DE102008045064A1 - Verfahren zum Mischen, Begasen und Behandeln in Mehrphasenreaktoren - Google Patents

Verfahren zum Mischen, Begasen und Behandeln in Mehrphasenreaktoren Download PDF

Info

Publication number
DE102008045064A1
DE102008045064A1 DE200810045064 DE102008045064A DE102008045064A1 DE 102008045064 A1 DE102008045064 A1 DE 102008045064A1 DE 200810045064 DE200810045064 DE 200810045064 DE 102008045064 A DE102008045064 A DE 102008045064A DE 102008045064 A1 DE102008045064 A1 DE 102008045064A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
pulsation
pulse
pulse tube
tubes
gas
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE200810045064
Other languages
English (en)
Inventor
Fritz Prof. Dr. Turek
Andre' Dipl.-Ing. Rosonsky
Karsten Dipl.-Ing. Turek
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
IVET INGENIEURGESELLSCHAFT FUE
Ivet Ingenieurgesellschaft fur Verfahrensentwicklung und Entsorgungstechnik Mbh
Original Assignee
IVET INGENIEURGESELLSCHAFT FUE
Ivet Ingenieurgesellschaft fur Verfahrensentwicklung und Entsorgungstechnik Mbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by IVET INGENIEURGESELLSCHAFT FUE, Ivet Ingenieurgesellschaft fur Verfahrensentwicklung und Entsorgungstechnik Mbh filed Critical IVET INGENIEURGESELLSCHAFT FUE
Priority to DE200810045064 priority Critical patent/DE102008045064A1/de
Publication of DE102008045064A1 publication Critical patent/DE102008045064A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F3/02Aerobic processes
    • C02F3/12Activated sludge processes
    • C02F3/20Activated sludge processes using diffusers
    • C02F3/201Perforated, resilient plastic diffusers, e.g. membranes, sheets, foils, tubes, hoses
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D11/00Solvent extraction
    • B01D11/02Solvent extraction of solids
    • B01D11/0215Solid material in other stationary receptacles
    • B01D11/0253Fluidised bed of solid materials
    • B01D11/0257Fluidised bed of solid materials using mixing mechanisms, e.g. stirrers, jets
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D11/00Solvent extraction
    • B01D11/02Solvent extraction of solids
    • B01D11/0261Solvent extraction of solids comprising vibrating mechanisms, e.g. mechanical, acoustical
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01FMIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F31/00Mixers with shaking, oscillating, or vibrating mechanisms
    • B01F31/65Mixers with shaking, oscillating, or vibrating mechanisms the materials to be mixed being directly submitted to a pulsating movement, e.g. by means of an oscillating piston or air column
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J10/00Chemical processes in general for reacting liquid with gaseous media other than in the presence of solid particles, or apparatus specially adapted therefor
    • B01J10/007Chemical processes in general for reacting liquid with gaseous media other than in the presence of solid particles, or apparatus specially adapted therefor in the presence of catalytically active bodies, e.g. porous plates
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/24Stationary reactors without moving elements inside
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02WCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W10/00Technologies for wastewater treatment
    • Y02W10/10Biological treatment of water, waste water, or sewage

