清洁型生物工厂设计研究外文翻译资料
2022-08-02 10:08
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化学工程科学170 (2017)451-463
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化学工程科学
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机械搅拌发酵罐中粘性液体的体积传质系数。测量和相关性
l . LabikuArr;, t . Moucha r·切赫icˇˇek参考Rejl, l . Valenz j . Haidl
化学与技术大学，布拉格，化学工程系，Technicka 5, 16628 Praha 6，捷克共和国
h i g h l i g h t s
g r a p h i c a l a b s t r a c t
吗?介绍了中试装置和实验室发酵罐的ka试验数据。L
吗?给出了不同类型粘性物料叶轮的ka试验数据。L
吗?根据叶轮功率数和叶尖速度，改进了基于ka的放大方法。L
吗?利用不同类型的叶轮，建立了适合于放大的ka关联式。L
吗?提出了一种修正的粘粒动压法。
a r t i c l e n f o
文章历史:
2016年7月25日
2017年2月7日收到，2017年4月4日收到
2017年4月7日可以在线观看
关键词:
发酵罐
扩大
气液
粘性
传质系数
a b s t r a c t
在工业发酵过程中，大多数液体是不聚结的，通常表现出增加的粘度。然而,由于大多数测量方法的局限性,缺乏可靠的数据预测体积传质系数(ka)粘性批次,特别是在高耗散能量,为准确测定氧浓度在粘性液体不容易在低粘度的。L我们的目标是开发一种可靠的技术来测定粘性液体中的ka，并建立合适的相关形状来描述ka数据。LL采用动态压力法(DPM)对实验装置进行了改进，用于粘性液体的测量。溶解氧(DO)探头置于旁路测量细胞中。这一设置为DO探头提供了定义良好的瞬态特性，这对正确的ka评估至关重要。L摘要在两相多叶轮无粘滞牛顿间歇发酵罐上，在大范围的实验条件下，在双标度装置上进行了测定。以纯氧为气相，证实了即使在黏性物料中，DPM的产率也不受吸附驱动力的影响。LDPM的改进设置使光学DO探头和极谱探头也能使用。经证实，光学DO探头可用于测量大于0.4 s?1的ka值。L根据实验数据，建立了预测工业发酵罐中ka值的相关关系。L标准对比Pg与表面kLa = 2.99 ?10 ?速度?(Pg/VL)v0.891, vs0.556低与标准偏差偏差，但它的SD，是30%，比例为基础的具体。另一方面，用叶轮叶尖速度(ND)项代替P项输入时，预测数据对特定设备规模的ka既不高估，也不低估;gL因此，用这个术语恰当地描述了血管鳞片的影响。此外，当与叶轮叶尖速度项一起使用时，发现叶轮功率数是各类型叶轮共同相关的ka的可靠预测因子。o Lka = 0.295?(ND) 2.083v0.461p与SD 28%的相关关系可用于Lso0.737
uArr;通讯作者。
电子邮件地址:labiklibor@gmail.com (L. Labik)， mouchat@vscht。cz (t . Moucha)。
http://dx.doi.org/10.1016/j.ces.2017.04.006 0009-2509/ O 2017爱思唯尔有限公司保留所有权利。
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工业发酵罐的精确设计。实验技术和相关形状均可用于获得其它不同粘度批次的设计工具。
O 2017爱思唯尔有限公司保留所有权利。
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命名法 |
|||
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符号的使用 |
T |
容器直径(米) |
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Ci D 戴斯。莱纳姆: g 公里 心理契约 l N 聚氨酯 |
运输相关的经验常数 特征(-) 叶轮直径(米) 气体在溶液中的扩散系数(ms?1)2 引力常数(m s?2) 探测时间常数(s?1) 体积传质系数(s?1) 特征尺度定义为Batchelor的微尺度 湍流(m) 叶轮频率(s ? 1) 叶轮在无气状态下所耗散的比功率 |
液体体积(m)3 vs 六世 气体表面速度(m/s) vbubble终端速度(m/s)t 希腊字母 l液体动态粘度(Pa s) m液体运动粘度(ms?1)2 q密度(kg m?3) r表面张力(kg s?2) e能量耗散强度(=P/q) (W kg?1) |
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Pg 阿宝 问 |
条件(W) 叶轮在充气状态下的比功率损耗 dition (W) 叶轮功率数(P/qN3D5) (-)u 气体流量(ms?1)3 |
缩写 DPM动压法 做溶氧 TC瞬态特性 SD标准差 |
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1.介绍
体积传质系数是机械搅拌气液接触器放大、设计和性能优化中最重要的输运特性之一。这些设备经常用于化学、食品和生化工业中作为发酵装置和氢化或氯化反应器。无论这些设备的使用范围有多广，它们的设计都不是基于化学工程数据，而是基于经验的。对于气液传质速率起控制作用的过程，体积传质系数(ka)成为关键参数。L文献中已经提出了许多ka的相关性，但是它们的可靠性值得怀疑，特别是对于粘性批次，氧探头读数的严重失真更有可能。L
