CH545651A - Aerobic fermentation liquid aerator - for culture prodn. of penicillins, mycins etc - Google Patents

Aerobic fermentation liquid aerator - for culture prodn. of penicillins, mycins etc

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Description


  
 



   Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Begasen von Flüssigkeiten mit Hilfe einer axial ansaugenden Kreiselpumpe. Die Vorrichtung dient vorzugsweise zur Belüftung bei aeroben mikrobiologischen Prozessen, wie sie bei der Herstellung von Antibiotika, der Züchtung von Mikroorganismen in speziellen und chemischen Gasreaktionen im allgemeinen eingesetzt wird.



   Es ist z. B. bekannt, dass je intensiver die Belüftung bei aerober Fermentierung erfolgt, ein desto besseres Wachstum obengenannter Mikroorganismen erreicht werden kann. Es ist ebenso bekannt, dass je kleiner die Gasbläschen, desto intensiver der Gas/Flüssigkeitsaustausch erfolgt. Vorrichtungen dieser Art sind beschrieben in den deutschen Patentschriften 579 141 und 920 844. Diese Patentschriften gehen davon aus, dass ein relativ gleichmässiges Medium begast werden soll, was keineswegs immer der Fall ist. Die Begasung eines z. B. Hefe enthaltenden Mediums verhält sich vollständig anders als ein z. B. Penicillin (Mycel) enthaltendes Medium, ganz abgesehen davon, dass es sich in keinem Fall um eine Newtonsche Flüssigkeit handelt. Es sind auch schon Begasungspumpen hergestellt worden, bei denen die Luft resp.

  Gase dadurch selbst angesaugt werden, dass an der Peripherie der Pumpenräder Gasaustrittsöffnungen angebracht wurden, welche dieses Gas durch die Geschwindigkeit des Pumpenrades selbst ansaugen [H.J. Rehm, Industrielle Mikrobiologie, S. 66, Berlin, Heidelberg, New York   (1967)j.    Solche Belüftungsvorrichtungen haben den Nachteil, dass die Pumpenräder resp. die Rührflügel eine relativ grosse Geschwindigkeit aufweisen müssen und bei relativ grossen Viskositäten der Flüssigkeit nicht mehr oder nur schlecht arbeiten. Die Ansaughöhe der Luft resp. der Gase ist klein und nicht kontrollierbar.



   Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte mechanische Vorrichtung zum Begasen von Flüssigkeiten zu schaffen, die es ermöglicht, verschiedene Kulturmedien mit Luft oder einem anderen Gas zu belüften.



   Die Vorrichtung gemäss der Erfindung besteht aus einer zweckmässig mit einer Hohlwelle versehenen Kreiselpumpe mit einem axial ansaugenden geschlossenen Schleuderrad, das an der Eintrittsöffnung eine venturiartige Verengung besitzt und an der engsten Stelle Ansaugöffnungen für die Gase aufweist. Diese Öffnungen befinden sich an der Stelle des kleinsten Einlaufquerschnittes und somit an der Stelle des grösstmöglichen Unterdruckes. Diese Eintrittsöffnungen können entweder durch die Hohlwelle der Pumpe mit der Aussenluft resp. mit dem von aussen anzusaugenden Gas oder aber mit der Oberfläche des über der Flüssigkeit stehenden Gasraumes verbunden sein. Je nach Querschnitt des venturiartigen Ansaugstutzens und der Drehzahl der Pumpe können grösstmögliche Ansaughöhen resp. Gasmengen erreicht werden.



   Es hat sich gezeigt, dass bei solchen Gasreaktionen, wie z. B. in der Fermentiertechnik, Flüssigkeits/Gas-Dispersionen im Apparat entstehen, welche vom spezifischen Gewicht der Dispersion abhängig sind. Je grösser die absolute Gasmenge zur Flüssigkeitsmenge in der Dispersion ist, desto mehr ändert sich sowohl die Ansaugmenge als auch die Ansaughöhe des zu vermischenden Gases. Um ein Optimum von Ansaughöhe und Ansaugmenge des Gases zu erreichen, d. h. bei möglichst niedrigem Kraftbedarf, kann der Ansaugquerschnitt im Einlauf des Pumpenrades verändert werden. Ebenso kann durch Ver änderung der Fördermenge des Pumpenrades die angesaugte Luftmenge und die umzuwälzende Flüssigkeitsmenge den jeweiligen Bedürfnissen angepasst werden. Je grösser die Umwälzmenge ist und je kleiner der Einlaufquerschnitt, um so grösser ist die Ansaugmenge resp.

  Ansaughöhe des Gases und die umzuwälzende Flüssigkeitsmenge. Es wird angestrebt, für einen bestimmten Prozess diese Mengen variieren zu können, um den Kraftbedarf, welcher teilweise in direkter Abhängigkeit der Reaktion steht, möglichst niedrig zu halten.



   Es ist ausserordentlich schwer, diese Parameter für gewisse Prozesse voraussagen zu können, und es wurde deshalb eine Ausführung der erfindungsgemässen Vorrichtung gefunden, welche diesen Erfordernissen angepasst werden kann. Die spezielle Ausführung besteht darin, dass sowohl die Dimension des erwähnten venturiartigen Eintrittstutzens der Pumpe als auch die zu zirkulierende Totalmenge durch die Pumpe verstellbar ausgeführt sind. Diese beiden Verstellungen sind unabhängig voneinander möglich, d. h. die Einlauföffnung im Venturieintritt als auch die Fördermenge der Pumpe. Bei gewissen Reaktionen ist z. B. eine grosse Ansaughöhe gefordert mit gleichzeitiger grosser Umwälzung. In diesem Falle wird die Venturiöffnung möglichst klein gehalten, so dass eine möglichst grosse Strömung und ein möglichst grosser Unterdruck an Gaseintritt besteht.