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Biodiversity & Conservation Biology (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Vorrichtungen zum Mischen von Feststoffen in Flüssigkeiten bzw. von zwei Flüssigphasen, zum Eintragen von Gaskomponenten in Flüssigkeiten sowie zur Reaktionsbeschleunigung bei diesen Systemen. Der betreffende Mehrphasenreaktor wird mit zwei unterschiedlichen Pulsrohrsystemen ausgerüstet, die es ermöglichen, den Reaktor gleichzeitig mit zwei verschiedenen Pulsationsarten hinsichtlich Frequenz und Pulsstärke zu betreiben, wobei die erste Pulsationsart eine hinreichende Durchmischung bzw. Homogenisierung und die zweite Pulsationsart eine Verbesserung des betreffenden physikalischen, chemischen bzw. biologischen Prozesses bewirkt. Insbesondere betrifft die Erfindung Fermentationsprozesse in Bioreaktoren, bei denen Durchmischung, Belüftung und biologisches Wachstum wesentliche Teilprozesse sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Mischen, Suspendieren und Behandeln von Feststoffen in Flüssigkeiten, zum Eintragen von Gaskomponenten in Flüssigkeiten sowie zur Reaktionsbeschleunigung bei diesen Systemen und Vorrichtungen zur Durchführung dieses Verfahrens. Insbesondere betrifft die Erfindung Mehrphasenreaktoren, wie z. B. Bioreaktoren, bei denen Durchmischung, Belüftung und biologisches Wachstum wesentliche Teilprozesse sind. Gleichwohl ist die Anwendung der Erfindung bei bewegtem Trägerpartikel für einen biologischen Bewuchs vorteilhaft, da es gelingt, die Partikel aufzuwirbeln und in Schwebe zu halten, ohne zu starke Scherkräfte an der Partikeloberfläche zu erzeugen.
  • Üblicherweise werden zum Suspendieren, Mischen und Behandeln von fluiden Mehrphasensystemen Rühr-, Schüttel- oder Umlaufapparate eingesetzt. Häufig ist dabei ein relativ hoher spezifischer Energieeintrag erforderlich, der auch zu hohen Scherkräften führen kann. Besonders bei Scherkraft sensiblen Partikeln bzw. Substanzen und bei spezifischen Anforderungen an die hydrodynamischen und die Prozessparameter sind diese Methoden kaum optimal einsetzbar. Die betreffenden bekannten Verfahren und Vorrichtungen bewirken in der Regel eine direkte Kopplung der Erzeugung der hydrodynamischen Effekte, wie Flüssigkeitsgeschwindigkeit und Mischen, mit den prozesstechnischen Effekten, wie Stofftransport und Reaktion. Diese Kopplung führt in einer Reihe von Anwendungsfällen zu hohen Scherbelastungen, zu hohem Gasverbrauch bzw. zur prozesstechnischen Ineffizienz.
  • Ein verbessertes Verfahren ist durch die Anwendung der Pulsrohrtechnik gegeben. So wird in DE 10251059 ein Verfahren zum Suspendieren und Behandeln von feinteiligen Feststoffen mit Hilfe eines zentral angeordneten Pulsrohres dargestellt. Durch eine externe Pulsanregung wird das fluide System in eine schwingende Bewegung versetzt. Dabei gelingt es durch eine geeignete Wahl der Schwingungsbedingungen und der Anlagengeometrie, die Feststoffteilchen aufzuwirbeln und im Behandlungsraum zu verteilen. Dadurch sollen günstige hydrodynamische Bedingungen geschaffen und verbesserte Behandlungseffekte erreicht werden. Die spezifische und flexible Trennung der Misch- und Suspendiereffekte von der Prozessbehandlung gelingt nur begrenzt. Es existieren auch Lösungen zur prozesstechnischen Nutzung einer Pulsation, insbesondere auch zur Verbesserung von Reaktionsprozessen. Dazu werden mechanische Pulsatoren, wie