• Biotechnology and Bioprocess Engineering:BBE
• /
• 제11권3호
• /
• pp.245-250
• /
• 2006

The effects of aliphatic hydrocarbons (n-hexadecane and n-dodecane) on the volumetric oxygen mass transfer coefficient $(k_L\;a)$ were studied in flat alveolar airlift reactor and continuous stirred tank reactors (CSTRs). In the flat alveolar airlift reactor, high aeration rates (>2vvm) were required in order to obtain efficient organic-aqueous phase dispersion and reliable $k_La$ measurements. Addition of 1% (v/v) n-hexadecane or n-dodecane increased the $k_La$ 1.55- and 1.33-fold, respectively, compared to the control (superficial velocity: $25.8{\times}10^{-3}m/s$, sparger orifice diameter: 0.5 mm). Analysis of the gas-liquid interfacial area a and the liquid film mass transfer coefficient $k_L$ suggests that the observed $k_La$ increase was a function of the media's liquid film mass transfer. Addition of 1% (v/v) n-hexadecane or n-dodecane to analogous setups using CSTRs led to a $k_La$ increase by a factor of 1.68 and 1.36, respectively (superficial velocity: $2.1{\times}10^{-3}m/s$, stirring rate: 250 rpm). These results propose that low-concentration addition of oxygen-vectors to aerobic microbial cultures has additional benefit relative to incubation in purely aqueous media.

• Journal of Electrochemical Science and Technology
• /
• 제4권2호
• /
• pp.71-80
• /
• 2013

The study of methyl viologen ($MV^{2+}$) mediated oxygen reduction in electrolytic ethanol media possesses potential application in the electrochemical synthesis of hydrogen peroxide mainly due to the advantages of the much increased solubility of molecular oxygen ($O_2$) and high degree of reversibility of $MV^{2+/{\bullet}+}$ redox couple. The diffusion coefficients of both $MV^{2+}$ and $O_2$ were investigated via electrochemical techniques. For the first time, $MV^{2+}$ mediated $O_2$ reduction in electrolytic ethanol solution has been proved to be feasible on both boron-doped diamond and micro-carbon disc electrodes. The electrocatalytic response is demonstrated to be due to the radical cation, $MV^{{\bullet}+}$. The homogeneous electron transfer step is suggested to be the rate determining step with a rate constant of $(1{\pm}0.1){\times}10^5M^{-1}s^{-1}$. With the aid of a simulation program describing the EC' mechanism, by increasing the concentration ratio of $MV^{2+}$ to $O_2$ electrochemical catalysis can be switched from a partial to a 'total catalysis' regime.

• 한국미생물·생명공학회지
• /
• 제29권4호
• /
• pp.240-247
• /
• 2001

본 연구에서는 동물세포 배양장치를 개발키 위한 기초연구로서 초미세 통기법이 산소 전달 속도와 세포의 생존율에 미치는 영향에 대해 알아보았다. 통기 장치로 통기 구멍 크기가 다른 microsparger 를 사용하였을 때, 모형 반응기 내에서 측정한 산소 전달계수(k$_{L}$a)는 microsprager의 통기 구멍 크기가 작아질수록 현저히 증가하였다. 이는 공기 방울들과 매질 사이의 접촉 면적이 증가했기 때문인 것으로 판단된다. 두 가지 다른 형태의 임펠러 (square-pitch marine impeller 와 $45^{\circ}$) pitched flat blade impller) 를 사용하여 교반하였을 때, $k_{L}$ a 값은 marine impeller 를 사용하였을 때 다소 높았다. $100\mu\textrm{m}$ 이하의 통기 구멍을 가진 microsparger 를 사용하여 직접 통기가 세포에 미치는 손상에 대해 알아본 결과, 세포들의 손상 정도는 통기 속도가 증가할수록, 공기방울 크기가 작아질수록 더 커졌다. 2.5 L 용량의 소형 세포 반응기에 $0.5\mu\textrm{m}$ 의 통기 구멍 크기를 가진 micro-sparger를 장치하여 세포를 배양한 결과 , 지속적인 통기시에는 세포의 생존율이 80% 이하로 떨어지고, 정상적인 성장을 하지 못하였다. 그러나 용존 산소 농도가 20% 이하로 떨어졌을 때에만 통기하였을 때 세포는 정상적으로 자랐으며 세포 생존율도 대수기 전반에 걸쳐 90% 이상을 유지하였다.

