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Fermentation
ENERGIE - DEGAGEMENT DE
CHALEUR
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ENERGIE DEGAGEMENT DE
CHALEUR
• Le dégagement de chaleur permet d’accéder
indirectement à la croissance et au
métabolisme .
• On effectue le bilan énergétique global
• Énergie produite – énergie perdue
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ENERGIE DEGAGEMENT DE
CHALEUR
• Fermentation : croissance microbienne entraîne un changement d’enthalpie et la chaleur doit être évacuée pour garder une température constante dans le fermenteur
• La chaleur est stoichiométriquement corrélée à la croissance et à la formation de produits.
– Qf = f ( dX/dt) ou µX et maximale à µmax X
• Feu de foins et fourrages auto-combustion de silos.
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ENERGIE DEGAGEMENT DE
CHALEUR
• Produite:
– Énergie produite par la fermentation Q f
– énergie de l’agitation Q ag
• Perdue :
– Évaporation Qe
– Air Qs ( chaleur)
– Conduction Q cond = (T0-Tf) U A
– Q ref : refroidissement = W Cp Δ T
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ENERGIE DEGAGEMENT DE
CHALEUR • Bilan
• Q acc = Qf + Qag – Qe – Qs – Qcond - Q ref
– W: débit du fluide de refroidissement (kg/h) eau
– Cp: Chaleurs spécifique de l’eau W/Kg/°K
– Δ T: augmentation de la température °K
– U: coefficient global de transfert de chaleur
• W/h.m2.°K
– A: surface d’échange m2
– Q Kcal ou en Kj ou W
– 1Wh =3600 J 1Kcal/h= 1,163Wh 1Kcal = 4,18 Kj
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ENERGIE DEGAGEMENT DE
CHALEUR
Techniques de mesures
- On mesure le débit du fluide de refroidissement
et l’augmentation de température
- Arrêt du refroidissement et on mesure
l’augmentation de la température
- Consommation d’oxygène
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ENERGIE DEGAGEMENT DE
CHALEUR
• Mesure du débit de fluide et température
• Qacc = 0
• Qf = Q refro + Q cond+Qs +Qe-Qag
• Qf = WCp Δ T+UA (To-Tf)+F Cpair Δ Tair+ FHλ -
K Nn pratique (Qs et Qe (air saturé en eau) négligeable) • F débit air , H: humidité saturation , λ :chaleur spécifique de
vaporisation(eau),K: facteur de proportionnalité l’agitation,N:vitesse
d’agitation , n: facteur de puissance compris entre 2 et 3 (K et n sont
déterminés expérimentalement) Mou et Cooney Biotech bieoeng 1976 18,
1371
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ENERGIE DEGAGEMENT DE
CHALEUR
- Arrêt du refroidissement et on mesure l’augmentation
de la température
- Qf= Q acc+Qcond+Qs+Qe-Qag
- Qt = M Cp Δ T/ Δt+UA (To-Tf)+ F Cpair Δ Tair+ FHλ - K Nn
- Δ T/ Δt = augmentation de température / temps
- M : masse de milieu de fermentation
- La vitesse de dégagement de chaleur est proportionnelle taux
de croissance et la chaleur totale produite est associée à la
concentration en biomasse
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ENERGIE DEGAGEMENT DE
CHALEUR
• Rendement thermique: Kcal/gX
• Biomasse ( C6H10N O3 =4,4 à 5 Kcal)
• Chaleur produite /g de X dépend de
l’utilisation du substrat ( Y x/s) elle varie tout
au long de la fermentation
• Production de métabolites secondaires
– Phase de croissance / phase de conversion
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ENERGIE DEGAGEMENT DE
CHALEUR
• Production de novobiocine ( S. niveus)
• 0-38 h : vitesse de dégagement de chaleur
associé à la biomasse.
• Bioconversion 0,095 Kcal /g/h soit une
consommation de glucose 0,025g/g de x/h
– ENERGIE DE MAINTENANCE
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ENERGIE DEGAGEMENT DE
CHALEUR
• Consommation d’oxygène
• Le dégagement de chaleur est corrélé à l’OUR
= QO2
• Q f = (0,124 ) QO2 ( néglige les unités )
• QO2 = m.moles /l/h
• Q f= Kcal/l/h
• Q f = (0,097 ) Q CO2
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ENERGIE DEGAGEMENT DE
CHALEUR
• 1/U= 1/hi +e/ λm+1/he+1/hp
– U: coefficient global de transfert de chaleur W/h.m2.°K
– hi : coeff transfert thermique ( fonction du mobile d’agitation côté
produit) W/h.m2.°K
– e : épaisseur de la cuve en m
– λ m : conductibilité thermique du matériau inox (W/h) .m°K
– he : coeff de transfert thermique côté fluide W/h m2 °K
– Hp: coeff de transfert thermique encrassement W/h m2 °K
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