Pumpen, elastische Membranen oder bewegte Böden, eingesetzt. Z. B. wird nach DE 10322024 zur Gewebeherstellung in einem Bioreaktor eine Kombination von Pulsationsströmung mit einer überlagerten zweiten Pulsationsfrequenz realisiert. Die Pulsationsströmung wird durch Pumpelemente und die überlagerte Erregerpulsation durch eine elastische Membran erzeugt. Diese Erregerpulsation bei höheren Frequenzen ist entsprechend optimiert und soll u. a. das Zellwachstum verbessern. Die Anwendung ist im Wesentlichen auf fixierte Zellsysteme in kleinen Einheiten beschränkt und kann nicht auf die hier betrachteten fluiden Misch-, Suspendier- und Begasungsprozesse in Mehrphasenreaktoren übertragen werden.
  • Zusammenfassend zum Stand der Technik kann festgestellt werden, dass hinsichtlich einer optimalen Prozessgestaltung keine wirkungsvollen und flexiblen technischen Lösungen zur separaten Realisierung der hydrodynamischen Effekte, wie Mischen, Homogenisieren und Suspendieren, und der lokalen Verbesserung der Mikroprozesse, wie Stoffübergang und Reaktion, bekannt sind.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, durch Behebung von 0. g. Nachteilen, den Betrieb von Mehrphasenreaktoren hinsichtlich der Parameter Homogenisierung, Scherbelastung, Gaseintrag, biologisches Wachstum und Betriebsflexibilität zu optimieren. Dabei sind im Sinn der Weiterentwicklung des Standes der Technik der betreffenden Verfahren die Erzeugung von Misch- und Suspendiereffekten und eine entkoppelte bzw. unabhängigen Realisierung von hohen lokalen Relativgeschwindigkeiten bei geringen Energieeinsätzen wünschenswert. Diese Aufgabe wurde, wie im Folgenden beschrieben, gelöst.
  • Der in Rede stehende Mehrphasenreaktor wird mit zwei unabhängigen Pulsationssystemen mit getrennt wirkenden Pulsrohren, im Weiteren als Pulsrohr 1 und Pulsrohr 2 bezeichnet, ausgerüstet, die es ermöglichen, den Reaktor mit zwei verschiedenen Pulsationsarten zu beaufschlagen. Dabei erzeugt das Pulsrohrsystem 1 die hydrodynamischen Effekte im Makrobereich, wie Mischen, Homogenisieren und Suspendieren. Das Pulsrohrsystem 2 bewirkt eine Prozessverbesserung im Mikrobereich bzw. im Phasengrenzgebiet, wie Stoffübergang und Reaktion. Es hat sich gezeigt, dass durch die erfinderische Kombination von zwei separaten Pulsrohrsystemen zur Erzeugung von zwei relativ unabhängigen Pulsationsarten im Reaktor wesentlich zur Beseitigung der oben aufgeführten Mängel beigetragen wird.
  • Die positive Wirkung bei der Anwendung der überlagerten Fluidpulsation ist an die erfinderische Gestaltung des Reaktors und der Pulsationssysteme gebunden.
  • Diese apparative und gerätemäßige Ausgestaltung umfasst folgende charakteristischen Bestandteile:
    • – das unten offene Pulsrohr 1 (3) zur Ausbildung einer periodischen Auf- und Abbewegung im Pulsrohr und einer dadurch bewirkten Verwirbelung sowie einer zirkulierenden Fluidbewegung im Behandlungsraum,
    • – das bzw. die unteren offenen Pulsrohre 2 in zielgerichteter Ausgestaltung zur Realisierung einer prozessspezifischen Fluid pulsation,
    • – der konische bzw. gewölbte Apparateboden,
    • – das elektronische Pulserzeugungssystem für die Druckgasimpulse und
    • – das elektronische Überwachungs- und Regelsystem für die Prozessgrößen, wie Druck, Flüssigkeitsniveau und Pulsstärke in den Pulsrohren.
  • Die Pulsrohre bzw. Pulsrohrsysteme werden regelmäßig von oben mit gepulster Druckluft bzw. einem anderen geeigneten Gas beaufschlagt.
