DE102007049077A1 - Device for introducing gas in liquid medium in container, has lower open pulse tube and is subjected above homogeneous gas pressure impulses - Google Patents

Device for introducing gas in liquid medium in container, has lower open pulse tube and is subjected above homogeneous gas pressure impulses Download PDF

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André Dipl.-Ing. Rosonsky
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Abstract

The device has a lower open pulse tube (3) and is subjected above homogeneous gas pressure impulses. The pulse tube is subjected to the homogeneous gas pressure impulses in such a way that an oscillating fluid movement takes place in the pulse tube at the lower outlet of the pulse tube. A part of air is squeezed periodically from the pulse tube as bubble into the liquid (10) of the container. An independent claim is included for a method for inserting gas in a liquid.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Eintragen eines Gases in ein flüssiges Medium, wie z. B. in Bioreaktoren oder in Reaktionsapparaten für chemische Reaktionen.The The invention relates to an apparatus and method for entry of a gas in a liquid medium, such. B. in bioreactors or in chemical reaction reactors.

Bekannte Verfahren und Vorrichtungen zum Begasen von Flüssigkeiten basieren auf motorischen Rührsystemen, wenden eine pneumatische Begasung an oder nutzen statische Einrichtungen zur Blasenbildung und -verteilung. Je nach Stoffsystem, Apparatetyp und Aufgabenstellung wird einer dieser Varianten oder einer Kombination der Varianten der Vorzug gegeben bzw. es werden darauf aufbauend spezielle Konstruktionen und Gestaltungsvarianten realisiert.Known Methods and apparatus for fumigating liquids based on motorized stirring systems, apply a pneumatic Fumigation or use static devices for blistering and distribution. Depending on the material system, type of device and task becomes one of these variants or a combination of variants the preference given or it will build on this special constructions and design variants realized.

Diese Begasungseinrichtungen haben jeweils spezifische Nachteile, die dazu führen, dass der Einsatz bzw. die Effizienz des Einsatzes in einer Reihe von Fällen u. U. stark begrenzt ist.These Fumigators each have specific disadvantages, the lead to the use or efficiency of the mission in a number of cases u. U. is very limited.

So sind die motorisch angetriebenen Rührsysteme oft hinsichtlich der konstruktiven Gestaltung des Rührwerkzeuges, der Wellendurchführung und des Antriebes sehr aufwendig, erzeugen z. T. hohe Scherspannungen und können bei explosionsgefährdeten Stoffsystemen Probleme bereiten. Besonders auch bei Bioreaktionen ist es wichtig, hohe Scherspannungen zu vermeiden und einen gleichmäßigen Gaseintrag zu erreichen. Ihr Einsatz ist auch bei Flüssigkeiten mit sehr feinen, sehr groben oder abriebempfindlichen Feststoffen kaum sinnvoll möglich.So the motor driven stirring systems are often in view the structural design of the stirring tool, the shaft passage and the drive very expensive, generate z. T. high shear stresses and can be used with potentially explosive substance systems To cause problems. Especially in bioreactions it is important To avoid high shear stresses and a uniform gas input to reach. Their use is also with liquids very fine, very coarse or abrasion-sensitive solids barely reasonably possible.

Pneumatische Begasungssysteme, wie z. B. in Airlift-, Schlaufen- oder Strahlreaktoren angewendet, sind an bestimmte apparative Gestaltungen gebunden, haben nur eine begrenzte Gaseintragsrate und sind bei grobdispersen Suspensionen oft nicht einsetzbar.pneumatic Fumigation systems, such. B. in airlift, loop or jet reactors applied, are bound to certain apparatus designs, have only a limited gas input rate and are coarsely disperse Suspensions often can not be used.

Statische Gasverteiler ohne mechanisch oder pneumatisch initiierte Flüssigkeitsbewegung ermöglichen nur einen relativ geringen Gaseintrag, erfordern hohe Gasdrücke und erzeugen kaum die gewünschte Mischung bzw. Umwälzung der Flüssigkeit. Ausgehend von dieser Situation wurden verschiedene Weiterentwicklungen und Erfindungen, u. a. auch zum Prinzip des Gaseintrages, getätigt.static Gas distributor without mechanically or pneumatically initiated liquid movement allow only a relatively small gas input, require high gas pressures and hardly produce the desired Mixing or circulation of the liquid. outgoing from this situation were various advancements and Inventions, u. a. also to the principle of gas entry, made.

