автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.08, диссертация на тему:Гидродинамика и тепломассоперенос в пленочных реакторах микробиологического синтеза

/

На правах рукописи

□030685ии

НИКОЛАЕВ АЛЕКСАНДР НИКОЛАЕВИЧ

ГИДРОДИНАМИКА И ТЕПЛОМАССОПЕРЕНОС В ПЛЕНОЧНЫХ РЕАКТОРАХ МИКРОБИОЛОГИЧЕСКОГО СИНТЕЗА

Специальность-05.17.08 - Процессы и аппараты

химических технологий 03.00.23 - Биотехнология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Казань 2007

003068500

Работа выполнена на кафедре химической кибернетики Казанского государственного технологического университета.

Научные руководители:

доктор технических наук, профессор Емельянов Виктор Михайлович, доктор технических наук, профессор Воинов Николай Александрович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Фафурин Андрей Викторович доктор биологических наук, профессор Дыганова Роза Яхиевна

Ведущая организация:

Казанский государственный и.м. В.И.Ленина.

университет

Защита диссертации состоится £ Я <=**./>*<* Я 2007 года в часов

на заседании диссертационного совета Д 212.080.06 в Казанском государственном технологическом университете по адресу: 420015, г. Казань, ул. К. Маркса, 68, зал заседаний Ученого Совета (А-330)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Казанского государственного технологического университета.

Автореферат разослан "26" _2007 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, профессор

С.И. Поникаров

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы Непрерывное увеличение потребности в продуктах микробиологического синтеза определяет интенсивное развитие этих процессов.

В настоящее время доминирующее распространение в процессах микробиологического синтеза получили напорные барботажные реакторы, которые, как показал опыт их эксплуатации, обладают очень высоким эксплуатационными затратами и не обеспечивают необходимое качество технологического процесса..

Низкая скорость транспорта кислорода и двуокиси углерода в жидкой фазе, а также развитие эффекта флотации биомассы, определяет высокие расходы воздуха, достигающие 50 кубометров на !кг. целевого продукта при коэффициенте использования кислорода воздуха, не превышающего 15%.

Большие расходы воздуха исключают его качественную биологическую очистку после выхода из реактора, что может вызывать острые респираторные заболевания у персонала и жителей прилегающих районов.

В связи с этим актуальной задачей является разработка эффективных биореакторов , обеспечивающих высокую скорость транспорта кислорода и двуокиси углерода в жидкости, что позволит резко сократить расход воздуха и создать безопасные производства, работающие по замкнутому циклу.

Как показал технико-экономический анализ работы различных типов биореакторов , наиболее перспективными являются реакторы ,пленочного типа , поскольку турбулентное пленочное течение жидкости позволяет увеличить (в несколько раз ) коэффициенты массопереиоса в жидкой фазе по сравнению с режимом барботажа

Однако промышленная реализация реакторов пленочного типа в значительной степени сдерживается отсутствием экспериментальных данных, позволяющих разработать научно-обоснованную методику их расчета и проектирования.

Цель работы и основные задачи исследовании. Целью работы является экспериментальное исследование динамики пленочного течения жидкой фазы, тепломассообмена, кинетики роста биомассы в пленочных трубчатых биореакторах, а также разработка на их основе экологически чистого процесса получения кормовых дрожжей.

В непосредственные задачи исследования входили:

- создание научно-обоснованной методики расчета и проектирования биореакторов со стекающей пленкой жидкости на основе экспериментального исследования закономерностей, характерных для пленочных реакторов, в том числе:

- динамики пленочного течения в контактных элементах реактора;

- теплообмена между стекающей пленкой жидкости и хладоагентом;

- скорости транспорта кислорода и двуокиси углерода в стекающей пленке жидкости и оценка влияния на процесс массопереиоса физико-химических свойств жидкой фазы;

- кинетики роста биомассы в опытном биореакторс;

- разработка конструкций пленочных биореакторов, обеспечивающих максимальную эффективность процесса ферментации при низких эксплуатационных затратах;

- создание экологически чистого процесса получения кормовых дрожжей с использованием пленочного биореактора.

Научная новизна работы. Впервые экспериментально исследованы основные закономерности процесса аэробной ферментации в трубчатых контактных элементах

реактора со стекающей пленкой жидкости по поверхности с крупномасштабной шероховатостью, в том числе:

- динамика пленочного течения жидкости по стенке цилиндрического канала с крупномасштабной шероховатостью; определены оптимальные геометрические размеры выступов шероховатости, обеспечивающие максимальную удерживающую способность контактных элементов по жидкой фазе, а также влияние на удерживающую способность вязкости жидкости и поверхностно-активных веществ;

- тсплоперенос от стекающей пленки жидкости к стенке канала с крупномасштабной шероховатостью;

- скорость транспорта кислорода и двуокиси углерода в стекающей пленке жидкости, выявлены оптимальные условия проведения процесса и влияние на скорость транспорта кислорода и двуокиси углерода поверхностно-активных веществ;

- кииетика роста биомассы в опытном трубчатом реакторе и получены соотношения, описывающие процесс ферментации в пленке жидкости.

Представлена научно-обоснованная методика расчета реакторов со стекающей пленкой и разработаны технологические схемы экологически чистого процесса получения кормовых дрожжей с применением биореактора со стекающей пленкой жидкости.

Практическое значение работы. На основе комплекса проведенных экспериментальных исследований выявлены оптимальные условия процесса ферментации и разработана конструкция трубчатого пленочного реактора, обладающего высокой эффективностью и низкими эксплуатационными затратами.

Результаты работы были использованы при проектировании промышленного реактора, предназначенного для получения дрожжевой суспензии на основе гидролиза древесины производительностью 100 м3/ч и пленочного ферментера для получения чистой культуры дрожжевого цеха Красноярского биохимзавода.

На защиту выносятся:

- результаты экспериментального исследования закономерностей пленочного течения жидкости по стенке трубчатых контактных элементов с крупномасштабной шероховатостью, в том числе:

- теплообмена между стекающей пленкой жидкости и стенкой канала, скорости транспорта кислорода и двуокиси углерода в жидкой фазе и кинетики роста биомассы;

- конструкции реакторов, оснащенных трубчатыми контактными элементами с крупномасштабной шероховатостью стенки, обеспечивающей высокую эффективность процесса ферментации при низких эксплуатационных затратах;

- экологически чистый технологический процесс промышленного получения кормовых дрожжей.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на международных, региональных и отраслевых симпозиумах и конференциях, в том числе: на межвузовской научной конференции «Молодая наука - новому поколению» (Набережные Челны, 1996); научно-практической конференции «Проблемы химико-лесного комплекса» (Красноярск, 1996, 1997); научно-практической конференции «Сырьевые ресурсы Нижнего приангарья» (Красноярск, 1997); межрегиональной научной конференции «Пищевая технология - 2000» (Казань, 1998); конференции молодых ученых «Пищевые технологии» (Казань, 1998, 1999); пятой международной на-

учной конференции «Методы кибернетики химико-технологических процессов» (Казань, 1999); Всероссийской научно-практической конференции «Пищевая промышленность, продовольственная безопасность» (Екатеринбург, 1999); Международной научно-практической конференции «Химико-лесной комплекс» (Красноярск, 2000); Всероссийской научной конференции «Тепло- и массообмен в химической технологии» (Казань, 2000), а также на ежегодных научных сессиях КГТУ (1998-2004).

