This article presents results of the numerical analysis of performance of the Venturi tube, used and applied as type of static liquid-liquid mixer. The calculations were performed for a binary acetone-benzene system of completely miscible Newtonian liquids. Several variables used to describe hydrodynamics of the Venturi were proposed. The influence of orifice location and inlet velocity on the hydrodynamics and mixing effectiveness is presented. Calculations were performed using CFD methods and the Fluent solver for 2D geometry.
PL
W artykule przedstawiono wyniki analizy numerycznej pracy eżektora, wykorzystanego jako statyczny mieszalnik ciecz-ciecz na przykładzie dwuskładnikowego układu aceton-benzen. Określono między innymi wpływ położenia otworków ssawnych na jego parametry hydrodynamiczne oraz prędkości wlotowej surowca na efektywność procesu. Na podstawie symulacji określono ogólną przydatność zaproponowanego urządzenia w zamierzonej dla niego roli na podstawie kilku wprowadzonych wielkości. Analizy dokonano metodami CFD przy użyciu solvera Fluent dla geometrii dwuwymiarowej.
2
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
The paper presents a model of a flat plate photocatalytic reactor under solar radiation. The model was based on convection and diffusive mass flux balances in two zones: thin liquid layer and pores in the layer of a porous catalysts. The flux of light intensity was described by Kubelka–Munk theory.
PL
W artykule przedstawiono model opisujący pracę płaskiego reaktora fotokatalitycznego, pracującego w świetle słonecznym. Model został oparty o bilans konwekcyjnych i dyfuzyjnych strumieni masy w dwóch strefach: cienkim filmie cieczy i porach warstwy katalizatora. Strumień natężenia światła został opisany za pomocą teorii Kubelka–Munka.
3
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Przedstawiono wpływ parametru geometrycznego (średnicy rury cyrkulacyjnej) na wybrane parametry hybrydowego reaktora airlift. Przedstawiono także doświadczalną weryfikację wpływu tej średnicy oraz porównano otrzymane wyniki doświadczalne z zaproponowanym modelem hydrodynamiki reaktora. Analizowany reaktor jest połączeniem aparatu fluidyzacyjnego i aparatu airlift. Nie jest to jednak typowy trójfazowy reaktor fluidyzacyjny, gdyż nie ma w nim kontaktu fazy stałej i gazowej. Zaproponowany model oparto na globalnym bilansie pędu oraz bilansach masy cieczy i gazu. Weryfikacja doświadczalna modelu została przeprowadzona przez pomiar stopnia zatrzymania gazu w strefie barbotażu za pomocą metody manometrycznej, pomiar prędkości przepływu cieczy w rurze cyrkulacyjnej oraz pomiar dynamicznej wysokości złoża.
EN
Effect of circulation pipe diam. on the selected flow para- meters of the hybrid airlift reactor was computed from a developed math. hydrodynamic model and exptl. verified. The apparatus consisted of a fluidized bed reactor and an airlift reactor. It was not a typical 3-phase airlift reactor, because the contact between solid and gas phases did not occur. The developed model was based on the global momentum balance and mass balances of the gas and liq. Exptl. verification of the model was carried out by the measurements of gas hold-up in the bubbling zone (manometric method), liq. flow velocity in the downcomer and fluidized bed height.
This paper presents a method of describing an airlift bioreactor, in which biodegradation of a carbonaceous substrate described by single-substrate kinetics takes place. Eight mathematical models based on the assumption of liquid plug flow and axial dispersion flow through the riser and the downcomer in the reactor were proposed. Additionally, the impact of degassing zone with assumed complete mixing on the obtained results was analyzed. Calculations were performed for two representative hydrodynamic regimes of reactor operation, i.e. with the presence of gas bubbles only within the riser and for complete gas circulation. The conclusions related to the apparatus design and process performance under sufficient aeration of the reaction mixture were drawn on the basis of the obtained results.
5
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
In various biotechnological processes such as biodegradation of toxic organic compounds, microorganisms are immobilized on inert carriers. Three-phase fluidized-bed bioreactors and airlift apparata are examples of devices in which microorganisms are immobilized as a thin layer of biomass on fine pellets. Due to a spherical shape of the carrier, the resultant layer of microorganisms has also spherical geometry. In the paper, a quantitative assessment has been made of numerical methods for determining the distributions of reagent concentrations and the effectiveness factors of a biofilm in the form of spherical layers. Calculations have been done for aerobic biodegradation of phenol.
