Процессы ферментации требуют эффективного управления массой и теплообменом для обеспечения оптимальной микробной активности и выхода продукта. Масштабирование этих процессов от лабораторного до промышленного масштаба предполагает точные расчеты для поддержания эффективности и безопасности. В этой статье приведены практические рекомендации по выполнению этих расчетов для успешного масштабирования.

Массовый перенос в ферментации

Массовый перенос предполагает перемещение питательных веществ, газов и отходов в системе ферментации.Правильное вычисление гарантирует, что микроорганизмы получают адекватные питательные вещества и кислород при удалении тормозных веществ.

Расчет скорости переноса кислорода (OTR)

Скорость передачи кислорода имеет решающее значение для аэробных ферментаций. Ее можно оценить с помощью коэффициента объемного переноса кислорода (кЛа) и разности концентрации растворенного кислорода:

OTR = kLa × (C* — C)

Где:

  • C* — концентрация насыщения кислорода.
  • C — фактическая концентрация растворенного кислорода.

Передача тепла в ферментации

Управление теплом имеет важное значение для предотвращения колебаний температуры, которые могут влиять на микробную активность. Расчеты сосредоточены на способности системы к удалению тепла и тепла, генерируемого во время ферментации.

Расчет теплового удаления

Скорость теплоотдачи (Q) можно оценить по:

Q = m × Cp × ΔT

Где:

  • m — масса охлаждающей жидкости.
  • Cp — удельная теплоёмкость.
  • ΔT — разность температур между входом и выходом.

Корректировки этих расчетов необходимы на основе масштаба ферментации и конструкции системы для обеспечения эффективного удаления тепла и стабильности процесса.