Публикация работы. По теме диссертационной работы опубликовано 5 научных статей, входящих в перечень ВАК, а также 12 статей и докладов в периодических научных изданиях и трудах конференций и 10 тезисов докладов в материалах конференций.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения и 7 глав, содержащих основные результаты исследования, выводы по результатам работы и списка литературы, составляющего 75 источников. Работа изложена на 125 страницах, содержит 44 рисунка и 16 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность и практическая значимость работы, сформулированы задачи исследования, изложены основные научные результаты и положения, которые выносятся на защиту.

В первой главе рассмотрены физико-химические основы аэробной ферментации, аппаратурное оформление процесса микробиологического синтеза, типы реакторов и их рабочая характеристика, эффективность процесса и лимитирующие факторы.

Представлена характеристика продуцентов белка и питательной среды, описана скорость потребления кислорода дрожжами, влияние концентрации растворенного кислорода на интенсивность дыхания и скорость роста микроорганизмов, а также растворимость кислорода в культуральпой кидкости и критическая концентрация кислорода. Дана оценка влияния концентрации двуокиси углерода, температуры субстрата и физических свойств культуралыюй среды на жизнедеятельность микроорганизмов.

Рассмотрены основные типы газожидкостных реакторов, применяемых в процессах микробиологического синтеза (барботажпых, струйных, эрлифтных, пленочных), в которых реализуются различные способы организации взаимодействия фаз. Выполнен анализ технико-экономических показателей работы реакторов. Показано, что наиболее высокие показатели характерны для реакторов трубчатого типа со стекающей при высоких числах Рейнольдеа (Иеж = 50000...80000) пленкой жидкости. Использование таких реакторов позволяет более чем на порядок увеличить скорость транспорта кислорода и двуокиси углерода в жидкости по сравнению с реакторами барботажного и струйного типов и, за счет этого, резко сократить расход газа.

В связи с этим, в пленочных реакторах может быть организована экологически чистая технология получения кормовых дрожжей. Однако, в промышленных условиях не удается организовать устойчивое и разномерное пленочное течение жидкости в каналах с гладкой поверхностью, поскольку на некотором расстоянии от входа в канал происходит деструкция пленочного течения и переход его в струйное, что ведет к сокращению межфазной поверхности и снижению эффективности процесса.

В этой связи оказалась весьма перспективной организация на внутренней поверхности контактных элементов реакторов крупномасштабной шероховатости в виде поперечной накатки или установки проволочных спиралей. Применение крупномасштабной шероховатости позволяет стабилизировать пленочное течение жидкости в каналах любой длины и реализовать в пленке жидкости принципиально иную гидро-

динамическую обстановку, чем на гладкой поверхности. Вместе с тем, сведения о влиянии крупномасштабной шероховатости на удерживающую способность контактных элементов, скорость транспорта кислорода и двуокиси углерода в жидкой фазе, теплоперенос от пленки жидкости к стенке контактных элементов, а также на рост биомассы весьма ограничены, что делает необходимым проведение широких исследований в этой области с целью разработки научно-обоснованного метода расчета биореакторов трубчатого типа со свободным стенанием жидкости.

Во второй главе представлены результаты экспериментального исследования закономерностей течения пленки жидкости по поверхности с крупномасштабной регулярной шероховатостью. На основе теории отрывных течений построена картина движения жидкости по внутренней поверхности канала, покрытой крупномасштабной шероховатостью в виде концентрических выступов, рис. 1.

При обтекании выступов крупномасштабной шероховатости во впадинах развивается циркуляционное течение, а в точке отрыва потока - турбулентная струя, одна из границ которой направлена в сторону свободной поверхности, а другая - к стенке впадины.

Когда расстояние между выступами мало по сравнению с их высотой, циркуляционная зона и граница турбулентной струи не успевают распространиться на всю глубину впадины, рисЛа. При увеличении расстояния между выступами циркуляционная зона и турбулентная струя занимают всю впадину, рис. 16. В случае дальнейшего увеличения расстояния между выступами зона циркуляции начинает занимать только часть впадины, а интенсивность турбулентности струи снижается, рис.1 в. а б в г

Рнс.1. Схема течения жидкости между выступами шероховатостей поверхности

Измерение удерживающей способности контактных элементов и средней толщины пленки жидкости при различных размерах крупномасштабной шероховатости проводилось в стеклянных калиброванных трубках диаметром 27,0 и 47,5 мм и длиной 1,6 м. Регулярная шероховатость создавалась путем установки на внутренней стенке канала спиралей из медной проволоки. Исследования проводились методом отсечки питания при температуре 39°С в широком диапазоне значений расхода жидкости (Не - 5000...80000) на системах воздух - вода, водный раствор гидролизата (о = 42-10"3...72,5 10'3 Н/м) и дрожжевая суспензия (V = 1-Ю"6...6,75-Ю"6 м2/с).

Рис. 2. Зависимость средней толщины пленки воды 8Я, от соотношения s/h = 47,5 мм; /тр = 1,6 м; Л = 5,0 мм; уж = МО'6 м2/с; 1 30000;

2 - 45000

о 4 8 12 16 20 24 s/h Результаты измерений показали, что при увеличении отношения расстояния между выступами шероховатости к их высоте (s/h) удерживающая способность и средняя толщина пленки жидкости 8 возрастают, достигая максимальных значений при s/h — 8... 12, а, с дальнейшим увеличением s/h, - снижаются, рис.2. С увеличением высоты выступов при постоянном значении s/h удерживающая способность и средняя толщина пленки жидкости возрастают, приближаясь к постоянной величине, рис.3.

Рис. 3. Зависимость относительной толщины пленки жидкости 5 Ш / б гл от высоты выступов rfrp = 47,5 мм; s/h = 10; =

1-10"6 м3/с; 1 - Пеш = 30000; 2 • 45000; 3 -75000

И(мм)

Влияние поверхностного натяжения и вязкости жидкости, представленное на рис. 4 и 5, описывается соотношениями (1) и (2).

(5/5„<)<)ы)ш=(с7/овой„)0'37 (1)

(2)

В третьей главе представлены результаты изучения теплообмена между пленкой горячей воды, стекающей по внутренней поверхности контактной трубки и внешним хладоагентом. Температура горячей воды изменялась от 30 до 70°С, а холодной воды - от 15 до 20°С. Измерение температуры потоков производилось термометрами, а температуры стенки рабочего канала — хромель-копелевыми термопарами. Отсутствие циркуляции воздуха внутри канала позволило поддерживать относительную влажность воздуха <р = 100%, что исключало теплообмен между газом и жидкостью.

6 ,„(мм)

Рис. 4. Зависимость средней толщины пленки гидролизата от величины Неи,

= 47,5 мм; Ар = 1,6 м; 5/7/ = 1,85 мм; = 1-10"6м2/с;

о = 72,5-10"1 Н/м; 23 - 57 103; 4-42-Ю'3

65-10-

30 40 Ке

Ч0-;

Рис.5. Зависимость средней толщины пленки дрожжевой суспензии от Яе„л гАР = 47,5 мм; Ар = 1,6 м; *7г = 10; Л = 1,85 мм; Л- = 4...90 г/л; 1 - уж = 6,76-Ю'6 мг/с; 2-4,3-10"6; 3 -2,4-10"®; 4 - 1,35-10^'; 5 - 1,0Ю'6; б-О^б-Ю"6

Коэффициент теплоотдачи от пленки воды к стенке канала определялся двумя методами:

В первом случае коэффициент теплоотдачи рассчитывался по уравнению

а (3)

где 2

Во втором случае коэффициент теплоотдачи а определялся по значению коэффициента теплопередачи от горячей к холодной воде:

(4)

1 , , (д*"-д/*)

Коэффициент теплоотдачи для холодной воды ах рассчитывался по уравнению Ш = 0,021£/ Яе0'* Рг°'4 (Рг/Ргст )0'25. (5)

Коэффициенты теплопроводности и динамической вязкости принимались по средним значениям температуры среды. Расчет коэффициентов теплоотдачи в пленке жидкости, стекающей по стенке канала, выполненный по обеим методикам показал хорошее согласие результатов.

