Evaporación de los Sólidos a la Fase Aérea de biorreactores
La tasa de evaporación de los sólidos a la fase gaseosa dentro de la cama depende de:
la diferencia entre la actividad del agua que tiene el sólido (awsolido, adimensional) y la actividad del agua que tendría si estuviese en equilibrio con la fase gaseosa (awsolido );
el área de contacto entre las fases sólida y gaseosa (A, m2); el coeficiente de transferencia de masa (kw), que es la masa de agua transferida por unidad de tiempo por unidad de área por unidad de fuerza motriz. Dado que la fuerza motriz se expresa en términos de actividad del agua, que es adimensional, las unidades de kw son simplemente kg-H2O m-2 h-1.
Por lo tanto, podemos escribir la tasa de evaporación local Revap (kg-H2O h-1) como:
Como en el caso de la eliminación de calor por convección, es común combinar el coeficiente de transferencia de masa y el área para obtener un coeficiente de transferencia global («kA»). La tasa local de eliminación de calor de la fase sólida por evaporación (Qevap, J h-1) viene dada por:
dónde está la entalpía de la vaporización del agua (J kg-H2O-1). Tenga en cuenta que se puede usar una isoterma para ordenar la fuerza impulsora en términos de contenido de agua. En este caso, la fuerza motriz para la evaporación es la diferencia entre el contenido de agua que el sólido tiene en realidad (W, kg-agua kg-sólido seco-1) y el contenido de agua que tendría estaría en equilibrio con la fase gaseosa ( Wsat, kg-agua kg-seco sólido-1). Esto afecta las unidades utilizadas en el coeficiente de transferencia de masa. A veces se supone que los sólidos y el aire están en equilibrio de humedad o, en otras palabras, se supone que la fase de aire está saturada de agua a la temperatura de los sólidos (esta es la suposición de un lecho pseudohomogéneo). Esto tiene la consecuencia de que la humedad en una posición particular se puede expresar como una función de la temperatura en esa posición. En este caso, no es necesario escribir ecuaciones que describan transferencia de agua de sólidos a aire y transferencia de calor por evaporación, ya que están incluidas en los términos que describen la eliminación de agua y calor asociada con el flujo de gas a través de la cama.
Remoción de agua debido al flujo de aire a través de la cama
El flujo de aire húmedo a través de la cama generalmente conduce a la eliminación de agua de la cama. La tasa general de eliminación de agua (kg-agua h-1) de la cama es:
donde Hinlet y Houtlet son las humedades (kg-agua kg-aire seco-1) en la entrada y salida de aire, respectivamente. G (kg-aire seco m-2 h-1) y Ab (m2). Para un balance de energía total en un biorreactor, la tasa de eliminación de calor debido a la evaporación será entonces:
Sin embargo, como antes, para las camas que no están bien mezcladas, a menudo es de más interés escribir saldos que permitan el cálculo de la temperatura y la humedad como funciones de la posición dentro de la cama. En este caso, se escribe una ecuación de equilibrio sobre una capa delgada de la cama. El enfoque es diferente dependiendo de si las fases de sólidos y gases se tratan como fases diferentes o se agrupan y se tratan como una fase pseudo homogénea.