On the design of biorectors equipped with fine pore sparger
Küçük Resim Yok
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
Kaynak
Maltepe Üniversitesi Uluslararası Öğrenci Kongresi
WoS Q Değeri
Scopus Q Değeri
Cilt
Sayı
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.
