Динамічні параметри процесів анаеробного бродіння

Abstract

У статті наведено результати досліджень впливів співвідношень геометричних параметрів рідинної і газової фаз на динаміку параметрів анаеробного бродіння, що дає змогу оцінювати перспективи використання внутрішніх енергетичних ресурсів, удосконалення і створення нових технологій. У дослідженні використовувалися феноменологічні узагальнення теоретичних положень, що відповідають законам Архімеда, Генрі, Паскаля і принципу суперпозиції для визначення рушійних факторів і факторів опору в процесах сатурації та десатурації культуральних середовищ. На основі матеріального балансу доведена можливість оцінки співвідношень двох матеріальних потоків синтезованого в процесах анаеробного бродіння СО2. Перший з них стосується розчиненого в рідинній фазі діоксиду вуглецю, а другий формується в герметизованому надрідинному об’ємі. Взаємозв’язок між тиском газової фази в надрідинному об’ємі і кількістю розчиненого СО2 відповідає закону Генрі, якому також відповідає розчинність, пов’язана з гідростатичним тиском. Показано математичні формалізації у відображенні тисків та впливів на них співвідношень геометричних параметрів, результати розрахунків і їхні графічні інтерпретації, які підтверджують можливість перерозподілу між вказаними потоками СО2. Останнє є підґрунтям створення енергетичного потенціалу розчиненого СО2 в рідинній фазі й одночасного обмеження енергетичного потенціалу в газовій фазі надрідинного об’єму. Запропоновані математичні моделі, пов’язані з динамікою зменшення концентрацій розчинених цукрів, стосуються самопливних процесів бродіння і дають змогу перейти до оцінок енергетичних потенціалів циркуляційних контурів. Енергетичний потенціал останніх у формі тисків СО2 пропонується використовувати в режимах десатурації з подальшимм переведенням рідинної фази в ненасичений стан за рахунок примусового збільшення тиску в газовій фазі для активації процесів бродіння зі зменшенням опору масопередачі на границі поділу поверхонь дріжджових клітин і рідинної фази. The article presents the results of investigations of the influence of the relations of geometric parameters of the liquid and gas phases on the dynamics of parameters of anaerobic fermentation. It allows to assess the prospects of using internal energy resources, improving and creating new technologies. Phenomenological generalizations of theoretical positions that are in accordance with the laws of Archimedes, Henry, Pascal and the principle of superposition were used in the study for determining the motive factors and factors of resistance in the processes of saturation and desaturation of culture media. On the basis of the material balance, the possibility of evaluating the relations of the two material flows of CO2 synthesized in the process of anaerobic fermentation is shown. The first one relates to the dissolved carbon dioxide in the liquid phase, and the second one is formed in a sealed, ingenious volume. The relationship between the pressure of the gas phase in the ingenious volume and the amount of dissolved CO2 corresponds to Henry’s law, as well as the solubility associated with hydrostatic pressure. The mathematical formalisations in the reflection of the pressures and influences on them of the relations of geometric parameters, the results of calculations and their graphical interpretations, from which there is a noticeable and important possibility of redistribution between the specified flows of CO2 are shown. The latter is the basis for creating the energy potential of dissolved CO2 in the liquid phase and simultaneously limiting the energy potential in the gas phase of the ingenious volume. The proposed mathematical models, related to the dynamics of reducing the concentrations of dissolved sugars relate to self-priming fermentation processes and allow us to move to estimating the energy potentials of circulatory circuits. It is shown that the energy potential of the latter in the form of CO2 pressures is proposed to be used in desaturation modes with the subsequent transfer of the liquid phase to the unsaturated state due to the forced increase of pressure in the gas phase to activate fermentation processes with a decrease in the mass transfer resistance at the interface between the surfaces of the yeast cells and the liquid phase.