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Düsensystems Belüftungsgas und gegebenenfalls flüssiges Medium über das obere Ende der Hohlwelle angesaugt werden.
Die Ejektordüsen sind über einen Drehhohlkörper, der unterhalb des zylindrischen Zirkulationsgefässes angeordnet ist, an die Hohlwelle so angeschlossen, dass Gas bzw. auch die Flüssigkeit durch die Hohlwelle zu den Ejektordüsen gelangt.
Es ist zweckmässig, dass unmittelbar oberhalb des Drehhohlkörpers ein nach oben gerichteter zylindrischer Teil angeordnet ist, der mit der Hohlwelle rotiert und durch welchen Kulturflüssigkeit in das zur Erzeugung der Zirkulationsströmung vorhergesehene Zirkulationsgefäss eintritt.
Gemäss einem weiteren Merkmal der Erfindung sind an der Unterseite des Drehhohlkörpers Leitelemente angebracht, die so ausgebildet sind, dass die Strömung der Kulturflüssigkeit vom zentralen Bereich der Unterseite des Drehhohlkörpers zu den Ejektordüsen erfolgt. Der Drehhohlkörper hat dabei vorzugsweise die Form eines um die Hohlwelle und um den nach oben gerichteten zylindrischen Teil gelagerten hohlen Wulstes, in dem sich die Düsen befinden. Gegebenenfalls sind die Ejektordüsen von als Mischkammern wirkenden rohrförmigen Fortsätzen, deren öffnung im Sinne der Drehrichtung nach rückwärts ausgerichtet sind, umgeben. Vorzugsweise sind die Ejektordüsen in bezug auf die Horizontale nach oben oder nach unten geneigt und im wesentlich tangential zum Drehhohlkörper angeordnet.
Durch diese Anordnung werden optimale Voraussetzungen für die Bildung und den Austritt des Gas- und Flüssigkeits-Strahls aus den Ejektordüsen geschaffen.
Das Leitelement besteht vorzugsweise aus einfach gekrümmten Schaufeln, deren Aussenseite die Kulturflüssigkeit zu den Ejektordüsen leitet und die einen inneren Hohlraum begrenzen, durch welchen das Belüftungsgas an die Düsen herangeführt wird.
Durch die genannten Schaufeln wird die gesamte Flüssigkeit durch die Zentrifugalwirkung aus dem Abschnitt für die Entnahme der Kulturflüssigkeit den Ejektordüsen zugeführt, wodurch ein konstanter Flüssigkeitsstau vor dem Ejektor erzeugt wird ; dabei werden die Gasblasen durch den Dichteunterschied innerhalb der Gesamtflüssigkeit zum Zentrum des Drehhohlkörpers geführt, wo sie aus der Flüssigkeit aufsteigen und dadurch entfernt werden. Auf diese Weise wird den Ejektordüsen praktisch eine einheitliche Kulturflüssigkeit zugeführt, wodurch die Wirksamkeit des Betriebes der Vorrichtung erhöht wird.
Die Vorrichtung kann auch oberhalb des Drehhohlkörpers mit senkrecht angeordneten Platten versehen werden, die den Raum zwischen Zirkulationsgefäss und Behälterwand in einzelne Abschnitte teilen. Dadurch wird eine erhöhte Aufnahme von Sauerstoff durch die Kulturflüssigkeit und ein wirksamer Abfluss von verbauchtem sauerstoffarmem Gas gewährleistet.
Ausserdem kann die erfindungsgemässe Vorrichtung mit senkrecht angeordneten Platten versehen werden, die den Raum des Zirkulationsgefässes unterteilen und dadurch die Bildung eines Einsaugstrudels durch die Kulturflüssigkeit am Abschnitt für die Entnahme der Kulturflüssigkeit verhindern und die Bildung einer einheitlichen Flüssigkeit begünstigen. Überdies erleichtern diese Platten das Aufsteigen der Gasblasen aus dem Zirkulationsgefäss.
Bei der Verwendung der Apparate von einem grösseren Volumen kann der zylindrische Teil zweckmässig aus zwei Teilen bestehen, die in bezug auf die Rotationsachse der Ejektordüsen symmetrisch an beiden Seiten des Drehhohlkörpers angeordnet sind. Dadurch wird eine beiderseitige Entnahme der Kulturflüssigkeit ermöglicht und notwendigenfalls die Umlaufgeschwindigkeit der Kulturflüssigkeit erhöht.
Im folgenden wird die Erfindung durch eine eingehende Beschreibung eines konkreten Ausführungsbeispieles unter Hinweis auf die Zeichnungen erläutert. Es zeigen : Fig. l eine Gesamtansicht der erfindungsgemässen Vorrichtung in schematischer Darstellung ; Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie 11-11 von Fig. l ; Fig. 3 einen Ausschnitt, teilweise im Schnitt, in grösserem Massstab aus Fig. l, und Fig. 3a eine schematische Darstellung eines zweiteilig ausgebildeten zylindrischen Teiles.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung für die Züchtung von Mikroorganismen weist einen zylindrischen Behälter-l-mit Flachboden-2-und Deckel-3- (Fig. l) für die Kulturflüssigkeit auf.
