DD243432A1 - Verfahren und vorrichtung zur begasung einer fluessigkeit - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft Strahlreaktoren fuer chemische, biochemische und mikrobiologische Prozesse. Ziel der Erfindung ist die Erarbeitung einer technischen Loesung, mit deren Hilfe die interne Einfuehrung der Sekundaerluft in das im Strahlrohr stroemende Reaktionsmedium gewaehrleistet wird. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, den Schachtueberfall bzw. das Schachtrohr so zu konstruieren, dass in der oberen Haelfte des im Gasraum befindlichen Strahlrohres ein Unterdruck erzeugt und auch bei wechselnden Stroemungsgeschwindigkeiten des Reaktionsmedium ein stabiler Eintrag der Sekundaerluft in das Reaktionsmedium gesichert wird. Die Aufgabe wird erfindungsgemaess dadurch geloest, dass in das Strahlrohr eine oder mehrere Verengungen (Unterdrucksegmente bzw. unterdruckkaskaden) mit Ueberstroembohrungen bzw. -schlitzen eingearbeitet werden.

Description

Hierzu 3 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft Strahl-Reaktoren für chemische, biochemische und mikrobiologische Prozesse.

Charakterisierung der bekannten technischen Lösung

Der Stand der Technik ist charakterisiert durch Tau'chstrahlreaktoren nach DD-WP 56763, DD-WP 111144 und nach DD-

WP 111805, die einen hohen Sauerstoffeintrag in das Reaktionsmedium gewährleisten.

Sie besteht im allgemeinen (Abb. 1) aus einem Behälter (1), einer entgasenden Zirkulationspumpe(2) nach DD 101947 und aus dem Schachtüberfall (3) bzw. aus einem Druckstrahlrohr (3). Über die Luftleitung (4) wird Luft (Primärluft) in das strömende

Reaktionsmedium eingetragen.

In die Luftleitung (4) mündet die Sekundärluftleitung (5) aus dem Gasraum (6) des Behälters. Diese Zuführung der Sekundärluft ist für eine hohe Gasausnutzung und für die Betriebsbedingungen mit reduziertem Sauerstoffeintrag im allgemeinen

wünschenswert. Nachteilig erweist sich diese technische Lösung insbesondere bei sterilen Reaktionsbedingungen, da die

Reinigung der außerhalb des Behälters liegenden Sekundärluftleitung problematisch ist.

Der Stand der Technik ist weiterhin gekennzeichnet durch Vorrichtungen zur Begasung von Flüssigkeiten nach DE 2415940,

CH 633972, GB 1464bzw.CH 566165,CH 559060,CH 604860,GB 1452119,DE 2725592,US 3582050,SU 525747, die vor allem bei sterilen Betriebsbedingungen Nachteile aufweisen und auch hinsichtlich der erforderlichen Zuverlässigkeit beim

gleichmäßigen Gaseintrag nicht unproblematisch sind.

Ziel der Erfindung

Die Erfindung hat das Ziel, eine technische Lösung für die interne Einführung der Sekundärluft in das im Strahlrohr strömende Reaktionsmedium zu finden.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, das Tauch- bzw. Strahlrohr so zu konstruieren, daß die Einführung der Sekundärluft innerhalb des Gasraumes des Behälters in das strömende Medium erfolgt.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der innerhalb des Gasraumes des Behälters befindliche Teil des Tauchbzw. Druckstrahlrohres durch Verengung ein Unterdrucksegment (7) bzw. eine Unterdruck-Kaskade (7) mit Überströmbohrungen (8) bzw. Überströmschlitzen (8) erhält.

Ausführungsbeispiel

Die Überströmbohrungen bzw. -schlitze sind mit einem Durchmesser von beispielsweise 20-50 mm in dem Unterdrucksegment zu installieren. Die Ausbuchtung oberhalb der Bohrungen oder Schlitze kann sowohl durch Verformung des Druckrohres (Variante I) als auch durch Aufschweißen von Profilblechen (Variante Il und III) erfolgen (Abb.3). Die Unterdrucksegmente einschließlich der Überströmbohrungen können komplett aus Plastwerkstoff gefertigt sein.

Die erfindungsgemäße Lösung gestattet die sterile Einführung der Sekundärluft in das strömende Reaktionsmedium ohne gesonderte Leitung. Dadurch entfallen alle Reinigungsprobleme bei der Sekundäriuftleitung. Mit dieser Lösung ist ebenfalls der Vorteil verknüpft, daß in Anpassung an die Forderung differenzierter biochemischer Prozesse nach definiert reduziertem Sauerstoffeintrag eine weitgehende Reduzierung der Primärluft erfolgen kann, ohne die Wirkungsweise des Tauch- bzw. Druckstrahlreaktors zu beeinträchtigen. Durch die Vorrichtung zur lokalisierten Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit an den Bohrungen/Schlitzen (Überströmen der Bohrungen bzw. Schlitze) in der Rohrverengung wird eine hohe Stabilität des Sekundärlufteintrages infolge des erzeugten Unterdruckes selbst bei schwankenden Volumenströmen des Reaktionsmediums erreicht.