  Kann bei gleicher Ansaughöhe eine kleinere Umwälzhöhe toleriert werden, wird die Venturieinlauföffnung kleiner gewählt und auch die Umwälzmenge der Pumpe. Hat jedoch z. B. die umzuwälzende Flüssigkeit eine grosse Tendenz zum Schäumen, sinkt das spezifische Gewicht der umzuwälzenden Dispersion, so dass für die gleiche Ansaughöhe die Fördermenge der Pumpe erhöht werden muss. Zu diesem Zweck wird das Pumpenrad in Breite oder Durchmesser verändert, um die schlechtere Ansaughöhe zu kompensieren.



   Fig. 1 zeigt die Vorrichtung in ihrer einfachsten Ausführung. Auf der Hohlwelle 1 ist das Pumpenlaufrad befestigt, das aus dem Nabenteil 4, der auf diesem festgeschraubte Scheibe 3 mit Schaufeln 14 und der mit der Scheibe 3 verschraubten Deckscheibe 2 besteht. Die Scheiben 2 und 3   bil    den die Seitenwände der Flüssigkeitskanäle im Pumpenlaufrad. Durch die Rotation dieses Pumpenrades wird die umzuwälzende Flüssigkeit in der Öffnung 5 der Deckscheibe 2 angesaugt, wobei die grösste Geschwindigkeit der Flüssigkeit im venturiartigen Ansaugstutzen, d. h. an der Stelle, wo die Gaseintrittsöffnungen 6 im Nabenteil 4 angeordnet sind. Das angesaugte Gas tritt also bei 7 in die Hohlwelle 1 ein, durchströmt die Zwischenöffnung 8 und die Gaseintrittsöffnungen 6.



   Fig. 2 zeigt eine gleiche Ausführung der Pumpe, bei welcher sowohl die Distanz 9 zwischen den beiden   Pumpenseiten-    wänden 2 und 3 verändert werden kann, d. h. zur Vergrösserung und Verkleinerung der totalen Durchflussmenge. Gleichzeitig kann durch Verstellen der gesamten Pumpeneinheit 2, 3 durch Verschiebung das Nabenteil 4 auf der Hohlwelle 1 bei gelösten Schrauben 10 der Abstand 11, d. h. die Durchfluss öffnung im venturiartigen Einlaufstutzen verändert werden.



  Durchflussmenge, Saughöhe und Gasmenge können auf diese Art variiert werden.



   Es können zur besseren Dispergierung des Gases in der Flüssigkeit an der Peripherie, d. h. am Austritt des Pumpenrades ein mit Öffnung versehenes Rohr, Leitbleche usw. in bekannter Weise angeordnet werden, welche die Aufgabe haben, die Gasblasen am Austritt der Pumpe zu verkleinern.



   Die beschriebene Vorrichtung kann in ein- oder mehrfacher Ausführung auf einer horizontalen Hohlwelle in einen horizontal liegenden Reaktionskessel eingebaut werden (Patent Nr. 531 892). Solche Ausführungen haben den Vorteil, dass relativ kleine Ansaughöhen genügen, um grosse Produktmengen einwandfrei zu belüften. Anderseits können solche Pumpen als Einzelaggregate direkt mit einem Antriebsmotor versehen an verschiedenen Orten an liegende und stehende Reaktoren eingebaut werden.



   Fig. 3 zeigt eine solche Begasungspumpe mit einem in den Kessel ragenden Ansaugstutzen 12. Wenn die Dispersion im Reaktionskessel die Tendenz hat, durch Flotation sich zu trennen, indem sie z. B. Schwebeteile an die Flüssigkeitsoberfläche befördert, kann die Ansaugung von der Oberfläche des Reaktionskessels für die Flüssigkeit und die Ansaugung des Gases 13 von aussen erfolgen.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRUCH
    Vorrichtung zum Begasen von Flüssigkeiten mit Hilfe einer Kreiselpumpe, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe mit einem axial ansaugenden geschlossenen Schleuderrad versehen ist, das an der Eintrittsöffnung eine venturiartige Verengung (5) besitzt und an der engsten Stelle Ansaugöffnungen (6) für die Gase aufweist.
    UNTERANSPRÜCHE 1. Vorrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeich- net, dass der Eintritt der Gase durch eine Hohlwelle (1) erfolgt, auf der das Schleuderrad (2, 3, 4, 14) befestigt ist.
    2. Vorrichtung nach Patentanspruch und Unteranspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchflussmenge des Pumpenrades durch Verstellen seiner Seitenwände (2, 3) variierbar ist.
    3. Vorrichtung nach Patentanspruch und Unteransprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Pumpenrad (2, 3) gegenüber den Gaseintrittsöffnungen (6) verstellbar angeordnet ist, zwecks Vergrösserung oder Verkleinerung des Ein trittsquerschnittes in der Gegend der Lufteintrittsöffnungen.
    4. Vorrichtung nach Patentanspruch und Unteransprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sie an einem Flansch an einem Reaktionskessel montierbar ist.
    5. Vorrichtung nach Patentanspruch und Unteransprüchen 1 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sie mit einer gegenüber dem Pumpenradaustritt mit Löchern (15) versehenen Umfassungswand (16) versehen ist.
    6. Vorrichtung nach Patentanspruch und Unteransprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Eintritt in das Pumpenrad mit einem gegen die Oberfläche der Flüssigkeit gerichteten verlängerten Leitrohr (17) versehen ist.
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