( ) dc dt. Mitől függ és hogyan a telítési oxigén koncentráció, C*? Mitől függ és hogyan a K L? Mitől függ és hogyan az a?

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "( ) dc dt. Mitől függ és hogyan a telítési oxigén koncentráció, C*? Mitől függ és hogyan a K L? Mitől függ és hogyan az a?"

Léna Kozma
5 évvel ezelőtt
Látták:

1 dc dt levegőztetés * ( ) = K a C C xq L Mitől függ és hogyan a telítési oxigén koncentráció, C*? Mitől függ és hogyan a K L? Mitől függ és hogyan az a? Mitől függ és hogyan a K l a? KEVERÕMÛ Nem kevert reaktorok LEVEGÕELOSZTÓ d 0 z dc dt = D O C z z= 0 Fick-törvény a diffúzióra dc/dt= k L (C*- C). Oxigén fluxus egységnyi felületre

2 dc dt = D O C z z= 0 dc/dt= k L (C*- C). Dimenziómentes forma dimenziómentes tömegátadási koefficiens Sherwood-szám D C C k L = * O kld C Sh = = D C z O C z C C = C * és z = z d z= 0 z= 0 ( ) C = f z, Sh, Sc, Gr Sh = g(sc,gr) d uorék átmérő megoldás Definíció, értelmezés Általános Oxigénátadáshoz összefüggés használt alak REYNOLDS-SZÁM tehetetlenségi erõk dvρ d Re = v ρ l elsõ súrlódási (viszkózus) erõk µ µ l PECLET-SZÁM konvektív komponenesáram dv dv Pe = konduktív komponensáram D DO SCHMIDT-SZÁM momentum diffuzivitás µ µ l Sc = tömeg diffuzivitás ρd ρld O FROUDE-SZÁM centrifugális erõ v Fr = gravitációs erõ gl GRASHOF-SZÁM (Archimédesz-szám) SHERWOOD-SZÁM (dimenziómentes anyagátadási tényezõ) Sh = felhajtóerõ Gr = elsõ súrlódási erõ uorékátmérõ filmátmérõ d ρg ρ µ kd D ( ) d ρg ρ ρ µ l l g l k l d D O

3 Példák k l ecslésére. Különállóan felszálló, merev határfelületű (nem forgó) gázuorékok (igen kicsiny uorékok, felületaktív anyagok, léguorékok felszállási seessége igen kicsi) Re< és Pe>> vd Sh = 0,. Pe = 0,. DO Pe= vd D O v ρ d µ l l =Re µ l ρ D l O = Sc ν=0 - cm /s 0-5 cm /s vd Sh = 0,. Pe = 0,. DO Hagen-Poiseuille-egyenlet v t = d ρg 8µ d ρg Sh = 0, 8 µ D O dρ ρg Sh = Gr Sc µ 0, D = 09, 8 µ ρ O Sh = 0, Pe = 09, Gr Sc = 09, Ra

4 . CALDERBANK és MOO-YOUNG A legtö laoratóriumi és ipari levegőztetett reaktoran a uorékok csoportokan, fürtöken mozognak fel vagy/és le, a uorékok egymással is kölcsönhatásan vannak (hatnak egymás mozgására. ((egyenként, egymástól függetlenül felszálló uorékok esete a valóságan ritka)) d <,5 mm d >,5 mm kld k Sh = = 0, Gr Sc Ld Sh = = 04, Gr Sc D D O hidrofil anyagok kicsiny kyukak (szinterezett, uorékkolonnák) O tiszta víz szitatányér felhajtóerõ viszkózus visszatartó erõ u o r é k á t m é r õ n õ d 4

5 k Ld Sh = D Ha álló uorék van Sh=0 k l = 0 MÓDOSÍTÁS O = + 0,Gr Sc Nem igaz, mert van hajtóerő ROSSZ A 40 EGYENLET!!! k L D O = 0 d KÉTFILMELMÉLET L D d O k Az anyagátadási felület a ecslése =d O d A uorék születésekor egyensúly van a felhajtóerõ és a lyukkerületen a felületi feszültség által okozott visszatartó erõ között: σ d π ρg 6 a felületi feszültség. = πd σ o levegõ d d o = d 6σ f egy uorék = π g ρ Mennyi uorék van egyidejűleg rendszeren? 5