So beschreibt die DE 10050030 ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung großer aktiver Grenzflächen, die einen hohen Gaseintrag in die Flüssigkeit erlauben. Das wird erreicht durch eine entsprechende Gestaltung und Anordnung eines motorisch angetriebenen Rotors, der von einem drehbaren Läufer mit Schaufelblättern umgeben ist, und sich im Bereich der Flüssigkeitsoberfläche bewegt.That's how it describes DE 10050030 a method and apparatus for generating large active interfaces that allow high gas input into the liquid. This is achieved by a corresponding design and arrangement of a motor-driven rotor, which is surrounded by a rotatable rotor with blades and moves in the area of the liquid surface.

In DE 2514197 wird eine Vorrichtung zur Begasung von Flüssigkeiten mit einem Gasverteiler und einer Vibrationseinrichtung dargestellt. Der Gasverteiler kann parallel zu den Gasaustrittsöffnungen bewegt werden und soll dadurch eine bessere Blasenbildung und Flüssigkeitsbewegung erlauben.In DE 2514197 a device for the gassing of liquids with a gas distributor and a vibration device is shown. The gas distributor can be moved parallel to the gas outlet openings and thereby allow better bubble formation and fluid movement.

Die Anwendung einer Vibrationskammer mit mindestens einer elastischen hin- und herbewegbaren Wand wird in DE 3543022 beschrieben. Durch die Vibration wird das Gas in der Kammer pulsierend komprimiert, was sich günstig auf die Blasenbildung und den Stoffübergang auswirkt.The application of a vibration chamber with at least one elastic back and forth movable wall is in DE 3543022 described. Due to the vibration, the gas in the chamber is compressed pulsatingly, which has a favorable effect on the formation of bubbles and the mass transfer.

Zur Erzeugung einer schonenden Wirkung eines Rührens dient ein in DE 3923928 angegebenes Rührwerkzeug. Es hat einen Antrieb zur Erzeugung von speziellen Bewegungsbahnen der Rührelemente, wie z. B. ellipsenförmige oder taumelartige Bewegungen. Diese Bewegungsart wird ergänzt durch die Eigenart der Lagerung und verschiedene Gestaltungsvarianten des Rührwerkzeuges. Die Maßnahmen dienen dazu, die auftretenden Scherkräfte im Behandlungsraum zu reduzieren.To produce a gentle effect of stirring is used in DE 3923928 specified stirring tool. It has a drive for generating special trajectories of the stirring elements, such. B. elliptical or wobble-like movements. This type of movement is complemented by the nature of the storage and various design variants of the stirring tool. The measures serve to reduce the shear forces occurring in the treatment room.

In DE 3739650 wird ein Fermenter zur Züchtung von Zellkulturen auf suspendierten Trägerkörperchen mit verbesserter Sauerstoffaufnahme und bei gleichzeitiger Schonung der Zellkulturen beschrieben. Ein Siebbelüfter ist exzentrisch zur Rührerachse angeordnet. Ergänzt wird diese Einrichtung durch Prallplatten, die mit einem Vibrationsantrieb verbunden sind.In DE 3739650 describes a fermenter for growing cell cultures on suspended carrier bodies with improved oxygen uptake and at the same time preserving the cell cultures. A Siebbelüfter is arranged eccentrically to the stirrer axis. This device is supplemented by baffle plates, which are connected to a vibration drive.

Die Anwendung einer Resonanzschwingung zur Verbesserung der Sauerstoffzuführung für Zellkulturen in Bioreaktoren mit Hohlfasern wird in DE 10211106 erläutert. Der Sauerstoffeintrag erfolgt pulsierend bei einer Pulsationsfrequenz von 1 bis 6 s–1.The application of resonant vibration to improve oxygen supply to cell cultures in bioreactor with hollow fibers is described in US Pat DE 10211106 explained. The oxygen entry is pulsating at a pulsation frequency of 1 to 6 s -1 .

Im Sinne einer Weiterentwicklung des Standes der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Begasungsart zu schaffen, die keine beweglichen mechanischen Teile im Behandlungsraum besitzt, relativ geringe Scherkräfte erzeugt und auch für Suspensionen gut geeignet ist. Daneben sollte die Vorrichtung apparativ einfach gestaltet und das Betreiben der Begasungseinrichtung bei einem vertretbaren Energieverbrauch möglich sein.in the The purpose of a further development of the prior art is the present invention, the object of a gassing to create no moving mechanical parts in the treatment room owns, produces relatively low shear forces and also for Suspensions is well suited. In addition, the device should apparatus simply designed and the operation of the gassing at a reasonable energy consumption possible.

