Characterization of different photobioreactors for microalgae production
Farklı fotobiyoreaktör türlerinin mikroalg üretimine yönelik karakterizasyonu
- Tez No: 790014
- Danışmanlar: DOÇ. DR. BAŞAR UYAR
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Biyoteknoloji, Kimya Mühendisliği, Biotechnology, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Kocaeli Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 96
Özet
Biyoreaktörlerin karakterizasyonu, yeni icat edilmiş bir biyoreaktörün performansını incelemek veya belirli bir biyoprosesteki farklı biyoreaktörleri karşılaştırmak için yapılır. Bu sayede havalandırma ve kütle transferi eniyileştirilebilir, modelleme ve ölçek büyütme çalışmaları için veri elde edilir. Bu tez çalışmasının amacı, çalışma prensipleri farklı üç fotobiyoreaktör türünün (karıştırmalı tank biyoreaktör, hava kaldırmalı biyoreaktör, kabarcık kolon biyoreaktör) hidrodinamik ve kütle transfer özelliklerini tanımlayıp değerlendirmek ve bu biyoreaktörleri mikroalg üretimi açısından karşılaştırmaktır. Çalışmada Chlorella sorokiniana model mikroorganizma olarak kullanılmış ve tanımlanmış (BG11) besiyerinde sürekli aydınlatma altında büyütülmüştür. Biyoreaktörlerin fiziksel özellikleri (karıştırma süresi, sıvı döngü süresi, gaz kesri, hava kabarcığı çapı, oksijen kütle transfer katsayısı) farklı hava akış hızları (0.9, 1.75, 3.5 L/dak), farklı biyoreaktör yüksekliği/çap oranları (3, 4, 5) ve farklı karıştırma hızları (100, 200 rpm) için belirlenmiştir. Biyolojik özellikler (spesifik büyüme hızı, hücre ikiye katlanma süresi, hücre üretkenliği), en yüksek oksijen kütle transfer katsayısı (3,5 L/dk hava akış hızı, 5 yükseklik/çap oranı, 200 rpm karıştırma hızı) veren koşullarda karşılaştırılmıştır. Test edilen tüm durumlarda, biyoreaktörlerin karıştırma süresi 8 saniyeden az olmuştur, bu da homojen dağılımın çok iyi düzeyde olduğunu gösterir, karıştırma süresinin asıl olarak hava akış hızına ve ardından biyoreaktörlerin yükseklik/çap oranına bağlı olduğu bulunmuştur. Aynı koşullar altında hava kaldırmalı ve karıştırmalı biyoreaktörlere kıyasla kabarcık kolonlu biyoreaktörde oksijen kütle transfer katsayıları önemli ölçüde daha yüksek olmuştur. Fark muhtemelen hava dağıtıcı tasarımından kaynaklanmaktadır: Kabarcıklı kolon biyoreaktöründe mikro gözenekli dağıtıcı, diğer biyoreaktörlerdeki tek delikli hava dağıtıcıya göre daha küçük hava kabarcıkları üretmiştir. Hava kaldırmalı, karıştırmalı tank ve kabarcıklı kolon biyoreaktörleri için mikroalglerin maksimum spesifik büyüme hızları sırasıyla 1.33, 1.55, 1.69 /gün ve mikroalg biyokütle üretkenlikleri sırasıyla 74.6, 70.3 ve 96.9 mg kuru kütle / L.gün olmuştur. Sonuçlar, mikroalg büyümesindeki sınırlayıcı etkenin biyoreaktörlerdeki oksijen kütle transfer katsayısı olduğunu göstermektedir. Bu gözlemler sonucunda, kabarcık kolon biyoreaktörünün laboratuvar ölçeğinde mikroalg üretimi için en iyi seçenek olduğu sonucuna varılmıştır.
Özet (Çeviri)
The characterization of bioreactors is made to examine the performance of a newly invented bioreactor or to compare different bioreactors in a specific bioprocess. By this way, aeration and mass transfer can be optimized, data is obtained for modeling and scale-up studies. The objective of this thesis study was to define and evaluate the hydrodynamic and mass transfer properties of three different photobioreactor types (stirred tank bioreactor, air lift bioreactor, and bubble column bioreactor) and their comparison in terms of production of microalgae. Chlorella sorokiniana was used as a model microorganism and was grown in defined (BG11) medium under constant indoor illumination. Physical properties of bioreactors (mixing time, liquid circulation time, gas holdup, air bubble diameter, oxygen mass transfer coefficient) were determined for different air flow rates (0.9, 1.75, 3.5 L/min), different bioreactor liquid height to diameter ratios (3, 4, 5) and different stirring speeds (100, 200 rpm). Biological properties (specific growth rate, cell doubling time, cell productivity) were compared for the condition that resulted in the highest oxygen mass transfer coefficient (airflow rate of 3.5 L/min, height to diameter ratio of 5, stirring speed of 200 rpm). In all cases tested, mixing time of bioreactors were less than 8 seconds, which indicated very good homogenization, mixing time was found to be dependent on mainly air flow rate and then on height to diameter ratio of bioreactors. Oxygen mass transfer coefficients were significantly higher in bubble column bioreactor compared to airlift and stirred bioreactors under the same conditions. The difference was probably caused by the sparger design: microporous sparger in bubble column bioreactor produced smaller air bubbles compared to the single orifice spargers of other bioreactors. For airlift, stirred tank, and bubble column bioreactors, maximum specific growth rates of microalgae were 1.33, 1.55, 1.69 /day and microalgae biomass productivities were 74.6, 70.3, 96.9 mgdw/L.day, respectively. The results suggested that microalgae growth was limited by the oxygen mass transfer coefficient in our bioreactors. As a result of these observations, it was concluded that bubble column bioreactor was the best option for producing microalgae on a laboratory scale.
Benzer Tezler
- Farklı biber genotiplerinin karakterizasyonu ve düşük sıcaklığa tolerans
Characterization of different pepper genotypes and low temperature tolerance
DAVUT KELEŞ
Doktora
Türkçe
2007
ZiraatÇukurova ÜniversitesiBahçe Bitkileri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SAADET BÜYÜKALACA
- Manda sütünden üretilen farklı çeşit peynirlerin karakterizasyonu, mayaların izolasyonu ve potansiyel probiyotiklerin seçilmesi
Characterization of different varieties of cheeses produced from buffalo milk, isolation of yeasts and selection of potential probiotics
MUSA YALMAN
Doktora
Türkçe
2018
Gıda MühendisliğiÇanakkale Onsekiz Mart ÜniversitesiGıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. NÜKHET NİLÜFER ZORBA
- Characterization of different shape objects using EM pulse for several different scenarios
Farklı senaryolarda EM darbesi kullanarak farklı şekillerdeki nesnelerin karakterizasyonu
EMRE İŞCAN
Doktora
İngilizce
2024
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiBilişim Uygulamaları Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. SEBAHATTİN EKER
PROF. VASIL TABATADZE
- Farklı tip HPGe dedektörlerin deneysel ve Monte Carlo yöntemleri ile karakterizasyonu
Characterization of different types of HPGe detectors with experimental and Monte Carlo methods
ESRA UYAR
Doktora
Türkçe
2022
Fizik ve Fizik MühendisliğiGazi ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA HİCABİ BÖLÜKDEMİR
- Yakıt hücrelerinde kullanılan modifiye katalizörlerin elektrokimyasal karakterizasyonu ve bir formik asit yakıt hücre tasarımı
Electrochemical characterization of modified catalysts for fuel cells and design of a formic acid fuel cell
ANYA YILDIZ