Ethanel fermentation with simultaneous product separation in a bioreactor-stripper system
Birleşik biyoreaktör sıyırma kolonu sisteminde etanol fermentasyonu ve ayrılması
- Tez No: 68348
- Danışmanlar: PROF. DR. CANAN ÖZGEN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Fermentasyon, Etanol, Saccharomyces cerevisiae, İmmobilizasyon (tutuklama), Yan-ürün, İnhibisyon (engelleme), Akışkan Yatak. vııı, Fermentation, Ethanol, Saccharomyces cerevisiae, Immobilization, By product Inhibition, Fluidized bed
- Yıl: 1997
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 301
Özet
oz BİRLEŞİK BİYOREAKTÖR-SIYIRMA KOLONU SİSTEMİNDE ETANOL FERMENTASYONU VE AYRILMASI Sain, Sibel Doktora, Kimya Mühendisliği Bölümü Tez Yöneticisi: Prof. Dr. Canan ÖZGEN Ortak Tez Yöneticisi: Prof. Dr. Türker GÜRKAN Mart 1997, 266 sayfa Yakıt kalitesindeki etanolu fermentasyonla ucuz olarak üretebilmek günden güne önem kazanmaktadır. Bu çalışmada fermentasyonu içeren yeni bir proses geliştirilerek fermentasyondan sonra uygulanacak gazla sıyırma yöntemi ile etanolu sistemden ayırarak, etanolun üretim hızının arttırılması amaçlanmıştır. Etanol üretiminde, kullanılan besi, üretilen etanol ve yan-ürünlerin inhibisyon (engelleme) etkilerinden kaynaklanan bir çok zorluklar bulunmaktadır. İnhibisyon reaksiyon hızım ve hücrelerin büyüme hızım düşürmektedir. Ancak, inhibisyona neden olan ürünler fermentasyon ortamından uzaklaştınlırlarsa, reaksiyon hıza arzu edilen düzeyde tutulabilmekte ve hücrelerin canlılığı korunabilmektedir. Geliştirilen proseste, Ca-aljinat ile immobilize edilmiş (tutuklanmış) maya, Saccharomyces cerevisae, akışkan yataklı bir reaktörde fermentasyon için kullanılmıştır. Daha sonra, üretilen etanolun mayayı inhibe etmesini engellemek için viy fermentör çıkışında, dolgulu bir kolonda, karşı-akımlı hava akışı ile etanol sıyrılmaktadır. İkincil yan-ürünlerin inhibisyonu ise dolgulu sıyırma kolonu çıkışında sızdırma yapılarak engellenmektedir. Sıyırma kolonunun sıvı çıkışı, şekerin etanole dönüşümünü arttırarak atık miktarım minimuma indirebilmek amacıyla fermentöre geri döndürülmektedir. Sıyırma kolonunun etanol içeren gaz çıkışı yoğuşturulmakta ve bir sonraki adımda pervaporasyon ile saflaştırılması planlanmaktadır. Ön çalışmalarda, fermentördeki yatak yüksekliği, akışkanlaştırma hızı, sıyırma gazının akış hızı ve sıyırma sıcaklığı gibi bazı tasarım ve işletim parametrelerinin optimizasyonu için fermentasyon ve sıyırma deneyleri ayrı ayn yapılmıştır. Fermentasyon ve sıyırma çalışmalarına bağlı olarak bu değerler sırasıyla 15 cm, 105 ml/dak, 15 1/dak ve 35°C'ye ayarlanmışlardır. Çalışmanın ikinci aşamasında, birleşik proseste, ikincil yan ürünler ve onların inhibisyon seviyeleri dikkate alınarak taze besideki şeker derişiminin, sızdırmanın ve sızdırma hızının etanolun üretim verimliliği üzerindeki etkileri çalışılmıştır. Prosesten dışarı sızdırma yapılmadığında üretim verimliliğinde belirgin bir düşme gözlenmektedir. Taze besideki şeker derişiminin artmasıyla üretim verimliliği de artmakta ve en yüksek değeri (32.7 g/l.sa) 400 g/l olan en yüksek taze besi şeker derişiminde ve 23.3 ml/sa sızdırma hızında elde edilmiştir. İkincil yan ürünlerden asetik asit, formik asit, asetaldehit ve gliserolün deneyler süresince izlenmesi sonucunda gliserol inhibisyonunun sızdırma hızının kuvvetli bir fonksiyonu olduğu ve asetik asit inhibisyonunun ise sıyırma kolonunun sıvı girişinin akış hızının bir fonksiyonu olduğu bulunmuştur. Asetik asit inhibisyonu sıyırma kolonuna giren sıvının akış hızı 105 ml/dak'ya ayarlanarak ortadan kaldırılırken, gliserol