Der Gegenstand der Erfindung ist somit eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Begasung von Flüssigkeiten und Suspensionen in chemischen Mehrphasenreaktoren, in Bioreaktoren oder in anderen Apparaten der erläuterten Art.Of the The invention thus relates to a device and a method for fumigation of liquids and suspensions in chemical multiphase reactors, in bioreactors or in other apparatus explained Art.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass in den Behandlungsraum (9) ein unten offenes vertikales Rohr (3) – im weiteren als Pulsrohr benannt – eingebracht ist, das oben (7) periodisch so mit Druckgas beaufschlagt wird, dass die Flüssigkeit bzw. das Gas-Flüssigkeits-Gemisch im Pulsrohr (3) ebenfalls in eine periodische Auf- und Abbewe gung versetzt wird. Dabei ist die pulsartige Druckbeaufschlagung so zu gestalten, dass ein Teil des zugeführten Pulsgases durch die untere Öffnung (11) des Pulsrohres (3) blasenartig in den Behandlungsraum (9) gelangt. Gleichzeitig tritt auch eine gewisse Umwälzung und Mischung der Flüssigkeit (9) auf. Die periodische Druckgasbeaufschlagung des Pulsrohres (3) wird durch ein wechselseitiges Öffnen und Schließen von Magnetventilen in den Gaswegen realisiert. In einem ersten Takt strömt Druckgas (5) in das Pulsrohr (3) ein und erzeugt beim Austritt (11) Blasen in der Flüssigkeit (10). In dieser Zeit ist der Gasweg (6) geschlossen. Im zweiten Takt wird der Gasweg (5) geschlossen und das Pulsgas strömt über den Weg (8) und (6) ab. Dazu können zwei 2/2-Wegeventile – jeweils ein Ventil für die Druckgaszuführung (5) und für die Pulsgasableitung (6) – oder auch ein 3/2-Wegeventil im Gasweg (8) eingesetzt werden. Die Steuerung der Magnetventile (Wechselfrequenz und Öffnungszeiten) wird mit dem Pulsationsteuergerät (7) realisiert. In Folge der pulsartigen Druckbeaufschlagung bildet sich im Bereich des unteren Ausganges des Pulsrohres eine Oszillationsbewegung der Flüssigkeit zwischen Pulsrohr (3) und Behälterflüssigkeit (10) aus. Die Rückbewegung in das Pulsrohr wird durch das unterschiedliche Flüssigkeitsniveau und durch die periodisch aufgebaute Druckerhöhung im oberen Gasraum (14) bewirkt. Der untere Rand des Pulsrohres (12) kann scharfkantig, abgerundet oder kronenartig gestaltet und der untere Ausgang (11) des Pulsrohres im Durchmesser verengt oder gegenüber dem gesamten Pulsrohr erweitert sein.This object is achieved in that in the treatment room ( 9 ) a downwardly open vertical tube ( 3 ) - hereinafter referred to as pulse tube - a brought up, the above ( 7 ) is pressurized periodically with compressed gas so that the liquid or the gas-liquid mixture in the pulse tube ( 3 ) is also placed in a periodic up and Abbewe movement. In this case, the pulse-like pressurization is to be designed so that a portion of the supplied pulse gas through the lower opening ( 11 ) of the pulse tube ( 3 ) bubble-like into the treatment room ( 9 ). At the same time, a certain circulation and mixing of the liquid ( 9 ) on. The periodic application of compressed gas to the pulse tube ( 3 ) is realized by a mutual opening and closing of solenoid valves in the gas paths. In a first cycle compressed gas flows ( 5 ) into the pulse tube ( 3 ) and generates at the exit ( 11 ) Bubbles in the liquid ( 10 ). During this time, the gas path ( 6 ) closed. In the second cycle, the gas path ( 5 ) closed and the pulse gas flows over the way ( 8th ) and ( 6 ). For this purpose, two 2/2-way valves - one valve for the compressed gas supply ( 5 ) and for the pulse gas discharge ( 6 ) - or a 3/2-way valve in the gas path ( 8th ) are used. The control of the solenoid valves (alternating frequency and opening times) is controlled by the pulsation control unit ( 7 ) realized. As a result of the pulse-like pressurization, an oscillatory movement of the fluid between the pulse tube (in the region of the lower output of the pulse tube) is formed ( 3 ) and container liquid ( 10 ) out. The return movement into the pulse tube is due to the different liquid level and the periodically constructed pressure increase in the upper gas space ( 14 ) causes. The lower edge of the pulse tube ( 12 ) can be sharp-edged, rounded or crown-shaped and the lower exit ( 11 ) of the pulse tube may be narrowed in diameter or expanded with respect to the entire pulse tube.

