Viscosity plays an important role in a variety of biotechnological and chemical processes, such as in the production of biopolymers and in fermentations with filamentous microorganisms as well as in some dissolution, crystallization, and hydrogenation processes. Most of the established online methods for measuring the viscosity, however, struggle with the complexity of multiphase liquids like aerated liquids or suspensions and fermentation broths. This work presents a method to consider the viscosity of the whole reactor content regardless of its composition by means of calorimetric measurement of the heat transfer capacity (UA) and the use of a heat transfer model. Measurements were carried out with polyvinylpyrrolidone (PVP) model solutions (0–110 g/L) in a 50 L pilot scale stirred tank reactor with different viscosities (0.001–0.12 Pa·s), mechanical power input (0.04–27 kW/m³), and aeration rates (0–2 vvm). The heat transfer capacity (UA) measurement by means of a calibration heater (1.25–12.5 kW/m³) was found to be very precise (<1.5% standard deviation) and the online in situ determination of the viscosity fairly accurate (9.8% arithmetic mean error) in comparison to the offline measured viscosity. This suggests that the presented method is suited for online in situ viscosity determination in stirred tank reactors

چکیده

ویسکوزیته نقش مهمی را در انواع فرایندهای بیوتکنولوژی و شیمیایی، از جمله در تولید بیوپلیمرها و در تخمیر با میکروارگانیسم­ های رشته ­ای (لیفی) و همچنین در برخی از فرایندهای انحلال، کریستالیزاسیون و هیدروژناسیون ایفا می­ کند. با این حال، اکثر روش ­های آنلاین ایجاد شده برای اندازه ­گیری ویسکوزیته با پیچیدگی مایعات چندفازی مانند مایعات یا سوسپانسون­ های گازدار (هوادهی شده /هوادار) و محیط ­های کشت تخمیر مقابله می­ کنند. این مقاله روشی را برای بررسی ویسکوزیته کل محتوای راکتور صرف نظر از ترکیب آن بوسیله اندازه ­گیری کالریمتری ظرفیت انتقال حرارت (UA) و استفاده از مدل انتقال حرارت ارائه می­ کند. اندازه ­گیری­ ها با محلول­ های مدل پلی ­وینیل پیرولیدن (PVP) (g/L 110-0) در یک رآکتور مخزن­ دار 50 لیتری در مقیاس آزمایشگاهی با ویسکوزیته ­های مختلف (Pa.s 0.12–0.001)، ورودی نیروی مکانیکی (Kw/m3 27–0.04) و سرعت­ های واکنش ( vvm2- 0) انجام شدند. مشخص شد که اندازه­ گیری ظرفیت انتقال حرارت (UA) توسط یک هیتر کالیبراسیون (Kw/m3 12.5–1.25) بسیار دقیق بود (انحراف معیار کمتر از 5/1 %) و تعیین ویسکوزیته در محل به روش آنلاین در مقایسه با ویسکوزیته اندازه­ گیری شده به روش آنلاین، نسبتا دقیق (خطای محاسباتی متوسط 8/9 %) بود. این امر نشان می ­دهد که این روش ارائه شده، برای تعیین ویسکوزیته در محل به روش آنلاین در رآکتورهای همزن­ دار مناسب است.