Уровни смешения

Рассмотрим далее некоторые теоретические и экспериментальные данные по моделированию процесса ферментации в биореакторе с учетом промежуточного состояния смешения, т. е. частичной сегрегации среды. Будем считать, что поток, проходящий биореактор, находится последовательно или в зоне, соответствующей идеальному перемешиванию среды, при этом по уровню смешения он может быть либо в сегрегированном состоянии, либо в состоянии максимальной смешанности. Физическую картину, соответствующую данной модели, можно представить исходя из экспериментальных данных по оценке вязкости дрожжевой суспензии в биореакторе при различных скоростях сдвига (рис. 3.19). [c.150]

Предельному значению 1 = 0 соответствует понятие состояния максимальной смешиваемости [34]. Для любой другой степени смешения величина I оказывается меньше единицы и может служить мерой сравнения уровней смешения в различных реакторах. [c.54]

Авторы работ [35,36] представили смесь на выходе из аппарата состоящей из элементов жидкости, которые покидают систему в состоянии макро- и микросмешения. Первую группу образуют элементы с малыми, а вторую с большими значениями времени пребывания. На этой основе построен ряд математических моделей реакторов, предложенных авторами этих работ. Последовательная модель (рис.3.1) отражает допущение, что поток поступает в реактор в сегрегированном состоянии, при этом часть потока с малым временем пребывания покинет реактор в том же сегрегированном состоянии, а другая часть потока — с большим временем пребывания — покинет реактор в состоянии микросмешения. В основу параллельной модели (рис.3.2.) промежуточного уровня смешения положено допущение, что поток еще до поступления в реактор состоит из элементов, перемешанных частью на макро-, а частью на микроуровне, причем количество тех и других элементов определяется величиной некоторого времени пребывания. [c.54]

Зависимости для расчета влияния уровня смешения на такие показатели, как степень превращения, выходная концентрация и другие для химических реакций с различным порядком и также биохимических реакций приведены в табл. 2.9. Для химических реакций при п<. большая степень превращения соответствует состоянию микросмешения среды, а при п> лучшими условиями для проведения реакции является состояние сегрегации, что иллюстрирует график на рис. 2.14. [c.78]

Основная идея моделей промежуточного уровня смешения заключается в определенном пространственном или временном со- [c.78]

Влияние уровня смешения на показатели химических и биохимических [c.80]

Влияние уровня смешения на показатели процесса выращивания [c.148]

Более полно временную или пространственную неоднородность перемешивания среды в биореакторе описывают модели промежуточного уровня смешения или частичной сегрегации. Разработано два основных подхода к моделированию состояния частичной сегрегации. [c.149]

Рассмотрим далее вариант модели частичной сегрегации, учитывающей рост биомассы микроорганизмов и утилизацию субстрата согласно кинетической модели (3.152) [20]. Представим биореактор, состоящий из двух зон с различным уровнем смешения среды. Для случая последовательного соединения зон сегрегация—микросмешение уравнения модели получат вид [c.151]

Рис. 3.20. Влияние частичной сегрегации на выходную концентрацию микроорганизмов и субстрата (а) и структура варианта обобщенной модели промежуточного уровня смешения (б)

На практике затруднительно отделить чистую кинетику от гидродинамических факторов в этом случае можно поступить следующим образом. Значение С (т) получается, как обычно, из кривой отклика системы далее методом подбора, чтобы удовлетворить принятой степени превращения, или отношению с /с , находится константа скорости реакции к. Величина к будет представлять собой истинную константу скорости реакции в реальных условиях протекания химического процесса. Ее значение будет зависеть только от химических и кинетических факторов, влияющих на процесс, и не будет зависеть от уровня смешения и характера проведения процесса. [c.296]

Установим влияние уровня смешения или состояния системы на степень превращения в реакторах. Для этого рассмотрим схемы расположения двух реакторов, соответствующих двум крайним моделям идеального вытеснения и идеального смешения, соединенных последовательно (рис. 1У-18). [c.315]

На основании сказанного выше можно дать и другую трактовку влияния уровня смешения, . Вообразим реактор с полным разделением, представляющий собой длинную трубу, в который предполагается поток поршневого тина или идеального вытеснения с большим числом боковых выходов, размещенных на малых интервалах друг от друга (рис. 1У-19). Поток через эти боковые выходы отбирается таким образом, что общее распределение времени пребывания для системы равно данному распределению времени пребывания, которое изучается. [c.315]

Рис. 1У-20. Влияние уровня смешения на необходимый объем реактора Смешения для реакций различных порядков.

Расчет каскада реакторов с различными уровнями смешения [c.321]

Расчетные уравнения для каскада реакторов с различными уровнями смешения [c.325]

Р и с. 1У-25. Расчет числа ступеней в каскаде реакторов на разных уровнях, смешения [c.326]

Рис. 1У-29. Изменение степени превращения для различных моделей реакторов на разных уровнях смешения при экзотермических реакциях

Рис. 1У-30. Изменение степени превращения для различных моделей реакторов на разных уровнях смешения при эндотермических реакциях а — реакция первого порядка б — реакция второго порядка в — реакция порядка >/ 1 — вытеснение 2 — смешение на макроуровне а — смешение на микроуровне.

