На правах рукописи НИКОЛАЕВ АЛЕКСАНДР НИКОЛАЕВИЧ ГИДРОДИНАМИКА И ТЕПЛОМАССОПЕРЕНОС В ПЛЕНОЧНЫХ РЕАКТОРАХ МИКРОБИОЛОГИЧЕСКОГО СИНТЕЗА Специальность – 05.17.08 – Процессы и аппараты химических технологий 03.00.23 − Биотехнология АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Казань 2007 Работа выполнена на кафедре химической кибернетики Казанского государственного технологического университета. <...> Научные руководители: доктор технических наук, профессор Емельянов Виктор Михайлович, доктор технических наук, профессор Войнов Николай Александрович Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Фафурин Андрей Викторович доктор биологических наук, профессор Дыганова Роза Яхиевна Ведущая организация: Казанский государственный и.м. <...> Режим доступа: http://www.kstu.ru Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, профессор С.И. Поникаров 2 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность работы Непрерывное увеличение потребности в продуктах микробиологического синтеза определяет интенсивное развитие этих процессов. <...> В настоящее время доминирующее распространение в процессах микробиологического синтеза получили напорные барботажные реакторы, которые, как показал опыт их эксплуатации, обладают очень высоким эксплуатационными затратами и не обеспечивают необходимое качество технологического процесса. <...> Низкая скорость транспорта кислорода и двуокиси углерода в жидкой фазе, а также развитие эффекта флотации биомассы, определяет высокие расходы воздуха, достигающие 50 кубометров на 1кг. целевого продукта при коэффициенте использования кислорода воздуха, не превышающего 15%. <...> В связи с этим актуальной задачей является разработка эффективных биореакторов , обеспечивающих высокую скорость транспорта кислорода и двуокиси углерода в жидкости, что позволит резко сократить расход воздуха и создать безопасные производства, работающие по замкнутому <...>
Гидродинамика_и_тепломассоперенос_в_пленочных_реакторах_микробиологического_синтеза._Автореферат.pdf
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы Непрерывное увеличение потребности в продуктах
микробиологического синтеза определяет интенсивное развитие этих процессов.
В настоящее время доминирующее распространение в процессах микробиологического
синтеза получили напорные барботажные реакторы, которые, как показал
опыт их эксплуатации, обладают очень высоким эксплуатационными затратами и не
обеспечивают необходимое качество технологического процесса..
Низкая скорость транспорта кислорода и двуокиси углерода в жидкой фазе, а
также развитие эффекта флотации биомассы, определяет высокие расходы воздуха,
достигающие 50 кубометров на 1кг. целевого продукта при коэффициенте использования
кислорода воздуха, не превышающего 15%.
Большие расходы воздуха исключают его качественную биологическую очистку
после выхода из реактора, что может вызывать острые респираторные заболевания у
персонала и жителей прилегающих районов.
В связи с этим актуальной задачей является разработка эффективных биореакторов
, обеспечивающих высокую скорость транспорта кислорода и двуокиси углерода
в жидкости, что позволит резко сократить расход воздуха и создать безопасные производства,
работающие по замкнутому циклу.
Как показал технико-экономический анализ работы различных типов биореакторов
, наиболее перспективными являются реакторы ,пленочного типа , поскольку
турбулентное пленочное течение жидкости позволяет увеличить (в несколько раз ) коэффициенты
массопереноса в жидкой фазе по сравнению с режимом барботажа.
Однако промышленная реализация реакторов пленочного типа в значительной
степени сдерживается отсутствием экспериментальных данных, позволяющих разработать
научно-обоснованную методику их расчета и проектирования.
Цель работы и основные задачи исследования. Целью работы является экспериментальное
исследование динамики пленочного течения жидкой фазы, тепломассообмена,
кинетики роста биомассы в пленочных трубчатых биореакторах, а также
разработка на их основе экологически чистого процесса получения кормовых
дрожжей.
В непосредственные задачи исследования входили:
– создание научно-обоснованной методики расчета и проектирования биореакторов
со стекающей пленкой жидкости на основе экспериментального исследования закономерностей,
характерных для пленочных реакторов, в том числе:
– динамики пленочного течения в контактных элементах реактора;
– теплообмена между стекающей пленкой жидкости и хладоагентом;
– скорости транспорта кислорода и двуокиси углерода в стекающей пленке жидкости
и оценка влияния на процесс массопереноса физико-химических свойств жидкой
фазы;
– кинетики роста биомассы в опытном биореакторе;
– разработка конструкций пленочных биореакторов, обеспечивающих максимальную
эффективность процесса ферментации при низких эксплуатационных затратах;
–
создание экологически чистого процесса получения кормовых дрожжей с использованием
пленочного биореактора.
Научная новизна работы. Впервые экспериментально исследованы основные
закономерности процесса аэробной ферментации в трубчатых контактных элементах
3
Стр.3