DE10149132B4

DE10149132B4 - Vorrichtung zur Entschaumung eines Bioreaktors

Info

Publication number: DE10149132B4
Application number: DE10149132A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Rietschel; Wolfgang Kahlert; Reinhard Kiel
Original assignee: Sartorius AG
Current assignee: Sartorius Stedim Biotech GmbH
Priority date: 2001-10-05
Filing date: 2001-10-05
Publication date: 2006-05-04
Anticipated expiration: 2021-10-06
Also published as: CH695864A5; DE10149132A1; US20030068813A1; DE20215055U1; US6673599B2

Abstract

Vorrichtung zur Entschaumung eines Bioreaktors, mittels der ein in einer Fermenterbrühe entstehender und über dem Flüssigkeitsspiegel der Fermenterbrühe befindlicher Schaum durch mindestens ein um eine vertikale Drehachse (13) drehbares Abschöpfmittel (11) abschöpfbar ist und mittels der die flüssigen und festen Bestandteile des Schaums von den gasförmigen Bestandteilen trennbar und in die Fermenterbrühe zurückführbar sind,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein um die vertikale Drehachse (13) drehbarer Entschaumungsrotor (1) innerhalb des Bioreaktors über dem Flüssigkeitsspiegel der Fermenterbrühe vorgesehen ist, und
dass der Entschaumungsrotor (1) mindestens das eine Abschöpfmittel (11) zum Abschöpfen des Schaums, eine Zentrifugierkammer (6) zur Abtrennung der festen und flüssigen Bestandteile des Schaums von den gasförmigen Bestandteilen mit einer Eintrittsöffnung (7) und einer Austrittsöffnung, und ein Leitmittel (15) zur Rückführung der festen und flüssigen Bestandteile des Schaums in die Fermenterbrühe aufweist, und
dass der Entschaumungsrotor (1) aus zwei vertikal beabstandeten und an einer gemeinsamen Nabe (4) befestigten...

Description

Die Erfindung betrifft Vorrichtung zur Entschaumung eines Bioreaktors, mittels der ein in einer Fermenterbrühe entstehender und über dem Flüssigkeitsspiegel der Fermenterbrühe befindlicher Schaum durch mindestens ein um eine vertikale Drehachse drehbares Abschöpfmittel abschöpfbar ist und mittels der die flüssigen und festen Bestandteile des Schaums von den gasförmigen Bestandteilen trennbar und in die Fermenterbrühe zurückführbar sind

Bei chemischen und biochemischen Reaktionen von in wässriger Lösung befindlichen Stoffen kommt es häufig zur Bildung von Gasblasen, die aufgrund ihres geringeren spezifischen Gewichtes an die Oberfläche der Flüssigkeitslösung aufsteigen, dabei flüssige und feste Bestandteile der Flüssigkeitslösung mitreißen, und derart zur Schaumbildung auf dem Flüssigkeitsspiegel führen. Insbesondere kommt es bei Gärungs- und Fermentierungsprozessen in Bioreaktoren oder Fermentern, d.h. bei der Zersetzung und Umwandlung von organischen Stoffen unter der Mitwirkung von Mikroben, wie z.B. Bakterien und Hefepilzen, vorwiegend aufgrund der Abscheidung von Kohlendioxyd zumeist zu einer intensiven Schaumbildung auf dem Flüssigkeitsspiegel der Fermenterbrühe. Bei industrieller Durchführung kann der Reaktionsprozess und damit die Schaumbildung noch durch die künstliche Zufuhr von Sauerstoff und Wärme verstärkt werden. Eine derartige Schaumbildung führt einerseits durch das Mitreißen der flüssigen und festen Bestandteile zu einer Entmischung der Fermenterbrühe und andererseits durch die Bildung eines Schaumteppichs zu einer weitgehenden Isolierung der Fermenterbrühe von Luftsauerstoff und zum Verschluss von Belüftungsfiltern, wodurch der Gärungs- bzw. Fermentierungsprozess gehemmt oder sogar unterbrochen werden kann. Es sind daher unterschiedliche Verfahren und Vorrichtungen entwickelt worden, um die unerwünschte Schaumbildung in einem Bioreaktor zu verhindern oder zumindest zu hemmen bzw. den gebildeten Schaum aufzulösen oder zu entfernen.