  • Als prozesstechnisch vorteilhaft haben sich für das Pulsrohr 1 relativ niedrige Pulsationsfrequenzen im Bereich der freien bzw. resonanten Schwingung zwischen Pulsrohr und Reaktor und für das Pulsrohr 2 deutliche höhere Frequenzen im Wirkungsbereich der Prozessmikrostrukturen erwiesen. Dadurch gelingt es, eine relativ unabhängige Pulsation in beiden Pulsrohrsystemen zu realisieren.
  • Zur Absicherung einer vorgegebenen Oszillation in den Pulsrohren (3) und (4) werden die Bereiche der Flüssigkeitsbewegung, charakterisiert durch den oberen und den unteren Flüssigkeitsschwall, messtechnisch erfasst und elektronisch geregelt.
  • Eine spezielle Variante der Begasung der Reaktorflüssigkeit besteht darin, dass bei jeder Oszillationsbewegung in den Pulsrohren, insbesondere beim System Pulsrohr 2, ein Teil des Pulsationsgases in den Behandlungsraum (5) gedrückt wird. Dabei bewirkt die schnelle Oszillationsbewegung des Gas-Flüssig-Systems im Austrittsbereich des Pulsrohres den gewünschten Gaseintrag in die Flüssigkeit.
  • Weiterhin können zur Realisierung eines Gas-Flüssig-Systems in den Behandlungsraum des Reaktors übliche Begasungselemente integriert werden.
  • Die günstigen Eintauchtiefen der Pulsrohre hängen in der Regel von der Behandlungsart sowie von der Impulsstärke und der Pulsationsfrequenz ab.
  • Zur effizienten Realisierung der ersten Pulsationsart kann, der erfinderischen Idee folgend, auch eine Druckgasbeaufschlagung des Apparategasraumes (6) anstelle des Pulsrohrgasraumes (7) zweckmäßig sein. Gleichwohl kann die Erzeugung der zweiten Pulsationsart im Pulsrohrsystem 2 mit Hilfe einer bewegten Membran erfolgen.
  • Das hier beschriebene Verfahren kann im Vergleich zu den Umgebungsbedingungen bei erhöhtem Druck und/oder erhöhter Temperatur durchgeführt werden. Weiterhin können die oben bezeichneten Prozesse diskontinuierlich und kontinuierlich betrieben werden.
  • Im Folgenden werden das erfinderische Verfahren und die Vorrichtungen anhand der Zeichnungen 1 bis 4 und der Beispiele 1 bis 3 näher erläutert.
  • In 1 ist schematisch und beispielhaft eine Gestaltungsvariante mit jeweils einem Pulsrohr 1 (3) und einem Pulsrohr 2 (4) dargestellt. Das Pulsrohr 1 ist dezentral etwa auf dem halben Radius von der Wand und das Pulsrohr 2 zentral angeordnet. Die Pulsrohre sind unten offen und oben mit der Pulsationssteuereinheit verbunden. Die periodische Pulsation in den Pulsrohren wird dadurch erzeugt, dass in einem ersten Takt ein kurzer Druckgasimpuls von der Pulsationssteuereinheit in den Gasraum des Pulsrohres geleitet und im zweiten Takt diese Druckgasmenge wieder aus dem Gasraum abgeleitet wird (11). Die Pulsationssteuereinheit (9) hat für das gepulste Druckgas zwei separate Ausgänge zu den Pulsrohren (3) und (4).
  • Die in 1 enthaltenen Bezugszeichen haben folgende Bedeutungen:
  • 1
    zylindrisches Teil des Reaktors
    2
    konischer Boden des Reaktors
    3
    Pulsrohr 1
    4
    Pulsrohr 2
    5
    Behandlungsraum
    6
    Gasraum im Apparat
    7
    Gasraum im Pulsrohr 1
    8
    Gasraum im Pulsrohr 2
    9
    Pulsationssteuereinheit
    10
    Druckgaszuführung
    11
    Gasaustritt Pulsrohr
    12
    Begasung
    13
    Begasungselement
    14
    Gasabführung Reaktor