Najprostszym sposobem zwiększenia stężenia biomasy w reaktorach przepływowych, w których prowadzi się procesy mikrobiologiczne z aktywnym osadem jest recyrkulacja części strumienia. Wtedy strumień zasilający aparat zawiera już pewną ilość mikroorganizmów. Jest to korzystne z procesowego punktu widzenia, bowiem zwiększa odporność aparatu na wymycie biomasy. Przedstawiono metodę modelowania i wyniki symulacji numerycznej wieżowych reaktorów barbotażowych, w których prowadzony jest proces aerobowej biodegradacji toksycznego substratu węglowego. Analizie poddano bioreaktor o przepływie tłokowym z częściowym zagęszczaniem i recyrkulacją biomasy. Omówiono wpływ stopnia zatrzymania biomasy w takich bioreaktorach na ich podstawowe właściwości procesowe w warunkach ustalonych.
EN
Partial recirculation is the simplest way of increasing the biomass concentration in continuous reactors in which microbiological active sludge processes occur. Then a feed stream contains already a certain amount of microorganisms. This is advantageous from a technological point of view because it increases the bioreactor resistance to wash out of microorganisms. The method for modelling as well as results of numerical simulations are presented for bubble column bioreactors in which aerobic biodegradation of toxic carbonaceous substrate is carried out. A bioreactor with plug flow and with partial thickening and recirculation of biomass is analysed. The influence of biomass hold-up on basic technological properties at steady state conditions of such bioreactors is discussed.
W pracy porównano wyniki doświadczeń i symulacji komputerowej procesu biodegradacji fenolu przebiegającego w kolumnowym reaktorze barbotażowym. W tym celu przygotowano stanowisko badawcze i opracowano metodykę badań. Wykonano także obliczenia numeryczne. Wyniki przedstawiono w postaci wykresów stanów stacjonarnych z naniesionymi wynikami doświadczalnymi. Analiza ukazała około 30% różnicę wyników. Różnica spowodowana jest przyjęciem niewłaściwych wartości stałych kinetycznych do obliczeń symulacyjnych.
EN
Results of investigation and computer simulation of phenol biodegradation in a bubble column bioreactor were compared. In order to do this, a laboratory unit was prepared and methodology of examination was elaborated. Numerical calculations were also realized. Results were shown as steady states diagrams with experimental data plotted. Analysis pointed out approximately 30% discrepancy of the results. This difference was caused by wrong kinetic constants assumed in simulation calculations.
9
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
The method of modelling and basic technological properties of bubble column bioreactors have been presented, in which the process of aerobic biodegradation of carbonaceous substrate occurs. Such bioreactors are objects with distributed state variables. The piston flow bioreactors with biomass recirculation operating at co-current and counter-current flows of liquid and gas phases were analysed. Determining steady states of such objects results in solving non-linear boundary value problems. Both modes of performing of such processes were compared, the effectivenesses of analysed bioreactors have been assessed and the possibilities of their possible use depending on operating conditions have been demonstrated.
PL
Przedstawiono metodę modelowania i podstawowe właściwości procesowe wieżowych reaktorów barbotażowych, w których prowadzi się proces aerobowej biodegradacji toksycznego substratu węglowego. Bioreaktory tej klasy są obiektami o zmiennych rozłożonych. Analizie poddano bioreaktory o przepływie tłokowym z recyrkulacją biomasy pracujące we współprądowym i przeciwprądowym przepływie fazy ciekłej i gazowej. Wyznaczanie stanów stacjonarnych w takich obiektach sprowadza się do rozwiązywania nieliniowych zagadnień brzegowych. Porównano obydwa sposoby prowadzenia takich procesów, dokonano oceny efektywności pracy analizowanych bioreaktorów oraz określono obszary ich zastosowania w zależności od warunków operacyjnych.
W pracy przedstawiono doświadczalną metodę wyznaczania lokalnych i globalnej wartości współczynnika zatrzymania gazu w strefie opadania dla reaktora airlift z wewnętrzną rurą cyrkulacyjną. Doświadczenia przeprowadzono dla różnych średnic rur wewnętrznych oraz dla różnych natężeń przepływu fazy gazowej. Przeprowadzone hadania są szczególnie ważne dla projektowania aerobowych procesów biodegradacji, gdyż pozwalają na prowadzenie procesu tak, aby uniknąć zjawiska anoksji mikroorganizmów w tej strefie.
EN
An experimental method for determining local and global values of gas holdup coefficient in a downcomer is shown in the paper. Various internal tube diameters and different gas flow intensity were used in experiments. The carried out researches are particularly important for designing of aerobic biodegradation process in such a way that microorganisms anoxia in this region can be avoid.