So ist seit längerem bekannt, der Fermenterbrühe ein chemisches Antischaummittel zur Verhinderung oder Verringerung der Schaumbildung beizumischen. Die bekannten Antischaummittel verunreinigen jedoch die Fermenterbrühe, müssen also später wieder entfernt werden, können den in dem Bioreaktor ablaufenden Reaktionsprozess ungünstig beeinflussen und den Stoffwechsel beeinträchtigen, und führen zumeist zur Verstopfung von dem Bioreaktor nachgeschalteten Mikrofiltern, insbesondere von Membranfiltern. Die Verstopfung der Mikrofilter ist dabei, soweit bekannt, auf die in dem Antischaummittel enthaltenen Stabilisierungsmittel, wie Füllstoffe, Andickungs- und Gerinnungsmittel, zurückzuführen.

Zur Vermeidung der Verstopfung von Mikrofiltern wird daher in der EP 0 391 590 A1 ein Verfahren vorgeschlagen, das vorsieht, ein ölbasiertes Antischaummittel zu verwenden, das tropfenweise in eine aus einem wasserlöslichen Stoff, bevorzugt aus einer Zucker- oder Stärkeverbindung, bestehende Hülle eingeschlossen ist. Das betreffende Antischaummittel liegt demnach in Form eines Granulates oder Pulvers vor und kann somit der Fermenterbrühe ohne Stabilisierungsmittel beigemischt werden. Hierdurch wird zwar eine deutliche Verringerung der Verstopfung von Mikrofiltern erzielt, der Nachteil der Verunreinigung der Fermenterbrühe bleibt jedoch bestehen.

Des weiteren ist aus der DE 41 42 967 A1 ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Entfernung von Schaum in Bioreaktoren bekannt, nach dem bzw. mit der ein flüssiges Antischaummittel zur wirkungsvollen Auflösung eines auf dem Flüssigkeitsspiegel einer Fermenterbrühe befindlichen Schaums unmittelbar auf und in dem Schaum verteilt werden kann. Durch die unmittelbare Auf- und Einbringung des Antischaummittels in den Schaum kann die Dosierung des Antischaummittels reduziert werden, die bekannten negativen Auswirkungen eines Antischaummittels bleiben aber, wenn auch in reduziertem Umfang, erhalten.

Es gibt daher Vorrichtungen, bei denen die Schaumbildung weitgehend ungehindert zugelassen wird, der gebildete Schaum dann aber abgeführt, ggf. auch die festen und flüssigen Bestandteile mechanisch von den gasförmigen Bestandteilen getrennt und in einen Sammelbehälter abgeführt oder aber in den Bioreaktor bzw. in die Fermenterbrühe zurückgeführt werden.