Überraschenderweise wurden in Abhängigkeit von der Art der Pulsation und von den geometrischen Bedingungen jeweils typische Pulsationsfrequenzen gefunden, die relativ hohe Begasungsraten und Mischeffekte bewirken. Durch eine entsprechende Gestaltung des unteren Pulsrohrrandes (12) und das Einfügen eines Stromstörers in das Pulsrohr kann die Begasungsrate erhöht werden.Surprisingly, depending on the type of pulsation and on the geometric conditions, typical pulsation frequencies were found which produce relatively high gassing rates and mixing effects. By an appropriate design of the lower pulse tube edge ( 12 ) and the insertion of a baffle into the pulse tube, the gassing rate can be increased.

1 zeigt in einem Schema beispielhaft eine erfindungsgemäße Vorrichtung. Hier ist in einen zylindrischen Behälter (1) mit einem konischen Boden (13) ein zentrales Pulsrohr (3) eingefügt, das unten einen glatten Rand (12) und innen einen Stromstörer (9) besitzt. Der Behälter ist mit einem Deckel (2) oben abgeschlossen, so dass sich im oberen Gasraum (14) ein gewisser Überdruck aufbauen kann. Die Ableitung des Pulsations- bzw. Prozessgases aus dem Behälter erfolgt über den Abgang (15). Das mittlere Flüssigkeitsniveau und auch die Bewegungsweite der Flüssigkeit im Pulsrohr (3) hängen von der Frequenz der Druckbeaufschlagung und vom wirksamen Druck des Pulsgases ab. Wenn keine zusätzliche Begasung gemäß 2 verwendet wird, ist die periodische Flüssigkeitsbewegung im Pulsrohr immer so zu erwirken, dass ein Teil des Pulsgases über den Pulsrohrrand (12) in den Behandlungsraum (10) gedrückt wird. Dabei bilden sich, abhängig von der Art der Pulsation, von der Gestaltung und der Anordnung des Pulsrohres mehr oder weniger große Gasblasen, die in der Flüssigkeit bewegt werden. 1 shows in a diagram by way of example a device according to the invention. Here is in a cylindrical container ( 1 ) with a conical bottom ( 13 ) a central pulse tube ( 3 ), which has a smooth edge ( 12 ) and inside a baffle ( 9 ) owns. The container is equipped with a lid ( 2 ) above, so that in the upper gas space ( 14 ) can build up a certain overpressure. The derivation of the Pulsations- or process gas from the container via the departure ( 15 ). The mean fluid level and also the range of movement of the fluid in the pulse tube ( 3 ) depend on the frequency of the pressurization and the effective pressure of the pulse gas. If no additional fumigation according to 2 is used, the periodic liquid movement in the pulse tube is always to be obtained in such a way that a part of the pulse gas flows over the pulse tube edge ( 12 ) in the treatment room ( 10 ) is pressed. In this case, depending on the type of pulsation, the design and the arrangement of the pulse tube form more or less large gas bubbles which are moved in the liquid.

Die Kombination von Pulsrohr und Gasverteiler in einem Behälter mit einem gewölbten Boden ist in 2 beispielhaft dargestellt. Durch die Kombination von Pulsrohrbegasung (11) mit einer zusätzlichen statischen Begasung (17) wird eine Erhöhung des Gaseintrages erzielt. Es ist auch ein Gaseintrag nur über den Gasverteiler (17) möglich. In diesem Fall bewegt sich die Flüssigkeit im Pulsrohr nur oberhalb des Ausganges (11), so dass kein Pulsationsgas aus dem Pulsrohr in den Behandlungsraum gedrückt wird. Die pulsartige Flüssigkeitsoszillation bewirkt eine Beeinflussung der Blasengröße, der Blasenbewegung sowie eine Mischung der Flüssigkeit (10).The combination of pulse tube and gas distributor in a container with a curved bottom is in 2 exemplified. By the combination of pulse tube gassing ( 11 ) with an additional static fumigation ( 17 ) an increase in the gas input is achieved. It is also a gas entry only via the gas distributor ( 17 ) possible. In this case, the liquid moves in the pulse tube only above the output ( 11 ), so that no Pulsationsgas is pressed from the pulse tube in the treatment room. The pulsatile liquid oscillation causes an influence on the bubble size, the bubble movement and a mixture of the liquid ( 10 ).