气液体系中ka的测定方法多种多样。L一种方法是根据气液混合物的流体动力学描述对ka的构造进行理论预测。L文章(Del Castillo等，2011;Kawase和Mooyoung, 1988;Okawa等人，1999;普林斯和布兰奇，1990年;Talaia, 2007;Timson和Dunn, 1960)在过去的几十年里提出了支持这样的建设。另一种方法可以建立一个神经网络在一个广泛的实验值,显示了(Garcıacute;a-Ochoa卡斯特罗,2001;(Garcia-Ochoa和Gomez, 2009)，最近由Asgharzadehahmadi等人(2016)完成。根据这些作者的观点，神经网络能够预测传输特性的变化。
Zlokarnik(2006)由于不同气液系统的行为存在显著差异，提出了将气液系统分为聚结型和非聚结型两类。这种分裂也适用于ka预测，因为聚结现象仍然没有得到很好的描述，并且在聚结和非聚结状态之间有一个急剧的转变(Zahradnik et al.， 1999)。L综上所述，ka预测相关系数的分类(i)聚并(ii)L
非聚结和(iii)粘性批次通常被接受。例如,高桥和Nienow(1993)提到的意义来确定聚结速度,这“属于参数的传质速率可以制定”,和Markopoulos et al。(2007)宣称,“ka的常见相关涉及所有3批类型不会达到足够精度的预测价值”。L
对于气液弥散，基于流体力学原理的机械搅拌容器内ka的理论定量较气泡柱较少。L这是由于更复杂的流体动力条件在机械搅拌分散。Martin et al.(2009)和Gogate et al.(2000)较好地描述了激动色散中ka理论预测的不确定性和障碍。L由于上述原因，对于机械搅拌的色散，基于实验数据的经验ka相关关系经常出现在文献中。L
1.1。ka预测的相关性L
许多文献ka数据采用基于各向同性湍流理论的标准相关(Cooper et al.， 1944)来描述:L
eth;1THORN;
Vanrsquo;t Riet(1979)将水和电解质溶液的文献资料进行了分类，并归纳为:
eth;2THORN;
对水和
eth;3THORN;
适用于一般不聚结的电解质溶液。
而对于聚结体系，式(1)中的c值较低，且几乎所有文献数据均处于= 0.6plusmn;0.1的区间内，2
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非聚结批次的指数差异显著(Moucha et al.， 2012)。对粘性液体的类别分别进行了研究(Albal et al.， 1983;Arjunwadkar等，1998;Badino等，2000,2001;Bustamante et al.， 2013;Henzler, 1982;Herbst等，1992;霍克等人，1981;Kawase和Mooyoung, 1988;Martin等人，2010;Nocentini等人，1993年;奥古特和哈奇，1988年;Oguz等，1987;佩雷斯和桑德尔，1974年;Ranade和Ulbrecht, 1978年;谢等，2014a, 2014b;八木吉田，1975)。粘性液体常用的相关关系源于式(1)，并由粘性项展开。
kLa frac14; C1eth;Pg =V LTHORN;C2 ? v CS 3 ? lC4
eth;4THORN;
表1中的概述展示了粘性液体中ka相关性中特定变量的指数。L表1的第一部分概述了基于标准相关性的相关性(Cooper et al.， 1944)，第二部分给出了无量纲相关性中的指数。
作者之间指数的大变异性可以用以下原因来解释。对于ka的测量，使用了各种不同的测量方法，但结果并不相同(Gogate和Pandit, 1999;LPinelli et al.， 2010)。文献中采用了多种方法;例如，Ranade和Ulbrecht(1978)采用的基于二氧化碳和氯化钡滴定的测量方法(Perez和Sandall, 1974)或二氧化碳在粘性液体中的吸收的稳态方法。大多数作者使用的是动态加辛入法或加辛出法的变体(Arjunwadkar et al.， 1998;Asgharzadehahmadi等，2016;霍克等人，1981;Laakkonen等，2007;Oguz等，1987;谢等，2014b;八木吉田，1975)。一些作者仅仅总结了其他作者获得的数据，并提出了新的相关性(Henzler, 1982)。Hocker等(1981)发现ka不依赖于叶轮类型，但这与后来几位作者的著作不一致(Bao et al.， 2012;LFujasova等，2007;高等，2015;Labik等，2015,2014;穆哈等，2009年，2012年;Scargiali等，2014,2007;谢等，2014a;Zu等人，2015)。这些关联大部分要么只建立在一种叶轮类型上(Albal et al.， 1983;Oguz等，1987;佩雷斯和桑德尔，1974年;Ranade和Ulbrecht, 1978年;Yagi和Yoshida, 1975)，或不同的气体表面速度没有被使用(Ranade和Ulbrecht, 1978)。一些人没有使用更多的仪器秤(Albal et al.， 1983;Arjunwadkar等，1998;Bustamante et al.， 2013;霍克等人，1981;Oguz等，1987;佩雷斯和桑德尔，1974年;Ranade和Ulbrecht, 1978年;Yagi和Yoshida, 1975年)，因此，不能认为这种相关性与规模扩大有关(Zlokarnik, 2006年)。然而，测量传质强度的最大问题，以及后来提出相关性的最大问题，可能是使用不合适的方法或不合适的方法
物理模型(Linek和Sinkule, 1991)用于测量评估。在这个问题上，Linek等人(1987)指出:“不正确的变体被广泛使用，但它们给出的结果在质量上各不相同。为了消除大多数发表结果的不一致，一个根本的步骤是重新测量所有模型系统的ka数据，水可能除外。L(Linek et al.， 2012, 1991, 1992, 1987;(Moucha et al.， 1998)警告说，各种动态方法的结果，以及一些稳态方法的结果，将导致不正确的ka值，不是在百分比方面，而是在订单方面。L在
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