Reducir a escala industrial la fermentación de gas de síntesis para simular choques frecuentes e irregulares de concentración de gas disuelto
Autores: Puiman, Lars; Almeida Benalcázar, Eduardo; Picioreanu, Cristian; Noorman, Henk J.; Haringa, Cees
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Reducir a escala industrial la fermentación de gas de síntesis para simular choques frecuentes e irregulares de concentración de gas disuelto
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Bioingeniería
Palabras clave
A escala grande
Fermentación de syngas
Gradientes
Concentraciones de gases disueltos
A escala industrial
Simulador a escala reducida
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 29
Citaciones: Sin citaciones
En la fermentación de syngas a gran escala, es muy probable que ocurran fuertes gradientes en las concentraciones de gas disuelto (CO, H) debido a las tasas de transferencia de masa y convección localmente variables. Usando simulaciones de CFD Euler-Lagrangianas, analizamos estos gradientes en un reactor de gas-lift de bucle externo a escala industrial (EL-GLR) para una amplia gama de concentraciones de biomasa, considerando la inhibición de CO para la absorción tanto de CO como de H. Los análisis de líneas de vida mostraron que es probable que los microorganismos experimenten oscilaciones frecuentes (de 5 a 30 s) en las concentraciones de gas disuelto con un orden de magnitud. A partir de los análisis de líneas de vida, desarrollamos un simulador conceptual a escala reducida (reactor de tanque agitado con velocidad de agitación variable) para replicar las fluctuaciones ambientales a escala de laboratorio que se observan a escala industrial. La configuración del simulador a escala reducida se puede ajustar para que coincida con una amplia gama de fluctuaciones ambientales. Nuestros resultados sugieren una preferencia por la operación industrial a altas concentraciones de biomasa, ya que esto reduciría fuertemente los efectos inhibitorios, proporcionaría flexibilidad operativa y mejorarían el rendimiento del producto. Se hipotetizó que los picos en la concentración de gas disuelto aumentarían el rendimiento de syngas a etanol debido a los mecanismos de absorción rápida en . El simulador propuesto a escala reducida se puede utilizar para validar dichos resultados y obtener datos para la parametrización de modelos metabólicos cinéticos lumped que describan tales respuestas a corto plazo.
Descripción
En la fermentación de syngas a gran escala, es muy probable que ocurran fuertes gradientes en las concentraciones de gas disuelto (CO, H) debido a las tasas de transferencia de masa y convección localmente variables. Usando simulaciones de CFD Euler-Lagrangianas, analizamos estos gradientes en un reactor de gas-lift de bucle externo a escala industrial (EL-GLR) para una amplia gama de concentraciones de biomasa, considerando la inhibición de CO para la absorción tanto de CO como de H. Los análisis de líneas de vida mostraron que es probable que los microorganismos experimenten oscilaciones frecuentes (de 5 a 30 s) en las concentraciones de gas disuelto con un orden de magnitud. A partir de los análisis de líneas de vida, desarrollamos un simulador conceptual a escala reducida (reactor de tanque agitado con velocidad de agitación variable) para replicar las fluctuaciones ambientales a escala de laboratorio que se observan a escala industrial. La configuración del simulador a escala reducida se puede ajustar para que coincida con una amplia gama de fluctuaciones ambientales. Nuestros resultados sugieren una preferencia por la operación industrial a altas concentraciones de biomasa, ya que esto reduciría fuertemente los efectos inhibitorios, proporcionaría flexibilidad operativa y mejorarían el rendimiento del producto. Se hipotetizó que los picos en la concentración de gas disuelto aumentarían el rendimiento de syngas a etanol debido a los mecanismos de absorción rápida en . El simulador propuesto a escala reducida se puede utilizar para validar dichos resultados y obtener datos para la parametrización de modelos metabólicos cinéticos lumped que describan tales respuestas a corto plazo.