In 3 ist eine weitere Variante der erfindungsgemäßen Begasungstechnik dargestellt. In den oberen Bereich des Behälters ist eine Pulsgaskammer (19) eingefügt. Diese Pulsgaskammer kann durch eine Trennwand (18) über die gesamte Behälterfläche oder auch durch eine teilweise Abtrennung gebildet werden. Die Verwendung der Pulsgaskammer hat zur Folge, dass die Durchführung des Pulsrohres durch den Deckel (2) entfällt und die Zuführung des Druckgases nahezu beliebig im Deckel angeordnet werden kann.In 3 a further variant of the gassing technique according to the invention is shown. In the upper area of the container is a pulse gas chamber ( 19 ). This pulse gas chamber can by a partition ( 18 ) are formed over the entire container surface or by a partial separation. The use of the pulse gas chamber has the consequence that the passage of the pulse tube through the lid ( 2 ) and the supply of compressed gas can be arranged almost anywhere in the lid.

Ein weiteres Gestaltungsbeispiel der erfinderischen Pulsrohrtechnik zur Begasung zeigt 4. Hier sind vier gleichartige Pulsationsrohre (3), die oben in einer Pulsgaskammer münden, kreisförmig im Behälter angeordnet. Dadurch werden eine Vergrößerung des Bereiches der Pulsrohrbegasung und eine bessere Gasblasenverteilung erreicht. Besonders bei einem gewölbten Behälterboden oder bei einem Flachboden wirken sich diese Effekte positiv aus.Another design example of the inventive pulse tube technique for gassing shows 4 , Here are four similar pulsation tubes ( 3 ), which open at the top in a pulse gas chamber, arranged circularly in the container. As a result, an enlargement of the range of the pulse tube gassing and a better gas bubble distribution are achieved. These effects have a positive effect, especially in the case of a curved container bottom or flat bottom.

Die Anwendung der Erfindung wird nachfolgend anhand von Beispielen näher beschrieben.The Application of the invention will be described in more detail below by way of examples described.

Beispiel 1:Example 1:

In eine Apparatur gemäß 1 mit 2,5 l Nutzinhalt wurden 1,2 l Wasser (10) eingefüllt und durch die Zugabe einer entsprechenden Menge Natriumsulfit der im Wasser gelöste Sauerstoff entfernt. Anschließend erfolgte eine Begasung der Flüssigkeit (10) mit Luft. Dazu wurde das Pulsrohr (3) mit gepulster Druckluft so beaufschlagt, dass eine Teilmenge der Pulsationsluft blasenartig über die untere Öffnung (11) des Pulsrohres in die Flüssigkeit (10) gelangte. Dabei wurden 20 lh–1 Luft über den Ausgang (15) abgeführt. Durch die Oszillationsbewegung der Flüssigkeit wurden die Blasen mitbewegt und stiegen nach oben in den Gasraum (14). Das Pulsrohr war nicht mit einem Stromstörer ausgestattet. Das Verhältnis von Behälterdurchmesser zu Pulsrohrdurchmesser betrug 7,5. Die Druckluftpulsation wurde mit Hilfe eines 3/2-Wegeventils erzeugt. Die Pulsationsfrequenz betrug 5 s–1. Die Pulsationsluft (5) hatte einen Überdruck von 0,18 bar.In an apparatus according to 1 with 2.5 l of usable volume 1.2 l of water ( 10 ) and removed by the addition of an appropriate amount of sodium sulfite dissolved in the water oxygen. Subsequently, a gassing of the liquid ( 10 ) with air. For this purpose, the pulse tube ( 3 ) is acted upon with pulsed compressed air so that a subset of the pulsation air bubble-like over the lower opening ( 11 ) of the pulse tube into the liquid ( 10 ) arrived. In doing so, 20 lh -1 of air were discharged via the exit ( 15 ) dissipated. Due to the oscillatory motion of the liquid, the bubbles were moved along and went up into the gas space ( 14 ). The pulse tube was not equipped with a baffle. The ratio of vessel diameter to pulse tube diameter was 7.5. The compressed air pulsation was generated by means of a 3/2-way valve. The pulsation frequency was 5 s -1 . The pulsation air ( 5 ) had an overpressure of 0.18 bar.

