No abstract

Many experimental studies reveal that suspended solids considerably alter the coalescence behaviour and hydrodynamic functions of two-phase flow. But no systematic efforts have yet been undertaken to separate the effects of different particle properties on local gas hold-up, bubble size and interfacial area gasiliquid. The aim of this paper is to present the local values of these parameters in three-phase fluidized beds of different solids, using miniaturized optical fibre and conductivity needle probes. It is shown that particle concentration, size and, in particular, density are decisive for the change in coalescence behaviour. Ranges of normal (e, > eL) and inverse fluidization (e, < eL) must be distinguished and the flow regime also exerts a strong influence on the interactions between the dispersed phases, the transition point itself being a function of particle properties. For certain combinations of solid parameters, even increased interfacial areas gaslliquid can be observed. This effect is evaluated for different column diameters, between 0.1 and 0.3 m.

In der modernen Verfahrenstechnik hat sich die Miniaturisierung zur gezielten Ausnutzung definierter Reaktionsbedingungen weitgehend etabliert. Der Nachteil kleiner Volumenströme und uneffektiver, laminarer Durchmischung wird durch kontinuierliche Betriebsweise und kurze Diffusionswege weitgehend ausgeglichen. Dennoch treten bei der Übertragung makroskopisch sicher beherrschter Prozesse noch erhebliche Schwierigkeiten auf, da vor allem grenzschichtdominierte Transportprozesse weitgehend unverstanden sind. Dies gilt besonders für biotechnologische Anwendungen, bei denen Umsatz und Selektivität neben skalenübergreifenden Stofftransportprozessen auch von lokalen Scherbeanspruchungen beeinflusst werden. Zur gezielten Einstellung von Prozessparametern werden deshalb Miniatur‐Hohlfasermembranreaktoren entwickelt, die auf kleinem Raum eine indirekte Begasung sowie eine integrierte Eduktzufuhr und Produktabtrennung bei definierter Scherrate ermöglichen. Da sich gezielt einstellbare Sekundärströmungen als besonders geeignet erwiesen haben, um kurze Diffusionswege bei scherarmer Durchmischung zu gewährleisten [1], werden deren Prinzipien auch im Miniatur‐Hohlfasermembranreaktor angewendet. So werden Reaktorgeometrien zur Erzeugung von Kármánschen Wirbelstraßen und Dean‐Wirbeln optimiert, um insbesondere den grenzschichtnahen Stofftransport zwischen Hohlfasermembran und umgebendem Fluid zu erhöhen. Zunächst werden numerische Strömungssimulationen durchgeführt, die im Weiteren mit experimentellen Daten validiert werden. Anhand zweier Reaktormodelle wird gezeigt, dass durch gezielte Nutzung von Sekundärströmungen eine erhebliche Steigerung des Stoffaustausches bei scherarmer Durchmischung erzielt werden kann.

This article is an overview of bioreactors using tubular membranes such as hollow fibers or ceramic capillaries for cultivation processes. This diverse group of bioreactor is described here in regard to the membrane materials used, operational modes, and configurations. The typical advantages of this kind of system such as environments with low shear stress together with high cell densities and also disadvantages like poor oxygen supply are summed up. As the usage of tubular membrane bioreactors is not restricted to a certain organism, a brief overview of various applications covering nearly all types of cells from prokaryotic to eukaryotic cells is also given here.

Hohlfasermembrankontaktoren wurden bereits häufig für die physikalische und chemisch beschleunigte Absorption von CO2 getestet. Dabei bieten Kontaktoren aufgrund des hohen Oberfläche/Volumen‐Verhältnisses einige Prozessvorteile. Dennoch ist der Massentransport in kommerziell erhältlichen Hohlfasermodulen limitiert. Durch die geringen Innendurchmesser der Fasern und die niedrigen Durchflussgeschwindigkeiten ergibt sich ein laminares Strömungsprofil. Um insbesondere den grenzschichtnahen Stofftransport zu erhöhen, wurden in dieser Arbeit durch neuartige Hohlfasergeometrien gezielt Sekundärströmungen (Dean‐Wirbel) erzeugt. Zudem wurde der Einfluss des Helixdurchmessers untersucht. Mithilfe der Filmtheorie und der dimensionslosen Dean‐Zahl gelang die Vorhersage der Absorptionsraten sowohl für gerade als auch helikal geformte Hohlfasern.