  • In 2 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit vier Pulsrohren 2 (4) skizziert. Das Pulsrohr 1 (3) ist in dieser Variante zentrisch und die Pulsrohre 2 (4) kreisförmig etwa auf dem halben Behälterradius angeordnet. Zur Erzeugung und zur Steuerung der Druckgaspulsation ist hier für jedes Pulsrohrsystem eine separate Pulsationssteuereinheit (9), (9a) eingesetzt.
  • Die in 2 enthaltenen Bezugszeichen haben folgende Bedeutung:
  • 1
    zylindrisches Teil des Reaktors
    2
    gewölbter Boden des Reaktors
    3
    Pulsrohr 1
    4
    4 Pulsrohre 2
    5
    Behandlungsraum
    6
    Gasraum im Apparat
    7
    Gasraum im Pulsrohr 1
    8
    Gasräume in den Pulsrohren 2
    9
    Pulsationssteuereinheit für Pulsrohr 1
    9a
    Pulsationssteuereinheit für Pulsrohr 2
    10
    Druckgaszuführung Pulsrohr 1
    11
    Gasaustritt Pulsrohr 1
    11a
    Gasaustritt Pulsrohr 2
    12
    Begasung
    13
    Begasungselement
    14
    Gasabführung Reaktor
  • Eine weitere Variante des Pulsrohrsystems 2 ist aus der Darstellung in 3 ersichtlich. Das Pulsrohr 2 ist als Ringpulsrohr (4) gestaltet und bildet so einen geschlossenen Pulsationsring. Das Pulsrohr 1 ist analog zu der zweiten Gestaltungsvariante zentrisch angeordnet und das Ringpulsrohr 2 konzentrisch. Das Ringpulsrohr ist hier völlig in der Flüssigkeit eingetaucht und nur über eine Druckgasleitung mit der Pulsationssteuereinheit (9a) verbunden.
  • Die in 3 enthaltenen Bezugszeichen haben bis auf
  • 4
    Ringpulsrohr 2
    8
    Gasraum im Ringpulsrohr 2
    15
    freier Spalt im Ringpulsrohr
    16
    Zuführung des gepulsten Druckgases
    • die gleiche Bedeutung wie die in 1.
  • Die Darstellung in 4 zeigt eine Gestaltungsvariante, bei der die Einleitung der Druckluftpulsation 1 in den oberen Gasraum des Apparates (6) erfolgt. Der Gasraum (7) im oben geschlossenen Pulsrohr 1 dient als zyklisch wirkender Druckenergiespeicher zur Verstärkung der Oszillationsbewegung der Flüssigkeit. Der Kopf des Pulsrohres 1 (3) kann hier auch als elastisches Element, wie z. B. elastische Membran oder Feder system, gestaltet sein. Das Ringpulsrohr 2 (4) schließt direkt an den Reaktordeckel an und ist analog zu 3 mit der Pulsationssteuereinheit 2 (9a) verbunden.
  • Die in 4 enthaltenen Bezugszeichen haben die gleiche Bedeutung wie die in 3 bzw. 1.
  • Ergänzend zu den dargestellten Gestaltungsvarianten 1 bis 4 kann anstelle des Behälters (1), (2) ein flexibler Kunststoffbeutel eingesetzt werden.
  • Für die optimale Prozessführung werden in Abhängigkeit von den geometrischen Bedingungen, von der Art des Flüssigphasensystems und von der prozesstechnischen Zielstellung die zweckmäßigen Pulsationsfrequenzen und die Pulsationsstärken eingestellt.
  • Die Anwendung und die Funktionsweise der Erfindung werden nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben.
  • Beispiel 1:
  • In eine Apparatur gemäß 1 mit 1,9 l Nutzinhalt wurden 1,4 l Wasser eingefüllt und durch die Zugabe einer entsprechenden Menge Natriumsulfit der im Wasser gelöste Sauerstoff entfernt. Danach erfolgte eine Begasung der Flüssigkeit (5) mit Luft. Dazu wurde mit Hilfe von zwei elektronisch gesteuerten 3/2-Wegeventilen in (9) eine zyklische Druckänderung in den Gasräumen der Pulsrohre (3) und (4) erzeugt. Für das Pulsrohr 1 wurde eine Frequenz von 3,5 s–1 und für das Pulsrohr 2 von 7 s–1 eingestellt. Es erfolgte eine Begasung (12) über einen Gasverteiler (13) im Bodenbereich. Die beiden Pulsrohre wurden mit etwa gleichen Gasmengen beaufschlagt. Dabei wurden 200 lh–1 Luft über den Ausgang (14) abgeführt. Die Pulsationsluft (10) hatte einen Überdruck von 0,11 bar. Die Durchmesser der Pulsrohre (3) und (4) waren gleich.
