CH636640A5 - Gas exchanger for fermenters - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen mechanischen, einen Rotor mit einer Hohlwelle aufweisenden Gasaustauscher für Fermenter, der in einem mit Fermenterinhalt gefüllten Fermentertank angeordnet ist. The invention relates to a mechanical gas exchanger for fermenters, which has a rotor with a hollow shaft and which is arranged in a fermenter tank filled with fermenter content.
Die Durchführung aerober Fermentationen, z.B. die Herstellung von Futterhefe aus dem Substrat Molke, ist von einer intensiven Schaumbildung begleitet. Diese ist so ausgeprägt, dass die Fermentertanks nur zu 30-40% mit Flüssigkeit gefüllt werden können. Es müssen verfahrenstechnische Bedingungen geschaffen werden, um ein Gleichgewicht zwischen Schaumbildung und Schaumzerfall herzustellen, wobei die Zell Vermehrung im wesentlichen in der Schaumphase erfolgt. Carrying out aerobic fermentations, e.g. the production of feed yeast from the whey substrate is accompanied by intensive foaming. This is so pronounced that the fermenter tanks can only be filled to 30-40% with liquid. Process engineering conditions have to be created in order to establish a balance between foam formation and foam breakdown, the cell multiplication taking place essentially in the foam phase.
Wird die Schaumbildung zu intensiv, müssen entweder chemische Schaumdämpfungsmittel oder mechanische Schaumabscheider vorgesehen sein. Da chemische Anti-schaummittel unerwünschte und unkontrollierbare Veränderungen im biologischen System verursachen können, werden meist mechanische Schaumabscheider verwendet, obwohl sie einen erheblichen apparativen Aufwand erfordern. If the foam formation becomes too intense, either chemical foam damping agents or mechanical foam separators must be provided. Since chemical anti-foaming agents can cause undesirable and uncontrollable changes in the biological system, mechanical foam separators are mostly used, although they require considerable equipment.
Mit bekannten Schaumabscheidern, die am Deckel des Fermentertanks angeordnet sind, wird der durch den Fer-mentationsprozess entstandene Schaum durch rotierende Scheiben verflüssigt und gegen die Wand des Fermentertanks geschleudert (Kieler Milchwirtschaftliche Forschungsberichte, 27/1975/S.12). Die Flüssigkeit sinkt dann auf den Boden des Fermentertanks und wird dort mit eingelassener Luft in Verbindung gebracht. Dadurch beschleunigt sich der Fermentationsprozess und der Fermenterinhalt steigt unter Schaumbildung wieder nach oben. Der Schaumabscheider versetzt also den Fermenterinhalt in eine Kreislaufbewegung. With known foam separators, which are arranged on the lid of the fermenter tank, the foam created by the fermentation process is liquefied by rotating disks and flung against the wall of the fermenter tank (Kieler Milchwirtschaftliche Forschungsberichte, 27/1975 / p.12). The liquid then sinks to the bottom of the fermenter tank, where it is brought into contact with the air taken in. This speeds up the fermentation process and the fermenter content rises again with the formation of foam. The foam separator therefore sets the fermenter contents in a circular motion.
Das bei der Fermentation erzeugte Gas wird bei der Zerstörung des Schaumes durch die rotierenden Scheiben des Schaumabscheiders freigesetzt und tritt durch die die Scheiben tragende Hohlwelle nach aussen. The gas generated during fermentation is released when the foam is destroyed by the rotating disks of the foam separator and exits through the hollow shaft carrying the disks.
Bei vielen Fermentationsprozessen soll nun einerseits eine intensive Schaumbildung eintreten, weil dann der (innere) Gasaustausch der Zellen in den ausgedehnten Grenzschichten erleichtert und damit die Produktion der gewünschten Biomasse maximiert ist. Anderseits soll die Verweilzeit des Schaumes im Fermenter nicht zu gross werden, weil der Gasaustausch durch Veränderungen in den Grenzflächen immer schlechter wird. Es ist also erwünscht, die Gasbildung und den Gasaustausch des Fermentationsprozesses so zu führen, dass die Schaumbildung optimal ist. In many fermentation processes, intensive foam formation should occur on the one hand, because then the (inner) gas exchange of the cells in the extended boundary layers is facilitated and the production of the desired biomass is thus maximized. On the other hand, the residence time of the foam in the fermenter should not be too long because the gas exchange is getting worse due to changes in the interfaces. It is therefore desirable to conduct gas formation and gas exchange in the fermentation process in such a way that foam formation is optimal.