11
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W artykule przedstawiono weryfikację doświadczalną modelu hydrodynamiki reaktora airlift z cyrkulacją wewnętrzną. Do opisu hydrodynamiki zaproponowano model oparty na globalnym bilansie pędu. W celu jego weryfikacji wyznaczono w reaktorze laboratoryjnym stopnie zatrzymania gazu w strefie wznoszenia i w całym reaktorze. Z uzyskanych wyników wyznaczono stopień zatrzymania w strefie wznoszenia. Wykorzystując badania znacznikowe w fazie ciekłej, wyznaczono prędkości przepływu cieczy przez strefę wznoszenia i opadania. Podobne badania przeprowadzono w fazie gazowej. Uzyskane wyniki przedstawiono w postaci wykresów. Na ich podstawie sformułowano odpowiednie wnioski.
EN
In this work the experimental verification of the hydrodynamics model of internal loop airlift reactor has been shown. To describe hydrodynamics the model of global conservation of momentum has been proposed. To verify the model the values of hydrodynamic parameters were determined experimentally. In the experiment the riser gas hold-up and total gas hold-up were determined. On this base the downcomer gas hold-up was calculated. The liquid velocities in riser and in downcomer were determined on the base of marker investigations. Similarly, the gas velocity in riser was set. The obtained results have been shown on diagrams. Adequate conclusions have been formulated.
12
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
The paper is devoted to a quantitative analysis of the dynamic properties of a cascade of two stirred tank bioreactors, with partial recirculation and thickening of the biomass. Numerical simulation has been carried out for the biodegradation of phenol, with double trophic levels of the type predator-prey, described in terms of the Haldane kinetics. The effects of a mean liquid residence time, initial concentration of the substrate containing carbon and the ratio of the volumes of two bioreactors have been taken into account. The analysis has been done based on the determination of time trajectories, phase portraits and Feigenbaum bifurcation diagrams.
PL
Dokonano ilościowej analizy dynamicznych właściwości kaskady dwóch bioreaktorów zbiornikowych z częściową recyrkulacją i zagęszczaniem biomasy. Symulacje numeryczne przeprowadzono dla procesu biodegradacji fenolu z podwójnym poziomem troficznym typu drapieżca-ofiara opisanego kinetyką Haldane.a. Uwzględniono czas przebywania cieczy, stężenie początkowe substratu węglowego oraz stosunek objętości bioreaktorów. Analizy dokonano na podstawie wyznaczonych trajektorii czasowych, portretów fazowych i wykresów bifurkacyjnych, tzw. drzewa Feigenbauma.
13
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W pracy przedstawiono metodę wyznaczania strefowych współczynników dyspersji cieczy. Metoda zastosowana została dla reaktora airlift. Ideą metody jest analiza momentów krzywych rozkładu czasu przebywania znacznika w poszczególnych strefach i w całym aparacie Przedstawiono zastosowaną aparaturę pomiarową, metodykę pomiarów oraz zastosowane algorytmy obliczeniowe. Wyniki przedstawiono w postaci wykresów.
EN
In work a method for determining the zonal dispersion coefficients of liquid have been developed. The method has been applied for an airlift reactor. Idea of the method is anałysis of residence time distribution curves moments for individual zones and entire apparatus. Applied measuring apparatus, measurements methodology and computational algorithms have been presented. Results have been shown in the form of diagrams.
The analysis of the influence of process and constructional parameters of an airlift reactor on a possibility of appearing a microorganisms. anoxia has been presented. For this purpose, tanks-in-series model describing the analyzed reactor has been introduced. The calculations were made for two-substrate kinetics. The results are presented as hysteresis loops of steady-states.
PL
Przedstawiono analizę wpływu parametrów procesowych i konstrukcyjnych reaktora airlift na możliwość wystąpienia zjawiska anoksji. W tym celu wyprowadzono model kaskady zastępczej opisujący pracę analizowanego reaktora. Obliczenia przeprowadzono dla kinetyki dwusubstratowej. Wyniki przedstawiono w postaci pętli histerezy stanów stacjonarnych.
Przedstawiono sposób modelowania matematycznego reaktora airlift w zależności od założonej struktury strumieni fazy ciekłej. Zaproponowano utworzenie czterech modeli matematycznych opartych na analizie hydrodynamicznej. Dla każdego modelu przedstawiono algorytm wyznaczania pętli histerezy stanów stacjonarnych. Obliczenia testowe przeprowadzono dla procesu biodegradacji fenolu. Uzyskane wyniki przedstawiono w postaci wykresów bifurkacyjnych.
EN
A method for the mathematical modelling of an airlift reactor in dependence on established structure of liquid phase stream has been presented. On the basis of the hydrodynamic analysis, four mathematical models were proposed. The algorithms of determining the steady-states hysteresis loops for every model have been presented. The test calculations were carried out for the process of phenol biodegradation. The results obtained were presented in the form of bifurcation diagrams.