  • Aus dem zeitlichen Anstieg der Gelöstsauerstoffkonzentration wurden ein kLa-Wert 0,012 s–1 und eine Sauerstoffeintragsrate 0,4 gl–1h–1 ermittelt.
  • Beispiel 2:
  • In eine Apparatur mit einem zentralen Pulsrohr 1 und vier kreisförmig angeordneten Pulsrohren 2 gemäß 2 mit 1,9 l Nutzinhalt wurden 1,4 l Wasser und 50 Gramm eines porösen Bioträgers mit einer Korngröße von ca. 2,0 mm eingefüllt. Der gelöste Sauerstoff im Wasser wurde wie im Beispiel 1 entfernt. Anschließend erfolgten eine Aufwirbelung des Feststoffes mittels Flüssigkeitspulsation im Pulsrohr 1 und eine Begasung der Flüssigkeit (5) mit Luft über die Pulsrohre 2. Dazu wurden mit Hilfe von elektronisch gesteuerten Magnetventilen (9) und (9a) eine Druckluftpulsation in dem Pulsrohr 1 (3) und den 4 Pulsrohren 2 (4) erzeugt. Für das Pulsrohr 1 wurde eine Pulsationsfrequenz von 3 s–1 und für die 4 Pulsrohre 2 eine Frequenz von 22 s–1 eingestellt. Das Verhältnis von Durchmesser Pulsrohr 1 zu Durchmesser Pulsrohr 2 war 3:1. Die Höhe der Flüssigkeitsoszillation im Pulsrohr 1 betrug ca. 80 mm und Oszillationshöhe in den Pulsrohren 2 war kleiner 10 mm. Bei jeder Oszillationsbewegung wurde ein Teil der Luft (8) aus den Pulsrohren 2 blasenförmig in den Behandlungsraum (5) gedrückt und so zur Sauerstoffaufsättigung genutzt. Eine zusätzliche Begasung (12) erfolgte nicht. Die Pulsationsluft (10) hatte einen Überdruck von 0,18 bar. Die 2-mm-Bioträger wurden vom Boden aufgewirbelt und in der Flüssigkeit verteilt. Aus der Sauerstoffaufsättigung wurde eine Sauerstoffeintragsrate von 0,17 gl–1h–1 ermittelt.
  • Beispiel 3:
  • In eine Apparatur gemäß 3 mit 10 Liter Nutzinhalt wurden 7,5 Liter Wasser eingefüllt. Dazu wurden zur Erzeugung einer Modellsuspension 200 Gramm 1-mm-Glaskugeln gegeben. Das Verhältnis von Durchmesser Pulsrohr 1 (3) zu Durchmesser Behälter (1) betrug 0,12. Das Ringpulsrohr (4) hatte einen freien Spalt (16) von 3,2 mm. Die eingestellte Pulsationsfrequenz im Pulsrohr 1 betrug 2,5 s–1. Das Ringpulsrohr war vollständig in der Flüssigkeit eingetaucht und wurde oben (15) mit gepulster Druckluft bei einer Pulsationsfrequenz von 20 s–1 beaufschlagt. Die Erzeugung der Druckluftpulsation erfolgte wie in den Beispielen 1 und 2 mit Hilfe von zwei gesteuerten Elektromagnetventilen. Die Pulsationsluft (10) hatte einen Überdruck von 0,11 bar. Nach einer Betriebszeit von ca. 25 Sekunden war der Feststoff vollständig vom Boden aufgewirbelt und im Flüssigkeitsraum verteilt. Es stellte sich eine intensive Zirkulation der Suspension ein. Das 90-%-Kriterium für die Suspendierung wurde erfüllt. Die Druckluftleistung der Pulsation betrug ca. 0,38 W/l.
  • Es erfolgte nur eine Begasung (12) über einen Gasverteiler (13) im Bodenbereich, d. h. über die Pulsrohre 1 und 2 wurde nahezu keine Luft in den Behandlungsraum (5) gedrückt. Zur Beseitigung von „Toträumen” oder Aufkonzentrierungen in den Pulsrohren wurde in größeren Zeitabständen ein Pulsrohrentleerungsimpuls (bei kurzzeitig gesteigerter Pulsstärke) programmiert.
  • In diesem Beispiel wurde eine Sauerstoffeintragsrate von 0,32 gl–1h–1 ermittelt.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 10251059 [0003]
    • - DE 10322024 [0003]

