Photo-Optical In-Situ Measurement of Drop Size Distributions: Applications in Research and Industry

Mesure photo-optique in-situ de la distribution des taille des gouttes : applications dans la recherche et l’industrie

¹ Technische Universität Berlin, Fachgebiet Verfahrenstechnik, Ackerstraße 76, 13355 Berlin – Germany
² Franken Filtertechnik KG, Max-Planck-Str. 7, 50354 Hürth – Germany
³ Department of Biotechnology, Delft University of Technology, Van der Maasweg 9, 2629 HZ Delft – The Netherlands
⁴ SOPAT GmbH, Boyenstr. 41, 10115 Berlin – Germany
e-mail: panckow@tu-berlin.de – laura.reinecke@frankenfilter.com – m.c.cuellar@tudelft.nl – sebastian.maass@sopat.de

^* Corresponding author

Received: 3 October 2016
Accepted: 15 March 2017

Abstract

The exact knowledge of Drop Size Distributions (DSD) plays a major role in various fields of applications to control and optimise processes as well as reduce waste. In the microbial production of advanced biofuels, oil droplets are produced under turbulent conditions in an aqueous medium containing many surface active components, which might hinder the recovery of the product. Knowledge of DSD is thus essential for process optimisation. This study demonstrates the capability of a photo-optical measurement method for DSD measurement in fermentation broth and in plate separators aimed at cost reduction in the microbial production of advanced biofuels. Measurements were made with model mixtures in a bioreactor, and at the inlet and outlet of a plate separator. In the bioreactor, the method was effective in detecting a broad range of droplet sizes and in differentiating other disperse components (e.g. microbial cells and gas bubbles). In the plate separator, the method was effective in determining the influence of the varied parameters on the separation efficiency.

Résumé

La connaissance approfondie de la distribution du diamètre des gouttelettes joue un rôle important dans des diverses applications des contrôles et d’optimisations des processus, de plus elle permet de réduire le gaspillage. Pendant la production microbienne de biocarburants avancés, des gouttelettes d’huiles sont produites sous les effets des turbulences du milieu aqueux contenant beaucoup de substances tensio-actives, ce qui pourrait entraver la récupération du produit. La connaissance de la distribution du diamètre des gouttelettes est donc essentielle pour l’optimisation des processus. Cette étude montre les possibilités offertes par une méthode de mesure photo-optique pour les mesures de la taille des gouttelettes dans des bouillons de fermentations et dans des séparateurs à plaques, ceci vise à réduire les coûts dans la production microbienne de biocarburants avancés. Les mesures ont été effectuées avec des mélanges modèles dans un bioréacteur ainsi qu’à l’entrée et à la sortie d’une plaque de séparation. Dans le bioréacteur, le procédé est efficace dans la détection d’une large gamme de tailles de gouttelettes et dans la différenciation des autres composants dispersés (par exemple des cellules microbiennes et des bulles de gaz). Dans le séparateur à plaque, le procédé est efficace, car il détermine l’influence de différents paramètres sur l’efficacité de la séparation.