تأثير مواد فعال سطحي بر هيدروديناميك و انتقال جرم در بيورآكتور هواراند آكنده

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

در این مقاله اثر حضور مواد فعال سطحی بر پارامترهای هیدرودینامیك و مشخصه انتقال جرم در یك بیورآكتور هواراند با گردش داخلی استوانه‌ای با بستر آكنده بررسی شده است. ماندگی كلی گاز، سرعت گردش مایع و زمان اختلاط به‌عنوان پارامترهای هیدرودینامیكی و ضریب حجمی انتقال جرم اكسیژن به‌عنوان مشخصه انتقال جرم در نظر گرفته شده‌ است. برای پركردن بستر بیورآكتور، 25 آكنه‌ استوانه‌ای با فواصل منظم در كنار یكدیگر قرار داده شده است. كلیه آزمایش‌ها در سیستم هوا و آب حاوی دو نوع ماده فعال سطحی كاتیونی و غیر یونی با غلظت ppm 5، با سرعت هوادهی در محدوده 19/0 تا cm/s 97/0 و در شرایط محیطی (فشار اتمسفریك و دمای C° 25) انجام شده ‌است. در بیورآكتور هواراند با بستر آكنده نسبت به حالت بدون آكنه، سرعت گردش مایع، ماندگی كلی گاز و ضریب حجمی انتقال جرم اكسیژن كاهش و زمان اختلاط افزایش می‌یابد. در سیستم حاوی مواد فعال سطحی قطر حباب‌ها حدود 30% كاهش پیدا كرده و تقریبا یكسان می‌شوند. لذا، با تحلیل نتایج آزمایشگاهی مشاهده شد كه در حضور مواد فعال سطحی، ماندگی گاز و زمان اختلاط افزایش و سرعت گردش مایع و ضریب حجمی انتقال جرم كاهش می‌یابد.  

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