inhibisyonu 25-35 ml/sa sızdırma hızında engellenmektedir. Gazla sıyırma yapıldığı takdirde, düşük buharlaşma basıncına bağlı olarak asetaldehit inhibisyonu olmamaktadır. Deneyler süresince formik asit üretimi tespit edilememiştir. Modelleme çalışmalarında, fermentayon (Fortran temelinde) ve sıyırma (ASPEN PLUS kullanılarak) bölümleri için ayn ayn elde edilen modeller bütün sistem için vubirleştirilmiştir. Sentezlenen prosesin modelinin geçerliliği deneysel çalışmaların verileri kullanılarak kontrol edilmiştir. Model kullanılarak yapılan parametrik çalışmalar, maya miktarı arttığında, fermentör çıkışındaki etanol derişimi hemen hemen aynı kalırken şeker derişiminin doğrusal olarak düştüğünü göstermiştir. Sistem etanol ve şekerin suya olan diflüzyon katsayılarındaki değişmelere bir hassasiyet göstermediği halde, şekerin Ca-aljinat jele olan diffiizyon katsayısındaki değişmeye karşı oldukça hassastır. Akışkanlaştırma hızının ise sistemin performansı üzerinde hemen hiç etkisinin olmadığı ve değişik sızdırma hızlarında kütle dengesi için sıyırma kolonuna beslenen hava debisinin ayarlanmasının daha uygun olduğu bulunmuştur.
Özet (Çeviri)
ABSTRACT ETHANOL FERMENTATION WITH SIMULTANEOUS PRODUCT SEPARATION IN A BIOREACTOR-STRIPPER SYSTEM Sain, Sibel Ph.D., Department of Chemical Engineering Supervisor: Prof. Dr. Canan ÖZGEN Co-Supervisor: Prof. Dr. Türker GÜRKAN March 1997, 266 pages Fuel grade ethanol production by fermentation is becoming more and more attractive in recent years. The aim of this study is to increase the production rate of ethanol by developing a new process in which ethanol separation by gas stripping is utilized after the fermentation step. There are many difficulties in ethanol production due to the inhibition effects of produced ethanol, secondary by-products and the substrate used. Inhibition decreases the reaction rates and the growth rates of cells. However, if the inhibitory compounds are removed as they are formed then the reaction rates can be kept at a level and the cell viability can be maintained. In the process developed in his study, the yeast, Saccharomyces cerevisiae, immobilized by Ca-alginate is utilized for the fermentation in a fluidized bed reactor. iiiIn the downstream, ethanol is stripped off in a packed column by a counter- current air flow in order to prevent the inhibition of ethanol produced The inhibition effect of the secondary by-products is avoided by a bleed stream from the effluent of the packed stripping column. The liquid effluent of the stripping column is recycled back to the fermentor to obtain a better conversion of substrate to ethanol in order to minimize the waste. The outlet gas stream of the stripping column containing ethanol is further condensed and is planned to be purified by pervaporation in the downstream proces. In the preliminary studies, fermentation, and stripping experiments are performed individually for optimizing some design and operating parameters such as bed height in the fermentor, fluidization velocity, stripping gas flow rate and stripping temperature. Depending upon the extent of fermentation and stripping, these are adjusted to 15 cm, 105 ml/min, 15 1/min and 35°C, respectively. In the second phase of the study, the effect of bleed and its rate, fresh feed substrate concentration on ethanol productivity is studied considering the secondary by products and their inhibition levels, in the combined process. A significant decrease in productivity is observed when there is no bleed taken out from the process. Productivity is increased by