Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Növekedés és termékképződés idealizált reaktorokban folytatás... Készítette:Fritz Beáta Windt Tímea.

Hasonló előadás


Az előadások a következő témára: "Növekedés és termékképződés idealizált reaktorokban folytatás... Készítette:Fritz Beáta Windt Tímea."— Előadás másolata:

1 Növekedés és termékképződés idealizált reaktorokban folytatás... Készítette:Fritz Beáta Windt Tímea

2 IDEÁLIS KEVERT TARTÁLY ÉS IDEÁLIS CSŐREAKTOR KOMBINÁCIÓJA Az alapegyenlet Monod-modell alapján: A növekedést limitáló szubsztrát- és a sejtkoncentrációval felírható a hozam összefüggése: Maximális lehetséges sejtkoncentráció: Elméleti betáplálási szubsztrát-koncentráció: S 0 +X 0 /Y X/S ennek ismeretében felírható:. K: dimenziómentes Monod konstans X * : dimenziómentes sejtkonc. R * X : dimenziómentes növekedési sebesség 2

3 IDEÁLIS KEVERT TARTÁLY ÉS IDEÁLIS CSŐREAKTOR KOMBINÁCIÓJA kevert reaktorcsőreaktor 3

4 IDEÁLIS KEVERT TARTÁLY ÉS IDEÁLIS CSŐREAKTOR KOMBINÁCIÓJA A két reaktor kombinációja: 4

5 IDEALIZÁLT CSŐREAKTOR FERMENTLÉ RECIRKULÁCIÓVAL Ez a rendszer két szélsőséges eset, az idealizált kevert reaktor és az idealizált csőreaktor kombinálásával hozható létre. A két reaktort többféleképpen lehet kombinálni: véges tengelyirányú visszakeveredés a reaktorban több kevert vagy több kevert és több csőreaktor kombinációja Sejttömeg mérlegegyenlete (kapcsolata Da-val): X 0 : betáplálási sejtkoncentráció X e : elvételben lévő sejtkoncentráció  : fermentlé recirkulációs hányadosa Da: Damköhler szám 5

6 IDEALIZÁLT CSŐREAKTOR FERMENTLÉ RECIRKULÁCIÓVAL Da számot  függvényében ábrázolva megkapjuk, hogy adott elvételi sejtkoncentráció eléréséhez mekkora tartózkodási idő vagy reaktortérfogat szükséges: ha  nő  Da az idealizált kevert reaktor Da értékéhez kerül közelebb ha  csökken  Da nő  = 0 esetén eléri a csőreaktorra jellemző állapotot 6

7 IDEALIZÁLT CSŐREAKTOR FERMENTLÉ RECIRKULÁCIÓVAL γ opt = f (X 0 *, X e *, K) Ha  kevert reaktor az ideálisabb Ha  kevert és csőreaktor kombinációja ill. fermentlé recirkulációval ellátott csőreaktor X * e : relatív sejt konc. (elvételben lévő) X * e,krit : kritikus sejttömeg koncentráció 7

8 KEVERT REAKTOR KASZKÁD amikor hagyományos kevert reaktor nem használható (olyan hátrányok esetén mint a kis konverzió, rövid tartózkodási idő) modellezhető n db sorba kötött ideális kevert tartályreaktorral az első reaktorból kilépő fermentlé mikroba koncentrációja (áll. ) S limitáció esetén, ha S<

9 KEVERT REAKTOR KASZKÁD n-edik reaktorból kilépő fermentlé sejtkoncentrációja: az első reaktorba belépőhöz viszonyítva: ha a reaktortérfogatok azonosak  D, τ, Da is megegyezik, ekkor Állandósult állapotban  =D 9

10 KEVERT REAKTOR KASZKÁD Sejtnövekedés a kilépő fermentlé koncentráció függvényében: 10 Folyamatos reaktorban: Állandósult állapot: a görbe és az egyenes metszéspontjában (S)  levetítve elmenőben lévő mikroba konc. (x) Hány db reaktor szükséges adott x-hez? pl.: x 3 eléréséhez 3 db Sejtnövekedés Sejtvesztés st.-st.

