Енергетичні потенціали газорідинних середовищ

Abstract

У статті оцінено енергетичні потенціали газорідинних середовищ, представлені сукупністю хімічної енергії розчинених цукрів в умовах процесів анаеробного бродіння, які завершуються утворенням етилового спирту і діоксиду вуглецю з виділенням вільної енергії в 230 кДж/моль зброджуваної глюкози. З останньої 169 кДж трансформується в теплову енергію, яка має відводитись із культурального середовища, а 61 кДж використовується дріжджовими клітинами. Самоплинне утворення розчиненого діоксиду вуглецю з поддальшим синтезом диспергованої газової фази призводить до започаткування циркуляційних контурів газорідинної суміші, підсилених впливами теплових циркуляційних контурів. Наявність і безперервне оновлення диспергованої газової фази вказує на наявність потенціалу утворення міжфазної поверхні, а наявність газоутримувальної здатності системи означає певний рівень потенціальної енергії набухлого газорідинного середовища. За аеробного бродіння газоутримувальна здатність визначається сукупністю двох джерел, а саме: за рахунок примусового введення в середовище диспергованої маси повітря та синтезованого в середовищі діоксиду вуглецю. Таким чином, внутрішні мікробіологічні перетворення призводять до утворення потоків теплової енергії, матеріальних потоків С2Н5ОН та СО2, кінетичної енергії циркуляційних контурів, потенціальної енергії розчиненого діоксиду вуглецю і набухлого середовища. Окрім того, під впливом гідростатичного тиску утворюється градієнт по рівню насичення рідинної фази на СО2, який завершується додатковим рушійним фактором циркуляційних контурів. Показано фізичне підґрунтя потенціалів розчинених газів у формі проявів присутності гравітаційного поля і закону Генрі. Запропоновано математичні формалізації в оцінках енергетичних потенціалів розчинених газів і можливості інтенсифікації масообмінних процесів за рахунок їх вивільнення в пульсаційних режимах. The article concerns to the estimation of energy potentials of gas-liquid media. Such potentials are represented by the aggregate of the chemical energy of dissolved sugars in the conditions of anaerobic fermentation processes, which are culminated with the formation of ethyl alcohol and carbon dioxide with the release of free energy in 230 kJ/mole of fermented glucose. From the last 169 kJ it is transformed into heat energy, which should be removed from the culture medium, and 61 kJ is used by yeast cells. The self-propelled formation of dissolved carbon dioxide with the subsequent synthesis of the dispersed gas phase leads to the initiation of the circulating circuits of the gas-liquid mixture amplified by the effects of thermal circulation circuits. The presence and continuous renewal of the dispersed gas phase indicates the presence of the potential for the formation of the phase- surface, and the presence of the gas-retaining ability of the system means a certain level of potential energy of a swollen gas-liquid medium. For anaerobic fermentation, the gas-holding ability is determined by a combination of two sources, namely the forced introduction the dispersed mass of air into the medium and synthesized carbon dioxide in a medium. Thus, internal microbiological transformations lead to the formation of flows of thermal energy, material flows of C2N5OH and CO2, the kinetic energy of circulating circuits, the potential energy of dissolved carbon dioxide and swollen media. In addition, under the influence of hydrostatic pressure, a gradient of saturation level of the liquid phase on СО2 is formed, which completes by the additional driving factor of the circulating circuits. The physical basis of the potentials of dissolved gases in the form of manifestations of the presence of a gravitational field and Henry’s law is shown, mathematical formalizations are proposed in the estimations of the energy potentials of soluble gases and the possibilities of intensification of mass transfer processes due to their release in ripple regimes.