Modelowanie i analiza procesowa bioreaktorów fluidyzacyjnych
Variant of the title
Modelling and process analysis of fluidized-bed bioreactors
Author
Stryjewski, Wojciech S.
Promoter
prof. dr hab. inż. Bolesław Tabiś
Release date
2015
Date of defense
17.06.2015
Publisher
[s.n.]
Language
Polish
Keywords
bioreaktory, fluidyzacja, modelowanie matematyczne, stany stacjonarne
bioreactors, fluidization, mathematical modelling, steady states
Abstract
W rozprawie zaproponowano modele matematyczne trójfazowych i dwufazowych bioreaktorów fluidyzacyjnych. Opracowano metody rozwiązywania utworzonych modeli matematycznych, które zastosowano w celu przeprowadzenia analizy struktury stanów stacjonarnych rozważanych aparatów. W modelach uwzględniono zewnętrzne opory ruchu masy na granicy biofilm-faza ciekła, recyrkulację części strumienia oraz możliwość zagęszczania biomasy. Analizowano przebieg dwóch aerobowych procesów mikrobiologicznych, których kinetykę opisywano równaniami Haldane’a-Monoda i Monoda-Monoda. Przeprowadzono badania, które miały na celu zobrazować wpływ inhibicji substratem na kształt i położenie gałęzi stanów stacjonarnych oraz na stabilność tych stanów. Dokonano oceny wpływu podstawowych parametrów modelu na wartości zmiennych stanu bioreaktorów fluidyzacyjnych. Analizowano m.in. wpływ współczynników dyfuzji oraz gęstości mikroorganizmów w biofilmie na charakterystyki procesowe bioreaktorów. Zaproponowano dwie metody oceny stabilności stanów stacjonarnych tj. metodę kolokacji ortogonalnej oraz autorską metodę uproszczoną. Przeprowadzono symulacje dynamiki obu aparatów dla wybranych warunków ich pracy. Celem badań dynamiki aparatów było dodatkowe potwierdzenie oceny stabilności stanów stacjonarnych. Wykazano możliwość istnienia niegasnących oscylacji zmiennych stanu w trójfazowych bioreaktorach fluidyzacyjnych.
In the thesis mathematical models of three-phase and two-phase fluidized bed bioreactors have been proposed. The methods for solving elaborated models have been introduced as well. These methods were used for the analysis of steady states and dynamic behaviour of considered apparatuses. Proposed models include external mass transfer resistance, recirculation of the outlet stream and a possibility of biomass thickening. Two aerobic microbiological processes have been taken into account. Growth rate of bacteria was described with Haldane-Monod and Monod-Monod equations. One of the aims of carried out research was to depict the influence of substrate inhibition on shape and location of the steady state branches and its stability. Conducted assessment shows the effect of model parameters on state variables of bioreactor in steady state. The influence of diffusion coefficients and density of microorganisms in the biofilm on process characteristics of bioreactors was also taken in to account. Two methods for stability assessment of steady states were proposed. The first method was based on orthogonal collocation and the other was author’s simplified method. Simulations of dynamic behaviour were conducted for chosen conditions. The aim of these calculations was further to prove the validity of the methods for stability determination. It was shown that undying oscillations of state variables may occur in three-phase fluidized bed bioreactors.
PKT classification
253900 Inżynieria chemiczna
250000 Chemia
Department
Faculty of Chemical Engineering and Technology
License
Licencja PK. Brak możliwości edycji i druku.
Access rights
Zasób dostępny dla zalogowanych użytkowników lub z komputerów w domenie PK
