Mitől függ és hogyan a telítési oxigén koncentráció, C* ?

Az előadások a következő témára: "Mitől függ és hogyan a telítési oxigén koncentráció, C* ?"— Előadás másolata:

1 Mitől függ és hogyan a telítési oxigén koncentráció, C* ?
levegőztetés2 BIM2 2002 Mitől függ és hogyan a telítési oxigén koncentráció, C* ? Mitől függ és hogyan a KL? Mitől függ és hogyan az a ? Mitől függ és hogyan a Kla ?

2 dC/dt= kL (C*- C). LEVEGŐZTETÉS 3 BIM2 2002 Oxigén fluxus
Nem kevert reaktorok Kevert reaktorok dC/dt= kL (C*- C). Oxigén fluxus (egységnyi felületre jutó aátad seb.) Fick-törvény a diffúzióra

3 dC/dt= kL (C*- C). Sh = g(Sc,Gr) LEVEGŐZTETÉS 3 BIM2 2002
Dimenziómentes forma db buborék  átmérő megoldás dimenziómentes tömegátadási koefficiens Sherwood-szám Sh = g(Sc,Gr)

4 LEVEGŐZTETÉS 3 BIM2 2002 Definíció, értelmezés Általános Oxigénátadáshoz összefüggés használt alak REYNOLDS-SZÁM PECLET-SZÁM SCHMIDT-SZÁM FROUDE-SZÁM GRASHOF-SZÁM (Archimédesz-szám) SHERWOOD-SZÁM (dimenziómentes anyagátadási tényezõ)

5 LEVEGŐZTETÉS 3 BIM2 2002 Példák kl becslésére Különállóan felszálló, merev határfelületű (nem forgó) gázbuborékok (igen kicsiny buborékok, felületaktív anyagok, légbuborékok felszállási sebessége igen kicsi) Re1 és Pe1 Pe= =Re 10-5 cm2/s ν=10-2 cm2/s

6 LEVEGŐZTETÉS 3 BIM2 2002 Hagen-Poiseuille-egyenlet

7 LEVEGŐZTETÉS 3 BIM2 2002 2. CALDERBANK és MOO-YOUNG A legtöbb laboratóriumi és ipari levegőztetett reaktorban a buborékok csoportokban, fürtökben mozognak fel vagy/és le, a buborékok egymással is kölcsönhatásban vannak (hatnak egymás mozgására ((egyenként, egymástól függetlenül felszálló buborékok esete a valóságban ritka)) db  2,5 mm db>2,5 mm hidrofil anyagok kicsiny kyukak (szinterezett, buborékkolonnák) tiszta víz szitatányér

8 LEVEGŐZTETÉS 3 BIM2 2002

9 LEVEGŐZTETÉS 3 BIM2 2002 Ha álló buborék van Sh=0 kl = 0
Nem igaz, mert van hajtóerő MÓDOSÍTÁS ROSSZ A 340 EGYENLET!!! KÉTFILMELMÉLET

10  a felületi feszültség.
LEVEGŐZTETÉS 3 BIM2 2002 Az anyagátadási felület a becslése A buborék születésekor egyensúly van a felhajtóerõ és a lyukkerületen a felületi feszültség  által okozott visszatartó erõ között:  a felületi feszültség. Mennyi buborék van egyidejűleg rendszerben?

11 BIM2 2002 LEVEGŐZTETÉS 3 Mennyi buborék van egyidejűleg rendszerben? Függ a tartózkodási időtől vb nem  állandó, változik, miközben a buborék a lyuktól a felszín felé halad. Jó közelítésként a buborék végsebességet ( a folyadék felszínen történő szétpattanáskor) szokás figyelembe venni. HL - folyadék magasság  vb - buborék sebesség.

12 GÁZVISSZATARTÁS= Hold up =
LEVEGŐZTETÉS 3 BIM2 2002 GÁZTÉRFOGAT GÁZVISSZATARTÁS= Hold up = ÖSSZTÉRFOGAT Hogyan lehet növelni?

13 (GÁZVISSZATARTÁS’= Hold up’ =
GÁZTÉRFOGAT = H’ Folyadéktérfogat )

14 LEVEGŐZTETÉS 3 BIM2 2002 K o r r e l  á c i ó k M e g j e g y z é s e k Analitikus összefüggések kétfilm elmélet (Lewis és Whitman,1924) Folyadék-behatolási elmélet(Higbie,1935) Felület megújulási elmélet (Danckwerts,1951) Buborékok stagnáló környe- zetben Re = Gr = 0 merev vagy mozgó Sh = buborékfelület (Frossling, 1938)

15 LEVEGŐZTETÉS 3 BIM2 2002 K o r r e l  á c i ó k M e g j e g y z é s e k Merev felületû mozgó buborékok, szabadon fel- vagy leszálló buborékok, csepegtetõ test, töltött oszlopok Re 1,kúszó  áramlás(Levich, 1962) Re 1,Pe1 (Levich, 1962) Kevert reaktorra,turbulens áramlási viszonyokra(Calderbank és Moo-Young,1961)

16 LEVEGŐZTETÉS 3 BIM2 2002 K o r r e l  á c i ó k M e g j e g y z é s e k Merev felületû kis buborékok, Re1 Mozgó felületû buborékok elasztikus folyadékban

