تأثیر مواد فعال سطحی بر هیدرودینامیک و انتقال جرم در بیورآکتور هواراند آکنده

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استاد دانشگاه امیرکبیر

2 دانشکده مهندسی شیمی، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران

چکیده

در این مقاله اثر حضور مواد فعال سطحی بر پارامترهای هیدرودینامیک و مشخصه انتقال جرم در یک بیورآکتور هواراند با گردش داخلی استوانه‌ای با بستر آکنده بررسی شده است. ماندگی کلی گاز، سرعت گردش مایع و زمان اختلاط به‌عنوان پارامترهای هیدرودینامیکی و ضریب حجمی انتقال جرم اکسیژن به‌عنوان مشخصه انتقال جرم در نظر گرفته شده‌ است. برای پرکردن بستر بیورآکتور، 25 آکنه‌ استوانه‌ای با فواصل منظم در کنار یکدیگر قرار داده شده است. کلیه آزمایش‌ها در سیستم هوا و آب حاوی دو نوع ماده فعال سطحی کاتیونی و غیر یونی با غلظت ppm 5، با سرعت هوادهی در محدوده 19/0 تا cm/s 97/0 و در شرایط محیطی (فشار اتمسفریک و دمای C° 25) انجام شده ‌است. در بیورآکتور هواراند با بستر آکنده نسبت به حالت بدون آکنه، سرعت گردش مایع، ماندگی کلی گاز و ضریب حجمی انتقال جرم اکسیژن کاهش و زمان اختلاط افزایش می‌یابد. در سیستم حاوی مواد فعال سطحی قطر حباب‌ها حدود 30% کاهش پیدا کرده و تقریبا یکسان می‌شوند. لذا، با تحلیل نتایج آزمایشگاهی مشاهده شد که در حضور مواد فعال سطحی، ماندگی گاز و زمان اختلاط افزایش و سرعت گردش مایع و ضریب حجمی انتقال جرم کاهش می‌یابد.
 

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Effects of Surface Active Agents on Hydrodynamics and Mass Transfer in a Packed Bed Airlift Bioreacto

نویسندگان [English]

  • Mostafa Keshavarz Moraveji 1
  • Baharak Sajjadi 2
چکیده [English]

In this research, the effects of surface active agents on the hydrodynamic parameters and mass transfer characteristics in an internal loop airlift bioreactor with packed were investigated. Overall gas holdup, liquid circulation velocity and mixing time as the hydrodynamic parameters and volumetric mass transfer coefficient as the mass transfer characteristics were considered. Twenty five cylindrical packings were horizontally set inside the reactor. The experiments were carried out with two various surface active agent solutions containing cationic and non-ionic surfactants at a concentration of 5 ppm at the aeration velocities of 0.19-0.97 cm/s under ambient conditions (atmospheric pressure and temperature of 25 °C). The packings installation reduced the liquid circulation velocity, gas holdup, and oxygen volumetric mass transfer coefficient, while increased the mixing time compared with the unpacked column. Furthermore, bubble diameter was reduced around 30%, while they got the same diameter in the systems containing the surface active agents. It was concluded that the mixing time and gas holdup increased, whereas oxygen mass transfer coefficient and liquid circulation velocity decreased in the presence of surface active agents

کلیدواژه‌ها [English]

  • Airlift Bioreactor
  • Surface Active Agents
  • Hydrodynamics
  • Mass Transfer
  • Packing

 

 [1] کشاورز مروجی م.، قادری ع.، مروتی پسند م.، وثوقی م.، بررسی انواع زیست رآکتورهای هواراند و پارامترهای هیدرودینامیکی مؤثر بر آنها، مجله مهندسی شیمی ایران، دوره 9، شماره 51، 26-13، 1389.##

[2]. Chisti M. Y., Airlift Bioreactors, Elsevier, London, 1989.##

[3]. Mehrnia M. R., Towfighi J. and Bonakdarpour B., “Gas hold up and Oxygen transfer in a draft-tube air lift bioreactor with petroleum-based liquids”, Biochemical Engineering Journal, Vol. 22, pp. 105–110, 2005.##

[4]. Koide K., Sato H. and Iwamoto S., “Gas hold up and volumetric liquid-phase mass transfer coefficient in bubble column with draught tube and with gas dispersion in to annulus”, J. Chem. Eng. Jpn., Vol. 16, No. 5, pp. 413–419, 1983.##

[5]. Ozergin k., Studied on ethanol production by fermentation, M.Sc. Thesis. Bogazici university, 1989.##

[6]. Moraveji M. K., Morovati Pasand M., Davarnejad R. and Chisti Y., “Effects of surfactants on hydrodynamics and mass transfer in a split-cylinder airlift reactor”, Can. J. Chem., Vol. 33, No. 3, pp. 352-357, 2011.##

[7]. Moraveji M. K., Sajjadi B. and Davarnejad R., “Gas-liquid hydrodynamics and mass transfer in aqueous alcohol solutions in a split-cylinder airlift reactor”, Chemical Engineering & Technology, Vol. 34, No. 3, pp. 465–474, 2011.##

[8]. Sardeing R., Painmanakul P. and Hébrard G. “Effect of Surfactants on Liquid-Side Mass Transfer Coefficients in Gas-Liquid Systems: A First Step to Modelling”, Chem. Eng. Sci., 61, 6249-6260 (2006).##

[9]. Alves S. S., Orvalho S. C. P. and Vasconcelos J. M. T., “Effect of bubble contamination on rise velocity mass transfer”, Chemical Engineering Science 60, pp. 1–9, 2005.##

[10]. Vazquez G., Cancela M. A., Riverol C., Alvarez E. and Navara J. M., “Application of the Danckwerts method in a bubble column”, Effects of surfactants on mass transfer coefficient and interfacial area. Chemical Engineering Journal 78, pp. 13–19, 2000.##

[11]. Bai F., L. Wang H., Huang J., Xu J., Caesar D., Ridgway T. and Gu and M., Moo-Young, “Oxygen Mass-Transfer Performance of Low Viscosity Gas Liquid–Solid System in a Split-Cylinder Airlift Bioreactor,” Biotechnol. Lett. 23, 1109–1113, 2001.##

[12]. Asgharpour M., Mehrnia M. R. and Mostoufi N., “Effect of surface contaminants on oxygen transfer in bubble column reactors”, Biochemical Engineering Journal, Vol. 49, pp. 351-360, 2010.##