Рис. 1У-33, Зависимость времени пребывания в реакторе вытеснение—смешение по сравнению с реактором вытеснения от уровня смешения для экзотермических реакций различных порядков п нри разных значениях М = Сд с (пунктирные линии — х = 0,5, сплошные линии — х= 0,9).

Влияние сегрегации. На рис. 1У-29 и 1У-30 представлены графики изменения степени превращения в зависимости от безразмерного времени пребывания в моделях реакторов идеального вытеснения и идеального смешения на двух уровнях смешения, соответственно для эндотермических и экзотермических реакций. При графическом построении профилей использовалась температурная зависимость скорости реакции по Аррениусу. При этом температура исключалась путем составления теплового баланса для адиабатического реактора с последующим аналитическим или численным решением для следующих условий = 40 и Га/ о = ОД- [c.338]

Модель вытеснение — смешение (6 — т). Типичный график модели (Ь—та) для экзотермических реакций представлен на рис. 1У-32 Величина х меняется незначительно при низких уровнях смешения, не может в зависимости от условий меняться и очень резко. При увеличении М кривые для реакций второго порядка все более приближаются к кривым первого порядка. [c.338]

На рис. 1У-33 представлена зависимость относительного времени пребывания в модели Ъ — т) по сравнению с моделью идеального вытеснения от уровня смешения для экзотермических реакций. [c.339]

Рис. 1У-32. Зависимость степени превращения от уровня смешения для комбинированной модели вытеснение — смешение при экзотермических реакциях различных порядков = = и времена пребывания, соответствующем = 0,5.

РИС. У-2. Влияние уровня смешения на 1еобходимый объем реактора смешения цля реакций различных порядков. [c.110]

Другой важной характеристикой гидродинамической составляющей процесса в реакторе является показатель уровня смешения или степень сегрегации I. Согласно разработанной Данквер-цем и Цвитерингом концепции в перемешиваемом реакторе возможны крайние состояния смешения перемешивание жидкости на уровне жидких частиц — состояние сегрегации (/ = 1) и перемешивание на уровне молекул — состояние максимальной смешанности (/=т1п). Возможны также промежуточные состояния смешения. Реактор в состоянии сегрегации представляет собой как бы множество микрореакторов (сегрегированных элементов) периодического действия. Средняя концентрация вещества на выходе из такого реактора составит [c.78]

Качественно новым этапом описания процессов, протекающих в ферментационной среде бнореактора, явилось развитие представлений о существовании в аппарате отдельных зон, характеризующихся различным уровнем смешения. В основу моделирования возможных ситуаций в бпореакторе положены модели микросмещения и сегрегации. С физико-химической точки зрения ферментационная среда представляет собой многофазную систему, качественно описываемую двухуровневой иерархической схемой, где на нижнем уровне находятся отдельные составляющие среды — клетки, диспергированные капельки субстрата, а на верхнем— крупномасштабные скопления в виде клеточных агломератов, глобул из клеток, субстрата и пузырьков газа. Размер и количество этих скоплений зависит от степени турбулизацин среды. При этом ферментационную среду, соответствующую смешению уровня агрегатов, можно рассматривать как сегрегированную систему, поведение которой соответствует множеству реакторов периодического действия, в которых происходит рост и развитие микроорганизмов в течение времени ферментации. Размер клеточных агломератов и глобул зависит как от сил, сцепленных между элементами их составляющими, так и от интенсивности перемешивания в биореакторе, количественной характеристикой которой может служить величина диссипации энергии в данной области аппарата и связанная с ней величина внутреннего масштаба турбулентных пульсаций [c.147]

Двум крайним состояниям популяции микроорганизмов в перемешиваемом биореакторе (одиночные клетки и клетки в виде агломератов) можно поставить в соответствие два уровня смешения — микросмешение и сегрегацию. Для бнореактора с произвольной функцией распределения времени пребывания (РВП) уравнение для текущей концентрации микроорганизмов в условиях микросме-шения среды имеет вид [c.147]

Таким образом, модель промежуточного уровня смешения представляет собой биореактор, состоящий из двух зон — зоны микросмешения (область вблизи мешалки) и зоны макросмешения (периферийная область). Аналогичная концепция принимается для аппаратов, имеющих несколько мешалок, расположенных на одном валу. Поток питания при этом может поступать либо в периферийную область аппарата (зону макросмешения), либо в область вблизи мешалки (зона микросмешения). Распределение ио времени пребывания частиц задается структурой потока. [c.150]

Значения структурных переменных схемы для модели бнореактора с промежуточным уровнем смешения среды (по вариантам) [c.155]

Таким образом, рассмотренные математические модели позволяют учитывать условия неремешивання среды в биореакторе, связанные со структурой потоков и уровнем смешения. [c.156]

В случае реакций первого порядка в гомогенных системах для проточных реакторов с мешалкой степень превращения не зависит от уровня смешения. При реакциях, порядок которых больше единицы, средняя скорость процесса выше для полностью сегреги-, рованного состояния и ниже для реакций порядка, меньшего единицы. [c.320]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология