Fermentation - moodle.utc.fr · entraîne un changement d’enthalpie et la chaleur doit être évacuée pour garder une température constante dans le fermenteur •La chaleur est

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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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