Prenos snovi v bioreaktorjih Vnos kisika PRENOS O
Prenos snovi v bioreaktorjih Vnos kisika
PRENOS O 2 V SISTEMU PLIN KAPLJEVINA film 1 2 3 Plinski mehurček 5 6 4 fazna meja plin - tekočina 7 8 substrat celica 9 film plina film tekočine
PRENOS SNOVI
TOK TEKOČINE V CEVI Prenos snovi je odvisen od tokovne oblike laminarni tok turbulentni tok
KONVEKTIVNI PRENOS SNOVI
KONVEKTIVNI PRENOS SNOVI Henryjev zakon: p. A = He· CA* Ravnotežje na fazni meji: p. A, i = He CA, i NA = k. G (p. A – p. A, i) = k. L (CA, i – CA)
SNOVNI TOK brez porabe kisika: k. La [s-1] : volumenski koeficient snovnega prestopa s porabo kisika:
SNOVNI TOK hitrost porabe kisika hitrost snovnega toka kisika na enoto V OTR = k. La (C* – C)
SNOVNA BILANCA za zrak: g (Cg, v – Cg, iz) = k. La·(C* – C) V za kapljevino:
q. O 2 (µl/h mg. DW) Spreminjanje q. O 2 med bioprocesom Če je transport kisika limitni dejavnik rasti, je hitrost porabe kisika enaka hitrosni prenosa v kapljevino:
Specifična poraba kisika q. O 2 pri različnih organizmih
Poraba kisika v industrijskih bioreaktorjih bioproces Proizvodnja kvasa Proizvodnja antibiotikov Biološka čistilna naprava Ef [kg O 2/k. W h] do 10 do 700 1, 5 0, 6 - 2, 0 70 - 250 3 0, 05 – 0, 15 10 - 20 2 -3 Ef. . . učinkovitost aeracijske naprave
Ravnotežna topnost kisika c* Odvisna od: Pritiska, sestave plina Temperature, raztopljenih snovi
k. La odvisen od: velikosti in števila mehurčkov vsebnosti elektrolitov reoloških lastnosti brozge koalescentnosti sistema tokovnega režima način uvajanja zraka (distributor plinov) pretok zraka Proizvodnja antibiotikov s streptomicetami (zelo viskozna brozga)
STOLPNI REAKTOR tokovni režimi v stolpnem reaktorju
Napoved k. La za stolpni reaktor newtonske tekočine: k. La = b·v. Gn eksperimentalno določena koeficienta volumenski pretok zraka na enoto preseka reaktorja nenewtonske tekočine: k. La = 0, 003·v. G 0, 59 · ef-0, 84 (CMC)
Zračenje v mešalnem reaktorju N. . . vrtilna hitrost mešala [s-1] QG. . . pretok zraka [m 3/s] G. . . delež zraka
Korelacije za napoved k. La v mešalnih bioreaktorjih Nizkoviskozni sistemi (voda, vodne raztopine) Pri sobni T, konstantne snovne lastnosti: P. . . vnos moči z mešalom [W] V. . . prostornina disperzije [m 3] vg. . . povprečna linearna hitrost plina [m/s] vt. . . terminalna hitrost mehurčka [m/s] d. P. . . premer mehurčka [m] DL. . . difuzivnost O 2 v kapljevini [m 2/s] . . . delež plina v disperziji s. . . površinska napetost [N/m] , L. . . gostota kapljevine [kg/m 3] G. . . gostota plina [kg/m 3]
Korelacije za napoved k. La v mešalnih bioreaktorjih Nekoalescentni, neviskozni sistemi: Koalescentni sistemi:
Vpliv elektrolitov na k. La Dodatek elektrolitov pogosto vodi v tvorbo manjših mehurčkov, ki ne koalescirajo višji k. La
Korelacije za napoved k. La v mešalnih bioreaktorjih Visokoviskozni sistemi
Korelacije za napoved k. La v mešalnih bioreaktorjih Visokoviskozni sistemi
Eksperimentalno določanje k. La Stacionarna metoda konstantna konc. kisika, iz enačbe: g (Cg, v – Cg, iz) = k. La·(C* – C) V Dinamična metoda Konc. kisika se spreminja
Dinamična metoda določanja k. La 1. C = C* 2. k. La = 0, 3.
Določanje k. La z dinamično metodo v sistemu voda-zrak brez mikrobov popolno odziv pomešanje, z. p. : t = 0, C = 0: elektrode 1. reda, z. p. : t = 0, Cp = 0:
Določanje k. La z dinamično metodo v sistemu voda-zrak brez mikrobov rešitev sistema enačb z navedenimi zač. pogoji:
Sproščanje toplote pri aerobnih procesih [kcal/h] [mmol O 2/h]
Domača naloga V stacionarni fazi aerobnega šaržnega procesa pridobivanja alginata z bakterijo Azotobacter vinelandii je ocenjena vrednost k. La 0, 17 s-1. Topnost kisika, ki ga uvajamo z zrakom, pri obravnavanih pogojih znaša približno 8 mg/L. Z dinamično metodo smo določili specifično hitrost porabe kisika 0, 4 h-1. a) Koliko znaša največja koncentracija dobljene biomase v g/L, ki bi jo omogočal prenos snovi v tem sistemu (predpostavite največji koncentracijski gradient)? b) Če predpostavimo enako hitrost porabe kisika in k. La ocenite, kolikšna bi bila ta koncentracija (glejte a) pri vpihovanju čistega kisika? c) Ali se med obravnavanim procesom (v vseh fazah šaržnega procesa), ki ga vodimo pri konstantnih pogojih mešanja in prezračevanja, OTR (hitrost vnosa kisika) spreminja? Utemeljite odgovor!
- Slides: 28