DE1442585C - Vorrichtung zur Durchfuhrung chemischer und biologischer Prozesse zwischen Flussig keiten und Gasen - Google Patents

Description

1 2

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur und intensive Reaktion stattfindet, und zwar unter

Durchführung chemischer und biologischer Prozesse möglichst vollständiger Ausnutzung des gasförmigen

zwischen Flüssigkeiten und Gasen, bestehend aus Reaktionspartners.

einem Reaktionsbehälter mit einem inneren, kon- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch zentrisch angeordneten, oben und unten offenen 5 gelöst, daß die Einspritzvorrichtungen als Strahl-Leitzylinder, wobei am oberen Ende des Reaktions- pumpen ausgebildet sind, wobei die am unteren behälters eine zentral nach unten gerichtete Ein- Bereich des Reaktionsbehälter befindlichen Strahlspritzvorrichtung für Reaktionspartner und im unte- pumpen sternförmig angeordnet sind und die Saugren Bereich weitere Einspritzvorrichtungen für stutzen dieser Strahlpumpen auf das untere Ende Reaktionspartner vorgesehen sind. io des Leitzylinders ausgerichtet sind. Hierbei findet

Aus der deutschen Patentschrift 971 250 ist ein bereits in den Strahlpumpen eine innige Vermischung Verfahren zur Behandlung von pulverförmigen oder der Reaktionspartner statt, die in der Strahlpumpe körnigen Feststoffen in einer Flüssigkeit bekannt, bei aufeinandertreffen. Der Mischvorgang setzt sich in dem die Flüssigkeit in das auf einem konkav gewölb- dem Leitzylinder fort und wird beim Austritt aus ten Siebboden befindliche Feststdffmaterial durch 15 diesem Zylinder erneut intensiviert, indem das Geeine düsenförmige Leiteinrichtung, in der Form einge- misch an dieser Stelle erneut von Strahlpumpen erspritzt wird, daß die dabei auftretende Injektor- faßt und innig vermischt wird. Die Strahlpumpen wirkung in der Leitvorrichtung den Umwälzvorgang am unteren Ende des Leitzylinders dienen gleichzeitig innerhalb des Behälters verbessert. Die Flüssigkeit dazu, das Gemisch umzulenken und in Umlauf zu wird mit Hilfe einer Düse eingespritzt, während sich 20 halten. Dabei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Feststoffe bereits innerhalb des Behälters auf wenn die Strahlpumpe am oberen Ende des Reakdem Siebboden befinden. Aus der deutschen Patent- tionsbehälters über eine Leitung an eine das Treibschrift 675 181 ist weiterhin eine Vorrichtung be- mittel liefernde Druckflüssigkeitsquelle anschließbar kannt, die zur Oxydation mittels Luft von in einer ist, während die Strahlpumpen am unteren Ende des Flüssigkeit gelösten oder suspendierten Stoffen dient. 25 Reaktionsbehälters über eine Leitung mit einem Die Vorrichtung weist einen oben offenen und sich Treibmittelverteüer an eine das Treibmittel liefernde nach oben erweiternden Reaktionsbehälter auf, dem Druckgasquelle anschließbar sind. Die neue Ausbildas Gemisch zentral von unten zugeführt wird. Das dung ermöglicht auf einfache und kraftsparende Gemisch fließt im Behälter mit abnehmender Ge- Weise, die gewünschten Reaktionen zu beschleuschwindigkeit nach oben und zwar so, daß die darin 30 nigen, indem eine innige Vermischung zwischen Gas enthaltenen Gase freigesetzt werden und nach oben ung Flüssigkeit stattfindet, und zwar unter möglichst in die Atmosphäre austreten können. Die Flüssigkeit vollständiger Ausnutzung der Gasphase. Das durch wird dagegen über flache Schalen am oberen Rand die Strahlpumpe am oberen Ende des Leitzylinders des Reaktionsbehälters in eine venturirohrartige Leit- aufgeschäumte Gemisch wird in den Leitzylinder vorrichtung überführt, an die eine mit Umwälz- 35 eingeführt, in welchem bereits eine Reaktion einpumpe versehene Rückführungsleitung anschließt, setzt. Vor allem aber wird durch die Hintereinanderdie mit dem zentralen unteren Einlaß des Reaktions- schaltung von Strahlpumpe, Leitzylinder und weitebehälters in Verbindung steht. In die Leitvorrichtung ren Strahlpumpen gewährleistet, daß das spezifisch ragt ein Luft- oder Gasansaugrohr hinein, durch leichtere aufgeschäumte Gemisch zuverlässig bis das von der rasch strömenden Flüssigkeit Luft oder 40 zum Boden des Reaktionsbehälters herabgeführt Gas in die Flüssigkeit angesaugt wird. Hinter der wird. Das am Boden durch die Strahlpumpen um-Leitvorrichtung sollen sich Flüssigkeit und Gas innig gelenkte Gemisch wird durch die Strahlpumpen vermischen. erneut mit Gas oder Luft erheblich angereichert

