Mixing time in shaking bioreactors

  • Mischzeit in geschüttelten Bioreaktoren

Tan, Rung-Kai; Büchs, Jochen (Thesis advisor)

Aachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University (2012)
Dissertation / PhD Thesis

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2011

Abstract

Mixing spielt eine wichtige und wesentliche Rolle bei verschiedenen chemischen Prozessen. Darüber hinaus haben Schüttelkolben weithin in den kleinen und akademischen Forschungen verwendet. Allerdings ist der Mischprozess in Schüttelkolben nicht gut verstanden worden. Daher ist das Ziel dieser Studie, die Mischzeit durch kolorimetrische Methode zu messen und den Mischvorgang in Kombination mit einer rotierenden Kamera zu charakterisieren. Durch die Verwendung einer rotierenden Kamera, konnte der Mischvorgang in den Schüttelkolben erfolgreich beobachtet werden. Aufgrund der Zentrifugalkraft, war die Bewegung der Flüssigkeit in den Schüttelkolben als Sichelsform präsentiert. Die abgeschätzte Stelle, wo ein saurer Tropfen in die grose Lösung beeinflusst wurde, beobachtet wurde. Es war offensichtlich erkennbar, dass der Mischvorgang immer von hinten nach vorne von der Flüssigkeit ssichel aufgetreten. Die letzte Spur der blauen Farbe wurde von der Software VirtualDub und einem geschriebenem Bildanalyse-Software von Labview identifiziert. So wurde die Mischzeit in den Schüttelkolben als die genaue Zeit zwischen den Austritt des sauren Tropfen in der Lösung und die genaue Zeit, wenn die letzte Spur von blauer Farbe verschwunden, definiert. In dieser Studie wurden verschiedene Betriebsparameter verändert werden, um die Wirkung auf die Mischzeit zu untersuchen. Aus den experimentellen Ergebnissen, erhöht die Mischzeit mit einer Erhöhung der Schüttelfrequenzen in beiden deionied Wasser und viskose wässrige Polyvinylpyrrolidon (PVP)-Lösung. Die Mischzeit ist umgekehrt proportional zur Schüttelfrequenz. Die Bewegung der Flüssigkeit zeigte ein ähnliches Verhalten in beiden Lösungen. Darüber hinaus haben verschiedene Kolbensdurchmesser, also 25 mm und 50 mm, nicht signifikanten Einfluss auf die Mischzeit. Darüber hinaus wurde die Mischzeit ein wenig länger in der Flasche von großen Volumen als in den Kolben mit kleinem Volumen. Die Mischzeit blieb bis 0,8 kW/m3 Leistungsaufnahme konstant, sondern verringert reibungslos, wenn die Leistungsaufnahme weiter erhöht. Die Mischzeit in den Schüttelkolben wurden auch mit herkömmlichen Reaktoren verglichen. Die Mischzeit in den Schüttelkolben blieben in den Bereich der Reynoldszahl von 104 bis 105 konstant. In anderen Worten ist die Mischzeit in der Region von hoher Reynoldszahl unabhängig von der Geometrie der Kolben. Darüber hinaus erhöhte sich die Mischzahl mit Zunahme der Reynoldszahl. Der Einfluss der Phasezahl wurde ebenfalls untersucht. Es wurde festgestellt, dass die Mischzahl deutlich verringert, wenn die Bewegung von Flüssigkeit aus In-Phase Zustand zu Außer-Phase verändert. Dieser vereinbart, dass der Außer-Phase in den Schüttelkolben unerwünscht ist, weil der Mischvorgang noch schlimmer in der Außer-Phase Zustand wurde.

Identifier