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Gärbottich für kontinuierliche Gärung in Flüssigkeiten Die Erfindung
bezieht sich auf eine Einrichtung zur kontinuierlichen Gärung in Flüssigkeiten.
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Bei den bekannten Einrichtungen zur kontinuierlichen Gärung in Flüssigkeiten
werden im allgemeinen hintereinandergeschaltete Behälter vorgesehen, die von der
Gärflüssigkeit nacheinander durchströmt und mit den üblichen Luft- und Nährstoffmengen
beschickt werden. Wegen der wiederholten Zuführung von Nährstoffen und wegen des
Wachstums der Hefen wird die Gärflüssigkeit meist mit zunehmender Geschwindigkeit
durch die einzelnen, unter sich gleich langen Behälter geschickt, damit eine immer
gleichbleibende Konzentration in den verschiedenen Behältern vorhanden ist. Bei
diesen Einrichtungen verläuft der Gärvorgang nicht stetig, da durch die Überführung
der Gärflüssigkeit von dem einen Behälter zum anderen durch Leitungen oder Überläufe
wiederholt kurze Unterbrechungen eintreten. Es ist wohl auch eine Einrichtung bekannt,
bei der die Gärflüssigkeit aus jeder Kammer unmittelbar in die nächste sich direkt
anschließende Kammer fließt. Bei dieser Einrichtung nehmen die Kammern in ihrer
Größe entsprechend dem Zuwachs an Hefe bzw. entsprechend der zugeführten Nährlösung
und dem zugeführten Wasserquantum zu, und zwar nicht nur die eine Kammer gegenüber
der vorhergehenden Kammer, es vergrößern sich vielmehr auch die einzelnen Kammern
vom Einlauf zum Auslauf hin. Damit die durch die Kammern fließende Gärflüssigkeit
in allen Teilen gleichmäßig dem Gärvorgang unterworfen wird, ist jede Kammer durch
senkrechte Wände mit einem Durchlaß abwechselnd oben und unten derart unterteilt,
daß die Gärflüssigkeit mäanderartig in senkrechter Richtung geführt wird. Die Strömungsrichtung
der Flüssigkeit wird also innerhalb jeder Kammer wiederholt umgekehrt. Dadurch entsteht
in der Strömung eine gewisse Unruhe. Eine gleichmäßige Beeinflussung aller Teile
der Gärflüssigkeit läßt sich mit diesen Einrichtungen nicht erreichen, da an den
Umkehrstellen, dort, wo jeweils eine senkrechte Wand mit dem Boden oder der Decke
der Einrichtung fest verbunden ist, tote Räume entstehen, in denen ein Teil der
Flüssigkeit stagniert oder in einem in sich geschlossenen Wirbel gedreht wird.
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Schließlich ist es auch bekannt, zur kontinuierlichen Gärung Bottiche
zu verwenden, die durch senkrechte, vom Spiegel der Flüssigkeit ausgehende, jedoch
nicht bis zum Boden reichende, in sich geschlossene Wände in Ringzonen aufgeteilt
sind. Die in die mittlere Zone von unten eintretende Flüssigkeit strömt in dieser
nach oben, gelangt durch Überlauf in die zweite Zone, die von oben nach unten durchströmt
wird, von dieser wieder von unten nach oben in die dritte Zone usw., um am Rande
des Bottichs durch Überlauf abzufließen. Bei diesen Einrichtungen kommen unterhalb
der Wände die verschiedenen Teile der Gärflüssigkeit in Berührung, wobei an den
Grenzschichten eine Vermischung von sich im verschiedenen Zustand der Gärung befindlichen
Teilen der Gärflüssigkeit eintritt. Teilweise wird diese Mischung gewollt, z. B.,
um durch Rückführung teilweise vergorener Flüssigkeit in die alte Zone die Schaumbildung
zu verringern. Für viele Gärungsvorgänge ist eine solche Mischung Jedoch sehr nachteilig.
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Solche Gärbottiche besitzen meist einen trichterförmigen Boden, der
in der Mitte von dem Zuführrohr für die Gärflüssigkeit durchdrungen wird und auf
dessen Wänden sich die Sinkstoffe ablagern, um an geeigneter Stelle abgezogen zu
werden.