Eine entsprechende Vorrichtung zum Abführen von Schaum bei einem Fermenter ist in der DE 299 07 596 U1 beschrieben, wobei der Fermenter im Kopfbereich mit einer Austrittsleitung versehen ist, die in einen außerhalb des Fermenters angeordneten Sammelbehälter einmündet, und der Sammelbehälter in seinem Kopfbereich eine nach außen führende Abluftleitung und in seinem Bodenbereich eine Fördereinrichtung mit einer nach außen führenden Leitung aufweist. Der in dem Fermenter gebildete Schaum soll über die Austrittsleitung selbsttätig aus dem Fermenter austreten und in den Sammelbehälter einströmen. In dem Sammelbehälter sollen sich die gasförmigen Bestandteile unter Einwirkung der Schwerkraft von den flüssigen und festen Bestandteilen des Schaums trennen und über die Abluftleitung entweichen. Die flüssigen und festen Bestandteile des Schaums sammeln sich im Bodenbereich des Sammelbehälters und können bedarfsweise mittels der Fördereinrichtung, die bevorzugt als Schraubenpumpe ausgebildet ist, über die Leitung abgeführt werden. Im vorliegenden Fall füllt der Schaum zumeist den gesamten Raum des Fermenters oberhalb des Flüssigkeitsspiegels der Fermenterbrühe aus. Dadurch wird der ablaufende Reaktionsprozess behindert, was durch eine aufwendige künstliche Belüftung kompensiert werden muss. Darüber hinaus kommt es durch die ungehemmte Schaumbildung und durch das Entweichen des Schaums aus dem Fermenter zu einer unerwünschten Entmischung der Fermenterbrühe. Es kommt zu einem erheblichen Flüssigkeitsverlust und es werden Zellen, die sich im Schaum befinden aus dem Prozess entfernt.

Aus der JP 2000 288 593 A (Abstract) ist eine Vorrichtung zur Entschaumung eines Bioreaktors bekannt, mittels der einer in einer Fermenterbrühe entstehender und über dem Flüssigkeitsspiegel der Fermenterbrühe befindlicher Schaum durch ein um eine Achse rotierbares Abschöpfmittel einer Entschaumungseinrichtung zugeführt wird. Die festen und flüssigen, vom Gas getrennten Bestandteile werden durch ein Leitmittel in die Fermenterbrühe zurückgeleitet.

Das Abschöpfmittel besteht dabei aus einem unteren Scheibenkörper mit radial an seinem Umfang angeordneten, schräg gestellten Flügeln und aus einem oberen Scheibenkörper mit etwa vertikal angeordneten Flügeln, die über dessen Umfang hinausragen. Damit ist das Abschöpfmittel relativ aufwendig und voluminös aufgebaut und dient lediglich dem Zweck, den Schaum einer außerhalb des Bioreaktors angeordneten Entschaumungseinrichtung zuzuführen, dessen flüssige Bestandteile über eine zwischen den Scheibenkörpern angeordnete Rückführleitung zurückgeführt werden.

Nachteilig bei dieser bekannten Vorrichtung ist, dass sie zum einen ein relativ aufwendiges und voluminöses Abschöpfmittel innerhalb des Bioreaktors und zusätzlich eine Entschaumungseinrichtung außerhalb des Bioreaktors benötigt. Damit ist diese Vorrichtung zugleich auch relativ teuer.

Weiterhin ist aus der DE 404 819 A ein Schleuderschaumzerstörer bekannt. Bei dieser Vorrichtung wird die zu behandelnde Flüssigkeit in ein Laufrad geleitet, aus dem Sie unter Wirkung der Schleuderkraft ausgetrieben und dadurch der Schaum zerstört wird. Dabei wird die Flüssigkeit, z.B. Milch, durch einen Kanal am Umfang des Laufrades abgeleitet, während die freiwerdende Luft an dessen Nabe nach außen abgeführt wird. Ein solcher Schleuderschaumzerstörer hat den Nachteil, dass ihm die zu behandelnde Flüssigkeit zentral zugeführt wird, so dass er für einen Bioreaktor mit empfindlichen Fermenterlösungen nicht geeignet ist. Lediglich der oberhalb der Fermenterbrühe befindliche Schaum ist für eine Entschäumung mit Zentrifugalkräften geeignet.

Darüber hinaus ist die aus der DE 404 819 A bekannten Vorrichtung ebenfalls relativ aufwendig, voluminös und kostenintensiv.

