Научные основы расчета основных и вспомогательных барботажных реакторов технологических блоков

• Автор: Тур, Анатолий Александрович
• Шифр специальности: 05.17.08
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Ангарск
• Количество страниц: 339 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ9 .
ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ГИДРОДИНАМИКИ И МАССООБМЕНА СУЩЕСТВУЮЩИХ БАРБОТАЖНЫХ АППАРАТОВ ГАЗЛИФТНЫХ, С МЕХАНИЧЕСКИМ ПЕРЕМЕШИВАНИЕМ, СПОСОБОВ И АППАРАТУРЫ ГАЗООЧИСТКИ.

1.1. Гидродинамика и массообмен газлифтных барботажных реакторов

1.2. Гидродинамика и массообмен барботажных реакторов с механическими перемешивающими устройствами.

1.3. Анализ способов и аппаратуры газоочистки в биотехнологии

1.3.1. Основные способы и аппараты газоочистки современных промышленных предприятий

1.3.2. Эффективность очистки газа в мокрых пылеуловителях .

ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОМЫШЛЕННЫХ ГАЗЛИФТНЫХ РЕАКТОРОВ

2.1. Методы и средства измерений основных гидродинамических и массообменных параметров

2.2. Исследование биореакторов Зиминского гидролизного завода

2.3. Исследование биореакторов Бирюсинского гидролизного завода.

2.4. Исследование многозонного газлифтного биореактора У м3 Братского биолесохимического завода.
ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ГИДРОДИНАМИКИ И МАССООБМЕНА ГАЗЛИФТНОГО БИОРЕАКТОРА НА КРУПНОМАСШТАБНОЙ МОДЕЛИ
3.1. Экспериментальная установка, конструкция модели газлифтного биореактора.
3.2. Исследование гидродинамики газлифтного барботажного биореактора
3.3. Исследование массообмена газлифтного барботажного биореактора
ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ГИДРОДИНАМИКИ И МАССООБМЕНА БАРБОТАЖНЫХ БИОРЕАКТОРОВ С МЕХАНИЧЕСКИМ ПЕРЕМЕШИВАНИЕМ НА КРУПНОМАСШТАБНЫХ МОДЕЛЯХ .
4.1. Экспериментальные установки, конструкции моделей барботажного биореактора с одним и тремя многоярусными перемешивающими устройствами
4.2. Исследование гидродинамики барботажного биореактора
с механическим перемешиванием.
4.3. Исследование массообмена барботажного биореактора с механическим перемешиванием
ГЛАВА 5. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ КОРМОВОГО БЕЛКА В БАРБОТАЖНОМ БИОРЕАКТОРЕ С МЕХАНИЧЕСКИМ ПЕРЕМЕШИВАНИЕМ
5.1. Анализ процесса получения кормового белка как объекта математического моделирования
5.2. Математическое моделирование барботажного биореактора с механическим перемешиванием.
Выводы
ГЛАВА 6. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ БАРБОТАЖНЫХ АППАРАТОВ ГАЗООЧИСТКИ НА КРУПНОМАСШТАБНЫХ МОДЕЛЯХ
6.1. Описание конструкций крупномасштабных моделей аппаратов газоочистки и схем экспериментальных установок
6.2. Методы и средства измерений, качественная оценка эффективности газоочистки.
6.3. Экспериментальные исследования крупномасштабных моделей аппаратов газоочистки.
6.3.1. Анализ результатов исследований
Выводы.
ГЛАВА 7. МЕТОДИКИ РАСЧЕТА БАРБОТАЖНЫХ АППАРАТОВ БЛОКОВ ДЛЯ БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
7.1. Единые блоки барботажных аппаратов для биотехнологических процессов
7.2. Методика расчета основных аппаратов блока газлифт
ных реакторов РБГ
7.2.1. Масштабирование и основные положения методики расчета.
7.2.2. Расчет газлифтных реакторов
7.3. Методика расчета основных аппаратов барботажных блоков реакторов с многоярусными мешалками РМ
7.4. Методика расчета вспомогательных аппаратов блоков аппаратов газоочистки.
7.5. Разработка и расчет промышленного аппарата газоочистки 9 Выводы
Основные результаты и выводы
Список использованных источников