Im Hinblick auf diese Optimierungsaufgabe ist der erfin-dungsgemässe Gasaustauscher dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor von einem Röhrensystem umschlossen ist, das Bohrungen zur Einleitung von Sauerstoff aufweist. With regard to this optimization task, the gas exchanger according to the invention is characterized in that the rotor is enclosed by a tube system which has bores for introducing oxygen.
Diese Anordnung hat den Vorteil, dass der «äussere» Gasaustausch, also die Einströmung von sauerstoffhaltiger Luft und die Ausströmung von Kohlensäure in die Atmosphäre, innerhalb eines kurzen Wegstückes des gesamten Kreislaufweges des Fermenterinhalts im Fermentertank erfolgen kann. Durch eine solche, als «Gasaustauscher» zu bezeichnende Anordnung kann gleichzeitig die Abmessung des Fermentertanks minimiert und der Ertrag von Biomasse maximiert werden. Ausserdem ist anstelle eines zusätzlichen Rotations-belüfters nur ein einziges rotierendes System erforderlich. This arrangement has the advantage that the “external” gas exchange, that is the inflow of oxygen-containing air and the outflow of carbonic acid into the atmosphere, can take place within a short distance of the entire cycle path of the fermenter content in the fermenter tank. Such an arrangement, referred to as a “gas exchanger”, can simultaneously minimize the size of the fermenter tank and maximize the yield of biomass. In addition, only a single rotating system is required instead of an additional rotary aerator.
Vorzugsweise ist der Abstand des Röhrensystems vom Rotor so gross, dass der vom Rotor abgeschleuderte Fermenterinhalt bei der Betriebsdrehzahl des Rotors bei Erreichen des Röhrensystems einen flüssigen Zustand aufweist. The distance of the tube system from the rotor is preferably so great that the fermenter content thrown off the rotor has a liquid state at the operating speed of the rotor when the tube system is reached.
Für diesen Bemessungsfall gelten die hydrodynamischen Prinzipien, und der Gasaustauscher hat dann auch die geringstmöglichen Abmessungen. The hydrodynamic principles apply to this design case, and the gas exchanger then also has the smallest possible dimensions.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform sind die Bohrungen des Röhrensystems an der Stelle des engsten Durchtritts für den Fermenterinhalt im Röhrensystem angeordnet. Hierdurch kann die Geschwindigkeit des durch das Röhrensystem hindurchtretenden Fermenterinhaltes, der vorzugsweise an dieser Stelle die Eigenschaften einer realen Flüssigkeit wieder angenommen hat, sehr gross sein, so dass auch der entstehende Unterdruck an dieser Stelle sehr gross werden kann. Dadurch wird die Eintragung von Sauerstoff in den Fermenterinhalt unterstützt. Dies kann sogar, je nach Konsistenz des Fermenterinhaltes, dazu führen, dass ein eigenes Aggregat für die Sauerstoffeintragung entbehrlich ist. In another preferred embodiment, the bores of the tube system are arranged at the location of the narrowest passage for the fermenter content in the tube system. As a result, the speed of the fermenter content passing through the tube system, which preferably has again assumed the properties of a real liquid at this point, can be very high, so that the resulting negative pressure can also become very large at this point. This supports the entry of oxygen in the fermenter content. Depending on the consistency of the fermenter content, this can even lead to the fact that a separate unit is unnecessary for the oxygenation.
Eine weitere Verbesserung der Anordnung lässt sich erreichen, wenn die Drehzahl des Rotors veränderbar ist. Hierdurch kann der Gasaustauscher derart an die jeweilige Konsistenz des Fermenterinhaltes und dessen Abmessungen angepasst werden, dass der von dem Rotor abgeschleuderte Fermenterinhalt beim Erreichen des Röhrensystems gerade flüssig ist. Dadurch sind auch bei Fermenterinhalten mit zeitlich veränderlicher Konsistenz durch Regelung der Drehzahl permanent optimale Betriebsbedingungen des Fermenters erreichbar. A further improvement of the arrangement can be achieved if the speed of the rotor can be changed. As a result, the gas exchanger can be adapted to the respective consistency of the fermenter content and its dimensions such that the fermenter content thrown off by the rotor is just liquid when it reaches the tube system. This means that even with fermenter contents with a consistency that changes over time, optimum operating conditions of the fermenter can be achieved by regulating the speed.
Dem gleichen Ziel kann auch eine Änderung der relativen Anordnung von Rotor und Röhrensystem zueinander dienen, weil sich dadurch besondere Umwälzeffekte erreichen lassen. A change in the relative arrangement of the rotor and the tube system with respect to one another can also serve the same goal, since this can achieve special circulation effects.
