RU

Моделирование управляемого процесса массобмена при культивировании микроводорослей в фотобиореакторе пленочного типа

  • Номер: 1 (343), 2015
  • Страницы: 89—93
  • Раздел: Процессы и аппараты
  • Авторы: А.А. Шевцов, А.В. Дранников, Е.А. Шабунина
  • Аннотация:

    Разработана математическая модель процесса массообмена при культивировании сине-зеленых микроводорослей в фотобиореакторе пленочного типа при следующих упрощающих допущениях: накопление биомассы в суспензии определяется однопараметрической диффузионной моделью, учитывающей в общем случае распределение компонентов питания и микробных клеток по высоте трубок пленочного биореактора; структура потока истечения суспензии представлена уравнением, аналогичным уравнению молекулярной диффузии; параметром диффузионной модели служит коэффициент продольного перемешивания или коэффициент турбулентной диффузии. В соответствии с законом сохранения массы составлено уравнение материального баланса, учитывающее накопление вещества в рассматриваемом элементе прозрачной трубки за счет разности между входящими и выходящими потоками культуральной жидкости. Использовано кинетическое уравнение, учитывающее влияние условий культивирования популяций микроводоросли и взаимовлияние клеток, или эффект тесноты, что приводит к недостатку субстрата отдельным клеткам. Коэффициенты уравнения характеризуют максимальную скорость роста клеток в популяции как при отсутствии их взаимодействия, так и при взаимовлиянии клеток вследствие недостатка питательных веществ и ингибирования продуктами метаболизма с учетом эффекта торможения потенциально возможной скорости роста культуры. Совместным сочетанием методов Галёркина и конечных элементов получено аналитическое решение. Идентификация параметров предлагаемой модели по экспериментальным данным позволила получить удовлетворительную сходимость результатов моделирования и использовать их для управления технологическими параметрами. Предложен алгоритм управления фотоавтотрофным биосинтезом в пленочном биореакторе.

  • Ключевые слова: модель, процесс культивирования, микроводоросль, фотобиореактор, управление параметрами

EN

Modeling of controlled mass transfer process during microalgae cultivation in the film-type photobioreactor

  • Number: 1 (343), 2015
  • Pages: 89—93
  • Section: Processes & Apparatus
  • Authors: A.A. Shevtsov, A.V. Drannikov, E.A. Shabunina
  • Annotation:

    Mathematical model of the mass transfer process during blue-green microalgae cultivation in the film type photobioreactor under the following simplifying assumptions was developed: biomass accumulation in the suspension is determined by the diffusion-parameter model, which takes into account, in general, the distribution of power components and microbial cells in height of tubes of the film-type bioreactor; the expiration of the suspension flow pattern is represented by an equation similar to the molecular diffusion; the diffusion model parameter is the coefficient of the longitudinal mixing or turbulent diffusion coefficient. In accordance with the law of conservation of mass the equation of material balance was made up taking into account the accumulation of substance in the present element of transparent tube due to the difference between incoming and outgoing flows of culture fluid. We used a kinetic equation taking into account the influence of culture conditions and interference of microalgae populations of cells, or the effect of tightness that results in a lack of individual cells to the substrate. The equation coefficients characterize maximum growth rate of the cells in the population both in the absence of interaction, and in interrelation of cells due to lack of nutrients and metabolic products inhibiting effect based on inhibition of potentially possible rate of culture growth. Combining the Galerkin’s method and finite elements method, we obtain an analytical solution. Identification of the parameters of the proposed model on experimental data yielded satisfactory convergence of modeling results and using of them to control the process parameters. An algorithm for management of photo-autotropic biosynthesis in the film-type bioreactor was suggested by us.

  • Keywords: model, cultivation process, microalgae, photo- and bioreactor, parameters control
© 2010—2021 ФГБОУ ВО «КубГТУ». Все права защищены. Публикационная этика