Weiterhin ist aus der US 1 967 938 eine Vorrichtung zur Entschaumung eines Bioreaktors bekannt. Diese Vorrichtung besteht im Wesentlichen aus einem konisch ausgebildeten Flügelrad, das um seine Längsachse rotierbar ist. In das Flügelrad aufsteigender Schaum wird mit Hilfe von Zentrifugalkräften gegen einen das Flügelrad umgebenden konischen Mantel geschleudert, so dass der Schaum in gasförmige und flüssige Bestandteile zerlegt wird. Nachteilig bei dieser ebenfalls relativ voluminösen Vorrichtung ist, dass sie aufgrund ihrer speziellen Ausbildung kein Abschöpfmittel aufweist.

Weiterhin ist aus der US 3 616 260 eine Vorrichtung zur Entschaumung eines Bioreaktors bekannt. Auch diese Vorrichtung weist eine relativ voluminöse konische und mehrstufige Entschaumungseinrichtung auf, die ebenfalls ohne ein Abschöpfmittel auskommen muss.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zur Entschaumung eines Bioreaktors anzugeben, durch deren Anwendung eine effektive kostengünstige und platzsparende Entschaumung einer Fermenterbrühe möglich ist, wobei der Schaum von dem Flüssigkeitsspiegel entfernt und die flüssigen und festen Bestandteile des Schaums von den gasförmigen Bestandteilen getrennt und in die Fermenterbrühe zurückgeführt werden sollen.

Diese Aufgabe wird in Verbindung mit dem Oberbegriff des Anspruches 1 erfinäungsgemäß dadurch gelöst, dass ein um die vertikale Drehachse drehbarer Entschaumungsrotor innerhalb des Bioreaktors über dem Flüssigkeitsspiegel der Fermenterbrühe vorgesehen ist, und dass der Entschaumungsrotor mindestens das eine Abschöpfmittel zum Abschöpfen des Schaums, eine Zentrifugierkammer zur Abtrennung der festen und flüssigen Bestandteile des Schaums von den gasförmigen Bestandteilen mit einer Eintrittsöffnung und einer Austrittsöffnung, und ein Leitmittel zur Rückführung der festen und flüssigen Bestandteile des Schaums in die Fermenterbrühe aufweist, und dass der Entschaumungsrotor aus zwei vertikal beabstandeten und an einer gemeinsamen Nabe befestigten Kreisscheiben gebildet ist, die die mindestens eine Zentrifugierkammer in vertikaler Richtung begrenzen, dass die untere Kreisscheibe die Eintrittsöffnung und das mit der Eintrittsöffnung in Wirkverbindung stehende Abschöpfmittel aufweist, und dass zwischen den Kreisscheiben mindestens ein radialer Führungssteg zur Begrenzung der Zentrifugierkammer und als Leitmittel in horizontaler Richtung vorgesehen ist.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung lässt sich eine kompakte relativ einfache und damit kostengünstige Bauweise erreichen. Die Vorrichtung kann zudem relativ einfach nachgerüstet werden und ist universell, d. h. Hersteller unabhängig verwendbar.

Dadurch, dass das bzw. die Abschöpfmittel unmittelbar an der Eintrittsöffnung der die Zentrifugierkammer in vertikaler Richtung nach unten begrenzende Kreisscheibe fest angeordnet ist/sind, steht es/stehen sie mit dieser in unmittelbarer Wirkverbindung, die einfach, kostengünstig und sicher hergestellt ist. Durch den Führungssteg zwischen den beiden Kreisscheiben wird der in der Zentrifugierkammer befindliche Schaum in Rotation versetzt, wobei eine Verdichtung des Schaums und damit eine erste Trennung der gasförmigen Bestandteile des Schaums von den flüssigen und festen Bestandteilen stattfindet. Die wesentliche Separation der Bestandteile des Schaums folgt dann durch die Wirkung der rotationsbedingten Fliehkräfte, die zu einer radialen Trennung der leichteren gasförmigen Bestandteile (radial innen) von den schwereren flüssigen und festen Bestandteilen (radial außen) führt, wobei Letztere entlang des Führungssteges radial nach außen gegen eine Innenwand des Bioreaktors geschleudert werden und von dort in die Fermenterbrühe zurückfließen. Damit ist der Entschaumungsrotor relativ einfach aufgebaut, preiswert herstellbar und weist eine geringe Bauhöhe auf. Da der Entschaumungsrotor oberhalb des Flüssigkeitsspiegels rotiert, relativ kompakt und leicht ausgebildet ist, ist eine relativ geringe Antriebsleistung des zugeordneten Antriebsmotors erforderlich, so dass die rein mechanische Entschaumung relativ preisgünstig erfolgen kann. Auf die Anwendung chemischer Antischaummittel mit ihren bekannten Nachteilen kann ganz verzichtet werden. Der Antriebsmotor, der bevorzugt ein Elektromotor ist, könnte zwar prinzipiell innerhalb des Bioreaktors über dem Entschaumungsrotor angeordnet sein, wird aber aus Sterilitätsgründen, insbesondere bei der Lebensmittelproduktion, zumeist außerhalb des Bioreaktors, z.B. auf einem Deckel des Bioreaktors, platziert sein und über eine in den Bioreaktor führende Antriebswelle mit dem Entschaumungsrotor in Verbindung stehen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Unteransprüchen 2 bis 9 angegeben.