Claims (10)

  1. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Mischen und Behandeln von Flüssigphasensystemen mit vertikalen Pulsrohren, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Pulsrohre (3), (4) gleichzeitig mit zwei verschiedenen Pulsationsarten hinsichtlich Frequenz und Pulsstärke betrieben werden, wobei die erste Pulsationsart eine hinreichende Durchmischung des gesamten Mediums (5) und die zweite Pulsationsart eine Verbesserung des betreffenden physikalischen, chemischen bzw. biologischen Prozesses bewirkt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oszillationsbewegung der Flüssigkeit in den Pulsrohren (3), (4) durch eine periodische Beaufschlagung mit Druckgas erzeugt wird.
  3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulsationsfrequenzen der zwei Pulsationssysteme unabhängig von einander einstellbar sind, wobei die Pulsationsfrequenz im Pulsrohr 1 (3) vorzugsweise zwischen 0 s–1 und 5 s–1 und die Frequenz im Pulsrohr 2 (4) vorzugsweise zwischen 6 s und 30 s–1 liegt.
  4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bereiche der Flüssigkeitsoszillation in den Pulsrohren (3) und (4) elektronisch erfasst und geregelt werden.
  5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckgasbeaufschlagung zur Erzeugung der ersten Pulsationsart nicht über das Pulsrohr 1 (3) sondern über den Gasraum (6) des Behälters erfolgt.
  6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass anstelle des einen Pulsrohres 1 (3) und des einen Pulsrohres 2 (4) jeweils mehrere Pulsrohre mit gleicher Pulsationsart eingesetzt werden.
  7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden (2) des Behandlungsbehälters konisch, gewölbt oder flach gestaltet ist.
  8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass anstelle des Behälters (1), (2) ein flexibler Kunststoffbeutel eingesetzt wird.
  9. Verwendung des Verfahrens und der Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das zu mischende und zu behandelnde Flüssigphasensystem ein Fermenter mit mikrobiologischen bzw. zellbiologischen Systemen ist, das durch die erste moderate Pulsationsart hinreichend gemischt und durch die zweite Pulsationsart zweckmäßig belüftet bzw. zum verbesserten Wachstum angeregt wird.
  10. Verwendung des Verfahrens und der Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Reaktor eine katalytische Gas-Flüssig-Reaktion so durchgeführt wird, dass durch die erste Pulsationsart die Katalysatorsuspendierung und durch die zweite Pulsationsart die Beschleunigung der relevanten Stoffübergänge bewirkt wird.
DE200810045064 2008-08-29 2008-08-29 Verfahren zum Mischen, Begasen und Behandeln in Mehrphasenreaktoren Withdrawn DE102008045064A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE200810045064 DE102008045064A1 (de) 2008-08-29 2008-08-29 Verfahren zum Mischen, Begasen und Behandeln in Mehrphasenreaktoren

