Розділ 2
МЕТОДИКА ПРОВЕДЕННЯ ДОСЛІДЖЕНЬ
Узагальнена сукупність задач, розв’язання яких потребувало створення
спеціальних методик, підґрунтя у вигляді гіпотез, припущень, теорії
планування, перевірки на адекватність тощо мала наступний перелік:
- гідродинаміка барботажного газорідинного шару на прикладі культуральних
середовищ для вирощування мікроорганізмів;
- матеріальні потоки масообмінних процесів в технологіях вирощування
(біосинтезу) мікроорганізмів;
- енергетичні аспекти утворення міжфазної поверхні в умовах барботажу та
примусового диспергування газової фази в рідинне середовище;
- гідродинаміка перехідних процесів в барботажних та диспергувальних пристроях
апаратів для вирощування мікроорганізмів;
- гіпотеза про ізотропність газорідинного середовища і відповідність його
поняттю пружного тіла;
- гідродинаміка газорідинних середовищ в умовах флуктуацій зовнішніх тисків як
чинників дискретно-імпульсних технологій;
- гідродинаміка рідинних і газорідинних потоків та інтенсифікація масообміну
за рахунок масових сил (сил інерції), що утворюються в умовах траєкторій
потоків змінної кривини;
- десорбція діоксиду вуглецю з газонасичених біологічних середовищ в умовах
різкого падіння тиску з переведенням їх до метастабільного стану;
- деструкційні впливи на структуру сировини рослинного походження за рахунок
активної десорбції з неї розчиненого діоксиду вуглецю;
- інтенсифікація масообміну в середовищах, що підлягають обробці технологіями
різкої зміни тисків і десорбції розчиненого діоксиду вуглецю.
Загальні положення
Стан гідродинаміки газорідинних культуральних середовищ є визначальним як з
точки зору інтересів забезпечення їх гомогенізації, так і для можливості
забезпечення аеробних умов культивування мікроорганізмів. Активне споживання
мікроорганізмами розчиненого кисню спричиняє необхідність безперервної аерації,
бо відомо, що за концентрації хлібопекарських дріжджів на рівні 50 г/л падіння
концентрації розчиненого кисню від стану насичення до нуля відбувається за 5-7
секунд. При цьому очевидно, що швидкість споживання кисню залежить не тільки
від концентрації мікроорганізмів, а й від величини приросту біомаси за одиницю
часу. За стабілізованих параметрів живлення, фізико-хімічних характеристиках та
температурах інтенсивність розчинення кисню залежить від величини приведеної
швидкості газової фази та співвідношень таких геометричних параметрів, як
діаметр та висота апарату, ступінь його заповнення рідинною фазою. Вказане
сполучення параметрів впливу визначає кількість газової фази, що знаходиться в
об’ємі газорідинного середовища. Останнє є динамічним і постійно поновлюваним,
але таким, у якому утримувальна здатність залишається стабілізованою і залежною
не тільки від відносної швидкості фаз, а також від структури утворюваних
вертикальних циркуляційних контурів.
Утримувальна здатність по газовій фазі, як фізична величина, стосується
повного об’єму середовища, а перехід до питомої величини приводить до такої
величини, як газовміст. Наведені в літературних джерелах дані щодо
взаємозв’язків між геометричними і гідродинамічними параметрами є результатами
обробки експериментальних досліджень, а тому поглиблення фізичних уявлень щодо
перебігу стабілізованих і перехідних процесів створюють нові перспективи
інтенсифікації масообміну.
2.1. Основні гіпотези і припущення
До числа припущень, що покладаються в основу пошуку взаємозв’язків між
гідродинамічними параметрами середовищ і масообміном та визначення
безпосередньо гідродинамічних параметрів відноситься наступне:
- вважається, що загальна швидкість газової фази в умовах масового барботажу
визначається у відповідності з принципом суперпозиції;
- вважається, що розчинність у культуральних середовищах таких газів, як азот
і кисень витримується в рамках закону Генрі;
- прийнято, що парціальні тиски азоту і кисню у складі повітря
співвідносяться як їх масові долі, тобто 78 та 21 %;
- прийнято, що параметри газового диспергованого середовища підлягають дії
законів термодинаміки;
- вважається, що середня розчинність газів у рідинному середовищі
визначається як середньоарифметична величина від максимального і мінімального
значень, пов’язаних з рівнем гідростатичного тиску;
- вважається, що енергія вхідного газового потоку розподіляється на створення
міжфазної поверхні, кінетичної енергії перемішування середовища, потенціальної
енергії газорідинного шару в потенціальному полі сил тяжіння, потенціальної
енергії розчинених газів.
2.2. Методологія досліджень 3 розділу
Визначення параметрів масообміну пов’язане з інформацією щодо рушійних
факторів. У зв’язку з відсутністю даних щодо констант Генрі у першій частині
розділу 3 заплановано виконати відповідні розрахунки стосовно таких складових
повітря, як азот та кисень з урахуванням діапазону температур в межах від нуля
до 40 °С.
Відомо, що для реальних газів в межах відносно значних тисків закон Генрі має
відступи від лінійного характеру. У зв’язку з важливістю цього положення
запланована перевірка на лінійний характер констант Генрі в межах тисків,
передбачуваних у дії на газорідинні середовища.
Кількісне співвідношення перерозподілу вхідного енергетичного потоку газової
фази вказує на явну перевагу витрат, пов’язаних з утворенням циркуляційних
контурів. На основі принципу суперпозиції, що стосується швидкості відносного
руху дискретної газової фази слід прийти до висновку про рівність рушійних
Архимедових сил і сил опору середовища. Звідси випливає можливість визначити
загальну величину рушійного фактору щодо циркуляційних контурів. Одночасно
феноменоло
- Київ+380960830922