Введение к работе
Актуальность темы. Проблема несбалансированного, неполноценного питания человека в наши дни становится все более актуальной и необходимость ее решения очевидна. Один из возможных путей - биотехнологическое производство биологически активных пищевых добавок на основе фототрофных микроорганизмов, среди которых наиболее известны спирулина и хлорелла.
Биологически активные добавки на основе этих фотосинтезирующих микроорганизмов позволяют проводить профилактику и лечение многих трудноизлечимых болезней человека, таких, как атеросклероз, стенокардия, пневмония, тромбофлебит, рак и др.
Фототрофные микроорганизмы широко производятся во многих странах, прежде всего, в Нидерландах, Франции, Бельгии. Испании, Израиле, в странах юго-восточной Азии, Африке, Индии, Китае, а также в США и др.
Цель работы. Исследование гидродинамических и массообменных процессов в аппаратах с гибкими перемешивающими устройствами с целью получения расчетных зависимостей для этих аппаратов и разработки на их основе методики инженерного расчета.
Основные задачи работы
Сравнительный анализ существующих фотобиореакторов, применяемых в биотехнологии для культивирования фототрофов.
Исследование гидродинамических и массообменных процессов в аппарате с гибким перемешивающим устройством с целью разработки расчетной методики.
Создание инженерной расчетной модели и проверка ее адекватности.
Экспериментальное культивирование фототрофов в аппаратах с гибкими перемешивающими устройствами с целью сравнения с аналогичными результатами, полученными в других фотобиореакторах.
Научная новизна
Исследованы особенности гидродинамических и массообменных процессов в аппаратах полостного типа с гибкими мешалками полупромышленного масштаба.
Экспериментально определена в широком диапазоне чисел Рейнольдса зависимость мощности, затрачиваемой на перемешивание от параметров процесса (числа лопастей, частоты вращения мешалки, вязкости перемешиваемой жидкости)
POC. НАЦИОНАЛЬНАЯ !
БИБЛИОТЕКА <
СПетербігрг О//) <
1 оэ щ>жЗіи
Получены критериальные зависимости, позволяющие провести прогностический расчет энергетических характеристик мешалки для ламинарного и турбулентного режимов течения.
Экспериментально определено радиальное распределение окружных скоростей и получено соотношение, обобщающее эти экспериментальные данные для различной частоты вращения мешалки. Оценено значение скоростного лага.
Разработана концепция определяющего влияния скоростного лага на коэффициент вихревой диффузии и характерное время обновления поверхности контакта фаз. В рамках этой концепции для оценки коэффициента массообмена на границе полости предложена формула, в которой используется значение скоростного лага.
На основе экспериментов по культивированию фототрофов в аппарате с гибкими перемешивающими устройствами построены кинетические кривые роста спирулины и хлореллы. Оценены основные кинетические параметры: скорость роста и предельно достижимая концентрация культуры в аппарате. Сравнение с известными из литературы результатами показывает конкурентоспособность культивирования фототрофов в полостных аппаратах в ряду других способов их выращивания.
Практическая ценность
Впервые разработана методика инженерного расчета фотобиореакторов с гибкими перемешивающими устройствами.
Разработан лабораторный регламент биосинтеза микроводоросли спирулина на основе полостного фотобиореактора с гибкими перемешивающими устройствами.
Результаты диссертационной работы использованы при разработке универсальной учебно-исследовательской установки для культивирования фототрофов по гранту Министерства образования и науки.
Разработана действующая модель установки на основе фотобиореактора, с гибким перемешивающим устройством, отмеченная дипломом участника Всероссийского форума «Образовательная среда - 2004» .
Апвобаиия работы.
Результаты работы докладывались:
- на XIII Международной конференции и дискуссионного научного
клуба «Новые информационные технологии в медицине, биологии,
фармакологии и экологии» Кавитационная гидродинамика полостного
фотобиореактора / Украина, Гурзуф, 2005 г., с. 174-175.
- на ХУЛІ международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях » Полуэмпирическая модель газообмена в полостном аппарате, Т.1, Казань, ГКТУ, 2005.г., с. 190 -192
Публикации. Основные результаты диссертации изложены в 9
печатных работах.
Структура и объем работы. Диссертация объемом 111 страниц текста состоит из введения, пяти глав, заключения и четырех приложений, включает 33 рисунка, 15 таблиц, список обозначений и список использованной литературы из 94 наименований.
Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель исследования, научная новизна и практическая ценность полученных результатов, указан личный вклад соискателя.