В результате обработки опытных данных было установлено, что применение крупномасштабной шероховатости при соотношении расстояния между выступами к их высоте л/Л ~ 10 позволяет увеличить коэффициенты теплоотдачи в пленке жидкости примерно в 1,6 раза по сравнению с гладкой поверхностью, рис 6. Такая закономерность позволяет заключить, что на перенос тепла в пленке, стекающей по шероховатой поверхности, существенное влияние оказывает циркуляционное течение во впадинах и интенсивность турбулентной струи.

Рис.б. Зависимость коэффициента теплоотдачи в пленке жидкости, стекающей но шероховатой поверхности от числа КгГ1Л и высоты выступов </тр = 27,0 мм; = 1,9 м; = 10; Ргп = 4,5...5,0; 1 - А = 1,5 мм; 2-1,0; 3-0,85; 4-0,7; 5 - 0,3; 6 - расчет по уравнению для гладкой трубы

В четвертой главе представлены результаты экспериментального изучения переноса кислорода и двуокиси углерода в пленке жидкости, стекающей по поверхности канала с крупномасштабной шероховатостью, проводившегося на системе воздух-вода в изотермических условиях при температуре взаимодействующих фаз 38±0,5СС. Во всех опытах использовалась дистиллированная вода.

Анализ содержания кислорода в жидкости производился датчиками, работающими по принципу гальванического элемента с серебряным катодом и цинковым анодом. Калибровка датчика осуществлялась методом Винклера.

Анализ содержания двуокиси углерода в жидкости проводился методом титрования щелочью в присутствии фенолфталеина

Коэффициенты массоотдачи рассчитывались по уравнению

рю =i.in£_Z£i / с*-с.

(6)

Результаты исследований показали, что на величину коэффициентов массоотдачи в жидкости как при абсорбции кислорода, так и при десорбции двуокиси углерода существенное влияние оказывают размеры шероховатости, рис.7. Полученные значения коэффициентов массоотдачи были сравнены с коэффициентами массоотдачи в пленке жидкости, стекающей по гладкой поверхности, которые определялись из уравнения

Ргл^д _л , ,п_4 п„0,8 о„0,5

D

- = 4,1-10 Ле"? Sc

(7)

Результаты сравнения, рис.8, согласуются с выводами о роли гидродинамической обстановки при отекании жидкости по поверхности с крупномасштабной шероховатостью.

При обработке опытных данных получено уравнение для расчета коэффициентов массоотдачи при абсорбции кислорода и десорбции двуокиси углерода пленкой воды, стекающей по шероховатой поверхности, а также близких с ней по физическим свойствам сред.

(8)

Рис. 7. Зависимость коэффициента массоотдачи в пленке воды от Äenjl сUp = 47,5 мм; / = 1,6 м; s/h = 10; 1 - Л = 1,0 мм; 2 - 1,85; 3 - 3,0; 4 - 5,0; 5 - 6,0; 6 -гладкая трубка; 7 - данные Кулова H.H. и др. при А = 1,85 мм

С увеличением концентрации редуцирующих веществ (РВ) наблюдается снижение значений коэффициентов мас-соотдачи.

»,„ • (9)

Р/Р.

В пятой главе представлены результаты выращивания дрожжей в опытном пленочном биореакторе. Выращивание дрожжей Candida Scottn производилось непрерывным способом в опытном реакторе состоящем из трех контактных трубок диаметром 47.5 мм и длиной 1,6 м. На внутренней стенке трубок устанавливалась проволочная спираль d =3,0 мм при у/А = 10. Все узлы установки были выполнены из нержавеющей стали.

В процессе ферментации осуществлялась рециркуляция жидкости, кратность которой регулировалась диафрагменным насосом. Температура жидкости в контактной зоне поддерживалась постоянной, равной 38°С за счет подачи в межтрубное пространство реактора охлаждающей воды. Воздух в аппарат подводился вентилятором и нагревался до температуры 38+0,5°С. Скорость воздуха в контактных элементах составляла 0,5... 0,6 м/сек.

Кислотность среды поддерживалась в диапазоне pH = 4,2...4,6 за счет добавления аммиачного раствора. Концентрация дрожжей (75 % влажности) определялась вакуум-фильтрованием, а содержание редуцирующих веществ (РВ) - эбулеостатиче-ским методом. Коэффициенты кинематической вязкости дрожжевой суспензии измерялись капиллярным вязкозиметром ВГ1Ж-1 при I =38°С.

Поверхностное натяжение культуральой жидкости измерялось методом максимального давления пузырька. Плотность кудьтуралыюй среды в широком диапазоне изменения концентрации биомассы менялась не более чем на 10%.

В пленочном реакторе,

ß /ß __i работающем с рециклом куль-

туральной среды, можно выделить три зоны: I - зона насыщения кудьтуралыюй жидкости кислородом; II — зона потребления кислорода; III - зона исчерпывания кислорода, рис.9.

Рис. 8. Зависимость относительной величины коэффициента массоотдачн в пленке ßH( / ß от отношения s/h

dn = 27 мм; 1 = 1,6 м; 1 - h = 1,0 2 - 1,85; 3 - 3,0 4 - 5,0; Rem = 20000; б - 40000; в -

ф мм

а -75000

Воздух

РВ

1 зона

[I зона/

J

ХА

Ш зона

,ХА

•VV

Рис.9. Профили концентрации кислорода и биомассы по зонам реактора

РВ - редуцирующие вещества; ХА - хладоагент; I - зона насыщения культуральной жидкости кислородом; II - зона потребления кислорода; III - зона исчерпывания кислорода

Результаты культивирования дрожжевой суспензии представлены в таблице 1. Изменение концентрации кислорода по длине контактных элементов с учетом его поглощения клетками рассчитывалось по уравнению:

с=с„ + С -с„-

ОХЬ

ио

(10)

Сопоставление расчетных и опытных значений концентрации кислорода в культуральной жидкости по высоте контактных элементов представлено на рис.10. Результаты экспериментального измерения профиля концентрации кислорода в сборнике реактора представлены на рис. 11.

__Таблица 1

Начальная концентрация РВ в питательной среде, 5„, кг/м3 Остаточное содержание РВ, 5«, кг/м3 Скорость потока, ц=£> ,ч"' Концентрация биомассы, А', кг/м3 Экономический коэффициент

10,6 1,8 0,18 17,0 48,0

9,0 1,5 0,23 17,0 58,7

9,0 2,0 0,27 17,0 60,7

9,5 3,7 0,30 13,0 56,0

9,0 4,5 0,34 11,5 52,0

25,1 4,1 0,25 36,0 43,0

С, мг/л

С/С". %

с.

