用扩散方程建模大型生物反应器. 第一部分:预测轴向分散系数和混合时间
Pauli Losoi1, Jukka Konttinen1, Ville Santala1
1Faculty of Engineering and Natural Sciences, Tampere University, Tampere, Finland.
Biotechnology and bioengineering
|December 28, 2023
概括
这项研究开发了一个生物反应器混合时间的预测模型,使用轴向扩散方程和一种新的电阻类比. 该模型准确地预测了大型多驱生物反应器中的混合,简化了扩大规模的挑战.
科学领域:
- 化学工程是化学工程的重要组成部分.
- 生物工艺工程 生物工艺工程
- 流体动力学 流体动力学
背景情况:
- 生物反应器的扩展是复杂的,因为混合,反应,质量转移和生物过程之间的相互作用.
- 当前的方法通常依赖于简化的相关性或特定案例的模拟,限制了概括性.
- 混合时间的预测建模对于高效的生物反应器设计和运行至关重要.
研究的目的:
- 调查使用轴向扩散方程来计算大规模动生物反应器中的混合时间.
- 开发一个一般的和预测模型,用于生物反应器的特征,而不适合分散系数.
- 用广泛的已发表的实验数据验证模型.
主要方法:
- 开发了一种类似于传热理论的连续电阻模型,以估计分散系数.
- 利用水力动力学数字和文献数据来计算分散系数.
- 预测超过800个实验确定混合时间使用过渡轴向扩散方程.
主要成果:
- 该模型在典型的多驱轮配置中表现出色,避免了洪水.
- 通过各种反应堆大小 (高达160米),推进器类型和流量模式实现了准确的预测.
- 预测对单推进器和一些非标准生物反应器来说不太准确.
结论:
- 短暂的轴向扩散方程与开发的转移电阻类比相结合,为典型的大规模生物反应器中的混合提供了一个方便和预测模型.
- 这种方法为当前扩大规模的预测方法提供了更具普遍性的替代方案.
- 对于非标准或单轮配置,可能需要进一步的细化.
