CCI20130725094

96

6. Podstawy inżynierii bioreaktorów

(6.40)

(6.41)

V- — = QS₀---VX-QS_e dt ⁰ Y

i po uwzględnieniu szybkości rozcieńczania D otrzymujemy

dS    u

- = --X+D(S₀-S_e) dt    Y    ^{0 e}

W ustalonych warunkach hodowli w stanie równowagi, gdzie: /u = D, dla wzrostu mikroorganizmów opisanych równaniem Monoda uzyskujemy następujące zależności:

S

e

K_s -D

/“ma* ~^D

(6.42)

X = nS₀-S_e)    (6.43)

Oznacza to, że w warunkach ustalonych szybkość odprowadzania biomasy z reaktora jest równa szybkości jej przyrostu w reaktorze. Jeżeli współczynnik rozcieńczania przekroczy wartość graniczną, wtedy ubytek masy organizmów wraz z odpływem z reaktora nie może być już zrównoważony przez podwyższenie współczynnika przyrostu. Wówczas więcej organizmów jest odparowanych niż powstaje nowych. Liczebność organizmów gwałtownie się zmniejsza i system zostaje zniszczony. Oznacza to też, że wraz ze wzrostem przepływu przez reaktor wzrasta stężenie substratu w strumieniu odpływowym, maleje zaś stężenie biomasy.

Na ogół trudno jest utrzymać stan ustalony blisko warunków wypłukiwania, ponieważ już niewielka zmiana wielkości D powoduje wielką zmianę stężenia substratu lub stężenia biomasy. Szczególną wartość D, przy której produktywność biomasy w hodowli DX osiąga maksimum:

(6.44)

dDX

dD

możemy obliczyć z równania:

D = /u

1-

(6.45)

Ponieważ dla większości hodowli K_s« S₀, to maksymalna produktywność jest osiągana blisko warunków wypłukiwania. Z tego względu hodowle ciągłe prowadzi się w warunkach suboptymalnych. Na rysunku 6.4 pokazano wpływ szybkości rozcieńczania na parametry pracy bioreaktora o ciągłym zasilaniu.

Na podstawie zależności między stężeniem substratu i współczynnikiem wydajności przemian substratu można również określić parametry kinetyczne (w przypadku, gdy współczynnik rozcieńczenia jest mniejszy niż maksymalna szybkość wzrostu mikroorganizmów), zmieniając współczynnik przepływu. Można to zrobić jednak tylko wówczas, gdy układ biologiczny pozostaje niezmieniony. Przedstawione prawidłowości umożliwiają także regulację i kierowanie wydajnością bioreaktorów.