Auslegung eines Strömungsreaktors mit keramischen Monolithen zur Sauerstoffversorgung von immobilisierten aeroben Mikroorganismen

Aachen / Publikationsserver der RWTH Aachen University (2007) [Doktorarbeit]

Seite(n): IV, 181 S. : Ill., graph. Darst.

Kurzfassung

Biofilme sind auf einer Oberfläche immobilisierte Mikroorganismen. Die sogenannte Immobilisierung (Fixierung) von Mikroorganismen bietet Chancen für eine Effizienzsteigerung und Handhabungsvereinfachung von Bioprozessen. In der Biotechnologie werden Biofilme zum Beispiel zur Produktion von Aminosäuren und Vitaminen eingesetzt. Die Ausbildung eines Biofilms in einem Bioreaktor hängt neben der Wechselwirkung der Trägerkörper und Mikroorganismen wesentlich von der Versorgung der Mikroorganismen ab. In der Bioverfahrenstechnik werden unterschiedliche Reaktortypen eingesetzt, um den Anforderungen von Mikroorganismen hinsichtlich Durchmischung, Substratversorgung und Sauerstoffbedarf gerecht zu werden. In den Mehrphasenreaktoren liegen die an der jeweiligen Reaktion beteiligten Komponenten in mindestens zwei Phasen vor (typischerweise Gasphase und flüssige Phase). Für die meisten Anwendungsfälle ist es entscheidend, die vorliegenden Phasen möglichst intensiv miteinander in Kontakt zu bringen, um so einen wirksamen Sauerstoffübergang und damit hohe und wirtschaftliche Reaktionsgeschwindigkeiten zu erzielen. Das Ziel der vorliegenden Dissertation ist die Auslegung eines neukonzipierten Gas-Flüssigkeit-Reaktors mit keramischen Monolithen zu Sauerstoffversorgung von immobilisierten aeroben Mikroorganismen. Schwerpunkt der Arbeit ist der volumetrische Stoffübergangskoeffizient kLa, der die Intensität des Sauerstoffübergangs von der Luft in die Flüssigkeit beschreibt. Die Auslegung des Reaktors erfolgte in erster Linie auf Grundlage von experimentell in einem chemischen Ersatzsystem ermittelten Daten, die die Variation von Luft- und Flüssigkeitsvolumenstrom, von Blasengröße und von Monolithgeometrie beinhalten. Bei allen Versuchsreihen zeigte sich, dass kleinere Blasen höhere Stofftransferkoeffizienten liefern, unabhängig von den anderen Parametern. Der kLa Wert stieg außerdem in allen Versuchen mit zunehmendem Luftvolumenstrom. Unter Berücksichtigung des Leistungseintrags kann empfohlen werden, dass eine Erhöhung der Monolithlänge eine sinnvolle Maßnahme zur Steigerung des kLa Werts im Reaktor ist. Die im Rahmen der Arbeit durchgeführte Regressionsanalyse sichert die Interpolation und ermöglicht eine begrenzte Extrapolation. Nach Auswertung aller durchgeführten Messungen und vergleichenden Bewertungen der Einflussparameter wird ein optimaler Betriebsbereich des entwickelten Strömungsreaktors in Abhängigkeit des spezifischen Leistungseintrags zusammengefasst.

Autorinnen und Autoren

Autorinnen und Autoren

Otten, Karen Eva

Gutachterinnen und Gutachter

Maier, Horst R.

Identifikationsnummern

  • URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-19103
  • REPORT NUMBER: RWTH-CONV-123868