Д - 1 П . 7

О - 3

Ц м

О-3 II,

Рис.П. Концентрация кислорода по высоте слоя дрожжевой суспензии в сборнике реактора в зависимости от содержания биомассы

= 38°С; I - X = 5 мг/л; 2 - 10; 3 - 20

Рис. 10. Изменение содержания кислорода в стекающей пленке дрожжевой суспензии по

длине канала г/гр = 47,5 мм; = 1,6 м; 1г = 1,85 мм; Не = 50000; / =38°С; С* = 6,0 мг/л; С„ = 0,1 С*; , 1 - А' = 0; 2 - 5 кг/м3; 3 - 10; 4-20; 5-30

В шестой главе представлены конструкции трубчатых биореакторов со стекающей пленкой жидкости одноступенчатого и многоступенчатого типов, рис.12, и особенности их работы.

Контактные элементы биореакторов выполнены из труб диаметром 30...50 мм с установленными на их внутренней поверхности вставками в виде проволочной спирали. Циркуляция жидкости в одноступенчатом реакторе обеспечивается встроенным насосом, а в многоступенчатом - выносным насосом. Принцип работы пленочных ре-

акторов исключает флотацию биомассы и пенообразование в зоне насыщения жидкости кислородом и позволяет довести степень использования кислорода воздуха до 75...80%, что ведет к существенному сокращению их габаритов. Отвод тепла в пленочных биореакторач осуществляется непосредственно в зоне реактора, что позволяет поддерживать в аппарате оптимальный температурный режим процесса.

При проектировании промышленных вариантов пленочных биореакторов исключается проблема масштабного перехода, и полученные в лабораторных условиях результаты могут быть перенесены на промышленный образец без поправочных коэффициентов.

Рнс.12. Конструкции пленочных трубчатых реакторои а) одноступенчатый с встроенным насосом; б) многоступенчатый; г - газ; ж — жидкость; т - теплоноситель

В седьмой главе описан экологически чистый процесс получения кормовых дрожжей. Сокращение более чем в 10 раз потребления воздуха в пленочном реакторе по сравнению с барботажным делает возможным организацию замкнутого цикла без сброса отработанного воздуха в атмосферу.

Основной принцип замкнутого экологически чистого процесса получения кормовых дрожжей заключается в многократном использовании газовой фазы. В этом случае воздух после его использования в реакторе поступает в абсорбер, где производится его очистка от двуокиси углерода водным раствором моноэтаноламина. Затем очищенный от двуокиси углерода газ смешивается с необходимым количеством кислорода и вновь подается в реактор. Регенерация раствора моноэтаноламина производится в десорбере, после чего он снова подается в абсорбер, а выделившаяся в десор-бере двуокись углерода комнремируется и может быть использована в различных отраслях промышленности. Таким образом, достигается полностью замкнутый цикл получения кормового белка на гидролизаге, исключающий сброс отработанного газа в атмосферу. Схема установки производства кормовых дрожжей с применением абсорбции двуокиси углерода моноэтаноламином и получения двуокиси углерода представлена на рис.13.

Другим вариантом экологически чистого процесса получения кормовых дрожжей является замкнутый технологический цикл с использованием химической сорбции углекислого газа из газо-воздушпой среды аммиачной водой. В результате поглощения углекислого газа аммиачной водой образуется кристаллический бикарбонат аммония, который после обезвоживания может быть использован в промышленных целях.

Заключение

Развитие интенсивной турбулентности в пленке жидкости, стекающей по поверхности с крупномасштабной шероховатостью, при числах Яе = 50000...80000 позволило резко повысить (на два порядка) коэффициенты массопереноса кислорода и

двуокиси углерода в жидкой фазе по сравнению с таковыми для условий барботажа и довести скорость транспорта кислорода до 10 кг02/м3-ч и более. Достигнутый эффект позволяет проводить процесс культивирования при высокой концентрации редуцирующих веществ и достичь концентрации биомассы 50 кг/м3 и более.

РисЛЗ. Принципиальная технологичсск-ая схема установки производства кормовых дрожжей на гидролнзатс древесины с применением абсорбции двуокиси углерода моноэтаноламином

Р-1 - реактор; К-1 - колонна абсорбции ССЬ; К-2 - колонна десорбции СОг; С - сепараторы; Е - емкости; Н - насосы; Ф - фильтр; Т - теплообменники; X - холодильники; М - компрессор

В результате резкого увеличения скорости транспорта кислорода в жидкой фазе и повышения степени использования кислорода воздуха до 70-75% за счет исключения эффекта флотации стали возможными сокращение расхода воздуха с 40...50 м3/кг АСД в барботажных реакторах до 3...5 м3/кг АСД в пленочных биореакторах и реализация экологически чистого производства дрожжей. Сокращение расхода в пленочных биореакторах позволило сократить энергозатраты на производство 1 кг АСД в 3...4 раза.

Таблица 2

Сравнение показателей работы пленочного и барботажного реакторов.

№ Показатели Варботажный реактор с мешалкой Пленочный реактор

1 Концентрация биомассы кг АСД/ м3 4,0 10 и более

2 Концентрация РВ в сусле, % 0,7...0,9 4,0...4,5

3 Интенсивность переноса кислорода в жидкой фазе, кг02/ м3ч 4...5 10 и более

4 Расход воздуха, м3/кг 40...50 3...5

5 Экономический коэффициент, % 50 40...60

6 Удельный расход энергии, кВт/кг ЛСД 2...3 0,6...0,8

Конструкция трубчатых реакторов со стскшошей пленкой жидкости позволяет решить проблему эффекгивного отвода выделяющегося тепла из зоны реакции и исключить проблему масштабного перехода при проектировании промышленных вариантов аппаратов различной производительности.

Выводы

1. Выполнен комплекс экспериментальных исследований пленочного течения жидкости по стенкс цилиндрических каналов с крупномасштабной шероховатостью, подтвердивших возможность стабилизации пленочного течения в каналах любой длины и установивших взаимосвязь средней толщины пленки с характерными параметрами шероховатости, а также влияние па толщину пленки вязкости жидкости и поверхностного натяжения.

2. Экспериментально установлено оптимальное соотношение параметров шероховатости {s/h), обеспечивающих увеличение, коэффициентов теплоотдачи в пленке жидкости в два раза по сравнению с коэффициентами теплоотдачи в пленке, стекающей по гладкой поверхности.

3. Опытным путем подтверждена возможность увеличения на порядок скорости транспорта кислорода и двуокиси углерода в пленке воды и гидролизата при оптимальном соотношении параметров шероховатости по сравнению со скоростью транспорта кислорода и двуокиси углерода в пленке, стекающей по гладкой поверхности.

4. Экспериментально установлены основные закономерности кинетики роста микроорганизмов в трубчатых контактных устройствах с крупномасштабной шероховатостью и подтверждена возможность проведения процесса аэробной ферментации при высоких концентрациях редуцирующих веществ.

5. На базе проведенных исследований разработаны экологически чистые технологии проведения процессов аэробной ферментации, исключающие выбросы вредных примесей в атмосферу и позволяющие эффектно решить проблемы экологической безопасности.

6. Предложены конструктивные варианты пленочных реакторов, с использованием крупномасштабной шероховатости, позволяющих резко повысить их производительность по сравнению с реакторами барботажного типа.

Условные обозначения

с - концентрация газа, растворенного в жидкости, мг/л; с* - равновесная концентрация газа в жидкости, мг/л; h - высота выступа шероховатости, мм: л - расстояние между выступами шероховатости, мм; <7 - диаметр контактной трубки, мм; / - длина контактной трубки, мм; С - концентрация редуцирующих веществ (РВ), мг/л; X -концентрация дрожжей в жидкости, мг/л; t — температуры фаз, °С; L - расход жидкости, мэ/с; q - удельный расход жидкости, м'/м-с; а - коэффициент теплоотдачи, Вт/м2-К ; S - средняя толщина пленки жидкости, мм; ß - коэффициент массоотдачи, м/с; vw—' кинематическая вязкость жидкости, м2/с; а - поверхностное натяжение, Н/м; Retw=4iilvчисло Рейнольдса пленки жидкости. Индексы: н, к - начальное и конечное значение.