Um eine kompakte Bauweise zur einfachen Anordnung des Entschaumungsrotors innerhalb des Bioreaktors zu erreichen wird dieser vorteilhaft im Wesentlichen aus zwei vertikal beabstandeten und an einer gemeinsamen Nabe befestigten Kreisscheiben gebildet, wobei die untere Kreisscheibe die Eintrittsöffnung und das mit der Eintrittsöffnung in Wirkverbindung stehende Abschöpfmittel aufweist, und zwischen den Kreisscheiben mindestens ein radialer Führungssteg zur umfangsseitigen, d.h. quer zur radialen Richtung verlaufenden Begrenzung der Zentrifugierkammer und als Leitmittel vorgesehen ist. Durch den Führungssteg wird der in der Zentrifugierkammer befindliche Schaum in Rotation versetzt, wobei eine Verdichtung des Schaums und damit eine erste Trennung gasförmigen Bestandteile des Schaums von den flüssigen und festen Bestandteilen stattfindet. Die wesentliche Separation der Bestandteile des Schaums erfolgt aber durch die Wirkung der rotationsbedingten Fliehkräfte, die zu einer radialen Trennung der leichteren gasförmigen Bestandteile (radial innen) von den schwereren flüssigen und festen Bestandteilen (radial außen) führt, wobei letztere entlang des Führungssteges radial nach außen gegen eine Innenwand des Bioreaktors geschleudert werden und von dort in die Fermenterbrühe zurückfließen. Der Entschaumungsrotor ist in der vorgeschlagenen Bauweise relativ einfach aufgebaut, preiswert herstellbar, und weist eine geringe Bauhöhe auf. Der Antriebsmotor, der bevorzugt ein Elektromotor ist, könnte zwar prinzipiell innerhalb des Bioreaktors über dem Entschaumungsrotor angeordnet sein, wird aber aus Sterilitätsgründen, insbesondere bei der Lebensmittelproduktion, zumeist außerhalb des Bioreaktors, z.B. auf einem Deckel des Bioreaktors, platziert sein und über eine in den Bioreaktor führende Antriebswelle mit dem Entschaumungsrotor in Verbindung stehen.

Um eine Behinderung des Rückflusses der festen und flüssigen Bestandteile von der Innenwand des Bioreaktors in die Fermenterbrühe zu vermeiden, sollte mindestens der Außendurchmesser der unteren Kreisscheibe zur Ausbildung eines Ringspaltes signifikant kleiner als der Durchmesser der Innenwand des Bioreaktors sein, wogegen der Außendurchmesser der oberen Kreisscheibe zur Vermeidung von Reibung nur geringfügig kleiner als der Durchmesser der Innenwand des Bioreaktors zu sein braucht.

