.T.M. StirredTank Mechanical Power Requirement and Gas Holdup in Aerated Aqueous Phases // AIChE Journal. 1977. Vol. 23. Issue 1. P. 48–56. https://doi.org/10.1002/aic.690230109

14. Adamiak R., Karcz J. Effects of Type and Number of Impellers and Liquid Viscosity on the Power Characteristics of Mechanically Agitated Gas-Liquid Systems // Chemical Papers. 2007. Vol. 61. Issue 1. P. 16–23. https://doi.org/10.2478/s11696-006-0089-6

15. Kamieński J., Niżnik J. Mieszanie układów dwufazowych ciecz-gaz w aparatach z kilkoma mieszadłami // Inzynieria Chemiczna i Procesowa. 1999. Tom 20. Numer 3. P. 299–325.

16. Хабибрахманов Р.Б., Мухачев С.Г. Оценка влияния параметров расположения дисковых мешалок на их мощностные характеристики // Вестник технологического университета. 2017. Т. 20. N 5. С. 53–55.

17. Хабибрахманов Р.Б., Мухачев С.Г. Оценка погрешностей балансовых методов определения скорости абсорбции кислорода раствором сульфита натрия // Вестник технологического университета. 2016. Т. 19. N 1. С. 124–126.

18. Hagman A., Säll T., Piškur J. Analysis of the yeast short-term Crabtree effect and its origin // FEBS Journal. 2014. Vol. 281. P. 4805–4814. https://doi.org/10.1111/febs.13019

19. Кафаров В.В., Винаров А.Ю., Гордеев Л.С. Моделирование и системный анализ биохимических производств. М.: Лесная промышленность, 1985. 280 с.

20. Хабибрахманов Р.Б., Мухачев С.Г. Эффективность массопередачи кислорода в процессах культивирования Bacillus subtilis // Вестник технологического университета. 2018. Т. 21. N 1. С. 193–195.


Для цитирования:


Хабибрахманов Р.Б., Мухачев С.Г. Особенности мощностных и массообменных характеристик биореактора с дисковыми перфорированными мешалками. Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2019;9(4):737-749. https://doi.org/10.21285/2227-2925-2019-9-4-737-749

For citation:


Khabibrakhmanov R.B., Mukhachev S.G. Power and mass exchange characteristics of a bioreactor equipped with disk perforated mixers. Proceedings of Universities. Applied Chemistry and Biotechnology. 2019;9(4):737-749. (In Russ.) https://doi.org/10.21285/2227-2925-2019-9-4-737-749

Просмотров: 12


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2227-2925 (Print)
ISSN 2500-1558 (Online)