Hydrodynamics of a three-phase airlift reactor with an enlarged separator : application to high cell density systems

Abstract

The hydrodynamic study of a three-phase airlift reactor with an enlarged head zone was carried out. Effects of gas-solid-liquid separator design and riser to downcomer cross-sectional area using different lengths and diameters of the draft tube were investigated. Ca-alginate beads with entrapped yeast biomass at different loadings up to 21 % (v/v) were used in order to mimic the solid phase of conventional high cell density systems. The main hydrodynamic parameters – liquid circulation velocity, gas and solids holdups in all reactor sections have been measured and experimental values were satisfactorily predicted using an appropriate three-phase model. The results of this study may beapplied to suggest the optimal design (in terms of hydrodynamic behaviour) of a batch/continuous three-phase ALR for high cell density fermentations.

On a mené une étude hydrodynamique d’un réacteur airlift triphasique ayant une zone de tête élargie. On a étudié les effets de la conception des séparateurs gaz-solide-liquide et de la section transversale entre la colonne montante et le déversoir avec différents diamètres et longueurs du tube d’aspiration. Des billes d’alginate de calcium avec de la biomasse de levure piégée à différents taux de charge jusqu’à des taux de charge de 21 % en volume ont été employées afin d’imiter la phase solide de systèmes à forte masse volumique de cellules. Les principaux paramètres hydrodynamiques – la vitesse de circulation du liquide, les rétentions de gaz et de solides – dans toutes les sections du réacteur ont été mesurés et les valeurs expérimentales sont prédites de manière satisfaisante à l’aide d’un modèle triphasique approprié. Les résultats de cette étude peuvent servir à éatblir la conception optimale (en termes de comportement hydrodynamique) d’un réacteur airlift triphasique discontinu/continu pour des fermentations à forte masse volumique de cellules.