Um ein optimales Sammeln und Ableiten der festen und flüssigen Bestandteile des Schaums zu bewirken, ist der Führungssteg zur Verbesserung seiner Leitwirkung vorteilhaft zwischen den beiden Kreisscheiben entgegen der Drehrichtung konkav gewölbt. Dabei kann der Führungssteg zur Ausbildung einer radialen Leitrinne um eine horizontale Achse gewölbt sein. Es ist aber auch denkbar, dass der Führungssteg um eine vertikale Achse gewölbt ist, d.h. in einer axialen Draufsicht sichelförmig ausgebildet ist.

Die Eintrittsöffnung ist zweckmäßig als ein radialer Öffnungsschlitz mit einer hinteren Radialkante und das zugeordnete Abschöpfmittel als eine an der hinteren Radialkante angeordnete und in Drehrichtung nach unten geneigte Leitrampe ausgebildet, wobei der Neigungswinkel der Leitrampe bevorzugt in etwa 45 Grad beträgt. Die derart ausgebildete Leitrampe stellt im Zusammenwirken mit dem radialen Öffnungsschlitz ein wirkungsvolles Abschöpfmittel mit hohem Durchsatz dar und ist durch Abkanten eines Teiles des zuvor zur Bildung des Öffnungsschlitzes ausgeschnittenen Bereiches der unteren Kreisscheibe einfach und preiswert herstellbar.

Zur Erhöhung des Durchsatzes und zur Vermeidung einer Unwucht des Entschaumungsrotors sind vorteilhaft mehrere Zentrifugierkammern mit jeweils einem zugeordneten Abschöpfmittel, einer Eintrittsöffnung, einem Führungssteg und einer Austrittsöffnung in Umfangsrichtung gleichverteilt angeordnet, wobei sich in Versuchen die Anzahl von vier Zentrifugierkammern bewährt hat.

Da einerseits ein Eintauchen der Abschöpfmittel bzw. Leitrampen in die Fermenterbrühe zu einem unerwünschten Panschen und zu einem erhöhten Drehwiderstand des Entschaumungsrotors und andererseits ein zu großer Abstand der Abschöpfmittel von dem Flüssigkeitsspiegel zu einer schlechteren Entschaumung führen würden, ist der Entschaumungsrotor zur Anpassung an die jeweilige Höhe des Flüssigkeitsspiegels der Fermenterbrühe vorteilhaft mittels einer Verstellvorrichtung vertikal justierbar ausgebildet. Vor einer Inbetriebnahme des Entschaumungsrotors sollte der Entschaumungsrotor damit vertikal derart eingestellt werden, dass die Abschöpfmittel bzw. Leitrampen mit einem geringen Sicherheitsabstand über dem Flüssigkeitsspiegel der Fermenterbrühe rotieren können.

