Материалы
Исследование гидродинамики стабилизированного потока в биореакторе непрерывного действия
Авторы:
Пищиков Г.Б., Маньков А.В.
Аннотация:
Целью исследования является изучение гидродинамики потока жидких технологических субстратов, в том числе суспензий, в биореакторах непрерывного действия на примере аппарата для шампанизации вина в непрерывном потоке. Проведение данного исследования необходимо для выявления возможности оптимизации структуры потоков в реакторах со свободными объемами в цилиндрической их части. Оптимизация структуры потоков направлена на повышение эффективности оборудования за счет интенсификации биохимических процессов, основанных на взаимодействии жидкого субстрата с микроорганизмами. Поскольку невозможно напрямую измерить скорость перемещения фрагментов потока технологической жидкости в разных точках реактора, исследования проводились на физической модели по общепринятой методике масштабного гидродинамического подобия. Характер и структуру потока модельной жидкости оценивали по изменению концентрации индикатора, вводимого во входную секцию модели аппарата, в заданных точках отбора проб. В качестве численного оценочного критерия, отражающего характер гидродинамической структуры потока, использовали коэффициент дисперсии значений концентрации индикатора, который вычисляется на основе полученных экспериментальных данных. Изучение гидродинамики потока проводили на модели аппарата, эксплуатируемого в промышленном производстве и модернизированного на основании результатов первых экспериментов. В результате исследований сделан вывод о значительной неравномерности скоростей макрообъемов технологической жидкости в продольном направлении потока в эксплуатируемых аппаратах. Такая структура потока не удовлетворяет требованиям оптимального проведения биотехнологических процессов. Для повышения эффективности оборудования предложена конструкция, выравнивающая скорости составляющих потока. Исследование гидродинамики после установки в модель стабилизирующего устройства показало изменение структуры потока в сторону его оптимизации, характер течения стремился к идеальному в приближенно поршневом режиме. Внедрение устройств – стабилизаторов потока в цилиндрической части аппаратов позволит существенно повысить эффективность оборудования за счет улучшения гидродинамики потока и, как следствие, активизации биохимического взаимодействия производственных субстратов с микроорганизмами.
Ключевые слова:
биореактор; поток; гидродинамика; оптимизация; индикатор; модель
Ссылка для цитирования:
Пищиков Г.Б., Маньков А.В. Исследование гидродинамики стабилизированного потока в биореакторе непрерывного действия // Индустрия питания|Food Industry. 2021. Т. 6, № 4. С. 5–15. DOI: 10.29141/2500-1922-2021-6-4-1