Es wurde eine Sauerstoffeintragsrate von 0,81 gl–1h–1 gemessen.An oxygen input rate of 0.81 gl -1 h -1 was measured.

Durch den Einsatz eines Stromstörers (9) im Pulsrohr (3) erhöhte sich die Eintragsgeschwindigkeit um ca. 40%.By using a baffle ( 9 ) in the pulse tube ( 3 ), the entry speed increased by about 40%.

Beispiel 2:Example 2:

In eine Apparatur gemäß 2 mit 1,9 l Nutzinhalt wurden 1,1 l Wasser (10) eingefüllt und wie im Beispiel 1 der Gelöstsauerstoff im Wasser entfernt. Danach erfolgte eine Begasung der Flüssigkeit (10) mit Luft. Dazu wurde das Pulsrohr (3) mit gepulster Druckluft so beaufschlagt, dass eine Teilmenge der Pulsationsluft blasenartig über die untere Öffnung des Pulsrohres in die Flüssigkeit (10) gelangte. Es erfolgte eine zusätzliche Begasung (16) mittels eines Gasverteilers (17) im Bodenbereich. Dabei wurden 150 lh–1 Luft über den Ausgang (15) abgeführt. Das Verhältnis von Durchmesser Behälter zu Durchmesser Pulsrohr betrug 10. Die Druckluftpulsation wurde mit Hilfe von zwei 2/2-Wegeventilen, jeweils ein Ventil für die Luftwege (5) und (6), realisiert. Die Pulsationsfrequenz betrug 4 s–1. Die Pulsationsluft (5) hatte einen Überdruck von 0,14 bar.In an apparatus according to 2 1.1 l of water were used with 1.9 l of usable capacity ( 10 ) and, as in Example 1, the dissolved oxygen is removed in the water. This was followed by a gassing of the liquid ( 10 ) with air. For this purpose, the pulse tube ( 3 ) is acted upon with pulsed compressed air in such a way that a subset of the pulsation air bubbles through the lower opening of the pulse tube into the liquid ( 10 ) arrived. An additional fumigation took place ( 16 ) by means of a gas distributor ( 17 ) in the ground area. It was 150 lh -1 air over the exit ( 15 ) dissipated. The ratio of the diameter of the container to the diameter of the pulse tube was 10. The compressed air pulsation was measured by means of two 2/2-way valves, one valve each for the airways ( 5 ) and ( 6 ), realized. The pulsation frequency was 4 s -1 . The pulsation air ( 5 ) had an overpressure of 0.14 bar.

Es wurde eine Sauerstoffeintragsrate von 0,49 gl–1h–1 gemessen.An oxygen uptake rate of 0.49 gl -1 h -1 was measured.

Beispiel 3:Example 3:

In eine Apparatur gemäß 3 mit 0,8 l Nutzinhalt wurden 0,5 l Wasser (9) eingefüllt. Durch die Zugabe einer entsprechenden Menge Natriumsulfit wurde der gelöste Sauerstoff entfernt. Anschließend erfolgte eine Begasung der Flüssigkeit (9) mit Luft. Dazu wurde die Pulsgaskammer (19) mit gepulster Druckluft so beaufschlagt, dass eine Teilmenge der Pulsationsluft blasenartig durch die untere Öffnung (11) des Pulsrohres in die Flüssigkeit (9) gelangte. Dabei wurden 25 lh–1 Luft über den Ausgang (15) abgeführt. Das Verhältnis von Durchmesser Behälter zu Durchmesser Pulsrohr betrug 11. Die Gestaltung der Druckluftpulsation erfolgte mit Hilfe eines 3/2-Wegeventils. Am Kopf des Pulsrohres war in dem Gasweg der gepulsten Druckluft ein Sterilfilter geschaltet. Die Pulsationsfrequenz betrug 20 s–1. Die Pulsationsluft (5) hatte einen Überdruck von 0,15 bar.In an apparatus according to 3 with 0.8 l of usable volume, 0.5 l of water ( 9 ) filled. By adding an appropriate amount of sodium sulfite, the dissolved oxygen was removed. Subsequently, a gassing of the liquid ( 9 ) with air. For this purpose, the pulse gas chamber ( 19 ) is acted upon with pulsed compressed air so that a subset of the pulsation air bubbles through the lower opening ( 11 ) of the pulse tube into the liquid ( 9 ) arrived. In doing so, 25 lh -1 of air were delivered via the exit ( 15 ) dissipated. The ratio of the diameter of the container to the diameter of the pulse tube was 11. The pressure pulsation was designed using a 3/2-way valve. At the head of the pulse tube, a sterile filter was connected in the gas path of the pulsed compressed air. The pulsation frequency was 20 s -1 . The pulsation air ( 5 ) had an overpressure of 0.15 bar.

