BİYOKİMYASAL REAKSİYON MÜHENDİSLİĞİ – 13.hafta Prof.Dr.Serpil Takaç
BİYOPROSES SİSTEMLERİNDE TAŞINIM OLAYLARI
Biyoprosesler çok fazlı sistemlerdir. Fazlar arası taşınım (kütle aktarımı) olayları önemlidir.
Bazı Kütle Aktarım Kavramları:
1. Oksijenin sudaki çözünürlüğü sıcaklık ve basınç ile değişir.
2. Gazların sıvılardaki çözünürlüğü Henry bağıntısı ile verilir.
Burada i arayüzey olmak üzere: Pi= gaz tarafı bileşen kısmi basıncı
Cİ=bileşenin sıvı tarafı derişimi
xi= bileşenin sıvı mol kesri
CGi= bileşenin gaz faz derişimi
CLi=bileşenin sıvı faz derişimi
Gaz-sıvı kütle aktarımı Sıvı-sıvı kütle aktarımı Katı-sıvı kütle aktarımı
3. Gaz ve sıvı yığınları çok iyi karışmaktadır. Arayüzey yanında durgun film tabakaları vardır. Bu tabakalarda dirençlerden dolayı kütle aktarımı azalmaktadır. Arayüzeydeki denge ilişkisi (C
Li
ve C
Gi arasında) Henry bağıntısı ile verilir.
kL= sıvı tarafı kütle aktarım katsayısı
kG= gaz tarafı kütle aktarım katsayısı
1/kL= sıvı filmi direnci
1/kG= gaz filmi direnci
Oksijen mol akısı (mol/m2 s):
Gaz C G C Gi C Li C L arayüzey 3 2 *
0000646
.
0
007714
.
0
3948
.
0
161
.
14
T
T
T
C
L
Li Gi i i i iHeC
C
Hex
P
HeC
P
)
(
)
(
Gi G G L Li LC
C
k
N
C
C
k
N
Arayüzey derişimlerinin ölçümü zor olduğu için ölçülebilir değerler cinsinden oksijen mol akısı:
4. Hacımsal kütle aktarım hızı
gaz-sıvı arayüzey alanı (m-1)
)
(
)
(
)
(
* * * L L L G G G L L LC
C
a
K
Q
C
C
V
A
K
Q
C
C
V
A
K
Q
Burada: CL*= yığın gaz derişimi (CG) ile dengede olabilecek sıvı faz derişimi
C
G*= yığın sıvı derişimi (CL) ile dengede olabilecek gaz faz derişimi
K
L ve KG = toplam kütle aktarım katsayıları
Gazın sıvıdaki çözünürlüğü düşük He>> K
L=kL
Kütle aktarımına asıl direnç sıvı filmdedir
C L C G* C Li C Gi C G C L* C G Li Gi
HeC
C
)
(
)
(
* * G G G L L LC
C
k
N
C
C
K
N
L G G G L Lk
He
k
K
Hek
k
K
1
1
1
1
1
s
m
mol
/
3V
A
a
Kütle Aktarım Katsayısı (KLa) Ölçüm Yöntemleri
kLa = f (besi ortamı fiziksel özellikleri (,,T); biyoreaktör ve karıştırıcı boyutları; karıştırma ve havalandırma
hızları)
Dinamik Yöntem:
Biyoreaktöre beslenen havanın (oksijenin) kısa süreli olarak kesilerek bir oksijen elektrodu ile çözünmüş oksijen derişimindeki azalmanın; havanın (oksijenin) tekrar beslenmesiyle de oksijen derişimindeki artışın izlenmesi temeline dayanır.
Kaynak:
