BIOREAKTORY - TREŚĆ ZADANIA PROJEKTOWEGO

Proces napowietrzania wodnego roztworu o stężeniu cL [% mas] i lepkości ηL [mPas] prowadzony jest:

(I) w wewnątrzobiegowym reaktorze airlift. Podstawowe wymiary reaktora:

• wysokość kolumny wewnętrznej HW = 1500 mm

• wysokość kolumny zewnętrznej HZ = 1800 mm

• średnice kolumny wewnętrznej dw/dz = 42/51 mm

• średnice kolumny zewnętrznej Dw/Dz = 72/80 mm

• wysokość zamontowania kolumny wewnętrznej h = 40 mm

W każdej ze stref reaktora na wysokości h1= 130 mm nad dnem reaktora zamontowana jest rurka manometryczna. Wysokości cieczy w rurkach manometrycznych wynoszą : w strefie opadania hD [mm], w strefie wznoszenia hR [mm]. Wysokość słupa cieczy nienapowietrzanej w reaktorze wynosi HP [mm], wysokość dyspersji gaz - ciecz jest równa HC [mm]. Wysokości hD , hR , HC mierzone są od poziomu zamontowania rurek manometrycznych, HP mierzona jest od dna reaktora.

(II) w reaktorze airlift z zewnętrzną cyrkulacją. Podstawowe wymiary reaktora:

• wysokość strefy wznoszenia HR = 1600 mm

• wysokość strefy opadania HD = 1600 mm

• średnice strefy wznoszenia dw/dz = 51/57 mm

• średnice strefy opadania Dw/Dz = 82/90 mm

• długość łączników l1 = 110 mm

• średnice łączników dw1/dz1 = 44/52 mm

• odległość dolnych krawędzi łączników nad dnem reaktora: l3 = 38 mm, l4 = 1200 mm

W każdej ze stref reaktora na wysokościach hd= 128 mm i hg= 1140 mm nad dnem reaktora zamontowane są rurki manometryczne. Wysokości cieczy w rurkach manometrycznych wynoszą: w strefie opadania hDd [mm], hDg [mm], w strefie wznoszenia hRd [mm], hRg [mm]. Wysokość słupa cieczy nienapowietrzanej w reaktorze wynosi HP [mm], wysokość dyspersji gaz - ciecz jest równa HC [mm]. Wszystkie wysokości mierzone są względem dna reaktora.

Reaktor pracuje w sposób periodyczny. Objętościowe natężenie przepływu powietrza wynosi VG[dm³/h]. Napowietrzana jest kolumna wewnętrzna (W)/ strefa pierścieniowa(P) - dotyczy reaktora (I). Podczas napowietrzania rejestrowana jest metodą znacznikową krzywa czasów przebywania. Konduktometryczny czujnik, rejestrujący zmiany stężenia znacznika w dyspersji zamontowany jest w ścianie kolumny zewnętrznej (reaktor I)/ w strefie opadania (reaktorII) na wysokości h2 = 520 mm. Zmiany stężenia tlenu rozpuszczonego w cieczy rejestrowane są czujnikiem amperometrycznym tlenu, umieszczonym w ścianie kolumny zewnętrznej (reaktor I)/ w strefie opadania (reaktorII) na wysokości h3 = 780 mm.

Na podstawie danych projektowych należy wyznaczyć:

• prędkość pozorną gazu w strefie wznoszenia uG [m/s]

• prędkość masową gazu wG [kg/m²s],

• stopień zatrzymania gazu w strefie wznoszenia εGR

• stopień zatrzymania gazu w strefie opadania εGD

• średni w reaktorze stopień zatrzymania gazu εG

• czas cyrkulacji cieczy tC [s]

• czas mieszania tm [s]

• średnią prędkość cyrkulacji cieczy uL [m/s]

• współczynnik dyspersji wzdłużnej DL [m²/s]

• objętościowe natężenie przepływu cieczy VL[m³/s]

• prędkość cieczy w strefie wznoszenia uLR [m/s]

• objętościowy współczynnik wnikania tlenu w cieczy kLa [1/s]

• wpływ:

- prędkości przepływu gazu na stopień zatrzymania gazu w strefie opadania i wznoszenia (wariant A)

- współczynnika lepkości dynamicznej cieczy na stopień zatrzymania gazu w strefie opadania i wznoszenia (wariant B)

- prędkości przepływu gazu na prędkość cyrkulacji cieczy (wariant C)

- współczynnika lepkości dynamicznej cieczy na prędkość cyrkulacji cieczy (wariant D)

- prędkości przepływu gazu na objętościowy współczynnik wnikania tlenu (wariant E),

- współczynnika lepkości dynamicznej cieczy na objętościowy współczynnik wnikania tlenu (wariant F)

Projekt powinien zawierać:

• treść zadania projektowego wraz z danymi początkowymi

• schemat reaktora

• obliczenia

• spis symboli

• załączniki (wykresy, rysunki, tablice)

---