• Korean Chemical Engineering Research
• /
• 제47권4호
• /
• pp.506-511
• /
• 2009

미생물셀룰로오스의 생산성을 높이기 위하여 원심(centrifugal) 임펠러와 경사원심(inclined centrifugal) 임펠러가 사용되었다. 발효조 내의 유체흐름 형태와 부피산소전달 계수가 고찰되었으며 원심 임펠러 및 경사원심 임펠러가 장착된 발효조 내에서 G. hansenii PJK 균주에 의하여 미생물 셀룰로오스가 생산되었다. 유체는 발효조 하부에서 원심 임펠러의 실린더 내부를 통과하여 발효조 벽면을 향해 순환되었다. 임펠러의 회전속도 100 rpm에서 부피산소전달계수는 터바인 임펠러 계에 비하여 경사원심 임펠러의 경우는 23%, 원심 임펠러의 경우는 15%에 불과하였다. 하지만 미생물셀룰로오스 생산 불능 돌연변이주로의 전환이 방지되어 20 rpm의 경사원심 임펠러의 회전속도에서 미생물셀룰로오스의 생산량이 터바인임펠러의 최적회전속도 300 rpm에서의 미생물셀룰로오스 생산량과 같았다.

• 산업기술연구
• /
• 제6권
• /
• pp.19-31
• /
• 1986

The residence time distribution of liquid flow in a 4.0cm diameter column packed with porous $Al_2O_3$ spheres of 0.37cm diameter were measured with pulse injections of a tracer under cocurrent trickling flow conditions. The mean residence time of liquid flow and liquid hold-up calculated by the transient curve of tracer were unaffected by gas flow rates under experimental ranges of liquid flow rates from 2.4 to $4.5(kg/m^2\;sec)$ and gas flow rates from 0 to $0.13(kg/m^2\;sec)$. The axial dispersion coefficient of liquid stream and apparent diffusivity of tracer in a micropore of solid particle were estimated from the response curve of tracer. The calculated Peclet No. were increased in ranges of 68-to 82 with a increasing of liquid mass velocity, and the external effective contacting efficiency between liquid and solid which can be expressed. by $(D_i)_{app}/D_i$ varied in ranges of 0.54 to 0.68 depending on the liquid flow rates. The gas to liquid(water) volumetric mass transfer coefficient were determined from desorption experiments with oxygen at $25^{\circ}C$ and 1 atm. The measured mass transfer coefficients were increased with liquid flow rates and the effect of gas flow rates on the mass transfer coefficient was insignificant.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
• /
• 제21권4호
• /
• pp.430-437
• /
• 2011

The effects of the agitation and aeration rates on the production of serratiopeptidase (SRP) in a 5-L fermentor (working volume 2-l) were systematically investigated using Serratia marcescens NRRL B-23112. The dissolved oxygen concentration, pH, biomass, SRP yield, and maltose utilization were all continuously measured during the course of the fermentation runs. The efficiencies of the aeration and agitation were evaluated based on the volumetric mass transfer coefficient ($K_La$). The maximum SRP production of 11,580 EU/ml with a specific SRP productivity of 78.8 EU/g/h was obtained with an agitation of 400 rpm and aeration of 0.075 vvm, which was 58% higher than the shake-flask level. The $K_La$ for the fermentation system supporting the maximum production (400 rpm, 0.075 vvm) was 11.3 $h^{-1}$. Under these fermentor optimized conditions, kinetic modeling was performed to understand the detailed course of the fermentation process. The resulting logistic and Luedeking-Piret models provided an effective description of the SRP fermentation, where the correlation coefficients for cell growth, SRP formation, and substrate consumption were 0.99, 0.94, and 0.84, respectively, revealing a good agreement between the model-predicted and experimental results. The kinetic analysis of the batch fermentation process for the production of SRP demonstrated the SRP production to be mixed growth associated.