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Nun besitzen Gärbottiche dieser Art gegenüber den vorher beschriebenen
Einrichtungen für die kontinuierliche Gärung, bei welchen die Gärflüssigkeit hintereinandergeschaltete
Behälter durchströmt, den Vorteil einer sehr gedrängten Bauart und der bequemen
Zugänglichkeit der einzelnen Stellen von einem festen Bedienungsplatz aus. Um diesen
Vorteil unter Beseitigung der geschilderten Nachteile auszunutzen, werden gemäß
der Erfindung die Trennwände über die ganze Höhe des Bottichs gezogen und so gestaltet,
daß jede
Ringzone in die benachbart liegende mündet. Dadurch wird
im Gärbottich ein von seiner Außenwand her nach der Achse hinlaufender ununterbrochener
Kanal gebildet, dem die Gärflüssigkeit am oberen Rande des Bottichs in tangentialer
Richtung zugeführt wird, während sie ihn in der Mitte seines Bodens verläßt. Die
Gärflüssigkeit durchströmt hier den Kanal geschlossen in dauernd gleicher Richtung
ohne jegliche Beeinträchtigung. Unter Umständen, d. h. je nach dem Gärverfahren,
nimmt die Geschwindigkeit nur zu, entsprechend der Menge der während des Durchlaufes
zugeführten Nährlösung und eventuellem Zusatzwasser. Damit ist die Gewähr gegeben,
daß jeder Teil der zugeführten Gärflüssigkeit für die gleiche Zeit am gleichen Ort
der gleichen Wirkung unter den gleichen Bedingungen unterworfen wird und daß keinerlei
Vermischung von Flüssigkeitsteilen verschiedenen Grades der Gärung auftreten kann.
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Zweckmäßig werden die Trennwände aus Zylinderabschnitten zusammengesetzt
und lose eingebaut, so daß durch Austausch der Teile die Länge und der Querschnitt
des Kanals geändert werden kann. Damit läßt sich die Verweildauer der Flüssigkeit
im Bottich und die Intensität der Beeinflussung der Gärflüssigkeit an den einzelnen
Stellen in weiten Grenzen regeln. Eine weitere Regelungsmöglichkeit bietet sich
durch Heben oder Senken des Spiegels bei entsprechender Einstellung des Zulaufes
oder Drosselung des Ablaufes.
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Weitere Punkte der Erfindung beziehen sich auf Einzelheiten der Konstruktion.
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In der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsbeispiele für den erfindungsgemäßen
Gärbottich jeweils im Grundriß und im senkrechten Schnitt dargestellt.
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Bei der Ausführungsform nach den Fig. 1 und 2 sind in dem Bottich
mit der Außenwand 1 mehrere, im dargestellten Beispiel zwei konzentrische Wände
2, 3 eingebaut, welche je einen von oben bis unten gehenden Schlitz 6 besitzen,
so daß die durch die eingebauten Wände gebildeten Ringzonen an den Schlitzen miteinander
in Verbindung stehen. Der Schlitz 6 der Wand 2 von größerem Durchmesser befindet
sich gegenüber dem in der Wand 1 des Bottichs am oberen Rand vorgesehenen Zulauf,
der schräg, zweckmäßig tangential in den Bottich einmündet. An dieser Stelle ist
der zwischen der Außenwand 1 des Bottichs und der Wand 2 gebildete Ringkanal durch
eine Wand 5 abgesperrt, so daß die zugeführte Gärflüssigkeit in der äußeren Ringzone
nur in einer Richtung fließen kann, um am Ende der Ringzone durch den Spalt 6 in
der Wand 2 in den zweiten, zwischen den beiden eingesetzten Wänden 2 und 3 befindlichen
Ringraum einzutreten. Dieser ist auch wieder derart durch eine Zwischenwand 5 in
Höhe des Schlitzes 6 der eingebauten Wand 3 abgesperrt, da.ß die im gleichen Sinn
wie in der äußeren Zone strömende Flüssigkeit aus der zweiten Ringzone zwischen
den Wänden 2 und 3 in den Innenraum der Wand 3 eintritt. In diesem Innenraum wieder
ist in Höhe des Schlitzes 6 der Wand 3 eine radial verlaufende Wand 4 eingesetzt,
die die in den Innenraum der Wand 3 eingetretene Flüssigkeit nach dem im Boden des
Behälters ungefähr in der Mitte vorgesehenen Auslauf 8 führt. Um die in den Bottich
lose eingesetzten Wände 2, 3 in dem richtigen Abstand voneinander zu halten und
gegenüber der Bottichaußenwand zu versteifen, sind noch in die Ringräume radial
verlaufende perforierte Wände 7 eingesetzt, welche zweckmäßig nicht bis zum Boden
reichen. Der Boden 10 des Gärbottichs ist derart schräg gestellt, daß sich seine
tiefste Stelle an derjenigen Seite des Gärbottichs befindet, an welcher der Zulauf
vorgesehen ist. In den Boden 10 ist weiter innerhalb jedes Ringraumes ein mit einem
Verschluß versehener Stutzen 9 vorgesehen, und zwar dort, wo der Boden dieses Ringraumes
durch die Neigung des Bodens 10 seine tiefste Stelle hat. Durch die Stutzen 9 können
abgelagerte Sinkstoffe entfernt werden.
