Kapilarny model procesu biochemicznego w reaktorze trójfazowym

• Autorzy: Burghardt A.

Warianty tytułu

EN

Capillary model of the biochemical process in three-phase reactor

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W modelu kapilarnym losowo upakowane wypełnienie złoża modelowane jest jako zbiór równoległych, prostych rurek o wymiarach w zakresie milimetrów. Dla takiej geometrii złoża wyprowadzono bilanse pędu faz płynnych (gaz, ciecz) uzyskując w wyniku ich rozwiązania profile prędkości, a na ich podstawie zależność określającą grubość filmu grawitacyjnie spływającej cieczy jako funkcję zmiennych procesu i w konsekwencji efektywną porowatość i specyficzną powierzchnię właściwą złoża. Wielkości te są nieodzowne w bilansach masy reagentów. Zbiór cząstkowych równań różniczkowych stanowiący bilanse reagentów w fazach określa stężenia tych składników i w rezultacie efektywność biodegradacji zanieczyszczenia gazu. W równaniach tych transport masy reagentów między fazami realizowany jest jedynie na drodze dyfuzji, co jest uzasadnione założonym laminarnym przepływem faz.

EN

In the capillary model randomly packed bed of the reactor is modeled as a set of parallel, straight capillary tubes, with dimensions in the range of millimeters. For such a geometry of the bed momentum balances of the fluid phases (gas and liquid) have been derived forming the basis for the estimation of velocity profiles and in consequence to determine the relationship between the film thickness of the gravitationally drained downward liquid and the process variables. This quantity was subsequently used in the evaluation of the effective porosity and specific surface area of the packing, parameters necessary in the balances of reagents. The set of partial differential equations constituting the mass balances of reagents in the phases determines the concentration profiles of these components and as a final result the biodegradation efficiency of the pollutant. The mass transport between the phases is realized only as a diffusional flux which is justified by the assumption of a laminar flow of the phases.

Słowa kluczowe

PL

proces biochemiczny; reaktor trójfazowy; transport dyfuzyjny masy; przepływ laminarny

EN

biochemical process; three-phase reactor; diffusional flux; laminar flow

• Wydawca: Instytut Inżynierii Chemicznej Polskiej Akademii Nauk
• Czasopismo: Prace Naukowe Instytutu Inżynierii Chemicznej Polskiej Akademii Nauk
• Rocznik: 2018
• Tom: nr 22
• Strony: 5--19
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Burghardt A.

• Instytut Inżynierii Chemicznej PAN Gliwice, ul. Bałtycka 5, 44-100 Gliwice

Bibliografia

• [1] Diks R.M.M., Ottengraf S.P.P., 1991. Verification studies of a simplified model for the removal of dichloromethane from waste gases using a biological trickling filter. Part I. Bioprocess Eng., 6, 93-99. DOI: 10.1007/ BF00369249.
• [2] Diks R.M.M., Ottengraf S.P.P., 1991. Verification studies of a simplified model for the removal of dichloromethane from waste gases using a biological trickling filter. Part II. Bioprocess Eng., 6, 131-140. DOI: 10.1007/BF00369249.
• [3] Hekmat D., Vortmeyer D., 1994. Modelling of biodegradation processes in trickle-bed bioreactors. Chem. Eng. Sci., 49, 4327-4345. DOI: 10.1016/S0009-2509(05)80025-9.
• [4] Mpanias C.J., Baltzis B.C., 1998. An experimental and modeling study on the removal of monochlorobenzene vapor in biotrickling filters. Biotechnol. Bioeng., 59, 328-343. DOI: 10.1002/(SICI)1097-0290(19980805)59:3<328::AID-BIT9>3.0.CO;2-D.
• [5] Baltzis B.C., Mpanis C.J., Bhattacharya S., 2001. Modeling of the removal of VOC mixtures in biotrickling filters. Biotechnol. Bioeng., 72, 389-401. DOI: 10.1002/1097- 0290(20000220)72:4<389::AID-BIT1001>3.0.CO;2-#.
• [6] Iliuta I., Larachi F., 2004. Biomass accumulation and clogging in trickle-bed bioreactors. AIChE J., 50, 2541-2551. DOI: 10.1002/aic.10201.
• [7] Iliuta I., Iliuta M.C., Larachi F., 2005. Hydrodynamics modeling of bioclogging in waste gas treating trickle-bed bioreactors. Ind. Eng. Chem. Res., 44, 5044-5052. DOI: 10.1021/ie049635n.
• [8] Iliuta I., Larachi F., 2006. Dynamics of cells attachment, aggregation, growth and detachment in trickle-bed bioreactors. Chem. Eng. Sci., 61, 4893-4908. DOI: 10.1016/j.ces.2006.03.042.
• [9] Iliuta I., Larachi F., 2013. Dynamics of fines/bacterial cells accumulation in trickle-bed reactors/bioreactors–Multiscale modeling framework. Comput. Math. Applic., 65, 1698-1718. DOI: 10.1016/j.camwa.2013.01.010.
• [10] Gaszczak A., Bartelmus G., Burghardt A., Rotkegel M., Sarzynski R., 2018. Experiments and modelling of a biotrickling filter (BTF) for removal of styrene from airstreams. J. Chem. Technol. Biotechnol., 93, 2659-2670. DOI: 10.1002/jctb.5620.
• [11] Alonso C., Suidan M.T., Byung R.K., Byung J.K., 1998. Dynamic mathematical model for the biodegradation of VOCs in biofilters: biomass accumulation study. Environ. Sci. Technol., 32, 3118-3123. DOI: 10.1021/es9711021.
• [12] Alonso C., Zhu X., Suidan M.T., Byung R.K., Byung J.K., 2001. Mathematical model of biofiltration of VOCs: Effect of nitrate concentration and backmixing. J. Environ. Eng., 127, 655- 664. DOI: 10.1061/(ASCE)0733-9372(2001)127:7(655).
• [13] Liao Q., Tian X., Chen R., Zhu X., 2008. Mathematical model for gas-liquid two-phase flow and biodegradation of a low concentration volatile organic compound (VOC) in a trickling biofilter. Int. J. Heat and Mass Transfer, 51, 1780-1792. DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2007.07.007.
• [14] Liao Q., Tian X., Zhu X., Chen R., Wang Y.Z., 2008. Measurement and modeling of heat generation in trickling biofilter for biodegradation of a low concentration volatile organic compound (VOC). Chem. Eng. J., 140, 221-234. DOI: 10.1016/j.cej.2007.09.043.
• [15] Lu C., Chang K., Hsu S., 2004. A model for treating isopropyl alcohol and acetone mixture in a trickle-bed air biofilter. Process Biochem., 39, 1849-1858. DOI:10.1016/j.procbio.2003.09.019.