Основное содержание диссертации изложено в следующих работах:

1. Николаев А.Н., Воинов H.A., Николаев II.A. Теплоотдача в пленке жидкости, стекающей по гладкой и шероховатой поверхности // Деп. ВИ11ИТИ № 2006-В96,1996.

2. Николаев А.Н., Воинов H.A., Николаев H.A. Экологически чистое производство кормового белка на гидролнзате древесины // Мсжвуз. сборник науч. трудов «Массообмемные процессы и аппараты химической технологии». Казань: КГТУ, 1997. - С. 133.

3. Николаев А.Н., Воинов H.A., Николаев H.A. Теплоотдача в пленке жидкости, стекающей по гладкой и шероховатой поверхности // Теор. основы хим. технологии, 1998. - Т.32,-№1. - С. 28-32.

4. NikoJaev A.N., Vojnov N.A., Nikolacv N.A. Heat transfer in the liquid film, flovving down a smooth and roughness surfaces // Theoretical Foundations of Chemical Engineering, 1998. -V. 32. - №1. - P. 28.

5. Николаев A.H., Воинов H.A., Буйко Д.В., Николаев Н.А. Влияние поверхностно-активных веществ ira гидродинамику тепло- и массопереноса в пленке жидкости // Деп. ВИНИТИ № 3090-В98,1998.

6. Николаев А.Н., Воинов Н.А. Массоперенос в свободно стекающей пленке жидкости в неизотермических условиях // Труды V международной научной конференции «Методы кибернетики химико-технологических процессов», Казань, 1999. - С. 97.

7. Николаев А.Н., Воинов Н.А., Емельянов В.М. Интенсификация получения белка в пленочном аппарате // Труды Всероссийской научно-практической конференции «Пищевая промышленность, продовольственная безопасность - XXI век», Екатеринбург, 1999. - С. 275.

8. Войнов Н.А., Николаев А.Н., Козленко П.Б. Повышение эффективности выращивания кормовых дрожжей на гидролизате // Вестник Сибирского государственного технологического университета, Красноярск, 1999. №2. - С. 95-106.

9. Николаев А.Н., Войнов Н.А., Емельянов В.М. Экологически чистое производство продуктов микробиологического синтеза в пленочных аппаратах // Химическая промышленность, 2000. - №4. - С. 39.

10. Nikolaev A.N., Vojnov N.A., Emeljanov V.M. Ecologically unpolluted lechnology for industrial production of microbiological synthesis products in liquid film apparatuses // Chemical Industry, 2000. - №4.

11. Николаев A.H., Войнов НА., Емельянов В.М. Интенсификация массопереноса в пленке жидкости, стекающей по стенке канала с искусственной шероховатостью // Межвузовский сборник научных трудов «Массообменные процессы и аппараты химической технологии». Казань: КГТУ, 2000. - С. 67-72.

12. Николаев А.Н., Воинов Н.А., Николаев НА. Влияние поверхностно-активных веществ на массоперенос в пленке жидкости // Межвузовский сборник научных трудов «Массообменные процессы и аппараты химической технологии». Казань: КГТУ, 2000. - С. 72-75.

13. Николаев А.Н., Войнов Н.А., Емельянов В.М. Интенсификация процессов микробного синтеза в пленочных аппаратах //Биотехнология, 2000. - №6. - С. 75-79.

14. Николаев А.Н., Войной Н.А., Николаев Н.А. Закономерности пленочного течения в каналах с крупномасштабной шероховатостью // Теор. основы хим. технологии, 2001. - №2. -С. 208.

15. Nikolaev A.N., Vojnov N.A., Nikolaev N.A. Regularities of liquid film flowing in channels with high scale roughness surfaces // Theoretical Foundations of Chemical Engineering, 2001. -№2. - P. 208.

16. Николаев A.H., Войнов H.A., Емельянов В.М. Экологически чистые процессы выращивания микроорганизмов // Вестник Казанского гос. технологического университета, 2003. -№2. - С. 187-192.

17. Николаев А.Н., Войнов Н.А. Исследование физических свойств фементативной среды в процессах микробиологического синтеза. //Деп. ВИНИТИ № 1346-В 2005 от 19.10.2005.

Заказ 30

Тираж 100 экз.

Офсетная лаборатория Казанского государственного технологического университета

420015, Казань, К.Маркса,68

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОЦЕССОВ ПОЛУЧЕНИЯ

ПРОДУКТОВ МИКРОБИОЛОГИЧЕСКОГО СИНТЕЗА.

1.1. Физико-химические закономерности процессов микробиологического синтеза.

1.2. Аппаратурное оформление процессов микробиологического синтеза; типы биореакторов.

1.3. Эффективность процесса микробиологического синтеза, лимитирующие факторы

1.4. Выбор объекта и постановка задач исследования.

ГЛАВА 2. ДИНАМИКА ТЕЧЕНИЯ ПЛЕНКИ ЖИДКОСТИ В ТРУБЧАТЫХ РЕАКТОРАХ.

2.1. Характер течения пленки жидкости в цилиндрических каналах с крупномасштабной шероховатостью.

2.2. Физическая модель течения пленки жидкости в каналах с крупномасштабной шероховатостью.

2.3. Результаты предшествующих исследований пленочного течения по шероховатой поверхности.

2.4. Описание экспериментальной установки и методика измерений.

2.5. Результаты исследования пленочного течения жидкости в каналах с крупномасштабной шероховатостью.

2.6. Влияние поверхностно-активных веществ на среднюю толщину пленки жидкости.

2.7. Влияние вязкости жидкости на среднюю толщину пленки.

ГЛАВА 3. ОТВОД ТЕПЛА В ПЛЕНОЧНЫХ ТРУБЧАТЫХ РЕАКТОРАХ

3.1. Теплообмен между пленкой жидкости и стенкой канала, результаты предшествующих исследований.

3.2. Описание экспериментальной установки и методика измерений.

3.3. Результаты исследования теплоотдачи между пленкой жидкости и стенкой канала с крупномасштабной шероховатостью.

ГЛАВА 4. ТРАНСПОРТ КИСЛОРОДА И ДВУОКИСИ УГЛЕРОДА В ЖИДКОСТИ В ИЗОТЕРМИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ В КАНАЛАХ С КРУПНОМАСШТАБНОЙ ШЕРОХОВАТОСТЬЮ.

4.1. Результаты предшествующих исследований.

4.2. Описание экспериментальной установки и методики измерений.

4.3. Результаты измерения скорости транспорта кислорода в пленке воды.

ГЛАВА 5. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА КУЛЬТИВИРОВАНИЯ ДРОЖЖЕЙ В ОПЫТНОМ ПЛЕНОЧНОМ БИОРЕАКТОРЕ.

5.1. Расчет концентрации кислорода в пленке дрожжевой суспензи

5.2. Описание экспериментальной установки и методики измерений.

5.3. Исследование физических свойств культуральной среды.

5.4. Результаты экспериментального исследования кинетики процесса культивирования дрожжей.

5.5. Модель культивирования дрожжей в пленочном реакторе.

ГЛАВА 6. КОНСТРУИРОВАНИЕ ПРОМЫШЛЕННЫХ ВАРИАНТОВ

ПЛЕНОЧНЫХ.