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Die Wände 2 und 3 mit den Sperrwänden 5 und den Versteifungswänden
7 sind lose in den Bottich eingesetzt und in geeigneter Weise miteinander verbunden
und gegeneinander abgedichtet. Damit ist die Möglichkeit gegeben, die Zahl der eingesetzten
Wände zu ändern und damit auch dem durchgehenden Kanal verschiedene Länge und verschiedenen
Querschnitt zu geben. Es empfiehlt sich sogar, die Wände 2 und 3 aus Teilstücken
zusammenzusetzen, um den Einbau zu erleichtern. Der Bottich mit den Einbauten kann
aus dem verschiedensten Material hergestellt werden, z. B. Metall, Keramik, Kunststoff
od. dgl.
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Bei der Ausführungsform nach den Fig. 3 und 4 sind die eingesetzten
Wände so gestaltet, da.ß im Innern des Bottichs ein spiralförmig verlaufender Kanal
gebildet wird. Dadurch erübrigen sich die Wände 4 und 5 der Ausbildung nach Fig.
1 und 2. Die spiralförmig verlaufende Unterteilungswand im Innern des Bottichs ist
zweckmäßig aus halbkreisförmigen Teilstücken a, b, c und d, e, f, g
von verschiedenem Halbmesser in bekannter Weise derart zusammengesetzt, daß der
spiralförmige Kanal an allen Stellen die gleiche Breites besitzt.
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Die Ausführungsform nach Fig. 5 und 6 unterscheidet sich von der Ausführungsform
nach Fig. 3 und 4 darin, daß statt eines nach der Seite des Zuflußstutzens hin geneigten
Bodens 10 ein trichterförmiger Boden vorgesehen ist und mit Rücksicht darauf die
vom Spiegel bis zum Boden reichenden Trennwände verschiedene Höhe besitzen. Statt
der verschiedenen Schlämmstutzen 9 bei den Fig. 1 bis 4 ist bei dieser Ausführungsform
ein zentraler Ausflußstutzen 9' an der tiefsten Stelle des Bodens vorgesehen. Dieser
wird konzentrisch von dem Rohr 8 zum Abführen der Flüssigkeit durchdrungen, dessen
inneres Ende sich in gewisser Höhe über der tiefsten Stelle des Bodens befindet.
Durch diese trichterförmige Ausbildung des Bodens wird die Durchlüftung der Gärflüssigkeit
erleichtert und eine Entlastung bei dem Abziehen der Sinkstoffe erreicht. Zweckmäßig
ist der Schlämmstutzen 9' mit einem Verschluß versehen, der, nur von Zeit zu Zeit
von Hand oder automatisch gesteuert, von einer Regeleinrichtung geöffnet wird.
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Statt eines trichterförmigen Bodens kann auch ein konkav gestalteter
Boden vorgesehen werden, wie bei der Ausfiihrungsform nach den Fig. 7, 8 dargestellt
ist.
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Zweckmäßig wird an den Gärbottichen, wie in Fig. 7, 8 gezeigt ist,
noch in bekannter Weise ein mechanisch arbeitender Schaumabstreifer vorgesehen,
der in Höhe des Spiegels der Gärflüssigkeit oberhalb der Trennwand um die senkrechte
Achse kreist. Der in Fig. 7, 8 dargestellte Schaumabstreifer besteht aus zwei an
einer Welle 13 aufgehängten Flügeln, die bogenförmig so verlaufen, daß die konvexe
Seite in der Drehrichtung vorn liegt. Diese Flügel 12 fördern den Schaum von der
Mitte des Gärbottichs nach der Außenwand. In der Außenwand 1 ist an einer Stelle
ein Ausschnitt 11 vorgesehen, an welchen sich eine Sammelschale 14 mit einer Abflußleitung
15 anschließt. In diese Sammelschale wird der von den Flügeln 12 nach außen geförderte
Schaum gedrückt und abgeführt.
