Implementation and validation of an optical measurement method for evaluation of foaming systems

Abstract

Foaming is undesirable in many industrial processes as it is difficult to regulate and frequently results in the entire operation being stopped for safety reasons. Therefore, it must be possible to determine and control the foaming process. The description of the fermentation broth is one of the difficulties. It is usually made up of solid cells that are dispersed in a liquid medium. Normally, the liquid medium gasifies and often foams as a result of the intense gasification of the liquid, which is required to allow the required mass transfer. This thesis deals with the investigation of foam in different conditions. The 1.2 ModRMedium has been used in a 25L container agitated by a Rushton D100 turbine. Several experiments have been carried out varying different conditions: medium concentration, different agitation speeds and the influence of the baffles in the process. Three different types of experiments have been executed at different agitation speeds: 20 g/kg Rhamnolipid, 100 g/kg Rhamnolipid and 100 g/kg Rhamnolipid with baffles. Based on these experiments, the behavior of the foam has been characterized and the results have been compared with those expected according to the literature. Finally, it has been possible to understand the behavior of the foam for the conditions in which this project has been executed. The behavior shown has been compared to what is expected in the literature and all the behaviors shown have been justified based on different hypotheses. It has been possible to conclude that increasing the agitation speed increases the height of the foam, it has also been possible to observe an inflection agitation speed that varies according to the concentration of the medium, which from this speed the foam begins to grow significantly and it becomes more unstable. It has been possible to conclude thanks to the literature and what was observed during the experiments that a more dense and stable foam is created with the concentration of 100 g/kg Rhamnolipid. Finally, it is stated that the influence of the deflectors increases the mixing capacity and consequently the foam creation capacity.

La formación de espuma es indeseable en muchos procesos industriales, ya que es difícil de regular y con frecuencia da como resultado que toda la operación se detenga por razones de seguridad. Por lo tanto, debe ser posible determinar y controlar el proceso de formación de espuma. La descripción del caldo de fermentación es una de las dificultades. Suele estar formado por células sólidas que se encuentran dispersas en un medio líquido. Normalmente, el medio líquido se gasifica y, a menudo, forma espuma como resultado de la intensa gasificación del líquido, que se requiere para permitir la transferencia de masa requerida. Esta tesis trata sobre la investigación de la espuma en diferentes condiciones. El 1.2 ModRMedium se ha utilizado en un contenedor de 25L agitado por una turbina Rushton D100. Se han llevado a cabo varios experimentos variando diferentes condiciones: concentración del medio, diferentes velocidades de agitación y la influencia de los deflectores en el proceso. Se han ejecutado tres tipos diferentes de experimentos a diferentes velocidades de agitación: 20 g/kg Ramnolípido, 100 g/kg Ramnolípido y 100 g/kg Ramnolípido con deflectores. En base a estos experimentos se ha caracterizado el comportamiento de la espuma y se han comparado los resultados con los esperados según la literatura. Finalmente, se ha podido entender el comportamiento de la espuma para las condiciones en las que se ha ejecutado este proyecto. El comportamiento mostrado ha sido comparado con lo esperado en la literatura y todos los comportamientos mostrados han sido justificados en base a diferentes hipótesis. Se ha podido concluir que al aumentar la velocidad de agitación aumenta la altura de la espuma, también se ha podido observar una velocidad de agitación por inflexión que varía de acuerdo a la concentración del medio, que a partir de esta velocidad la espuma comienza a crecer significativamente y se vuelve más inestable. Se ha podido concluir gracias a la literatura y lo observado durante los experimentos que se crea una espuma más densa y estable con la concentración de 100 g/kg Ramnolípido. Finalmente, se afirma que la influencia de los deflectores aumenta la capacidad de mezcla y, en consecuencia, la capacidad de creación de espuma.

La formació d’escuma és indesitjable en molts processos industrials, ja que és difícil de regular i sovint dóna com a resultat que tota l’operació s’aturi per raons de seguretat. Per tant, cal determinar i controlar el procés de formació d’escuma. La descripció del brou de fermentació és una de les dificultats. Sol estar format per cèl·lules sòlides que es troben disperses en un medi líquid. Normalment, el medi líquid es gasifica i, sovint, forma escuma com a resultat de la intensa gasificació del líquid, que es requereix per permetre la transferència de massa requerida. Aquesta tesi tracta sobre la investigació de l’escuma en diferents condicions. El 1.2 ModRMedium s’ha fet servir en un contenidor de 25L agitat per una turbina Rushton D100. S’han dut a terme diversos experiments variant diferents condicions: concentració del medi, velocitats d’agitació diferents i la influència dels deflectors en el procés. S’han executat tres tipus diferents d’experiments a diferents velocitats d’agitació: 20 g/kg Ramnolípid, 100 g/kg Ramnolípid i 100 g/kg Ramnolípid amb deflectors. En base a aquests experiments, s’ha caracteritzat el comportament de l’escuma i s’han comparat els resultats amb els esperats segons la literatura. Finalment, s’ha pogut entendre el comportament de l’escuma per a les condicions en què s’ha executat aquest projecte. El comportament mostrat ha estat comparat amb el que s’esperava a la literatura i tots els comportaments mostrats han estat justificats en base a diferents hipòtesis. S’ha pogut concloure que en augmentar la velocitat d’agitació augmenta l’alçada de l’escuma, també s’ha pogut observar una velocitat d’agitació d’inflexió que varia segons la concentració del medi, que a partir d’aquesta velocitat l’escuma comença a créixer significativament i es torna més inestable. S’ha pogut concloure gràcies a la literatura i allò observat durant els experiments que es crea una escuma més densa i estable amb la concentració de 100 g/kg Ramnolípid. Finalment, safirma que la influència dels deflectors augmenta la capacitat de mescla i, en conseqüència, la capacitat de creació d’escuma.