Дәріс № 11. Жылу алмасу жүйесі, биореакторды стирильдеу және көбікбасу

Жылу алмасу (теплообмен) - қыздырылған денелер арасында жылу шығару, конвекция, жылу өткізгіштік, т.б. жылшу беру түрлері арқылы жылу алмасу.

Табиғи конвекция кезіндегі жылу берудің есептеулері.

Табиғи конвекциялы жылу беру есептеулерінің қажеттілігі жиі кездеседі, мысалы жылу жүргізуші құбырлардың, булы және су жылытушы қазандардың, жылу жоғалуының есептеулерінде, жылытушы және қыздырушы аспаптарының есептеулерін жүргізуде және т.б кездеседі.

Табиғи конвекция кезіндегі, жылу беру жағдайының екі түрін ажыратады: жылу берудің өте көп көлемде және жылу берудің шектелген (өлшемді) көлемдегі түрлері.

Өте көп көлмдегі жылу берілу. Жылудың өте көп көлемде берілуі, тек қана бір құбылыспен сипатталады, мысалы сұйықты қыздырумен өтеді. Сұйықтың салқындауы, өте қашықта болғандықтан процесстің өтуіне әсерін тигізбейді.

Шектелген кеңістіктегі жылу беруі.

Табиғи конвекция кезінде, осындай жылу беру сұйықтық қабатшаларында, әртүрлі орын алады, мысалы терезе рамаларының әйнектерінің арасында өтеді.

Табиғи конвекция, кезінде, сүйықтың көп көлемде салқындауы (жылытуы), бетінен қашықта өтеді де, конвекция процессіне әсерін тигізбейді. Егер, жылу беруші және жылу қабылдаушы бет жақын орналасса, онда, жоғары көтерілетін және төмен түсетін сұйық ағыны жылытушы құрылғылармен бөлмелерді жылыту, сұйық құбырларының сууы және т.б құбырларымен өтеді. Табиғи конвекциямен пайда болуын қарастыралық, мысалы, сумен жылытылатын радиатордың айналасындағы конвекция.

Қыздырылған қабырғамен ауа, тікелей жұғысқаннан кейін, қызып, жеңіл болады да, Архимед заңына байланысты бетіне көтеріледі де, оның орнына суыңқыраған ауа келеді. Осылайша, қабырға бойымен тоқтаусыз ауа алмасуы жүреді. Радиатордың төменгі қабырға жағында, ауаның өте жұқа қабаты, аз жылдамдық пен көтеріледі де, бұл жерде ламинарлы қозғалыста өтеді. Жылы ауа қабаты, жоғарлап көтерілген сайын, қабаты қалыңдай түседі, жылдамдығы артады. Қабырғаның жеткілікті биігінде өтпелі кезең шекарасынан кейін, ақырындап турбулентті қозғалысқа айналады. Сонымен, ламинарлы және турбулентті қозғалыстар, аралық аймағында өтпелі аймақ болады.

Барлық жазық беттер түрі үшін, өте көп көлемдегі табиғи конвекция кезіндегі, жазық беттің орташа жылу беру коэффициентін анықтаудың есепті формуласы және оның бейімделу іс бағыты (ориентация), сонымен қатар, қандай сүйық және газ болмасын және қандай да қысым мен температураны анықтайды:

Биореактор - биотехнология өндірісінде микроорганизмдерді, өсімдік, жануар жасушаларын өсіру үшін қолданылатын аппарат.

Микроорганизмдерді осіретін аппараттарды биореактор немесе ферментер деп атайды.

Өсімдік клеткаларында вакуоль целлюлоза мен пектиннен тұратын сырткы кабығы олар оте оңай закымданады, әсіресе суспензияны қыздырған кезде. Клеткалар созылып өсу кезінде жиі бүлінеді. Ферментерлерде араластыру аркылы оттегімен камтамасыз ету жолмен өтеді. Былғауыш әрқалай жылдақдықпен айналады және оның қалақтары алуан түрлі болады. Өте шапшан айналдыру клеткалардың бүлінуіне әкеп соғады, ал араластыру жылдамдығы тым бәсендеп кетсе кейбір клеткалар тұнба боп шөгіп, акырында құриды. Ғалымдар зерттеулер жүргізіп, биомассаның өсуіне жағдай жасауға тырысады. Клеткалар саны тіпті көбейіп кеткен жағдайда суспензия өте қоюланып, оның тұтқырлығы артады да, өсіруді қиындатады. Өсімдік клеткаларының микроорганизмдерден тағы бір айырмашылығы, олар бір-біріне, ферментердін кабырғасына және былғауышқа оңай жабысады. Бұдан баска тағы бір қиыншылық - өсімдік клеткалары ыдыстын үстінгі жағында көбік боп жиналады. Өсімдік клеткаларынын осы айтылған ерекшеліктері ғалымдарды ферментердің түрі мен араластыру ережесін үлкен ұқыптылықпен таңдап алуға мәжбүр етеді. Суспензиядағы клеткаларды өсіру негізіңде микроорганизмдер үшін жеке зерттеліп, іс жүзінде кең пайдаланылатын хемостат шен турбидостат принциптері жатады. Хемостат ережесі бойынша, үздіксіз өсіру процесі өсуді тежейтін белгілі бір фактордың әсерімен өтеді. Хемостат әдісін қолданғанда, құрамыңда өсуді тежейтін, концентрациясы белгілі компоненті бір жаңа қоректік орта, тұракты жылдамдықпен биореакторға келіп түрады да, өскен клеткалар суспензиясы сондай жылдамдықпен шығарылып алынып отырады.