Power and mass exchange characteristics of a bioreactor equipped with disk perforated mixers
Особенности мощностных и массообменных характеристик биореактора с дисковыми перфорированными мешалками

Rinat B. Khabibrakhmanov, Kazan National Research Technological University, Sergey G. Mukhachev, Kazan National Research Technological University
2019 Izvestiâ Vuzov: Prikladnaâ Himiâ i Biotehnologiâ  
Особенности мощностных и массообменных характеристик биореактора с дисковыми перфорированными мешалками © Р.Б. Хабибрахманов, С.Г. Мухачев Казанский национальный исследовательский технологический университет, г. Казань, Республика Татарстан, Российская Федерация Резюме: Продуктивность биореактора при реализации аэробных процессов биосинтеза зависит от интенсивности массообмена кислорода. Исследованы дисковые мешалки с перфорированной поверхностью, которые обеспечивают увеличение поверхности
more » ... ние поверхности контакта газовой и жидкой фаз. Экспериментально установлено, что мощностные характеристики дисковых мешалок с отогнутыми сегментами и секторами зависят от угла наклона рабочих поверхностей. Для многоярусных мешалок показано, что при возрастании расстояния между ярусами в диапазоне 0-1,4 от диаметра мешалки показатель степени при числе ярусов в выражении суммарной мощности пропорционален величине указанного расстояния. При расстоянии между ярусами, превышающем диаметр мешалки в 1,5 и более раз, суммарная мощность равна сумме мощностей одиночных мешалок. Энергетическая эффективность процесса массообмена кислорода резко снижается при уменьшении расстояния между ярусами. Показатель эффективности процесса массопередачи кислорода зависит от соотношения аэрации и мощности мешалки и имеет вид кривой с насыщением. Анализ всей совокупности полученных экспериментальных зависимостей позволяет сделать вывод о том, что интенсивный и одновременно энергоэффективный процесс массообмена кислорода может быть обеспечен при малом отношении диаметра аппарата к его высоте, использовании многоярусных мешалок с расстоянием между ярусами, превышающими диаметр мешалки, и при удельной аэрации не менее 3 мин -1 . Дисковые перфорированные мешалки могут быть рекомендованы к использованию в конструкциях биореакторов, их применение предпочтительно в процессах наработки биомасс аэробных микроорганизмов, в том числе при выращивании посевных культур с высокой плотностью. Режимы, обеспечивающие достижение высокой плотности популяции аэробных микроорганизмов при скоростях массообмена кислорода, превышающих 10 кгО 2 /м 3 ·ч, характеризуются относительно невысокой энергоэффективностью (1-1,2 кгО 2 /кВт·ч). Ключевые слова: мешалка, перфорация, коэффициент мощности, коэффициент массопередачи кислорода, массообмен, энергоэффективность Информация о статье: Дата поступления 28 июля 2019 г.; дата принятия к печати 5 декабря 2019 г.; дата онлайн-размещения 30 декабря 2019 г. Для цитирования: Хабибрахманов Р.Б., Мухачев С.Г. Особенности мощностных и массообменных характеристик биореактора с дисковыми перфорированными мешалками // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2019. Т. 9, N 4. С. 737-749. https://doi.Abstract: In the implementation of aerobic biosynthesis processes, the productivity of a bioreactor depends on the intensity of oxygen mass transfer. Disk mixers with a perforated surface, providing an increase in the contact surface of the gas and liquid phases, were studied. The power characteristics of disk mixers with bent segments and sectors was experimentally established to depend on the slope of the working surfaces. For Р.Б. Хабибрахманов, С.Г. Мухачев. Особенности мощностных и массообменных... RB Khabibrakhmanov, SG. Mukhachev. Power and mass exchange... Конфликт интересов Conflict of interests Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов. The authors declare no conflict of interests regarding the publication of this article. Все авторы прочитали и одобрили окончательный вариант рукописи. The final manuscript has been read and approved by all the co-authors.
doi:10.21285/2227-2925-2019-9-4-737-749 fatcat:efdpua52wbamji3cpj4tqzskq4