Гидродинамика и тепломассоперенос в пленочных реакторах микробиологического синтеза

• Автор: Николаев, Александр Николаевич
• Шифр специальности: 05.17.08, 03.00.23
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 128 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОЦЕССОВ ПОЛУЧЕНИЯ

ПРОДУКТОВ МИКРОБИОЛОГИЧЕСКОГО СИНТЕЗА

1.1. Физикохимические закономерности процессов микробиологического синтеза

1.2. Аппаратурное оформление процессов микробиологического синтеза типы биореакторов.

1.3. Эффективность процесса микробиологического синтеза, лимитирующие факторы

1.4. Выбор объекта и постановка задач исследования.

ГЛАВА 2. ДИНАМИКА ТЕЧЕНИЯ ПЛЕНКИ ЖИДКОСТИ В ТРУБЧАТЫХ РЕАКТОРАХ.

2.1. Характер течения пленки жидкости в цилиндрических каналах

с крупномасштабной шероховатостью

2.2. Физическая модель течения пленки жидкости в каналах с крупномасштабной шероховатостью
2.3. Результаты предшествующих исследований пленочного течения по шероховатой поверхности
2.4. Описание экспериментальной установки и методика измерений.
2.5. Результаты исследования пленочного течения жидкости в каналах с крупномасштабной шероховатостью .
2.6. Влияние поверхностноактивных веществ на среднюю толщину пленки жидкости
2.7. Влияние вязкости жидкости на среднюю толщину пленки
ГЛАВА 3. ОТВОД ТЕПЛА В ПЛЕНОЧНЫХ ТРУБЧАТЫХ РЕАКТОРАХ
3.1. Теплообмен между пленкой жидкости и стенкой канала, результаты предшествующих исследований
3.2. Описание экспериментальной установки и методика измерений.
3.3. Результаты исследования теплоотдачи между пленкой жидкости
и стенкой канала с крупномасштабной шероховатостью
ГЛАВА 4. ТРАНСПОРТ КИСЛОРОДА И ДВУОКИСИ УГЛЕРОДА В ЖИДКОСТИ В ИЗОТЕРМИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ В КАНАЛАХ С КРУПНОМАСШТАБНОЙ ШЕРОХОВАТОСТЬЮ.
4.1. Результаты предшествующих исследований.
4.2. Описание экспериментальной установки и методики измерений.
4.3. Результаты измерения скорости транспорта кислорода в пленке воды.
ГЛАВА 5. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА КУЛЬТИВИРОВАНИЯ ДРОЖЖЕЙ В ОПЫТНОМ ПЛЕНОЧНОМ БИОРЕАКТОРЕ
5.1. Расчет концентрации кислорода в пленке дрожжевой суспензи
5.2. Описание экспериментальной установки и методики измерений.
5.3. Исследование физических свойств культуральной среды
5.4. Результаты экспериментального исследования кинетики процесса культивирования дрожжей.
5.5. Модель культивирования дрожжей в пленочном реакторе
ГЛАВА 6. КОНСТРУИРОВАНИЕ ПРОМЫШЛЕННЫХ ВАРИАНТОВ
ПЛЕНОЧНЫХ.
6.1. Конструктивные варианты пленочных биореакторов.
6.2. Техникоэкономические показатели пленочных биореакторов .
ГЛАВА 7. ЭКОЛОГИЧЕСКИ ЧИСТЫЙ ПРОЦЕСС ПОЛУЧЕНИЯ КОРМОВЫХ ДРОЖЖЕЙ
ВЫВОДЫ
ПЕРЕЧЕНЬ ОСНОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ


Низкая скорость транспорта кислорода и двуокиси углерода в жидкой фазе, а также развитие эффекта флотации биомассы, определяет высокие расходы воздуха, достигающие кубометров на 1кг. Большие расходы воздуха исключают его качественную биологическую очистку после выхода из реактора, что может вызывать острые респираторные заболевания у персонала и жителей прилегающих районов. В связи с этим актуальной задачей является разработка эффективных биореакторов , обеспечивающих высокую скорость транспорта кислорода и двуокиси углерода в жидкости, что позволит резко сократить расход воздуха и создать безопасные производства, работающие по замкнутому циклу. Как показал технико-экономический анализ работы различных типов биореакторов , наиболее перспективными являются реакторы ,пленочного типа , поскольку турбулентное пленочное течение жидкости позволяет увеличить (в несколько раз ) коэффициенты массопереноса в жидкой фазе по сравнению с режимом барботажа. Цель работы н основные задачи исследования. Целыо работы является экспериментальное исследование динамики пленочного течения жидкой фазы, тепло- и массообмена, кинетики роста биомассы в пленочных трубчатых биореакторах, а также разработка на их основе экологически чистого процесса получения кормовых дрожжей. Научная новизна работы. Представлена научно-обоснованная методика расчета реакторов со стекающей пленкой и разработаны технологические схемы экологически чистого процесса получения кормовых дрожжей с применением биореактора со стекающей пленкой жидкости. Практическое значение работы. На основе комплекса проведенных экспериментальных исследований выявлены оптимальные условия процесса ферментации и разработана конструкция трубчатого пленочного реактора, обладающего высокой эффективностью и низкими эксплуатационными затратами. Результаты работы были использованы при проектировании промышленного реактора, предназначенного для получения дрожжевой суспензии на основе гидролиза древесины производительностью 0 м3/ч и пленочного ферментера для получения чистой культуры дрожжевого цеха Красноярского биохимзавода. Личное участие. Все результаты работы получены лично автором под руководством д. Емельянова В. М. и д. Вой-нова H. Апробация работы. Всероссийской научно-практической конференции «Пищевая промышленность, продовольственная безопасность» (Екатеринбург, ); Международной научно-практической конференции «Химико-лесной комплекс» (Красноярск, ); Всероссийской научной конференции «Тепло- и массо-обмен в химической технологии» (Казань, ), а также на ежегодных научных сессиях КГТУ (-). Публикация работы. По теме диссертационной работы опубликовано научных статей и докладов в периодических научных изданиях и трудах конференций, а также тезисов докладов в материалах конференций. Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения и 7 глав, содержащих основные результаты исследования, выводы по результатам работы и списка литературы, составляющего источников. Работа изложена на 5 страницах, содержит рисунка и таблиц. Характеристика дрожжей - продуцентов белка. Все кормовые дрожжи относятся к аэробных гетеротрофам, которые в качестве источника углерода используют углерод органических соединений питательной среды (гидролизата). Необходимая для роста энергия образуется в результате окислительновосстановительных реакций, донаторами в которых служат органические вещества, а акцептором - молекулярный кислород. Дрожжи способны жить и развиваться только при наличии свободного кислорода. Все биохимические процессы, связанные с обменом веществ, протекают в водном растворе. В дрожжевых клетках % веса составляет вода и % - сухое вещество [1,2]. Метаболизм или обмен веществ представляет собой сумму целенаправленных реакций, протекающих под действием ферментных систем клетки, которые обеспечивают обмен веществом и энергией между средой обитания и клеткой. Результат жизнедеятельности микроорганизмов проявляется в увеличении размеров клеток, их делении, что приводит к росту массы микроорганизмов в питательной среде.