Massa en warmteoverdracht in de vergisting: praktische berekeningen voor schaalvergroting
Fermentatieprocessen vereisen een effectief beheer van massa- en warmteoverdracht om een optimale microbiële activiteit en productopbrengst te garanderen. Het opschalen van deze processen van laboratorium naar industriële schaal omvat nauwkeurige berekeningen om de efficiëntie en veiligheid te behouden. Dit artikel biedt praktische begeleiding bij het uitvoeren van deze berekeningen voor een succesvolle schaalvergroting.
Massaoverdracht in de vergisting
Massaoverdracht houdt de verplaatsing van voedingsstoffen, gassen en afvalproducten in het fermentatiesysteem in. Een goede berekening zorgt ervoor dat micro-organismen voldoende voedingsstoffen en zuurstof ontvangen terwijl ze remmende stoffen verwijderen.
Berekenen van zuurstofoverdracht (OTR)
De zuurstofoverdrachtssnelheid is van cruciaal belang voor aërobe gistingen. Het kan worden geschat met behulp van de volumetrische zuurstofoverdrachtscoëfficiënt (kLa) en het verschil in opgeloste zuurstofconcentratie:
OTR = kLa × (C* - C)
waarbij:
- C* is de verzadigingsconcentratie van zuurstof.
- C is de werkelijke opgeloste zuurstofconcentratie.
Warmteoverdracht in de vergisting
Het beheer van warmte is essentieel om temperatuurschommelingen te voorkomen die de microbiële activiteit kunnen beïnvloeden. Berekeningen richten zich op de warmteverwijderingscapaciteit van het systeem en de warmte die wordt gegenereerd tijdens de gisting.
Berekenen van warmteverwijdering
De warmteverwijderingssnelheid (Q) kan worden geschat op:
Q = m × Cp × ΔT
waarbij:
- m is de massa van koelvloeistof.
- Cp is de specifieke warmtecapaciteit.
- ΔT is het temperatuurverschil tussen inlaat en uitlaat.
Aanpassingen aan deze berekeningen zijn noodzakelijk op basis van fermentatieschaal en systeemontwerp om een effectieve warmteverwijdering en processtabiliteit te waarborgen.