17 BIM2 2002 LEVEGŐZTETÉS 3 K o r r e l  á c i ó k M e g j e g y z é s e k Kis gázáramlási sebesség, 1 cP viszkozitás Mérsékelten nagy gázáramlási sebesség, vizes oldatok,1eve- gõztetõ lyukátmérõ do = 0,1-1 cm Reo : lyukra vonatkozó Re-szám ahol Q gáztérfogatáram

18 LEVEGŐZTETÉS 3 BIM2 2002 Oxigénátadás kevert reaktorban

19 LEVEGŐZTETÉS 3 BIM2 2002

20 LEVEGŐZTETÉS 3 BIM2 2002

21 LEVEGŐZTETÉS 3 BIM2 2002 MSG, JAPÁN HOFU 63420 GALLON 100 FEET

22 CO2 KLa P/V LEVEGŐZTETÉS 3 BIM2 2002 A keverés szerepe, funkciói:
energiabevitel a folyadékba MOZGATÁS HŐ a levegőztető gáz diszpergálása a folyadékban BUBORÉKKÉPZÉS, ANYAGÁTADÁS a gáz- és folyadékfázis elválasztása FORDÍTOTT A.ÁTADÁS -a fermentlé oldott és nem oldott komponenseinek jó elkeverése ÁLTALÁNOS KEVEREDÉSI FUNKCIÓ KLa P/V CO2 szubsztrátok, termékek...

23 LEVEGŐZTETÉS 3 BIM2 2002

24 LEVEGŐZTETÉS 3 BIM2 2002 10 l m3

25 LEVEGŐZTETÉS 3 BIM2 2002 Több keverő elem keverő elemek közötti távolság: Di  Hi  2Di (346) keverő elemek száma:

26 LEVEGŐZTETÉS 3 BIM2 2002

27 LEVEGŐZTETÉS 3 BIM2 2002

28 LEVEGŐZTETÉS 3 BIM2 2002

29 LEVEGŐZTETÉS 3 BIM2 2002

30 LEVEGŐZTETÉS 3 BIM2 2002

31 LEVEGŐZTETÉS 3 BIM2 2002

32 LEVEGŐZTETÉS 3 BIM2 2002

33 LEVEGŐZTETÉS 3 BIM2 2002

34 LEVEGŐZTETÉS 3 BIM2 2002

35 Rushton 5

36 Lightning felfelé és lefelé keverő elemek

37 Chemineer CD6

38 Chemineer BT

39

40 LEVEGŐZTETÉS 3 BIM2 2002

41 LEVEGŐZTETÉS 3 BIM2 2002

42 LEVEGŐZTETÉS 3 BIM2 2002

43 LEVEGŐZTETÉS 3 BIM2 2002

44 LEVEGŐZTETÉS 3 BIM2 2002

45 LEVEGŐZTETÉS 3 BIM2 2002

46 LEVEGŐZTETÉS 3 BIM2 2002 Chemineer

47 LEVEGŐZTETÉS 3 BIM2 2002

48 A keverő teljesítmény felvétele
LEVEGŐZTETÉS 3 BIM2 2002 A keverő teljesítmény felvétele  - sűrűség N - keverő fordulatszáma. Keverési Re-szám Keverési Fr-szám

49 LEVEGŐZTETÉS 3 BIM2 2002 állandó geometriájú bioreaktorra teljesítményszám (Ne=Newton-szám vagy Eu=Euler-szám) :

50 LEVEGŐZTETÉS 3 BIM2 2002 0 Re< x*10 x*10 Re< ~x*103 103 Re
100 1 LAMINÁRIS TRANZIENS TURBULENS 0 Re< x*10 x*10 Re< ~x*103 103 Re NP=A’Re-1 NP=A’

51 LEVEGŐZTETÉS 3 BIM2 2002

52 LEVEGŐZTETÉS 3 BIM2 2002 LEVEGŐZTETÉSSEL P csökken Jó g/f diszperzió rossz g/f diszperzió flooding elárasztás 0,25-0,4

53 LEVEGŐZTETÉS 3 BIM2 2002

54 LEVEGŐZTETÉS 3 BIM2 2002 Oxigén abszorpciós koefficiens kevert reaktorban (KLa) becslése : Vízhez közeli anyagi tulajdonságú (, , DO2 ) fermentlevekre Calderbank összefüggése  flé felületi feszültsége,  sûrûsége Ho gáz holdup db átlagos buborék átmérõ felhasználásával és a 0,0009m elhagyásával

55 LEVEGŐZTETÉS 3 BIM2 2002 Látszólagos felületi lineáris légsebesség Turbulens  áramlási viszonyokra (lásd “nagy” táblázatot)

56 labor fermentorokra LEVEGŐZTETÉS 3 BIM2 2002 általánosan
  mérettől függő  állandók, 0,3  0, ,5067

57 Mitől függ és hogyan a Kla ?
LEVEGŐZTETÉS 3 BIM2 2002 Mitől függ és hogyan a Kla ? KLa függése a környezeti paraméterektõl (, , , DO2) mindenben szerepel!!!!

58 LEVEGŐZTETÉS 3 BIM2 2002 Hőmérséklet hatása növeli KLa értékét DE! C* csökken a hőrmérséklet növekedésével OTR Oldott tápanyag komponensek Sók hatása az ionerõsségel becsülhetõ

59 DE: δ kl FAA csökken σ db a BIM2 2002 LEVEGŐZTETÉS 3 habzás
habzásgátlás felületaktív anyagokkal DE: δ kl FAA csökken σ db a

60 LEVEGŐZTETÉS 3 BIM2 2002 Fermentlevek reológiai viselkedése