increasing fresh feed substrate concentration and the highest productivity is obtained (32.7 g/l.h) for the highest fresh feed substrate concentration of 400 g/1 and a bleed rate of 23.3 ml/h. Monitoring of the secondary by-products such as acetic acid, formic acid, acetaldehyde and glycerol throuhout the experiments showed that, the inhibition of glycerol is a strong function of the bleed rate and acetic acid inhibition is a function of the inlet liquid rate to the stripping column. The glycerol inhibition is prevented at the bleed rate of 25-35 ml/h while the acetic acid inhibition can be overcome by regulating the inlet liquid flow rate to the stripping column at 105 ml/min. In the presence of gas stripping, there is no acetaldehyde inhibition due to its low vapor pressure. Throughout the experiments formic acid formation is not detected. IVIn the modelling studies, the models obtained for the fermentation (in Fortran basis) and the stripping (using ASPEN PLUS) sections separately are combined for the complete system. The validity of the model of the sythesized process is checked by using the data of the experimental runs. The parametric studies carried out using the model revealed that as the yeast amount is increased ethanol concentration in the fermentor effluent remained almost constant while the substrate concentration decreased linearly. Although the system is insensitive to changes in diffusion constants of ethanol and substrate into water, it is sensitive to change in diffusion constant of substrate into Ca-alginate gel. It is also found that, there is almost no effect of fluidization rate on system performance and that for the adjustment of air flowrate to stripping column is more feasible for the material balances in using different bleed rates.
Benzer Tezler
- TNBS ile deneysel kolit oluşturulmuş sıçanlarda T lenfositlerin ve bazı sitokinlerin immunohistokimyasal ve western blot yöntemleriyle incelenmesi
Examination of T lymphocytes and some cytokines by immunohistochemical and western blot techniques on tnbs-induced rat colitis
İHSAN KARABOĞA
Doktora
Türkçe
2015
Histoloji ve EmbriyolojiTrakya ÜniversitesiMorfoloji (Histoloji ve Embriyoloji) Ana Bilim Dalı
PROF. DR. TURAN KARACA
- Lomber disk hernisinde radyoopak jel etanol kullandığımız hastalarda sonuçlar: Retrospektif çalışma
The outcomes with radiopaque gelified ethanol in patients with lumbar disc herniation
OĞUZ GÜRBÜZ
Tıpta Uzmanlık
Türkçe
2015
Anestezi ve ReanimasyonFırat ÜniversitesiAnesteziyoloji ve Reanimasyon Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SELAMİ ATEŞ ÖNAL
- (2-(2-Stirilsiklopentil)Benzo[D]Tiyazol) Türevlerinin Sentezi ve Pankreas Hücre Hatlarında Antikanser Aktivitelerinin İncelenmesi
Synthesis of (2-(2-Styrylcyclopentyl)Benzo[D]Thiazole) Derivatives and Investigation In Vıtro Anticancer Activities on Pancreas Cell Line
NURAY ÜREMİŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
BiyokimyaKahramanmaraş Sütçü İmam ÜniversitesiTıbbi Biyokimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FATMA İNANÇ TOLUN
- Hipoglisemik olarak kullanılan bazı bitki türlerinin antioksidant ve antidiabetik aktivitelerinin araştırılması
Screening of antioxidants and anti-diabetic activities of some hypoglisemic plants
SEVİL EMEN TANRIKUT
- Bazı Achillea l. türlerinin LCMS-IT/TOF ve LC-MS/MS ile metabolik profillerinin çıkarılması ve biyolojik activitelerinin belirlenmesi
Determining the metabolic profile of some Achillea speci̇es by LC-MS-IT-TOF and LC-MS/MS. and investigation of their biological activities
MUSTAFA ABDULLAH YILMAZ