Dynamic simulation and control of an immobilized cell reactor system: CSTR

Abstract

ÖZET Bu çalışmanın amacı, ımmobilize edilmiş hücre reaktörünün dinamik değişiminin simulasyon ve Dazı denetleme çalışmalarını yapmaktır. Sistemin dinamik modeli için etanol üreten sürekli karıştırmalı bir tank reaktör seçilmiştir. Nakasak i ve ekibinin C 1969 } modeli spesifik büyüme hızı, p, için Sazı değişikliklerle adapte edilmiştir. spesifik Büyüme hızı Monod tipi yem engellemesi, üssel değişen ürün engellemesi ve parabolik değişen hücre büyümesine bağımlıdır. Kısmi diferensiyal denklemler ortogonal kollokasyon metodu ' ile adi diferensiyal denklem haline getirilip dördüncü dereceden Runge - Kutta metodu ile integre edilmiştir. Deneme yanılma metodu ile integrasyon adimi 0.001 saat olarak seçilmiştir, ve maksimum spesifik büyüme hızı, üssel etanol engellemesinin ampirik katsayısı, ve kritik Hücre Büyümesi, gibi diğer parametreler İçin literatür taraması sonucu bulunan değerler kullanılmıştır. Borusal reaktörler dinamik modellemesinde seri Sağlı tank reaktörler benzetmesi iyi bir yaklaşık çözüm olduğundan, ses tane seri Sağlı sürekli karıştırmalı tank reaktör iki değişik Sesleme yapısı ile incelenmiştir. Denetim çalışmalarında düzenleyici ve izleyici denetleme yapılan sürekli ka rıştırmal bir tank reaktöründe oransal toplamsal denetimciye uygulanmıştır.

IV ABSTRACT The purpose of this study is to simulate the dynamic behavior o-f an immobilized cell reactor, and to conduct some control studies» A continuous stirred tank reactor ( CSTR ) -for ethanol production is chosen -for the dynamic modeling o-f the system. The model o-f Nakasaki, et al., ( 19S9 ), is adopted with some modifications for the specific growth rate expression, jj. These expressions are based on the Monod type of substrate inhibition, the exponential type of product inhibition, and on the parabolic type of cell growth inhibition. The governing equations are solved numerically using the orthogonal collocation method for the spatial coordinate and the fourth order Runge Kutta for the time integration. The integration time is chosen by trial and error method as 0.001 hr and the other parameters, such as the maximum specific growth rate, pm««, the empirical coefficient of the exponential ethanol inhibition, kx» and the critical cell growth, Xcr, are chosen from the literature. Since tanks in series approximation is mostly used in the dynamic modeling of tubular reactors, five CSTRs are also simulated in two different configurations. In the control studies, the regulatory and servo control configurations are applied to one CSTR using a proportional plus an integral controller.