Es wurde eine Sauerstoffeintragsrate von 0,45 gl–1h–1 gemessen.An oxygen uptake rate of 0.45 gl -1 h -1 was measured.

Beispiel 4:Example 4:

In eine Apparatur mit vier Pulsrohren gemäß 4 mit 1,9 l Nutzinhalt wurden 1,1 l Wasser (10) eingefüllt und der gelöste Sauerstoff wie in den Beispielen 1–3 entfernt. Anschließend erfolgte eine Begasung der Flüssigkeit (10) mit Luft. Dazu wurde die Pulsgaskammer (19) mit gepulster Druckluft so beaufschlagt, dass eine Teilmenge der Pulsationsluft (11) blasenartig durch die unteren Öffnungen der vier Pulsrohre in die Flüssigkeit (10) gelangte. Dabei wurden 35 lh–1 Luft über den Ausgang (15) abgeführt. Das Flächenverhältnis von Behälter zu den Pulsrohren betrug ca. 40. Die Druckluftpulsation erfolgte mit Hilfe eines 3/2-Wegeventils. Es wurde eine Pulsationsfrequenz von 22 s–1 eingestellt. Die Pulsationsluft (5) hatte einen Überdruck von 0,15 bar.In an apparatus with four pulse tubes according to 4 1.1 l of water were used with 1.9 l of usable capacity ( 10 ) and the dissolved oxygen is removed as in Examples 1-3. Subsequently, a gassing of the liquid ( 10 ) with air. For this purpose, the pulse gas chamber ( 19 ) is acted upon by pulsed compressed air so that a subset of the pulsation air ( 11 ) bubble-like through the lower openings of the four pulse tubes into the liquid ( 10 ) arrived. It was 35 lh -1 air over the exit ( 15 ) dissipated. The area ratio of container to the pulse tubes was about 40. The compressed air pulsation was carried out by means of a 3/2-way valve. A pulsation frequency of 22 s -1 was set. The pulsation air ( 5 ) had an overpressure of 0.15 bar.

Für diese Bedingungen betrug die Sauerstoffeintragsrate 0,41 gl–1h–1.For these conditions, the oxygen input rate was 0.41 gl -1 h -1 .

11
Behältercontainer
22
Behälterdeckelcontainer lid
33
Pulsrohrpulse tube
44
oberer Gasraum im Pulsrohrupper Gas space in the pulse tube
55
DruckgaszuführungPressure gas supply
66
PulsgasableitungPulse gas discharge
77
PulsationssteuergerätPulsationssteuergerät
88th
Druckgasbeaufschlagungcompressed gas
99
Stromstörer im Pulsrohrbaffles in the pulse tube
1010
Flüssigkeitsraumliquid space
1111
PulsrohraustrittPulse tube outlet
1212
unterer Rand des Pulsrohreslower Edge of the pulse tube
1313
Boden des Behältersground of the container
1414
oberer Gasraum im Behälterupper Gas room in the tank
1515
Gasabführung aus dem Behältergas discharge from the container
1616
zusätzliche Gaszuführungadditional gas supply
1717
Begasungseinrichtung, Gasverteilergassing, gas distributor
1818
Trennwand zwischen Behälter und Pulsgaskammerpartition wall between container and pulse gas chamber
1919
Gasraum der Pulsgaskammerheadspace the pulse gas chamber

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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Claims (15)