6.1. Конструктивные варианты пленочных биореакторов.

6.2. Технико-экономические показатели пленочных биореакторов

ГЛАВА 7. ЭКОЛОГИЧЕСКИ ЧИСТЫЙ ПРОЦЕСС ПОЛУЧЕНИЯ КОРМОВЫХ ДРОЖЖЕЙ.

ВЫВОДЫ.

ПЕРЕЧЕНЬ ОСНОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ.

Актуальность работы Непрерывное увеличение потребности в продуктах микробиологического синтеза и, в частности белковых концентратах, необходимых для развития отечественного животноводства, определяет интенсивное развитие этих процессов.

В настоящее время доминирующее распространение в процессах микробиологического синтеза получили напорные барботажные реакторы, которые, как показал опыт их эксплуатации, обладают очень высоким эксплуатационными затратами и не обеспечивают необходимое качество технологического процесса.

Низкая скорость транспорта кислорода и двуокиси углерода в жидкой фазе, а также развитие эффекта флотации биомассы, определяет высокие расходы воздуха, достигающие 50 кубометров на 1кг. целевого продукта при коэффициенте использования кислорода воздуха, не превышающего 15%.

Большие расходы воздуха исключают его качественную биологическую очистку после выхода из реактора, что может вызывать острые респираторные заболевания у персонала и жителей прилегающих районов.

В связи с этим актуальной задачей является разработка эффективных биореакторов , обеспечивающих высокую скорость транспорта кислорода и двуокиси углерода в жидкости, что позволит резко сократить расход воздуха и создать безопасные производства, работающие по замкнутому циклу.

Как показал технико-экономический анализ работы различных типов биореакторов , наиболее перспективными являются реакторы ,пленочного типа , поскольку турбулентное пленочное течение жидкости позволяет увеличить (в несколько раз ) коэффициенты массопереноса в жидкой фазе по сравнению с режимом барботажа.

Однако промышленная реализация реакторов пленочного типа в значительной степени сдерживается отсутствием экспериментальных данных, позволяющих разработать научно-обоснованную методику их расчета и проектирования.

Цель работы и основные задачи исследования. Целью работы является экспериментальное исследование динамики пленочного течения жидкой фазы, тепло- и массообмена, кинетики роста биомассы в пленочных трубчатых биореакторах, а также разработка на их основе экологически чистого процесса получения кормовых дрожжей.

В непосредственные задачи исследования входили:

- создание научно-обоснованной методики расчета и проектирования биореакторов со стекающей пленкой жидкости на основе экспериментального исследования закономерностей, характерных для пленочных реакторов, в том числе:

- динамики пленочного течения в контактных элементах реактора;

- теплообмена между стекающей пленкой жидкости и хладоагентом;

- скорости транспорта кислорода и двуокиси углерода в стекающей пленке жидкости и оценка влияния на процесс массопереноса физико-химических свойств жидкой фазы;

- кинетики роста биомассы в опытном биореакторе;

- разработка конструкций пленочных биореакторов, обеспечивающих максимальную эффективность процесса ферментации при низких эксплуатационных затратах;

- создание экологически чистого процесса получения кормовых дрожжей с использованием пленочного биореактора.

Научная новизна работы. Впервые экспериментально исследованы основные закономерности процесса аэробной ферментации в трубчатых контактных элементах реактора со стекающей пленкой жидкости по поверхности с крупномасштабной шероховатостью:

- динамика пленочного течения жидкости по стенке цилиндрического канала с крупномасштабной шероховатостью; определены оптимальные геометрические размеры выступов шероховатости, обеспечивающие максимальную удерживающую способность контактных элементов по жидкой фазе, а также влияние на удерживающую способность вязкости жидкости и поверхностно-активных веществ;

- теплоперенос от стекающей пленки жидкости к стенке канала с крупномасштабной шероховатостью;

- скорость транспорта кислорода и двуокиси углерода в стекающей пленке жидкости, выявлены оптимальные условия проведения процесса и влияние на скорость транспорта кислорода и двуокиси углерода поверхностно-активных веществ;

- кинетика роста биомассы в опытном трубчатом реакторе и получены соотношения, описывающие процесс ферментации в пленке жидкости.

Представлена научно-обоснованная методика расчета реакторов со стекающей пленкой и разработаны технологические схемы экологически чистого процесса получения кормовых дрожжей с применением биореактора со стекающей пленкой жидкости.

Практическое значение работы. На основе комплекса проведенных экспериментальных исследований выявлены оптимальные условия процесса ферментации и разработана конструкция трубчатого пленочного реактора, обладающего высокой эффективностью и низкими эксплуатационными затратами.

Результаты работы были использованы при проектировании промышленного реактора, предназначенного для получения дрожжевой суспензии на основе гидролиза древесины производительностью 100 м3/ч и пленочного ферментера для получения чистой культуры дрожжевого цеха Красноярского биохимзавода.

На защиту выносятся:

- результаты экспериментального исследования закономерностей пленочного течения жидкости по стенке трубчатых контактных элементов с крупномасштабной шероховатостью;

- теплообмена между стекающей пленкой жидкости и стенкой канала, скорости транспорта кислорода и двуокиси углерода в жидкой фазе и кинетики роста биомассы;

- конструкции реакторов, оснащенных трубчатыми контактными элементами с крупномасштабной шероховатостью стенки, обеспечивающей высокую эффективность процесса ферментации при низких эксплуатационных затратах;

- экологически чистый технологический процесс промышленного получения кормовых дрожжей.

Личное участие. Все результаты работы получены лично автором под руководством д.т.н., профессора Емельянова В.М. и д.т.н. профессора Вой-нова Н.А.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на международных, региональных и отраслевых симпозиумах и конференциях, в том числе: на межвузовской научной конференции «Молодая наука - новому поколению» (Набережные Челны, 1996); научно-практической конференции «Проблемы химико-лесного комплекса» (Красноярск, 1996, 1997); научно-практической конференции «Сырьевые ресурсы Нижнего приангарья» (Красноярск, 1997); межрегиональной научной конференции «Пищевая технология - 2000» (Казань, 1998); конференции молодых ученых «Пищевые технологии» (Казань, 1998, 1999); пятой международной научной конференции «Методы кибернетики химико-технологических процессов» (Казань,

1999); Всероссийской научно-практической конференции «Пищевая промышленность, продовольственная безопасность» (Екатеринбург, 1999); Международной научно-практической конференции «Химико-лесной комплекс» (Красноярск, 2000); Всероссийской научной конференции «Тепло- и массо-обмен в химической технологии» (Казань, 2000), а также на ежегодных научных сессиях КГТУ (1998-2004).

Публикация работы. По теме диссертационной работы опубликовано 17 научных статей и докладов в периодических научных изданиях и трудах конференций, а также 10 тезисов докладов в материалах конференций.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения и 7 глав, содержащих основные результаты исследования, выводы по результатам работы и списка литературы, составляющего 75 источников. Работа изложена на 125 страницах, содержит 44 рисунка и 16 таблиц.

выводы

1. Выполнен комплекс экспериментальных исследований пленочного течения жидкости по стенке цилиндрических каналов с крупномасштабной шероховатостью, подтвердивших возможность стабилизации пленочного течения в каналах любой длины и установивших взаимосвязь средней толщины пленки с характерными параметрами шероховатости, а также влияние на толщину пленки вязкости жидкости и поверхностного натяжения.