Wenn der betreffende Bioreaktor mit einem Rührwerk versehen ist, bei dessen Betrieb die Fermenterbrühe in Rotation versetzt wird, sollte der Entschaumungsrotor zur Verbesserung seines Wirkungsgrades entgegengesetzt zu der Drehrichtung des Rührwerkes drehbar ausgebildet sein.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen, in denen eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beispielhaft veranschaulicht ist.
In den Zeichnungen zeigt, jeweils schematisch,:
1a: einen erfindungsgemäßen Entschaumungsrotor in einer Draufsicht von unten,
1b: den Entschaumungsrotor nach 1a in einer Seitenansicht in Blickrichtung B, und
1c: den Entschaumungsrotor nach 1a in einer Schnittansicht C – C.
Eine Vorrichtung zur Entschaumung eines Bioreaktors weist als wesentliches Bauteil einen Entschaumungsrotor 1 auf, der zur Anordnung innerhalb eines Bioreaktors unmittelbar über dem Flüssigkeitsspiegel einer Fermenterbrühe vorgesehen ist. Der Entschaumungsrotor 1 besteht im Wesentlichen aus einer oberen Kreisscheibe 2 und einer unteren Kreisscheibe 3, die vertikal beabstandet zueinander an einer gemeinsamen Nabe 4 befestigt sind. Zwischen den Kreisscheiben 2, 3 sind vier radiale Führungsstege 5 in Umfangsrichtung gleichverteilt angeordnet, durch die der durch die Kreisscheiben 2, 3 begrenzte Hohlraum in vier gleichgroße Zentrifugierkammern 6 aufgeteilt ist. Jede der Zentrifugierkammern 6 bzw. der jeweilige Abschnitt der unteren Kreisscheibe 3 weist als Eintrittsöffnung 7 einen radialen Öffnungsschlitz 8 auf, der jeweils leicht außermittig zwischen den beiden angrenzenden Führungsstegen 5 angeordnet ist. An ihrer hinteren Radialkante 9 sind die Öffnungsschlit ze 8 jeweils mit einer nach unten um circa 45 Grad geneigten Leitrampe 10 als Abschöpfmittel 11 versehen. Die Führungsstege 5 sind zur Ausbildung einer radialen Leitrinne auf der der hinteren Radialkante 9 des jeweiligen Öffnungsschlitzes 8 zugewandten Seite zwischen den beiden Kreisscheiben 2, 3 konkav 12 gewölbt.
Zur Entschaumung einer in dem Bioreaktor befindlichen Fermenterbrühe ist vorgesehen, dass der Entschaumungsrotor 1 innerhalb des Bioreaktors dicht über dem Flüssigkeitsspiegel der Fermenterbrühe angeordnet wird und um seine vertikale Drehachse 13 in einer vorgesehenen Drehrichtung 14 rotierend angetrieben wird. Hierdurch wird über dem Flüssigkeitsspiegel der Fermenterbrühe befindlicher Schaum mittels der Leitrampen 10 abgeschöpft und durch die Öffnungsschlitze 8 in die Zentrifugierkammern 6 befördert. In den Zentrifugierkammern 6 trifft der Schaum auf die Führungsstege 5 und wird dadurch verdichtet und in Rotation versetzt, wodurch insbesondere durch die Wirkung der auftretenden Fliehkräfte die schwereren, d.h. festen und flüssigen Bestandteile des Schaums von den leichteren, d.h. gasförmigen Bestandteilen getrennt und im wesentlichen entlang der als Leitmittel 15 wirksamen Führungsstege 5 radial nach außen aus den offenen Zentrifugierkammern 6 heraus gegen die Innenwand 16 des Bioreaktors geschleudert werden, entlang der sie selbsttätig nach unten zurück in die Fermenterbrühe fließen.
Der erfindungsgemäße Entschaumungsrotor 1 stellt ein einfach aufgebautes und daher preiswert herstellbares Entschaumungswerkzeug dar. Aufgrund seiner geringen Bauhöhe ist der Entschaumungsrotor 1 leicht in einen Bioreaktor integrierbar. Um einen guten Wirkungsgrad zu erreichen ist der Entschaumungsrotor 1 vorteilhaft vertikal derart justierbar, dass die Abschöpfmittel 11 bzw. Leitrampen 10 mit einem geringen Sicherheitsabstand über dem Flüssigkeitsspiegel der Fermenterbrühe rotieren können. Da sich der Entschaumungsrotor 1 erfindungsgemäß nur in Luft und / oder innerhalb des Schaums dreht, ist nur eine geringe Antriebsleistung des zugeordneten Antriebs motors erforderlich. Der Antriebsmotor ist bevorzugt als Elektromotor ausgebildet, außerhalb des Bioreaktors, z.B. auf einem Deckel des Bioreaktors, angeordnet, und steht über eine Antriebswelle mit dem Entschaumungsrotor in Verbindung. Um einen ungehinderten Rückfluss der festen und flüssigen Bestandteile des Schaums entlang der Innenwand 14 des Bioreaktors in die Fermenterbrühe zu gewährleisten, ist mindestens der Außendurchmesser 17 der unteren Kreisscheibe 3 zur Ausbildung eines Ringspaltes 18 signifikant kleiner als der Durchmesser 19 der Innenwand 16 ausgebildet. Durch den Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. des Entschaumungsrotors 1 ist somit eine effektive, kostengünstige, und platzsparende Entschaumung einer Fermenterbrühe möglich. Auf den Einsatz von chemischen Antischaummitteln, die häufig zur Verstopfung nachgeschalteter Mikrofilter führen und den Reaktionsprozess in der Fermenterbrühe stören können, kann vollständig verzichtet werden.

