Abstract
The paper presents the results of studies related to determining the interconnections between hydrodynamic and energy parameters of gas-liquid media. The whole scope of information about them taken together allows evaluating the prospects of searching for new technologies and their improvement. In the studies, phenomenological generalizations of theories that comply with Archimedes’, Henry’s, Pascal’s laws and the superposition principle have been used to determine the driving and resistance factors when circulation circuits of media appear.
 It is shown that the energy potential of the latter results from the dissolution of the gas phase and the synthesis of the dispersed gas phase during self-organized or forced processes. These two causes are interrelated, but their manifestations are different. The presence of a dispersed gas phase, regardless of the form it appears in, a priori means the presence of a driving factor in the creation of circulation circuits, whereas the presence of a dissolved gas phase is only the root cause of the formation of the dispersed gas phase. In anaerobic processes, gas phase is represented by carbon dioxide, and in aerobic, by air or nitrogen from the composition of air and CO2. The total driving potential of circulation circuits is determined by the gas-holding capacity that, in turn, depends on the intensity of the synthesis of the dispersed gas phase, on the geometry of the media volumes, and on the physical properties of the phases. The gradient by the level of saturation of the liquid phase by the gas phase is determined basing on their physical and chemical properties and by the hydrostatic pressures of the liquid phase. The boundary saturation depends on the gas phase pressure in the supraliquid volume and the hydrostatic pressure. It is shown that a factor that intensifies mass-exchange processes is the relative rate of emergence of the bubbles in the gas phase. Calculation formulae are developed to estimate the gas-holding capacity and driving factors in the form of Archimedes’ buoyant forces. It is pointed out how important circulation circuits are in creating desaturation and saturation zones of media in order to improve the living conditions for microorganisms.
Highlights
Formulation of the problemA lot of technologies of food, microbiological, and pharmaceutical industries are involved in gasliquid media where gas phases are formed forcedly or result from self-organized chemical or biochemical processes
Hydrodynamic modes in the conditions of aerobic and anaerobic fermentation processes are associated with the existence and creation of energy potentials [13], and are correlated with other fields of investigation of gas-liquid media [14,15,16,17,18]
There appear zones of the medium’s active desaturation on the ascending region due to the hydrostatic pressure decrease, and those of saturation at the downcoming part due to the pressure growth. Such transition of the medium from the ascending zone to the downcoming zone does intensify the mass exchange between the microorganisms, the liquid phase, and the gas phase, and leads to using the multiple-elevation gradient according to the level of saturation of the liquid phase with СО2, since the desaturation of the liquid in the circulation tube results in self-organized circulation in the circuit
Summary
У дослідженнях використовували феноменологічні узагальнення теоретичних положень, що відповідають законам Архімеда, Генрі, Паскаля і принципу суперпозиції для визначення рушійних факторів і факторів опору при виникненні циркуляційних контурів середовищ. Що енергетичний потенціал останніх створюється на основі явища розчинення газової фази та си нтезу диспергованої газової фази в умовах самопливних або примусових процесів. Присутність диспергованої газової фази незалежно від форми її виникнення вже означає наявність рушійного фактора у створенні циркуляційних контурів, тоді як присутність розчиненої газової фази є лише першопричиною утворення диспергованої газової фази. Сумарний рушійний потенціал циркуляційних контурів визначається показником газоутримувальної здатності, який залежить від інтенсивності синтезу диспергованої газової фази, геометрії об’ємів середовищ та фізичних властивостей фаз. Градієнт по рівню нас ичення рідинної фази газовою визначається фізико-хімічними властивостями останніх і гідростатичними тисками рідинної фази, а граничне насичення залежить від тиску газової фази в надрідинному об’ємі та гідростатичного т иску. Ключові слова: газоутримувальна здатність, насичення, імпульс, розчинність, газова фаза, масообмін
Sign-in/Register to view highlights & summary Sign-in/Register to access full text options 
Talk to us
Join us for a 30 min session where you can share your feedback and ask us any queries you have
Schedule a callDisclaimer: All third-party content on this website/platform is and will remain the property of their respective owners and is provided on "as is" basis without any warranties, express or implied. Use of third-party content does not indicate any affiliation, sponsorship with or endorsement by them. Any references to third-party content is to identify the corresponding services and shall be considered fair use under The CopyrightLaw.