Dokonano systematycznej, ilościowej analizy właściwości kaskady bioreaktorów z częściową recyrkulacją i zagęszczaniem biomasy. Szczegółowo omówiono zjawisko wielokrotności wtórnej stanów stacjonarnych, które wykryto w bioreaktorach zbiornikowych dla procesów mikrobiologicznych z dwoma poziomami troficznymi typu drapieżca-ofiara, przebiegających w obecności tzw. kryjówek mikrobiologicznych. Określono wpływ stopnia niedostępności ofiar, zagęszczania biomasy oraz rozłożenia objętości reakcyjnych w obiekcie na strukturę i stabilność liniową stanów stacjonarnych. Podjęto próbę wyjaśnienia wpływu mikroorganizmów eukariotycznych i kryjówek mikrobiologicznych na stacjonarne cechy bioreaktorów.
EN
A comprehensive quantitative analysis on the non-linear stationary properties for a cascade of stirred tank bioreactors with partial recirculation and thickening of biomass has been carried out. The phenomenon of secondary multiplicities of the steady states discovered in such bioreactors for processes with two trophic levels was discussed in detail. The process analysed occurs according to the predator-prey scheme at the presence of so-called hiding places for prey. An influence of a degree of inaccessibility of the prey, thickening of biomass and distribution of operative volumes in the object on the structure and linear stability of the steady states has been evaluated. An attempt of explanation of the role of protozoa and hiding places for the prey on stationary properties of the bioreactors was undertaken.
Praca dotyczy analizy teoretycznej szczególnego typu zjawiska dynamicznego rurowego reaktora recyrkulacyjnego ze złożem stałym. Polega ono na tym, iż zmiany oscylacyjne stężenia i temperatury reagującego medium odbywają się wokół średnich, których wartości dalekie są od jedynego stanu stacjonarnego.
EN
The paper treats the dynamics of tubular reactors in which a fraction of the product is recycled and mixed with the fresh feed. The results presented in this paper show that autonomous limit cycles may drastically increase the performance of the reactor, and that limit cycle behavior therefore may be something that should be sought rather than avoid.
W pracy przedstawiono kompleksową analizę sposobów modelowania bioreaktora typu air-lift dla różnych struktur hydrodynamicznych przepływu mediów. Opracowano modele matematyczne bioreaktora dla tych struktur. Zaproponowano oraz przetestowano numeryczne sposoby wyznaczania pętli histercz stanów stacjonarnych i profili stężeń.
EN
In the frames of this work a comprehensive analysis has been performed of the mathematical modelling of an airlift bioreactor for various hydrodynamic models of the media flowing through the reactor. For the structures of flow mentioned, mathematical models of the bioreactor have been elaborated. Numerical methods for determining the steady states hysteresis loops and profiles of concentrations in the bioreactor have been prepared and tested.
Analizowano dwa popularne modele nieizotermicznych reaktorów rurowych, a mianowicie model z dyspersją wzdłużną i model przepływu tłokowego. Wykazano istnienie optymalnej wartości liczby Pecleta w politropowym reaktorze rurowym z dyspersją wzdłużną. Podjęcie analizy ekonomicznej prowadzi również do zagadnienia optymalnej temperatury surowca w reaktorze adiabatycznym o przepływie tłokowym nawet dla reakcji nieodwracalnych.
EN
Two common models of nonisothermal tubular reactors were analysed, i.e. the model with axial dispersion and the plug flow model. The existence of optimal values of the Peclet number in a polytropic tubular reactor with axial mixing was shown. Undertaking of the economic analysis leads also to the problem of optimal feed temperature in a plug flow reactor even for irreversible chemical reactions.
Przedstawiono analizę teoretyczną statyki i dynamiki systemów opartych na kaskadzie reaktorów zbiornikowych. Przedstawiono numerycznie trzy układy: prostą kaskadę reaktorów, kaskadę z recyrkulacją masy oraz kaskadę, w której zastosowano cykliczny przerzut strumienia surowca. W każdym z powyższych przypadków zaobserwowano skomplikowana statykę i bogato rozwiniętą dynamikę systemu. W dwóch ostatnich układach stwierdzono chaos.
EN
There is presented a theoretical analysis of the statics and dynamics of systems based on a cascade of continuously stirred tank reactors. Three types of systems were numerically investigated: a simple cascade of reactors, a cascade with a mass recirculation, and one with flow reversal. In all these cases complicated statics and fully developed dynamics were found. In the last two cases chaos was observed.
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.