• 농약과학회지
• /
• 제18권4호
• /
• pp.358-363
• /
• 2014

신규 병원성세균 Bacillus thuringiensis CAB565, 566균주를 이용한 산업배지에서의 배양조건에 따른 독소단백질의 차이를 확인하였다. 포도당, 효모추출물 등으로 구성된 산업배지의 산소 전달 속도를 확인하고자 소형배양기에서 임펠러와 배지 농도에 따른 산소전달계수(KLa)의 차이를 확인하였다. 교반기의 통기량이 많을수록 그리고 배지 농도가 높아질수록 산소전달계수(KLa) 값이 상승하였다. 하지만 교반속도는 200 rpm에서 가장 효율적이었고, 교반속도가 상승할수록 효과가 떨어졌다. Microsparger를 이용하여 배양 중 단계적으로 통기속도를 높여 배지내 용존산소농도를 50% 이상으로 유지시켜 배양한 결과 생균수는 배양 후 16시간, 포자수는 54시간에 최대의 농도값을 보였다. 그 결과, B.t. CAB565의 생균수는 $2.3{\times}10^{10}cell/ml$, 포자수는 $1.9{\times}10^{10}spore/ml$ 그리고 B.t. CAB566의 생균수는 $1.8{\times}10^{10}cell/ml$, 포자수는 $1.4{\times}10^{10}spore/ml$를 보였다. 탄소원의 농도는 포도당의 농도가 5%일 때, 세포성장에 가장 유리한 것으로 조사되었다.

• 한국수산과학회지
• /
• 제25권4호
• /
• pp.301-306
• /
• 1992

초산발효능이 강하고 강호기성균인 Acetobacter aceti균의 초산발효에 있어서 교반과 통기속도를 달리했을 때의 발효에 미치는 경향을 요약하면 다음과 같다. 1) 교반 및 통기를 달리했을 때에 균의 증식, 산생성 및 기질소비는 상당한 차이가 있었으며 배양 48시간에 균체는 정체기에 도달하였다. 2) Acetobacter aceti균의 산 발효경향은 증식관 연형이었다. 3) 통기속도는 1v/v/M일 때, 교반속도 700, 500 및 300rpm에서의 최대비증식원도는 각각 $3.97\times10^{-2},\;3.82\times10^{-2}$ 및 $2.04\times10^{-2}\;hr^{-1}$이었으며, saturation constant(Ks)는 61.4, 64.6 및 69.4mg/ml, 그리고 효소이동용량계수는 각각 0.9337, 0.4468 및 $0.1701min^{-1}$이었다. 4) 교반속도 500rpm일 때, 통기속도 1.25, 1.00 및 0.75v/v/M에서의 최대비증식속도는 각각 $3.90\times10^{-2},\;3.82\times10^{-2}$ 및 $2.37\times10^{-2}\;hr{-1}$ saturation constant(Ks)는 63.4, 64.6 및 64.9mg/ml, 산소이동용량계수는 각각 0.4923, 0.4468 및$0.3509min^{-1}$다.

• 대한환경공학회지
• /
• 제31권12호
• /
• pp.1113-1122
• /
• 2009

하수슬러지의 해양투기 배출규제에 대한 대체 처리방안으로, 하수슬러지의 초음파 가용화를 통한 재기질화와 하수처리 공정에 대한 개선을 통한 슬러지 발생량의 저감방안을 살펴보았다. 분리막 반응조(MBR) 실험을 통해 SRT를 점진적으로 SRT=5.1일에서 442일까지 증가시켰으며, 이때 반응조내 미생물의 평균 농도값은 $c_B$=3.4 $gTSSL^{-1}$에서 $c_B$=14.5 $gTSSL^{-1}$까지 증가하였다. 이때 기질제거율과 미생물의 성장량과의 관계를 나타내는 미생물 수율($Y_{B/S}$)는 SRT=5.1일 일때의 약 0.5-0.7에 비해 SRT=442일 일때 0.005-0.007로 저감되어, 직접적인 슬러지 발생량의 감소를 가져오게 되는 것을 확인하였다. 반응 조내 미생물 농도와 폭기효율과의 관계를 프로펠러 루프 반응조에서 교반속도에 따른 산소전달계수와 ${\alpha}$-factor의 변화로써 살펴보았다. 한편 슬러지에 대한 초음파 가용화는 에너지 투입량에 따라 가용화 효율이 증가하고, 가용화한 슬러지의 혐기성 소화효율은 가용화하지 않은 슬러지에 비해 바이오가스 발생량이 많았다.