2. Экспериментально установлено оптимальное соотношение параметров шероховатости (s/h), обеспечивающих увеличение коэффициентов теплоотдачи в пленке жидкости в два раза по сравнению с коэффициентами теплоотдачи в пленке, стекающей по гладкой поверхности.

3. Опытным путем подтверждена возможность увеличения на порядок скорости транспорта кислорода и двуокиси углерода в пленке воды и гидролизата при оптимальном соотношении параметров шероховатости по сравнению со скоростью транспорта кислорода и двуокиси углерода в пленке, стекающей по гладкой поверхности.

4. Экспериментально установлены основные закономерности кинетики роста микроорганизмов в трубчатых контактных устройствах с крупномасштабной шероховатостью и подтверждена возможность проведения процесса аэробной ферментации при высоких концентрациях редуцирующих веществ.

5. Предложены конструктивные варианты пленочных реакторов, с использованием крупномасштабной шероховатости, позволяющих резко повысить их производительность по сравнению с реакторами барботажного типа.

6. На базе проведенных исследований разработаны экологически чистые технологии проведения процессов аэробной ферментации, исключающие выбросы вредных примесей в атмосферу и позволяющие эффектно решить проблемы экологической безопасности.

ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ d - диаметр канала, м; л

G — расход газа, м /ч; g - ускорение силы тяжести, м/с2; h - высота впадины шероховатости, мм; L - расход жидкости, м3/ч; / - длина канала, м;

Q - количество передаваемого тепла, Дж; q - линейная плотность орошения, м3/м-с; S - концентрация редуцирующих веществ, %; s - длина впадины шероховатости, мм; t - температура жидкости, °С; и - средняя скорость жидкости, м/с; Х- концентрация биомассы, г/л; а - коэффициент теплоотдачи,

Вт/м-К; р - коэффициент массоотдачи, м/с; 5 - средняя толщина пленки жидкости, мм; "к - коэффициент теплопроводности, Вт/м-К; ц - динамический коэффициент вязкости, Н-с/м ; v - кинематический коэффициент вязкости, м /с; р - плотность жидкости, кг/м3; а - поверхностное напяжение, Н/м; т - касательное напряжение, Н/м2;

Pr — критерий Прандтля; Sc - критерий Шмидта;

Re = — - критерий Рейнольдса; v

Nu = - - критерий Нуссельта;

0 =

S ;

- приведенный параметр пленочного течения.

1. Гриневич А.Г., Босенко A.M. Техническая микробиология. Минск: Высшая школа, 1986. - 168 с.

2. Грачева И.М., Гаврилова Н.Н., Иванова Л.А. Технология микробных белковых препаратов, аминокислот и жиров. М.: Пищевая промышленность, 1980.-448 с.

3. Андреев А.А., Брызгалов Л.И. Производство кормовых дрожжей. М.: Лесная промышленность, 1986. - 248 с.

4. Плевако Е.А. Технология дрожжей. М.: Пищевая промышленность, 1970.- 160 с.

5. Перт С.Дж. Основы культивирования микроорганизмов и клеток. — М.: Мир, 1978.-332 с.

6. Балашевич И.И. Взаимосвязь некоторых параметров культивирования кормовых дрожжей на гидролизате древесины. Дисс. канд. техн. наук. -Ленинград, 1973.

7. Воробьева Л.И. Техническая микробиология. М.: Изд. МГУ, 1987. -168 с.

8. Боборенко Э.А. Получение и выделение дрожжей. М.: Лесная промышленность, 1972. - 48 с.

9. Ерошин В.К. Основы материально-энергетического баланса роста микроорганизмов // В кн. "Лимитирование и ингибирование микробиологических процессов". Пущино, 1980. - С. 34-54.

10. Ю.Виестур У.Э., Кузнецов A.M., Савенков В.В. Системы ферментации. -Рига: Зинатне, 1986. 368 с.

11. Харченко М.А. Разработка и исследование секционированного газлифт-ного ферментера. Дисс. канд. техн. наук. Ленинград, 1978.

12. Виестур У.Э. Исследование и усовершенствование способов и аппаратов аэробной ферментации. Дисс. канд. техн. наук. Ленинград, 1967.

13. Талонов К.П., Чугасова В.А., Позднякова В.М. Кислород в ферментационных процессах. М.: ОНТИТЭНмикробиопрома, 1984. - 36 с.

14. Кафаров В.В., Винаров А.Ю., Гордеев JI.E. Моделирование и системный анализ биохимических производств. -М.: Лесная промышленность, 1985. -280 с.

15. Арзамасцев А.А. Потребление кислорода микроорганизмами рода Pseu-demonas при их культивировании на мелассной барде // Микробиология, 1985. -Т. 54. -№ 5. с. 389-391.

16. Митяшова Р.Н. Влияние концентрации растворенного кислорода на дыхание дрожжевых организмов и бактерий. Дисс. канд. биолог, наук. -Пущино, 1978.

17. Каменский В.И. О путях интенсификации дрожжевого производства //Гидролизная и лесохимич. пром-сть, 1983. -№ 3. С. 1-4.

18. Гапонов К.П. Процессы и аппараты микробиологических производств. -М.: Легкая и пищевая промышленность, 1981. 240 с.

19. Митяшова Р.Н. Влияние кислорода при росте дрожжей Candida lipoidica и Candida tropicalis на среде с гексадеканом //Изв. АН СССР, сер. Биология, 1977.- №4.- С. 619-621.

20. Бабурин Л.А., Швинки Ю.Э. Растворимость кислорода в жидких ферментационных средах //В кн. «Ферментационная аппаратура». Рига: Зинат-не, 1980.- С.89-93.

21. Перри Дж. Справочник инженера-химика. Л.'Химия, 1969. - 640 с.

22. Бирюков В.В., Кузьмина JI.M. Аэрация и перемешивание в процесса культивирования микроорганимзов. М.: ВНИИСЭНТИ, 1984. - 60 с.

23. Карпов A.M., Саруханов А.В. Физико-химические характеристики продуктов микробиосинтеза. М.: ВНИИСЭНТИ, 1984. - 60 с.

24. Соколов В.Н., Доманский И.В. Газожидкостные реакторы. JL: Машиностроение, 1976.-216 с.

25. Соколов В.Н., Яблокова Н.А. Аппаратура микробиологической промышленности. JL: Машиностроение, 1983. - 237 с.

26. Schugerl К. New bioreactors for aerobic processes //Int. Chem. Eng., 1982. -№22.- P. 591.

27. Калуняну K.A., Голгер Л.И., Балашов B.E. Оборудование микробиологических производств. М.: Агропромиздат, 1987. - 398 с.

28. Бортников И.И., Босенко A.M. Машины и аппараты микробиологических производств. Минск: Высшая школа, 1982. - 288 с.

29. Бейли Дж., Аллис Д. Основы биохимической инженерии. -М.: Мир, 1989. -590 с.

30. Данейко З.Н. Из практики эксплуатации дрожжерастительных аппаратов //Гидролизная и лесохимическая пром-сть, 1986. № 3. - С.25-29.

31. Войнов Н.А., Сугак Е.В, Николаев Н.А., Воронин С.М. Пленочные биореакторы. Красноярск: Боргес, 2001. - 252 с.

32. Хыоитт Дж., Холл-Тейлор Н. Кольцевые двухфазные течения. М.: Энергия, 1974.-408 с.

33. Уоллис Г. Одномерные двухфазные течения. М.: Мир, 1972. - 440 с.

34. Олевский В.М. и др. Пленочная тепло- и массообменная аппаратура. М.: Химия, 1989.-240 с.