Im Behälter--1--sind Ejektordüsen-4- (Fig. 2) zum Dispergieren und zum Durchmischen der Kulturflüssigkeit und des Belüftungsmittels untergebracht. Im Behälterinneren ist ortsfest ein Zirkulationsgefäss --5-- (Fig. 1) zur Erzeugung einer gerichteten Zirkulationsströmung der Kulturflüssigkeit vorgesehen.
Für die Zuführung der Bestandteile der Kulturflüssigkeit und des Belüftungsmittels in die Vorrichtung sind im Deckel --3-- Stutzen --6 bzw. 7-vorhanden.
Zur Abführung der Kulturflüssigkeit aus der Vorrichtung dient ein überlauf--8--, der mit dem Behälter --l-- im unteren Teil der Vorrichtung in Verbindung steht.
Die Geräte für die Überwachung und die Regelung der technologischen Parameter (Temperatur, PH-Wert usw. ) werden über Stutzen--9--, die an der Seitenfläche des Behälters--l--vorgesehen sind, mit dem Behälterinneren verbunden.
Zur Regelung der Temperatur der Kulturflüssigkeit ist die Vorrichtung mit einem Wärmeaustauscher --10-- versehen.
Die Ableitung des verbrauchten Gases erfolgt durch einen im Deckel--3--vorgesehenen Stutzen - -11--.
Das Belüftungsmittel wird den Ejektordüsen --4-- durch eine Hohlwelle --12-- zugeführt.
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Die Ejektoren--4--sind mit einem im Behälter --1-- angeordneten Drehhohlkörper --13-drehbar. Der Drehhohlkörper --13-- weist einen zylindrischen Teil--14--für die Aufnahme der Kulturflüssigkeit sowie ein Leitelement --15-- für die Zuführung der Flüssigkeit zu den Ejektoren auf.
Der Teil--14--für die Aufnahme der Kulturflüssigkeit ist in bezug auf das Zirkulationsgefäss--S-- konzentrisch unter Belassung eines Spaltes angeordnet, wodurch grössere hydrodynamische Widerstände beim Umlauf der Flüssigkeit in vertikaler Ebene ausgeschlossen werden.
Die Ejektordüsen --4-- sind in der Seitenfläche des Leitelementes--15--für die Zuführung der Kulturflüssigkeit eingebaut, wobei die öffnungen der Mischkammern --16-- (Fig.2) der Ejektordüsen im Sinne der Drehrichtung nach rückwärts ausgerichtet sind. Die Ejektordüsen können im wesentlichen tangential in bezug auf den Drehkörper --13-- angeordnet sein oder unter einem Winkel zu dieser Seitenfläche eingebaut werden, was die Schaffung von optimalen Bedingungen für den Austritt des Gas- und Flüssigkeitsstrahles aus den Ejektordüsen ermöglicht.
Die Mischkammer --16-- der Ejektordüsen ist in Richtung der Krümmung der Aussenfläche des Leitelementes --15-- in der Drehungsebene der Ejektoren ausgebildet, wodurch eine Vergrösserung der geometrischen Länge der Kammer ohne eine Vergrösserung des geometrischen Gesamtwiderstandes möglich wird.
Das Leitelement --15-- für die Zuführung der Flüssigkeit zu den Ejektordüsen besteht aus einfach gekrümmten Schaufeln--17--, deren Aussenseite --18-- die Kulturflüssigkeit zu den Ejektordüsen leitet und die einen inneren Hohlraum --19-- zum Zuführen des Belüftungsmittels in die Mischkammer--16-dient.
Durch die Schaufeln --17-- wird die gesamte Flüssigkeit durch Zentrifugalwirkung aus dem zylindrischen Teil--14--den Ejektordüsen zugeführt, wodurch ein konstanter Stau der Flüssigkeit vor der Ejektordüse erzeugt wird. Dadurch werden die in der Flüssigkeit enthaltenen Gasblasen durch den innerhalb der Gesamtflüssigkeit herrschenden Dichteunterschied zum Zentrum des Drehhohlkörpers--13--geführt, wo sie aufsteigen und entweichen. Auf diese Weise gelangt zu den Ejektordüsen praktisch eine einheitliche Kulturflüssigkeit, wodurch die Wirksamkeit des Betriebes der Ejektordüsen erhöht wird.
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Behälters--l--undZirkulationsgefässes--5--sind senkrecht angeordnete Platten--22--angebracht, die den Raum zwischen Zirkulationsgefäss und der Behälterwand in einzelne Abschnitte unterteilen.
Dadurch wird der Austritt des Belüftungsmittels beschleunigt und eine grösstmögliche Sauerstoffaufnahme durch die Kulturflüssigkeit und eine wirksame Abgabe von verbrauchtem sauerstoffarmem Gas gewährleistet.