Claims

Vorrichtung zur Entschaumung eines Bioreaktors, mittels der ein in einer Fermenterbrühe entstehender und über dem Flüssigkeitsspiegel der Fermenterbrühe befindlicher Schaum durch mindestens ein um eine vertikale Drehachse (13) drehbares Abschöpfmittel (11) abschöpfbar ist und mittels der die flüssigen und festen Bestandteile des Schaums von den gasförmigen Bestandteilen trennbar und in die Fermenterbrühe zurückführbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass ein um die vertikale Drehachse (13) drehbarer Entschaumungsrotor (1) innerhalb des Bioreaktors über dem Flüssigkeitsspiegel der Fermenterbrühe vorgesehen ist, und dass der Entschaumungsrotor (1) mindestens das eine Abschöpfmittel (11) zum Abschöpfen des Schaums, eine Zentrifugierkammer (6) zur Abtrennung der festen und flüssigen Bestandteile des Schaums von den gasförmigen Bestandteilen mit einer Eintrittsöffnung (7) und einer Austrittsöffnung, und ein Leitmittel (15) zur Rückführung der festen und flüssigen Bestandteile des Schaums in die Fermenterbrühe aufweist, und dass der Entschaumungsrotor (1) aus zwei vertikal beabstandeten und an einer gemeinsamen Nabe (4) befestigten Kreisscheiben (2, 3) gebildet ist, die die mindestens eine Zentrifugierkammer (6) in vertikaler Richtung begrenzen, dass die untere Kreisscheibe (3) die Eintrittsöffnung (7) und das mit der Eintrittsöffnung (7) in Wirkverbindung stehende Abschöpfmittel (11) aufweist, und dass zwischen den Kreisscheiben (2, 3) mindestens ein radialer Führungssteg (5) zur Begrenzung der Zentrifugierkammer (6) und als Leitmittel (15) in horizontaler Richtung vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens der Außendurchmesser (17) der unteren Kreisscheibe (3) zur Ausbildung eines Ringspaltes (18) signifikant kleiner als der Durchmesser (19) der Innenwand (16) des Bioreaktors ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungssteg (5) zur Verbesserung seiner Leitwirkung zwischen den beiden Kreisscheiben (2, 3) entgegen der Drehrichtung (14) konkav (12) gewölbt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungssteg (5) zur Bildung einer radialen Leitrinne um eine horizontale Achse gewölbt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungssteg (5) sichelförmig um eine vertikale Achse gewölbt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Eintrittsöffnung (7) als ein radialer Öffnungsschlitz (8) mit einer hinteren Radialkante (9) und das zugeordnete Abschöpfmittel (11) als eine an der hinteren Radialkante (9) angeordnete und in Drehrichtung (14) nach unten geneigte Leitrampe (10) ausgebildet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Neigungswinkel der Leitrampe (10) 45 Grad beträgt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Zentrifugierkammern (6), bevorzugt vier Zentrifugierkammern (6), mit jeweils einem zugeordneten Abschöpfmittel (11), einer Eintrittsöffnung (7), einem Führungssteg (5) und einer Austrittsöffnung in Umfangsrichtung gleichverteilt angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Entschaumungsrotor (1) zur Anpassung an die jeweilige Höhe des Flüssigkeitsspiegels der Fermenterbrühe mittels einer Verstellvorrichtung vertikal justierbar ist.