35. Бояджиев X., Бешков В. Массоперенос в движущихся пленках жидкости. -М.: Мир, 1989.- 136 с.

36. Николаев Н.А., Харин В.Ф. Гидродинамические закономерности пленочного течения жидкости по шероховатой поверхности //Теор. основы хим. технологии, 1974.-Т.8.- №5.- С.712.

37. Абрамович Г.Н. Теория турбулентных струй. М.: Физматгиз, 1960. -318 с.

38. Воронцов Е.Г. Влияние вида и размеров упорядоченной шероховатости на течение пленки жидкости //Журнал прикладной химии, 1978. Т. 51. - № 4.- С.773.

39. Харин В.Ф., Николаев Н.А., Николаев A.M. Влияние шероховатости стенки на толщину пленки жидкости при гравитационном стекании //Изв. ВУЗов. Химия и хим. технология, 1972. Т. 15. - № 9. - С. 1406.

40. Квурт Ю.П., Холпанов Л.П., Малюсов В.А.,.Жаворонков Н.М. О закономерности пленочного течения в каналах с регулярной шероховатостью //Доклады АН СССР, 1984. Т. 274. - № 4. С.88-90.

41. Дорошенко В.В., Логачевский В.И., Кириллов В.Х., Гайдай В.Г. Особенности пленочного течения жидкости в каналах с регулярной шероховатостью //Инж.-физический журнал, 1988. Т. 54. - № 5. - С.739.

42. Квурт Ю.П., Холпанов Л.П., Малюсов В.А. Толщина пленки жидкости в каналах с регулярной шероховатостью //Теор.основы хим. технологии, 1986.-Т. 20. -№ 4. -С.479.

43. Воронцов Е.Г. Течение жидкостных пленок по вертикальной стенке с шероховатой поверхностью //Журнал прикладной химии, 1969. Т. 42. -№9.-С. 2037.

44. Харин В.Ф., Николаев Н.А. Закономерности течения пленки жидкости в каналах с шероховатой поверхностью //Изв. ВУЗов. Химия и хим. технология, 1978. Т.31. - № 8. - С.93.

45. Тананайко Ю.М., Воронцов Е.Г. Методы расчета и исследования пленочных процессов. Киев: Техника, 1975. - 310 с.

46. Марков В.А. Гидродинамика и массообмен в трубчатых пленочных аппаратах при высоких нагрузках по жидкости. Дисс. канд. техн. наук. Казань, 1990.

47. Войнов Н.А. Процесс ферментации кормового белка на гидролизате в пленочных аппаратах. Дисс. докт. техн. наук. Красноярск, 1995.

48. Овчинников А.А., Николаев А.Н. Основы гидромеханики двухфазных сред. Казань: Мастер-лайн, 1998. - 103 с.

49. Конери Р.Д., Тананайко Ю.М., Чернобыльский И.И. Влияние поверхности активных веществ на среднюю толщину стекающей пленки жидкости //Журнал прикладной химии, 1973. № 11. - С. 2501-2506.

50. Абрамзон А.А., Боброва JI.E., Зайченко Л.П. и др. Поверхностные явления и поверхностно-активные вещества. Справочник. М.: Химия, 1984. -392 с.

51. Кулов Н.Н. Гидродинамика и массообмен в исходящих двухфазных пле-ночно-дисперсных потоках. Дисс.докт.техн.наук. М.: ИОНХ, АН СССР, 1984.-409 с.

52. Davies J.T., Shawki A.M. Heat transfer from turbulent falling films of water and nonneutonian solutions on smoth and on ridged plates //Chem. Eng. Science, 1974.-V. 19. -№28.- P. 1801-1808.

53. Чернобыльский И.Т., Мерзликин В.Г., Тананайко Ю.М. Теплообмен при пленочном течении на трубах с навивкой //Тепло- и массоперенос в технологических процессах и аппаратах химических производств. Минск, 1972.-Т. 4.-С. 115-119.

54. Никифорова О.П., Горшков А.С., Муштаев В.И. Интенсификация теплообмена при пленочном течении жидкости по вертикальной поверхности //Теор. основы хим.технологии, 1995. Т. 29. - № 1. - С. 85.

55. Канделаки Р.Д., Гомелаури В.И. К вопросу о теплоотдаче и гидравлическом сопротивлении поверхностей с элементами шероховатости типа «прерыватели пограничного слоя» //Сообщ. АН Грузинской ССР, 1963. -Т.47. -№ 3. С. 669-773.

56. Дрейцер Г.А., Парамонов Н.В., Неверов А.С. и др. Комплексное исследование научных и практических проблем интенсификации теплообмена в трубчатых теплообменных аппаратах //Инж.-физический журнал, 1993. -Т. 65.-№ 1.-С. 25-31.

57. Derger F.P., Whiteehead A.W. Fluid flow and heat transfer in tubes with internal square rib roughening // J. Br. Nucl. Energy Soc., 1977. № 2. - P. 248252.

58. Зозуля H.B., Шкуратов Н.Я. Теплоотдача в трубах с проволочными тур-булизаторами //Теплообмен в энергетических установках, 1967. С.36-38.

59. Мигай В.К. Теплообмен в трубах с кольцевой дискретной шероховатостью //Инж.-физический журнал, 1972. Т. 22. - № 2. - С. 248-252.

60. Мигай В.К. К теории теплообмена в турбулентном потоке с отрывом //Изв. АН СССР. Механика жидкости и газа, 1976. № 2. - С. 170-174.

61. Нигматуллин Р.И. Динамика многофазных сред. М.: Наука, 1987. -480 с.

62. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. M.-JI: Химия, 1964. -633 с.

63. Davies J.T., Warner K.V. The effect of large-scale roughness in promoting gas absorption. //Chem. Eng., 1969. V. 24. - № 2. - P. 231.

64. Koziol K., Broniars L. //Inzynievia chemiczna, 1978. V. 8. - № 2. - P. 319.

65. Szazda L., Dyduszynski J. //Przem. Chem., 1965. V. 44. - № 11. - P. 235.

66. Кулов H.H., Баширов T.C. Массоотдача в жидкой фазе в орошаемой колонке с искусственной регулярной шероховатостью // Мат-лы конф. "Современные машины и аппараты химических производств», Химтехника-88, Чимкент, 1986. Т. 2. - 4.2. - С. 164.

67. Марков В.А., Войнов Н.А., Николаев Н.А. Массоотдача в турбулентных пленках жидкости, стекающих по гладкой и шероховатой поверхности // Теор. основы хим. технологии», 1990. Т.24. - № 4. - С.442-449.

68. Гильденблат И.А., Лашаков A.JL, Крашенинников С.А., Родионов А.И. О влиянии коэффициента диффузии на массоотдачу в пленке жидкости // Теор. основы хим. технологии», 1969. Т.З. - № 2. - С.305.

69. Гильденблат И.А., Родионов А.И., Демченко Б.И. Влияние коэффициента диффузии на массообмен между потоками жидкостей и газом // Теор. основы хим. технологии», 1972. Т. 6. - № 1. - С. 10.

70. Альперин В.З., Конник Э.И., Кузьмин А.А. Современные электрохимические методы и аппаратура для анализа газов в жидкостях и газовых смесях.-М.: Химия, 1975.- 184 с.

71. Грошев А.В. Технический анализ. M.-JL: Госхимиздат, 1963. - 370 с.

72. Рид Р., Праусниц Дж., Шервуд Т. Свойства газов и жидостей. Д.: Химия, 1975.-478 с.