Es können dadurch die optimalen Dissipations- und Dispergierverhältnisse in dem begasten Reaktionsmedium

(Kulturflüssigkeit) aufrechterhalten werden. . .

Erfindungsgemäß wird das Unterdrucksegment bzw. die Unterdruckkaskade durch eine oder mehrere Verengungen im Vergleich zum Durchmesser D des Tauch- bzw. Druckstrahlrohres gebildet, wobei beispielsweise das Verhältnis d/D = 0,8 bis 0,3 beträgt.

Das Lösungsprinzip der Erfindung zeigen die Abbildungen 2 und 3, in denen zwei Varianten der erfindungsgemäßen Lösung am Beispiel des Tauchstrahlreaktors dargestellt wird. Diese Varianten sollen die Erfindung nicht einschränken.

An Abb.2 (Variante I) ist das Unterdrucksegment dargestellt, das mit Hilfe eines unteren und oberen Flansches oder einer Schweißnaht in den unteren Teil des Schachtrohres nach dem Fermentordeckel eingepaßt ist. Die Verengung D (Durchmesser des Schachtrohres) und d (Durchmesser des Unterdrucksegments) wird durch eine kegelförmige Einziehung erreicht. Analog ist die Aufweitung zu realisieren.

Die Anzahl und Dimensionierung der Überströmbohrungen bzw. -schlitze ist so zu wählen, daß bei einem Durchsatz von 5000Nm³/h Luft beispielsweise 4 Überströmbohrungen mit je 25mm Durchmesser installiert werden. Bei Verringerungen der mechanischen Festigkeit des Unterdrucksegments ist eine geeignete Versteifung (s) wie Abb.2 darstellt, erforderlich.

Erfindungsgemäß beträgt die gesamte Länge der Verengung (V) 0,5-2D, wobei entsprechend der in Abb.2 dargestellten Varianten eine Unterteilung in mehrere Unterdrucksegmente erfolgen kann.' Das Unterdrucksegment einschließlich der Überströmbohrungen wird in der oberen Hälfte des in den Gasraum des Behälters ragenden Strahlrohres nahe am Reaktordeckel installiert.

Arbeitsweise der Vorrichtung

Die zuverlässige Arbeit der Vorrichtung wird bei Beachtung der erfindungsgemäßen technischen Lösung gesichert. Eine Wartung ist während des Betriebes nicht erforderlich. Die exakte Reinigung erfolgt automatisch mit der Reinigung des Behälters.

Gegenüber bekannten Lösungen werden erhebliche Vorteile bei der sterilen Betriebsführung sowie bei der Produktionsvorbereitung erzielt.

Claims (8)

1. Erfindungsanspruch:

   1. Verfahren zur Begasung einer Flüssigkeit, gekennzeichnet dadurch, daß in einem Schachtüberfall des Tauchstrahlreaktors bzw. einem Strahlrohr des Druckstrahlers durch eine bzw. mehrere Verengungen ein Unterdrucksegment bzw. eine
   Unterdruckkaskade angebracht wird, in die eine oder mehrere Überström bohrungen bzw. -schlitze eingearbeitet werden, um die interne Einführung der Sekundärluft in das strömende Reaktionsmedium zu gewährleisten.
2. 2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß eine oder mehrere Verengungen in der oberen Hälfte des
   Strahlrohres innerhalb des Gasraumes des Behälters nahe dem Reaktordeckel angebracht sind.
3. 3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß die gesamte Länge der Verengungen 0,5-2 D beträgt.
4. 4. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 und 3, gekennzeichnet dadurch, daß das Unterdrucksegment einen Durchmesser (d) besitzt, der sich vom Durchmesser des Strahlrohres (D) aus dem Verhältnis d/D = 0,8-0,3 ableitet.
5. 5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß Überströmbohrungen bzw. -schlitze oberhalb der Bohrungen Ausbuchtungen in Richtung Strahlrohrinnenraum besitzen (siehe Abb.3). Diese
   Ausbuchtungen können durch Verformungen des Strahlrohrmaterials oder durch Aufschweißen von Profilblechen bzw.
   Profilplästteilen realisiert werden.
6. 6. Vorrichtung gemäß Anspruch !,gekennzeichnet dadurch, daß die Überströmbohrungen bzw. -schlitze gemäß Abb. 2 und 3 Durchmesser von 20—50 mm besitzen.
7. 7. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 und 5, gekennzeichnet dadurch, daß die Ausbuchtungen oberhalb der Überströmbohrungen und -schlitze, wie in Abb.3 dargestellt, keine bzw. eine komplette Überlappung der Bohrungen bzw. Schlitze ergeben.
8. 8. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß zur Gewährleistung der mechanischen Festigkeit der
   Vorrichtung entsprechend Abb. 2 Versteifungen (S) angebracht werden.