11 OSZLOPREAKTOR Sejttömeg mérlegegyenlete steady state-re (diszperziós modell): 11 S konc. az elvételben Bodenstein szám -kis Da, Bo=0  kevert reaktor adja a legnagyobb szubsztrát konverziót -Da nő  min.  Bo opt. -Bo nő  S * =1  kimosódás Magasabb S konverziót lehet elérni optimális Bo -nál oszlopreaktorral, mint kevert reaktorral. X * S : dimenziómentes mikroba konc. állandósult állapotra z: dimenziómentes axiális koordináta

12 AIR LIFT HUROKREAKTOR Alaptípus: levegőztetett, kerülővezetékkel ellátott, pneumatikus hurokreaktor A folyadékmozgás hajtóereje: ρ főtömeg < ρ kerülővezeték Állandósult állapotbeli sejtkoncentráció változása: Ha a betáplálás sejtmentes, akkor definiálható egy kritikus Damköhler szám, amelynél a szubsztrátkonverzió maximális: 12

13 NÖVEKEDÉS ÉS TERMÉKKÉPZÉS IDEÁLIS REAKTORBAN Növekedés idealizált reaktorban Nem limitált növekedés Ideális kevert szakaszos tartályreaktor Ideális kevert folytonos tartályreaktor Oszlopreaktor Air lift hurokreaktor Szubsztrát limitált növekedés Kevert, szakaszos reaktor Folyamatos, kevert tartályreaktor Ideális kevert tartály- és idealizált csőreaktor kombinációja Idealizált csőreaktor fermentlé recirkulációval Kevert reaktor kaszkád Oszlopreaktor Air lift hurokreaktor Oxigén transzport limitált növekedés Ideális, folyamatos kevert tartályreaktor Oszlopreaktor Termékképződés idealizált reaktorban Kevert reaktor Oszlopreaktor Hurokreaktor Termék inhibíció oszlopreaktorban 13

14 OXIGÉN TRANSZPORT LIMITÁLT NÖVEKEDÉS az oxigén a közegben kevéssé oldódik  levegőztetésre van szükség fő forrás: gáz/folyadék határfelületen belépő oxigén speciális esetben: fermentlevet diszpergálják a levegőben Tömegáram a fázis határfelületen keresztül: 14 K G = eredő tömegátviteli tényező a gáz oldalon K L = eredő tömegátviteli tényező a folyadék oldalon p O2 = oxigén parciális nyomása a gázbuborékban p i O2 = oxigén parciális nyomás a határfelületen A* = fázishatárfelület K L A * = eredő folyadékoldali oxigénabszorpciós együttható O, O i = oldott oxigén koncentráció a folyadék főtömegében illetve a gáz folyadék határfelületen

15 OXIGÉN TRANSZPORT LIMITÁLT NÖVEKEDÉS Ha a növekedés O-limitált (S limit nincs)  Monod-modell: Ha O >> K O   =  max és nincs O-limitáció, a növekedés nulladrendű Ha O << K O  a növekedés elsőrendű, a limitáló hatás igen jelentős A növekedési sebesség ill. S- és az O 2 -fogyási sebességek (nem levegőztetett esetben): Az egyeneltek ideális, kevert szakaszos reaktorra érvényesek. 15 K 0 : oxigén féltelítési állandó

16 IDEÁLIS, FOLYAMATOS KEVERT TARTÁLYREAKTOR Mérlegegyenletek: Állandósult állapotban: Rx - sejtnövekedésre Rs - szubsztrátra Ro - oxigénre 16

17 IDEÁLIS, FOLYAMATOS KEVERT TARTÁLYREAKTOR Állandósult állapot és nagy O 2 limitáció (O << K O ) egyszerre valósul meg akkor: Mikroba növekedési sebessége: Ha K O alacsony: oldott O 2 konc. 0-hoz tart, akkor definiáljuk az OTR értéket így a növekedési sebesség: Az egyenlettel k L a meghatározható. 17 Maximális oxigén átadási sebesség: OTR = k L aO* [kg O 2 /m 3 h]