Je nach der Art der in dem Bottich
durchzuführenden Gärung sind an geeigneter Stelle noch Zuläufe für Nährlösungen
und Zusatzwasser und Delüftungseinrichtungen vorgesehen. Diese sind in der Zeichnung
nicht dargestellt.
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Die erfindungsgemäße Gestaltung des Gärbottichs ermöglicht, den gesamten
Gärungsraum zu vergrößern oder zu verkleinern in Abhängigkeit von den Veränderungen
in der zum Durchgären erforderlichen Zeit, z. B. nach der Zusammensetzung des Materials,
nach der Aktivität der Mikroorganismen oder nach anderen notwendigen biologischen
oder biochemischen Umständen. Die Vergrößerung oder Verkleinerung wird durch Ein-
oder Ausschaltung einzelner Teilgärvorrichtungen im Gärungsraum oder an seinem Ende,
gegebenenfalls an anderen passenden Stellen, ausgeführt.
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Eine weitere Reguliermöglichkeit ist durch die Änderung der Höhe des
Spiegels der dem Durchgären unterworfenen Flüssigkeit gegeben. Durch Senkung der
Spiegelhöhe erreicht man z. B. eine kleinere Ausnutzung des Gärungsvolumens; man
beschleunigt somit den Durchfluß durch die Gärvorrichtung, im Hinblick auf den Zufluß
der verarbeitenden Flüssigkeit, und andererseits verlängert man durch Erhöhung des
Spiegels der gärenden Flüssigkeit die Gärungsdauer. Die Änderung der Spiegelhöhe
geschieht durch Änderung der Zustromöffnung oder durch Drosselung des Ausflusses
durch den Stutzen, gegebenenfalls unter dem Ei.nfluß eines Schwimmers oder anderer
hydrostatischer, auf die erforderliche Höhe eingestellter Vorrichtungen u. a. Diese
Vorrichtungen können auf hydraulischem, mechanischem, pneumatischem, optischem oder
anderem Wege in Tätigkeit versetzt werden. Es wird somit die Einführung der Automatisierung
der Gärungsdauer auf der Basis eines Parameters oder gewählter Parameter ermöglicht,
welche auf eine festgesetzte Art funktionell verbunden sind, z. B. auf Grund des
Volumen- oder Gewichtszuflusses der Flüssigkeit bzw. von Flüssigkeiten oder auf
Grund anderer stofflicher oder physikalischer Eigenschaften.
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Zur automatischen Regelung der Gärungsdauer können auch Parameter
Verwendung finden, welche die Flüssigkeit während der Vergärung oder auch zu ihrem
Ende, gegebenenfalls erst am Ende des Gärungsprozesses in ähnlicher Weise aufweist.
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Die Gärbottiche können auch mit einer dichten Abdeckung versehen werden.
In dieser Form werden sie benutzt insbesondere zur technischen Zucht von reinen
ursprünglichen Kulturen, für den Vorsauer und Anstellsauer, zur anaeroben Gärung
oder zur Ermöglichung der Sterilisation des ganzen Gärraumes oder eines Teiles durch
Dampf. Hierbei ist es möglich, mittels Dampf auch bei ungestörtem Betrieb den Raum
über der Flüssigkeit unter dem Deckel zu desinfizieren. Gegebenenfalls kann auch
eine nur teilweise Verschließung durchgeführt werden, d. h. sowohl der einzelnen
Glieder im System der Gärvorrichtungen als auch eines Teiles des Gärkanals im Körper
selbst. Dadurch wird es möglich, eine kombinierte aerobe und anaerobe Gärung durchzuführen
und eventuell nach der aeroben Gärung Hefepilze u. ä. zu gewinnen. Dies geschieht
durch Ausleitung der gegorenen Flüssigkeit zum Zwecke der Trennung der Hefepilze
u. ä. und durch Wiedereinführung der Flüssigkeit nach der Trennung zurück in den
Gärraum zur weiteren fließenden Gärbehandlung. Die Gärräume gemäß der Erfindung
können jedoch auch mit einer Vorrichtung zur Ableitung eines Teiles oder der gesamten
Flüssigkeit aus dem Gärraum zwecks Durchführung anderer Operationen (z. B. Entfernung
von Mycelium, Ausfällung bestimmter Stoffe, Erwärmung in einem Erwärmer, Abkühlung
in einem Kühler;. Bestrahlung, Eindickung u. a.) versehen sein.