In einer weiteren Verbesserung können Düsen zum Austrag von Fermenterinhalt in der Nähe des Röhrensystems vorgesehen sein, weil so der Kreislauf des Fermenterinhaltes von unnötigem Ballast befreit werden kann. In a further improvement, nozzles for discharging fermenter content can be provided in the vicinity of the tube system, because in this way the circuit of the fermenter content can be freed from unnecessary ballast.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen: An embodiment of the invention is explained below with reference to the drawing. The drawing shows:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Fermentertank und Fig. 1 shows a longitudinal section through a fermenter tank and
Fig. 2 einen Querschnitt durch einen Gasaustauscher. Fig. 2 shows a cross section through a gas exchanger.
In Fig. 1 ist eine durch einen Motor 1 angetriebene Hohlwelle 2 vorgesehen, auf der konische Rotorscheiben 2 mit der Spitze nach oben angeordnet sind. Ein Röhrensystem 4 mit Bohrungen 10 umschliesst den Rotor 2-3 und ist nach oben In Fig. 1, a hollow shaft 2 is provided which is driven by a motor 1 and on which conical rotor disks 2 are arranged with the tip pointing upwards. A tube system 4 with bores 10 surrounds the rotor 2-3 and is at the top
2 2nd
s s
10 10th
15 15
20 20th
25 25th
30 30th
35 35
40 40
45 45
50 50
55 55
60 60
65 65
3 3rd
636640 636640
mit einem Leitblech 6, nach unten mit einem Leitblech 5 abgeschlossen. with a baffle 6, closed at the bottom with a baffle 5.
Das Röhrensystem 4 kann wie dargestellt aus senkrechten Röhren oder stattdessen aus einem schraubenlinienförmigen Rohr bestehen. Das System 4 wird über einen Verteiler 9 und eine Zuleitung 8 mit Sauerstoff beschickt. Das Abgas wird von der Hohlwelle 2 über einen Rohranschluss 7 abgeführt. Der so aufgebaute Gasaustauscher ist an einem Deckel 11 angeordnet, der mit dem Fermentertank 12 verbunden ist. The tube system 4 can, as shown, consist of vertical tubes or instead of a helical tube. The system 4 is charged with oxygen via a distributor 9 and a feed line 8. The exhaust gas is discharged from the hollow shaft 2 via a pipe connection 7. The gas exchanger thus constructed is arranged on a lid 11 which is connected to the fermenter tank 12.
In Fig. 2, die einen Schnitt durch den Gasaustauscher nach Fig. 1 in Höhe der Schnittlinie A-B darstellt, ist das Röhrensystem 4 mit seinen Bohrungen 10 an der schmälsten Stelle des Durchtritts für den von konischen Scheiben 3 abgeschleu-5 derten Fermenterinhalt dargestellt. Das Röhrensystem 4 wird durch den Verteiler 9 beschickt. Die Bohrungen 20 der Hohlwelle 2 nehmen das Abgas aus den durch die Rotorscheiben 3 zerstörten Schaumblasen auf und leiten es durch den Hohlkern der Hohlwelle 2 nach aussen ab. In Fig. 2, which shows a section through the gas exchanger according to Fig. 1 at the level of section line A-B, the tube system 4 is shown with its bores 10 at the narrowest point of the passage for the fermenter content removed by conical discs 3. The tube system 4 is fed through the distributor 9. The bores 20 of the hollow shaft 2 absorb the exhaust gas from the foam bubbles destroyed by the rotor disks 3 and discharge it to the outside through the hollow core of the hollow shaft 2.
B B
2 Blatt Zeichnungen 2 sheets of drawings
Claims (6)
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19772719112 DE2719112A1 (en) | 1977-04-29 | 1977-04-29 | FOAM SEPARATOR FOR FERMENTER |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CH636640A5 true CH636640A5 (en) | 1983-06-15 |
Family
ID=6007603
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CH462578A CH636640A5 (en) | 1977-04-29 | 1978-04-28 | Gas exchanger for fermenters |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
CH (1) | CH636640A5 (en) |
DE (1) | DE2719112A1 (en) |
-
1977
- 1977-04-29 DE DE19772719112 patent/DE2719112A1/en not_active Withdrawn
-
1978
- 1978-04-28 CH CH462578A patent/CH636640A5/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE2719112A1 (en) | 1978-11-23 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PL | Patent ceased |