ビンガム性プロダクト生産のための塔型バイオリアクター内の気泡生成と酸素移動

用于 Bingham 产品生产的塔式生物反应器中的气泡产生和氧气传输

基本信息

批准号：
11750658
负责人：
寺坂宏一
金额：
$ 1.34万
依托单位：
Keio University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
1999
资助国家：
日本
起止时间：
1999 至 2000
项目状态：
已结题

项目摘要

1.はじめに使用液体としては、降伏応力をもつ市販のバイオプロダクトである数種の濃度のXanthan Gum水溶液を用いた。これらの液体は不透明なので類似したレオロジー物性をもつ透明溶液であるCarbopol水溶液も用い、内部の気液混合状態を観察する際に用いた。以上の液体は全てHerschel-Bulkleyモデルに従うレオロジー特性を示した。気泡塔として、塔径60mm×塔高1.2m及び塔径100mm×塔高1.2mのアクリル樹脂製円筒を製作した。平成11年度の研究により安定した気泡を分散できた内径1mmのノズルをガス分散器として用いた。塔内の気液流動状態を知るために重要なガスホールドアップは液に降伏応力があるためマノメータ法では測定できない。そこで、超音波式液面変位センサーを用いて測定した。さらに気泡塔内の溶存酸素濃度分布および酸素移動速度を測定するためには液中に溶解した酸素濃度の測定が重要である。液体が降伏応力をもつ場合、センサー近傍で液が静止するため、通常の隔膜式酸素計では正確に溶存酸素濃度を測定することができない。そこで本研究では静止液中でも酸素濃度測定が可能な蛍光式酸素計を用いて測定を行った。2.ガスホールドアップ塔内の気液流動状態は全実験条件にわたりスラグ気泡流動であった。そこでNicklinらが提案した半理論式をH-Bモデル液体に適応するように修正を行い、実験値と比較したところよい一致を得た。3.酸素濃度分布と酸素移動容量係数気泡塔半径方向の酸素分布は無く、非常によく混合されていることが分かった。また酸素移動容量係数は気泡上昇速度に依存する見かけ粘度を定義することにより、実験相関式にまとめられた。この式により、降伏応力をもつ液中での酸素移動速度を±30%の誤差内で推定することができた。

1。首先，使用了几种浓度的黄黄胶水溶液，它们是具有屈服应力的市售生物产品。由于这些液体是不透明的，因此一种水溶液是一种具有相似流变特性的透明溶液，也被用来观察内部气体液体混合态。上述所有液体均根据Herschel-Bulkley模型均表现出流变特性。作为一个气泡柱，制造的丙烯酸树脂缸的塔直径为60 mm x A塔高度为1.2 m，塔直径为100 mm x A塔高度为1.2 m。内径为1mm的喷嘴能够分散稳定的气泡，用作气体分散剂。气体持有，这对于了解塔内的气体流动状态很重要，因此无法使用压力计方法测量，因为液体具有屈服应力。因此，使用超声液体表面位移传感器进行测量。此外，为了测量气泡柱中溶解氧的浓度和氧转移速率，测量溶解在液体中的氧气浓度很重要。当液体具有屈服应力时，液体将保持在传感器附近，因此它无法准确测量使用正常的diaphragm型氧气计的溶解氧浓度。因此，在这项研究中，使用荧光氧计进行测量，即使在固定液体中也可以测量氧气浓度。 2。气体固定塔中的气体流动状态在所有实验条件下都是炉渣气泡流。因此，Nicklin等人提出的半理论方程。被修饰以适应H-B模型液体，并且与实验值相比，获得了结果。 3。氧浓度分布和氧转移能力系数在气泡柱的径向方向上没有氧分布，并且发现它非常混合。通过定义取决于气泡上升速率的明显粘度，还将氧转移能力系数汇总在实验相关方程中。该方程式允许在液体中的氧气转移速率，其屈服应力估计在误差±30％以内。