KFUPM ePrints

Theoretical analysis and simulation of immobilized enzyme reactors

Al-Muftah, Ali Ebrahim (2003) Theoretical analysis and simulation of immobilized enzyme reactors. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img]
Preview
PDF
4Mb

Arabic Abstract

لقد تم تطوير نموذجاً رياضياً عاماً لحساب أداء ومحاكاة المفاعلات الإنزيمية ذات الطبقة الثابتة (Packed bed) والتي يتم فيها تفاعل تحلل اللاكتوز وهذا التفاعل يخضع لمعادلة Michaelis – Menten لميكانيكية التفاعل مع وجود تثبيط من قبل السكر الناتج من التفاعل (Galactose) . لقد تم تحليل صفات وأداء المفاعلات الإنزيمية مع الأخذ في الاعتبار عدة عوامل منها ظواهر الانتقال ، التشتت المحوري (Axial dispersion) ووجود المؤثرات الداخلية والخارجية لانتقال المادة أو كلاهما معا . ولقد تم حل المعادلات التفاضلية الجزئية الناتجة عن وصف المفاعل بطريقتي Galerkin والدوال المتعامدة (Orthogonal collation on finite elements) . في هذا البحث تم دراسة تأثير مقاومة انتقال المادة الداخلية ، والخارجية والتشتت في المفاعلات الإنزيمية الحفازة وتأثيرها في تقليل معامل الأداء (effectiveness factor) ، وزمن الوصول إلى حالة الاستقرار . ولقد تم دراسة تأثير التثبيط بفعل المنتج عند ظروف تشغيل مختلفة معتمدة على βxo ووجد أن التثبيط بفعل المنتج يعمل على خفض تحول اللاكتوز (Conversion) وخفض معامل الأداء عندما تكون βs أكبر من βxo بينما تزيد من معامل الأداء عندما تكون βs أصغر من βxo. هذا وقد وجد أن معامل الأداء لا يعتمد على مقدار التثبيط بواسطة المنتج عند نقطة التقاء منحنيات مختلفة لمعامل التثبيط وهذه النقطة عرفت بواسطة βxo . ولقد تم دراسة تأثير كل من رقم Stanton ورقم Paclet عند ظروف تفاعل حركية مختلفة وأشارت النتائج على وجود علاقة قوية مع معاملات ميكانيكية التفاعل θ γ (i.e. Km / Kp) والمعامل βxo .

English Abstract

A general mathematical model has been developed for predicting the performance and simulation of a packed bed immobilized enzyme reactor performing lactose hydrolysis, which follows Michaelis - Menten kinetics with competitive product (galactose) inhibition. The performance characteristics of a packed bed immobilized enzyme reactor have been analyzed taking into account the effects of various diffusional phenomena like axial dispersion, internal, external and simultaneous effects of internal and external mass transfer limitations. The model design equations are then solved by the method of weighted residuals such as Galerkin's method and orthogonal collocation on finite elements. The effects of intraparticle diffusion resistances, external mass transfer and axial dispersion have been studied and their effects were shown to reduce both internal effectiveness factor and time required to reach final steady - state. The effects of product inhibition have been investigated at different operating conditions correlated at different regimes using dimensionless βxo (St, Bi, θ, φ). Product inhibition was shown to reduce substrate conversion, and to decrease effectiveness factor when βs > βxo, however it increases internal effectiveness factor when βs < βxo. The effectiveness factor is found to be independent of product inhibition at cross - over point at which βxo is defined. Effects of St and Pe have been investigated at different kinetic regimes and the results show their effects have a strong dependence on kinetic parameters θ γ (i.e. Km / Kp) and βxo.



Item Type:Thesis (Masters)
Date:March 2003
Date Type:Completion
Subjects:Chemical Engineering
Divisions:College Of Engineering Sciences > Chemical Engineering Dept
Creators:Al-Muftah, Ali Ebrahim
Committee Advisor:Abu-Reesh, Ibrahim M.
Committee Members:Shaikh, A. K. and Loughlin, Kevin F.
ID Code:10198
Deposited By:KFUPM ePrints Admin
Deposited On:22 Jun 2008 16:59
Last Modified:25 Apr 2011 10:24

Repository Staff Only: item control page