6 Mennyi uorék van egyidejűleg rendszeren? Függ a tartózkodási időtől t H = v L H L - folyadék magasság v - uorék seesség. v nem állandó, változik, miközen a uorék a lyuktól a felszín felé halad. Jó közelítésként a uorék végseességet ( a folyadék felszínen történõ szétpattanáskor) szokás figyeleme venni. egy uorék felülete a V nqt πd nqt = = πd V 6 teljes uoréktérfogat a reaktoran 6 d egy uorék térfogata a = H 6 0 d egy uorék fajlagos felülete GÁZVISSZATARTÁS= Hold up = GÁZTÉRFOGAT ÖSSZTÉRFOGAT Hogyan lehet növelni? 6

7 kl = DO / δ K o r r e l á c i ó k Analitikus összefüggések k L = D O / δ M e g j e g y z é s e k kétfilm elmélet (Lewis és Whitman,94) k L DO = πθ k = D s L O Folyadék-ehatolási elmélet(higie,95) Felület megújulási elmélet (Danckwerts,95) Buorékok stagnáló környezeten Re = Gr = 0 merev vagy mozgó Sh = uorékfelület (Frossling, 98) Sh = 0, Re4 Sc 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 uorékok, szaadon fel- vagy leszálló uorékok, csepegtetõ test, töltött oszlopok Sh = 099, Re Sc Sh = 0, Pe = 09, Gr Sc Re <,kúszó áramlás(levich, 96) Re <,Pe>> (Levich, 96) Sh = 0, Re4 Sc Kevert reaktorra,turulens áramlási viszonyokra(calderank és Moo-Young,96) 7

8 K o r r e l á c i ó k M e g j e g y z é s e k v lg = ρ d 8µ l Merev felületû kis uorékok, Re< v lg = ρ d 6µ l Mozgó felületû uorékok elasztikus folyadékan 6σ 048, 0, d = 09, do Reo g ( ρl ρg) K o r r e l á c i ó k d d = g 6σd o ( ρl ρg) 048, 0, = 09, do Reo M e g j e g y z é s e k Kis gázáramlási seesség, cp viszkozitás Mérsékelten nagy gázáramlási seesség, vizes oldatok,evegõztetõ lyukátmérõ do = 0,- cm Re o : lyukra vonatkozó Re-szám ahol Q gáztérfogatáram 8

9 Oxigénátadás kevert reaktoran steril tömítés hatörõ hûtõvíz spirál törõlap flat lade turinakeverõ 9

MSG, JAPÁN HOFU 640 GALLON 00 FEET A keverés szerepe, funkciói: -energiaevitel a folyadéka MOZGATÁS HŐ P/V K L a -a levegőztető gáz diszpergálása a folyadékan BUBORÉKKÉPZÉS,

10 MSG, JAPÁN HOFU 640 GALLON 00 FEET A keverés szerepe, funkciói: -energiaevitel a folyadéka MOZGATÁS HŐ P/V K L a -a levegőztető gáz diszpergálása a folyadékan BUBORÉKKÉPZÉS, ANYAGÁTADÁS -a gáz- és folyadékfázis elválasztása FORDÍTOTT A.ÁTADÁS CO -a fermentlé oldott és nem oldott komponenseinek jó elkeverése ÁLTALÁNOS KEVEREDÉSI FUNKCIÓ szusztrátok, termékek... 0

11 d w h r propellerkeverõ d s d i egyenes lapátú nyitott turinakeverõ (flat lade) lapátkeverõ w keverõtípus D i / D t H L / D t W i / D i H / D i W / D t flat lade 0,,0 0,,0 0, lapát 0,,0 0,5,0 0, propeller 0,,0,0 0, H L 0 l m L i w i H D i D t

12 Tö keverő elem H D i V m H L / D t D i / D t H L /D i n* n BIOTEC(svéd) 6 0,6,54,59,6 0, 0, 0, 4,6 4,79 4,8 CHEMAP (Svájc) 7, 5-4 NBS (USA) 0,06 0,5,65,5 0,5 0,5 4,7 4, VEGYTERV 5 0,44 4,54 H L H i H i keverő elemek közötti távolság: D i < H i < D i keverő elemek száma: H L H L n D D i i