18 OSZLOPREAKTOR a reaktor 1D diszperziós modellel leírható a relatív gázösszetételben bekövetkező változás elhanyagolható az axiális diszperzió mindkét fázisban konstans folyadékoldalon állandósult állapotban az oxigén koncentráció változása: 18 O S (x) = oldott oxigén koncentráció steady state alatt axiális helyzetben R OS (X S,S S,O S ) = oxigén fogyási sebessége steady state alatt D F : axiális diszperziós koefficiens u: áramlási sebesség k L a = eredő folyadékoldali oxigénabszorpciós együttható

19 NÖVEKEDÉS ÉS TERMÉKKÉPZÉS IDEÁLIS REAKTORBAN Növekedés idealizált reaktorban Nem limitált növekedés Ideális kevert szakaszos tartályreaktor Ideális kevert folytonos tartályreaktor Oszlopreaktor Air lift hurokreaktor Szubsztrát limitált növekedés Kevert, szakaszos reaktor Folyamatos, kevert tartályreaktor Ideális kevert tartály- és idealizált csőreaktor kombinációja Idealizált csőreaktor fermentlé recirkulációval Kevert reaktor kaszkád Oszlopreaktor Air lift hurokreaktor Oxigén transzport limitált növekedés Ideális, folyamatos kevert tartályreaktor Oszlopreaktor Termékképződés idealizált reaktorban Kevert reaktor Oszlopreaktor Hurokreaktor Termék inhibíció oszlopreaktorban 19

20 TERMÉKKÉPZŐDÉS IDEALIZÁLT REAKTOROKBAN KEVERT REAKTOR Termékképzés: A termékképzés specifikus sebessége kevert reaktorban: Idealizált folytonosan működő kevert tartályreaktorokban nem állandósult állapot esetén a mikroba-, szubsztrát- és termékkoncentráció az idő függvényében a következőképpen változik: Állandósult állapotban R X = -R S = R P = 0, ezért: 20

21 OSZLOPREAKTOR -dX/dt ill. dS/dt és dP/dt között szoros kapcsolat van  P-mérlegegyenletet a S ill. a X-mérlegegyenleteiből írjuk fel nem limitált (korlátlan) növekedés esetén: θ: dimenziómentes idő z: dimenziómentes axiális koordináta Ha a S növekedésre és termékképzésre fordítódik: 21

22 HUROKREAKTOR a fermentlé hurokbeli tartózkodási ideje elhanyagolható nem állandósult állapotban, nem limitált növekedési feltételek mellett: a P-mérlegegyenletet ezen egyenlet alapján lehet meghatározni S limitáció esetén a S-mérlegegyenletből lehet felírni Szubsztrát által korlátolt termék képződés: 22

23 TERMÉK INHIBÍCIÓ OSZLOPREAKTORBAN Kompetitív inhibíció és nem kompetitív inhibíció esetén a termékkoncentráció változása: Termékinhibíció hatása kompetitív és nem kompetitív esetben: 23

24 KÖSZÖNJÜK A FIGYELMET! 24

25 KÉRDÉSEK Hogy működik egy hurokreaktor? Mi a hajtóereje? Milyen 3 eset lehetséges ha a reaktort szakaszos üzemmódból folyamatosra állítjuk? Kevert reaktort és csőreaktort hányféleképpen lehet kombinálni és mik ezek a kombinációk? Kevert reaktor kaszkád esetén hogyan határozzuk meg az elmenőben lévő mikróba koncentrációt és a reaktorok számát? Monod-modell oxigénre. Mikor van limitáló hatás?


Letölteni ppt "Növekedés és termékképződés idealizált reaktorokban folytatás... Készítette:Fritz Beáta Windt Tímea."

Hasonló előadás


Google Hirdetések