Обычно, Ки а не даются в отдельности, а используется их произведение К,а, называемое константой скорости растворения кислорода или коэффициентом абсорбции, или объемным коэффициентом массопередачи кислорода в жидкой фазе. А С выражена в ммольл, то получаем размерность К 1а ч. При равенстве потребности в кислороде и скорости абсорбции в установившемся режиме непрерывного культивирова
ни я микроорганизмов 0. Жидкие пленки на поверхности раздела газжидкость воздушного пузырька, проходящего через культуру, значительно затрудняют диффузию кислорода , а турбулентное движение жидкости перемешивание существенно снижает это сопротивление. Для расчета Кь необходимо определить объем пузырька, площадь его поверхности, зависимость от давления жидкости и времени. Количество перенесенного при абсорбции кислорода прямо пропорционально парциальному давлению кислорода и поверхности раздела. При этом невозможно определить нужную для переноса эффективную поверхность раздела в аппаратах с аэрацией и перемешиванием . Вопросы влияния различных факторов на процесс абсорбции кислорода в биореакторах освещаются в работах многих исследователей . Такая информация о факторах, связанных с переносом кислорода из барботирующего воздуха в культуральную жидкость является важной и необходимой для решения вопросов рационального проектирования биореакторов и их эксплуатации. КС,С 1. М количество кислорода воздуха, перешедшего из барботирующего воздуха в культуральную жидкость, кмоль Элементарный объем культуральной жидкости, м т время, с К объемный коэффициент массопередачи кислорода от воздушного потока к культуральной жидкости, с1 Ср равновесная концентрация растворенного в культуральной жидкости кислорода, кмоль м3 С текущая рабочая концентрация растворенного в культуральной жидкости кислорода, кмоль м3. Пам3кмоль. Для рассматриваемого случая при плохо растворимом газе кислород значения ирс и Кг велики и диффузионным сопротивлением в газовой фазе можно пренебречь. На основании равенства 1. Как показали исследования Николаева П. И. , массообменное сопротивление транспорту кислорода от культуральной жидкости к поверхности клеток мало по сравнению с массообменным сопротивлением переносу кислорода от поверхности раздела фаз газжидкость в культуральную жидкость. Это объяснялось очень большими удельными поверхностями микроорганизмов десятки квадратных метров на один грамм биомассы. Таким образом, обеспечение необходимой потребности микроорганизмов в кислороде целиком определяется значением объемного коэффициента массопередачи кислорода в жидкой фазе КПоэтому многие исследования посвящены изучению процесса массопереноса кислорода в жидкой фазе и факторов, оказывающих на него влияние. В работе У. Э. Виестура, А. М. Кузнецова и В. В. Савенкова сообщается, что ряд авторов в некоторых случаях определяющую роль переноса кислорода отдают массоотдаче от жидкости к клетке Кы, а не К. При этом вводятся понятия микро и макроперемешивание, степени агрегации и математических моделей макрокинетики процесса биосинтеза кормового белка. Эти же авторы приходят к выводу, что отсутствие точных математических моделей макрокинетики процесса биосинтеза кормового белка и сложные математические описания структуры потоков в биореакторах пока, не позволяют в достаточной степени использовать это интересное и перспективное направление в практической работе при конструировании промышленных биореакторов. Наибольшую ценность для изучения массопередачи в жидкой фазе в газлифтных и барботажных аппаратах представляют экспериментальные работы, в которых непосредственно выявляется влияние на процесс конструктивных, гидродинамических, режимных и физикохимических параметров , , . Но, несмотря на интенсивно проводимые исследования, до настоящего времени отсутствуют общепринятые зависимости, описывающие влияние тМиКа вышеназванных параметров. Разработан ряд уравнений, связывающих конструктивные, режимные и гидродинамические параметры газлифтных аппаратов с и М. Киля,г 1. УТ5 1. УТ 0, мс1. Отраженное в уравнениях 1. УГ на К различно от г0,7 до ЙРГ1,. Показатель степени при IVг зависит от различного внутреннего конструктивного оформления аппаратов. К1а 2АУт , 1. ИД 1.