5. CÁC NHÂN TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN GIÁ TRỊ KLA TRONG BỒN LÊN MEN
5.1.1BỒN PHẢN ỨNG KHUẤY TRỘN CƠ HỌC
Ảnh hưởng của tốc độ dòng khí lên giá trị KLa trong những hệ thống khuấy trộn thông thường được minh hoạ trong hình 9.12. Việc xác định mối quan hệ giữa việc thông khí và KLa cho bồn khuấy trộn được xem xét ở phần tiếp theo thông qua
lượng điện năng tiêu thụ. Tốc độ dòng khí thường nằm trong khoảng 0,5 - 1,5 thể tích không khí trên thể tích của môi trường trên phút và nó có xu hướng được duy trì cố định trong quy mô lớn. Cánh khuấy vẫn không thể phân tán khí đến được những nơi có lượng oxygen cực kì thấp, nguyên nhân là do cánh khuấy bị “ flooded”.
Hình 9.12:Những ảnh hưởng của tốc độ dòng khí lên giá trị KLa của bồn thông khí, khuấy trộn.
Flooding là 1 hiện tượng khi mà tốc độ dòng khí vượt trội mô hình dòng chảy và là do kết hợp giữa tốc độ dòng không khí và tốc độ khuấy trộn không phù hợp (xem thêm chương 7). Nienow và các cộng sự đã phân loại các mô hình dòng chảy khác nhau được tạo ra từ 1 turbin đĩa kèm theo 1 loạt các điều kiện thông khí và khuấy trộn (Hình 9.13) và chúng đã được tìm hiểu khá sâu bởi Van’t Riet Tramper (1991). Hình 9.13A biểu diễn mặt cắt dòng chảy của bồn lên men không thông khí và 9.13 từ B đến F là mặt cắt khi tăng dần tốc độ dòng khí. Vì tốc độ dòng khí tăng dần dẫn đến tốc độ dòng chảy thay đổi khi khuấy trộn (Hình 9.13 B) tới việc thay thế dần bằng tốc độ dòng khí (Hình 9.13D đến F) và đến cuối cùng tốc độ dòng khí thoát ra mà không cần hỗ trợ của máy khuấy trộn. Những nhà khoa học khác nhau đã có những tiêu chí khác nhau để xác định sự bắt đầu của chế độ flooding. Nienow và các cộng sự cho rằng nó được thể hiện ở hình 9.13D, trong khi
đó Biesecker (1972) cho là hình 9.13F. Dù thế nào thì mô hình mong muốn cũng được biểu diễn ở hình 9.13 C.
Hình 9.13: Những ảnh hưởng của tốc độ dòng không khí lên mô hình dòng chảy trong bồn khuấy trộn.
A Không thông khí
B đến F: tăng tốc độ dòng khí.
Một số nhà khoa học đã tiến hành thực nghiệm miêu tả hệ thống flooding để có thể giúp tránh hiện tượng này:
(i).Westerterp và các cộng sự (1963) đã tính toán tốc độ đầu cánh khuấy tối thiểu để tránh flooding nằm trong khoảng 1,5-2,5 m/s.
(ii). Biesecker (1972) cho rằng flooding xảy ra khi năng lượng tiêu hao bởi dòng khí lớn hơn tiêu hao bởi máy khuấy trộn. Van’t Riet and Tramper (1991) đã sửa đổi phương pháp trên để tạo ra sự cân bằng giữa hai hệ thống tiêu hao năng lượng trong buồng dưới (lower compartment) của bồn lên men bởi vì năng lượng tiêu hao của máy khuấy trộn trong buồng trên của bồn lớn thì không liên quan đến sự phân tán khí.
(iii). Feijen và các cộng sự (1987) đã cho rằng flooding có thể tránh nếu Fs / ND3 < 0.3 N2D/g ( 9.12 )
Trong đó Fs là tốc độ dòng khí theo thể tích tại điều kiện áp suất của máy khuấy dưới (m3 /s)
N là tốc độ cánh khuấy (1/s) D: đường kính cánh khuấy (m) g : gia tốc trọng trường (m/s2)