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE200810045064 DE102008045064A1 (de) 2008-08-29 2008-08-29 Verfahren zum Mischen, Begasen und Behandeln in Mehrphasenreaktoren

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102008045064A1 true DE102008045064A1 (de) 2010-03-04

Family

ID=41606031

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE200810045064 Withdrawn DE102008045064A1 (de) 2008-08-29 2008-08-29 Verfahren zum Mischen, Begasen und Behandeln in Mehrphasenreaktoren

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102008045064A1 (de)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10251059A1 (de) 2002-11-02 2004-05-19 IVET Ingenieurgesellschaft für Verfahrensentwicklung und Entsorgungstechnik mbH Verfahren und Vorrichtung zum Suspendieren und Behandeln von feinteiligen Feststoffen in Flüssigkeiten
DE10322024A1 (de) 2003-05-16 2004-12-02 Symetis Ag Bioreaktor zum Herstellen einer Gewebeprothese, insbesondere Herzklappe

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10251059A1 (de) 2002-11-02 2004-05-19 IVET Ingenieurgesellschaft für Verfahrensentwicklung und Entsorgungstechnik mbH Verfahren und Vorrichtung zum Suspendieren und Behandeln von feinteiligen Feststoffen in Flüssigkeiten
DE10322024A1 (de) 2003-05-16 2004-12-02 Symetis Ag Bioreaktor zum Herstellen einer Gewebeprothese, insbesondere Herzklappe

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102011087171B4 (de) System zum Kultivieren und Wiedergewinnen von Mikroalgen
DE3601705A1 (de) Gasblasenerzeuger und vorrichtung und verfahren zum zuechten von zellen
DE10322054B4 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Kultivierung von Zellen
CH630408A5 (de) Verfahren und vorrichtung zum zuechten von tierischen und humanen gewebezellen.
AT394576B (de) Reaktor zur durchfuehrung biologischer reaktionen mittels biokatalysatoren
DE102006015496B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Stickstoffdünger aus biogenen Stoffen
EP0134890A2 (de) Vorrichtung zum Herstellen hochwertiger Feststoff-Flüssigkeits-Gemische bis zum kolloiden System oder bis zur Koagulation, zur Wasseraufbereitung oder zum Einbringen von Gasen in Flüssigkeiten
EP0095804B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Züchtung von Gewebezellen
DE102008064279A1 (de) Bioreaktor
WO1987005322A1 (en) Method and device for the treatment of a liquid mixture containing a biocatalyst or similar particles
AT392460B (de) Verfahren zum biologischen reinigen von abwasser
DE102012215476B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zur gezielten Einspeisung von Gasen oder Gasgemischen in eine Fluessigkeit, Suspension oder Emulsion in einem Reaktor
WO2021152128A1 (de) Integrale begasungs- und rühreinheit für gas-flüssig-reaktoren
EP1604007B1 (de) Vorrichtung und verfahren zur parallelen, automatisierten kultivierung von zellen unter technischen bedingungen
DE102008045064A1 (de) Verfahren zum Mischen, Begasen und Behandeln in Mehrphasenreaktoren
CH644569A5 (de) Verfahren und vorrichtung zum behandeln von abwasser.
DE102007049077A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Gaseintrag in Flüssigkeiten.
DE3621328A1 (de) Vorrichtung und verfahren zur kultivierung von immobilisierten mikroorganismen
DE10251059A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Suspendieren und Behandeln von feinteiligen Feststoffen in Flüssigkeiten
DE102016013229B4 (de) Verfahren und Vorrichtung für die Mischung von Gasen und Flüssigkeiten, bevorzugt für die biochemische Synthese von Methan aus Kohlenstoffdioxid und Wasserstoff
DE2539453A1 (de) Verfahren zur umsetzung eines mikrobiologischen substrates und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens
DE102014116250A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung eines Gemisches
EP0969084A1 (de) Reaktor zur Vergärung biogener Stoffe
EP1670723B1 (de) Verfahren zum biologischen reinigen von abwasser
EP0207113B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur stoff- und energieübertragung in fluiden stoffsystemen

Legal Events

Date Code Title Description
8122 Nonbinding interest in granting licences declared
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee

Effective date: 20110301