Vorrichtung zum Begasen eines flüssigen Mediums in einem Behälter mit einem unten offenem Pulsrohr, dadurch gekennzeichnet, dass das Pulsrohr oben mit gleichförmigen Gasdruckimpulsen so beaufschlagt wird, dass die oszillierende Flüssigkeitsbewegung im Pulsrohr bis an den unten Ausgang des Pulsrohres erfolgt und dass ein Teil der Luft periodisch aus dem Pulsrohr als Blasen in die Flüssigkeit des Behälters gedrückt wird (1).Device for gassing a liquid medium in a container with a pulse tube open at the bottom, characterized in that the pulse tube is acted upon above with uniform gas pressure pulses so that the oscillating liquid movement takes place in the pulse tube to the bottom output of the pulse tube and that part of the air periodically from the pulse tube is pressed as bubbles in the liquid of the container ( 1 ). Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter geschlossen ist und sich über der Flüssigkeit im Behandlungsraum ein Gasvolumen mit einem Überdruck gegenüber der Umgebung befindet.Device according to claim 1, characterized in that that the container is closed and over the liquid in the treatment room, a gas volume with an overpressure located opposite the surroundings. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass im oberen Bereich des Behälters eine separate Kammer gestaltet ist, die mit den Druckimpulsen beaufschlagt wird und unten in ein Pulsrohr übergeht (3).Device according to claims 1 and 2, characterized in that in the upper region of the container, a separate chamber is designed, which is acted upon by the pressure pulses and down into a pulse tube ( 3 ). Vorrichtung nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Pulsrohre, vorzugsweise konzentrisch angeordnet, verwendet werden.Device according to claims 1 to 3, characterized that a plurality of pulse tubes, preferably arranged concentrically, used become. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Pulsrohr innen mit einem Stromstörer ausgestattet ist.Device according to claims 1 to 4, characterized in that the pulse tube inside with a baffle Is provided. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Pulsrohr im oberen Bereich eine zylindrische oder kegelförmige oder kugelförmige Erweiterung aufweist.Device according to claims 1 and 2, characterized in that the pulse tube in the upper region of a cylindrical or conical or spherical Extension has. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass der untere Rand des Pulsrohres (12) scharfkantig, abgerundet oder kronenartig gestaltet und der untere Ausgang (11) des Pulsrohres im Durchmesser verengt oder gegenüber dem gesamten Pulsrohr erweitert ist.Device according to claims 1 and 6, characterized in that the lower edge of the pulse tube ( 12 ) sharp-edged, rounded or crown-shaped and the lower exit ( 11 ) of the pulse tube narrows in diameter or is widened with respect to the entire pulse tube. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälterboden flach, gewölbt oder konisch ist. Device according to claims 1 and 7, characterized in that the container bottom flat, curved or conical. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Erzeugung der Druckgasimpulse am Kopf des Pulsrohres durch wechselndes Öffnen und Schließen von einem oder von mehreren Magnetventilen erfolgt.Device according to claims 1 to 8, characterized in that the generation of the pressure gas pulses on Head of the pulse tube by changing opening and closing is done by one or more solenoid valves. Vorrichtung und Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die in die Zu- und Abgasströme ein oder mehrere Gasfilter eingefügt sind.Apparatus and method according to the claims 1 to 9, characterized in that in the supply and exhaust streams one or more gas filters are inserted. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die periodische Druckbeaufschlagung mit Hilfe einer motorisch oder pneumatisch bewegten elastischen Membran erfolgt.Device according to claims 1 to 8, characterized in that the periodic pressurization with the help of a motor or pneumatic moving elastic Membrane takes place. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz der Druckbeaufschlagung vorzugsweise 2 bis 25 s–1 beträgt.Process according to claims 1 to 11, characterized in that the frequency of the pressurization is preferably 2 to 25 s -1 . Verfahren zur Nutzung der Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zur Pulsrohrbegasung eine Gaszuführung im unteren Bereich der Behälterflüssigkeit erfolgt (2).Method for using the device according to claims 1 to 10, characterized in that in addition to the pulse tube gassing a gas supply takes place in the lower region of the container liquid ( 2 ). Verwendung der Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulsrohrbegasung zum Sauerstoffeintrag in Bioreaktoren genutzt wird.Use of the device according to the claims 1 to 13, characterized in that the Pulsrohrbegasung for Oxygen input is used in bioreactors. Verwendung der Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulsrohrbegasung zum Gaseintragen bei chemischen Gas-Flüssig- bzw. Gas-Flüssig-Fest-Reaktionen eingesetzt wird.Use of the device according to the claims 1 to 13, characterized in that the Pulsrohrbegasung for Gas input in chemical gas-liquid or gas-liquid-solid reactions is used.
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