 |
2 Цель и задачи работы. 3 Экспериментальная часть. 3.1 Выбор рациональной геометрии биореактора. 3.1.1 Классификация биореакторов
|
|
|
|
2 Цель и задачи работы
Целью данной работы является исследование методов интенсификации массообмена при ферментативной переэтерификации.
Задачи:
- выбор оптимальной геометрии биореактора;
- определение свойств частиц с иммобилизованным ферментом;
- установка и наладка лабораторного образца биореактора;
- разработка методики расчета реакторов трех типов: с неподвижным, псевдоожиженным и циркулирующим слоем частиц с иммобилизованным ферментом;
3 Экспериментальная часть
3. 1 Выбор рациональной геометрии биореактора
3. 1. 1 Классификация биореакторов
Для ускорения процесса переэтерификации нужно добиться максимальной площади поверхности контакта фаз. Это видно из основного уравнения массопередачи. Также частицы с ферментом имеют способность “слипаться”, образовывая “мертвые” зоны. Учитывая все особенности, было предложено несколько типов конструкций, которые устраняют эти проблемы, но они нуждаются в тщательном исследовании и выявлению типа конструкции, в которой наиболее полно происходит массообмен и доступность поверхности.
На рисунке 4 показаны варианты конструкции биореакторов, которые могут быть использованы в получении биодизеля.
а) б) в)
а) трубка с выносными циркуляционными камерами
б) многоступенчатый с псевдоожиженным слоем
в) трубка с переменным по длине сечением
Рисунок 4 - Конструкции биореакторов с иммобилизированным ферментом
3. 1. 2 Описание принципов действия
|
|
|
1. Трубка с переменным по длине сечением
Масло, несущее частицы с ферментом, меняет свою скорость также как и частицы меняют скорость движения, то отставая от быстро движущейся жидкости в узком сечении, то опережая медленно текущую жидкость в широком сечении. Вследствие инерции частицы создается дополнительная скорость обтекания, которая должна сыграть роль в ускорении процесса массообмена. К дополнению этого было предложено использовать перемену направления движения потока жидкости в трубке. В процессе движения частиц с ферментом в потоке жидкости имеют свойство слипания между собой, образовывая “комки”, тем самым снижается площадь поверхности контакта фаз, что ухудшает массоперенос. Перемена направления скорости решает эту проблему. Сетка, установленная на входе и выходе, устраняет унос частиц.
Теоретическое изучение нестационарного массообмена в данных условиях наталкивается на значительные трудности, как это обычно бывает при исследовании нестационарного пограничного слоя в сложных гидродинамических условиях. Увеличение скорости движения жидкости, равно как и увеличение размера частиц, должно привести к относительному возрастанию коэффициента массоотдачи. В первом случае возрастает перепад скоростей между разными сечениями, во втором – инерционность частиц. Разумеется, скорость движения жидкости должна быть выше скорости взвешивания, при равенстве этих скоростей невозможно применение метода, а эффект увеличения массообмена равен нулю.
Если частица пребывает в потоке жидкости, изменяющей направление скорости, то при этом возникает скорость обтекания, связанная с инерцией частицы. Кратковременное участие частицы в потоках, имеющих различное направление и величину скорости, приводит к тому, что частица всегда отстает от жидкости или опережает ее, благодаря чему появляется переменная во времени скорость обтекания. [7]
|
|
|
| Рисунок 5 - Трубка с переменным по длине сечением |
| масло |
| частицы с ферментом |
Рисунок 6 – Трубка с выносными циркуляционными камерами
Масло, двигаясь по трубке, тангенциально попадает в камеры тем самым вызывая движения частиц. За счет движения масла в камерах происходит их циркуляция, это приводит к увеличению поверхность контакта фаз. И так в каждой камере. На рисунке показаны предполагаемые токи движения жидкости.
3.
| фермент |
Поток среды, подаваемый под фильтр Шотта, на которой находится навеска частиц с ферментом, приводит их во взвешенное состояние. Такой состояние приводит к увеличению поверхности контакта. На левом рисунке показано псевдоожиженное состояние, а на правом – унос частиц или образование слоя при скорости витания больше скорости уноса.
| частицы с ферментом |
| масло |
| Фильтр Шотта |
| масло |
Рисунок 7 - многоступенчатый с псевдоожиженным слоем
|
|
|