14 4

15 5

16 6

17 7

18 keverõ primer folyadék áramlás szekunder folyadék áramlás uorékmozgás kis gázseességnél uorékmozgás nagy gázseességnél 8

19 9

20 0

21 A keverő teljesítmény felvétele W m n D H i T L P= AD N Fr i D D 5 ρre... D Keverési Re-szám i α β γ D i.ndiρ NDi ρ dvρ Re = = ált.: Re = µ µ µ NDπ = keverő kerületi seesség Keverési Fr-szám i i ρ -sűrűség N - keverő fordulatszáma. ( DN) i Fr = = gd i DN i g vö.: Fr = v gl

22 állandó geometriájú ioreaktorra 5 m P = A D N ρ Re Fr i n teljesítményszám (Ne=Newton-szám vagy Eu=Euler-szám) : N P P = = A Re DN 5 i ρ m Fr n TELJESITMÉNYSZÁM P/N D i 5 ρ 0 törõlemez nélkül propeller keverõ 6 lapátos turina 6 lapátos lapát keverõ törõlemezzel 4 lapátos lapátkeverõ 0, REYNOLDS SZÁM ND i ρ/µ LAMINÁRIS TRANZIENS TURBULENS 0 <Re< x*0 x*0 <Re< ~x*0 0 <Re N P =A Re - P = A µ D i N N P =A 5 P = A D i N ρ

23 LEVEGŐZTETÉSSEL P csökken F m / s Di π m látszólagos felületi(lineáris) légseesség 4 F Na = = = keverő ker ületi seessége ND π m / s ND i i Jó g/f diszperzió rossz g/f diszperzió Pg = fna ( ) P 0,5-0,4 P g /P flooding elárasztás LEVEGÕZTETÉSI SZÁM*0 Q/ND i

Oxigén aszorpciós koefficiens kevert reaktoran (K L a) ecslése : Vízhez közeli anyagi tulajdonságú (ρ, µ, D O ) fermentlevekre 06, σ 05, d = 45, H 04, + 0, 0009 Calderank összefüggése Pg 0, ρ V [

24 Oxigén aszorpciós koefficiens kevert reaktoran (K L a) ecslése : Vízhez közeli anyagi tulajdonságú (ρ, µ, D O ) fermentlevekre 06, σ 05, d = 45, H 04, + 0, 0009 Calderank összefüggése Pg 0, ρ V [ m] σ flé felületi feszültsége, ρ sûrûsége H o gáz holdup átlagos uorék átmérõ d H O a = 6 felhasználásával és a 0,0009[m] elhagyásával d 04, Pg 0, ρ V 05, a = 44, H 06, [ m - ] σ Pg a V 04, v 05, s 4

25 Pg a V 04, v 05, s v s F. 4 = D π T [ m / ms] Turulens áramlási viszonyokra (lásd nagy tálázatot) Látszólagos felületi lineáris légseesség Sh = 0, Sc Re 4 kl N4 Pg KLa V 04, v 04, 05, s N laor fermentorokra Pg KLa V α β 05, s v N általánosan α β mérettől függő állandók, 0, 0,95 0,

26 Mitől függ és hogyan a K l a? K L a függése a környezeti paraméterektõl (ρ, µ, σ, D O ) mindenen szerepel!!!! Hőmérséklet hatása ( KLa) ( K a) L T o 0 o = 04, o ( T 0 ) növeli K L a értékét DE! C* csökken a hőrmérséklet növekedésével OTR Oldott tápanyag komponensek ( KLa) t ( K a) L ápoldat víz =α k Sók hatása az ionerõsségel ecsülhetõ ( KLa) t ( K a) L ápoldat víz = α = 78,. I 6

27 hazás hazásgátlás felületaktív anyagokkal DE: δ k l FAA csökken σ d a Fermentlevek reológiai viselkedése 7

28 8

Hasonló dokumentumok

OXIGÉNIGÉNY ÉS LEVEG ZTETÉS

CO 2 OXIGÉNIGÉNY ÉS LEVEG ZTETÉS glükóz (6 C-atom) G-6-P F-6-P F-1,6-diP Gliceraldehid-P (3C-atom) PEP Pyr Ac-CoA ATP ADP ATP ADP 1,3-diP-glicerát ADP ATP ATP 3-P-glicerát ADP 2-P-glicerát 2H 2H BIM SB