Im Raum des Zirkulationsgefässes--5--sind senkrecht angeordnete Platten--23--vorgesehen, die den Innenraum des Zirkulationsgefässes unterteilen und die Bildung eines Einsaugstrudels durch die Kulturflüssigkeit und das Belüftungsmittel am Abschnitt für die Entnahme der Kulturflüssigkeit und des Belüftungsmittels verhindern. Dadurch wurde die Einheitlichkeit der Flüssigkeit verbessert, die Abtrennung sowie das Aufsteigen der Gasblasen aus dem Zirkulationsgefäss erleichtert.
Der zylindrische Teil --14-- kann durch zwei Teile--14, 14'-- (Fig. 3a) gebildet sein, die symmetrisch in bezug auf die Rotationsachse der Ejektordüsen an beiden Seiten des Drehhohlkörpers --13-- angeordnet sind.
Eine solche konstruktive Ausbildung der Vorrichtung ermöglicht eine beiderseitige Entnahme der Kulturflüssigkeit (durch Pfeile angedeutet) und wird in grösseren Vorrichtungen verwendet.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung arbeitet in folgender Weise :
Durch den Stutzen --6-- wird der Behälter--l--bis zur Hälfte seines Volumens mit Kulturflüssigkeit gefüllt, wonach das Inoculum der Mikroorganismen eingegeben und der Antrieb zum Drehen der Ejektordüsen --4-- eingeschaltet wird. Dabei wird die Kulturflüssigkeit durch die mittels der Schaufeln --17-- erzeugte Zentrifugalkraft durch die Ejektordüsen --4-- der Mischkammer --16-- zugeführt, in der ein gewisser Unterdruck in Abhängigkeit von der Drehgeschwindigkeit des Antriebes entsteht. Durch Erzeugung des Unterdrucks in der Mischkammer --16-- strömt durch den Hohlraum--19--, die Hohlwelle --12-- und den Stutzen--7--das Belüftungsmittel zur Mischkammer--16--.
In der Mischkammer --16-- tritt infolge einer hohen Verteilung der Flüssigkeits- und Gasphase eine Sättigung der Kulturflüssigkeit mit dem Sauerstoff aus dem Belüftungsmittel ein. Die mit Sauerstoff gesättigte Kulturflüssigkeit steigt über den gesamten Querschnitt zwischen der Aussenfläche--21--des
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Flotation derselben aus der Kulturflüssigkeit zur Folge hat, wodurch die Triebkraft des Stoffaustauschprozesses, d. h. der Auflösung des Sauerstoffes in flüssiger Phase, erhöht wird. Das verbrauchte Belüftungsmittel zieht durch den Stutzen--11--ab.
Die an Belüftungsmittel verarmte Kulturflüssigkeit gelangt in den Innenraum des Zirkulationsgefässes --5-- und bewegt sich über dessen Querschnitt als eine absteigende Strömung zum zylindrischen Teil --14-- für die Aufnahme von Kulturflüssigkeit. Der dabei entstehende Einsaugstrudel wird durch die
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Scheidewände--23--beseitigt. Nachdem man die Ûberlaufvorrichtung --8-- für eine kontinuierliche Entnahme der Kulturflüssigkeit auf einem bestimmten Niveau angeordnet und eine kontinuierliche Zuführung der Bestandteile der Kulturflüssigkeit gewährleistet hat, führt man einen kontinuierlichen Prozess der Züchtung von Mikroorganismen nach der Ansammlung derselben bis zur vorgegebenen Konzentration durch.
Der Prozess der Ansammlung von Mikroorganismen wird nach dem oben beschriebenen Schema ohne die Entnahme der Kulturflüssigkeit und die Zuführung der Bestandteile der Kulturflüssigkeit durchgeführt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung für die aerobe Züchtung von Mikroorganismen, die aus einem Behälter besteht und die eine senkrecht gelagerte, zentrisch angeordnete drehbare Hohlwelle, durch welche Gas und flüssige Medien zugeführt werden können, aufweist, wobei das eingeführte Gas in Bodennähe in die Kulturflüssigkeit eintritt und oberhalb dieses Eintrittes ein zur gleichmässigen Verteilung und zur Erzeugung einer Zirkulationsströmung geeignetes, die
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die Hohlwelle (12) an ihrem unteren Ende in horizontaler Ebene drehbar angeordnete, nach hinten gerichtete Ejektordüsen (4) aufweist, durch welche Gas (und gegebenenfalls auch zugeführtes flüssiges Medium) über die Hohlwelle (12) an das Kulturmedium abgegeben werden kann, und dass ein Aussenantrieb, durch den die Hohlwelle (12) mitsamt dem Düsensystem (4,16, 17,18, 19)
in Drehung versetzt wird, vorgesehen ist, wobei die einzelnen wirkenden Teile so aufeinander abgestimmt sind, dass bei Drehung der Hohlwelle (12) und des Düsensystems (4,16, 17,18, 19) Belüftungsgas und gegebenenfalls flüssiges Medium über das obere Ende der Hohlwelle angesaugt werden.
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