Schließlich ist aus der deutschen Patentschrift und vermischt, wobei dieses Gas oder diese Luft das 955 317 eine Vorrichtung zur Durchführung chemi- 45 Treibmittel für die unteren Strahlpumpen bildet. Im scher Reaktionen innerhalb eines Reaktionsbehülters aufgeschäumten Zustand bieten die Reaktionspartner bekannt, indem ein oben und unten offener, insbe- sehr große Reaktionsflächen dar, was die chemischen sondere zentral angeordneter Leitzylinder vorgesehen oder biologischen Prozesse erheblich beschleunigt,
»st, in dem von oben her eine Einspritzvorrichtung In fast jedem chemischen oder biologischen Prohincinragt, durch weiche eine Kühlflüssigkeit oder 50 zeß ist das dosierte Hinzufügen von weiteren flüsein als solcher dienender flüssiger Reaktionspartner sigen Reaktionspartnern erforderlich. Hierbei kann in den Leitzylinder eingeführt werden kann. Am es sich z. B. um Reinkulturen von Mikroorganismen unteren Ende des- Reaktionsbehälters sind weitere od. dgl. handeln. Zu diesem Zweck ist vorteilhafterninspritzvorrichtungen vorgesehen, durch welche die weise vorgesehen, daß die Strahlpumpe am oberen Ausgangsstoffe zugeführt werden. Das Leitrohr ist 55 Ende des Reaktionsbehälters wenigstens einen zuoben erweitert, um ein leichtes Abscheiden und Auf- sätzlichen Ansaugstutzen für einen flüssigen Reaksteigen von Gasblasen zu ermöglichen. Nehmen tionspartner aufweist. Die obere Strahlpumpe dient Gase an der Reaktion teil, so werden diese bei der hierbei nicht allein zum dosierten Zuführen, sondern bekannten Vorrichtung zusammen mit einer Hilfs- zugleich zum innigen Einmischen dieses zusätzlichen flüssigkeit durch schlitzartige öffnungen etwa senk- 60 Reaktionspartners. Auch in geringen Mengen zugerecht zur Strömungsrichtung der Flüssigkeit in den führte Flüssigkeiten werden durch die Hinterein-Reaktionsbehälter eingespritzt. anderschaltung von Strahlpumpe, Leitzylinder und

I is ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine weiteren Strahlpumpen rasch auf den Gcsamtinhalt

Vorrichtung der eingangs näher bezeichneten Art des Reaktionsbehälters verteilt.

mo weiterzubilden, daß bei mäßigem Kraftbedarf eine 65 Es ist bekannt, daß man z. B. Flüssigkeiten zum

innige und bleibende Vermischung der Reaktions- Zwecke der Förderung aerober biologischer Um-

partncr schon nach kurzer Behandlung in der Vor- Setzungen durch Mikroorganismen in eine heftige

richtung erreicht wird, so daß eine möglichst rasche wirbelnde Bewegung umsetzen kann, ohne die

Mikroorganismen dabei zu zerstören oder zu beeinträchtigen. So sieht beispielsweise die deutsche Patentschrift 1 071 024 zu diesem Zweck einen in einen Reaktionsbehälter eintauchenden Rotationsbelüfter in Form einer hohlen Belüftungsscheibe mit am Umfang angeordneten Luftaustrittsöffnungen vor, welche Scheibe von Prallblechen umgeben ist und mit einer Umdrehungszahl von etwa 1200 Umdrehungen pro Minute angetrieben wird. Hierbei können den Luftaustrittsöffnungen noch gesonderte Wirbelkammern zugeordnet sein, um eine möglichst intensive Durchwirbelung der Flüssigkeit und der Luft zu erhalten. Die Praxis hat gezeigt, daß auch die neue Vorrichtung trotz des hohen Durchmischungseffektes keinerlei schädlichen Einfluß auf die Mikroorganismen besitzt. Ein Vorteil der neuen Vorrichtung besteht auch darin, daß sie für die kontinuierliche Behandlung von Flüssigkeiten und Gasen verwendet werden kann.

Um die Misch- und Umlenkwirkung der Strahl· pumpen am unteren Ende des Reaktionsbehälters zu unterstützen, kann zweckmäßigerweise der Leitzylinder am unteren Ende einen Kragen aufweisen, wobei die Saugstutzen der diesem Ende zugeordneten Strahlpumpen unter diesem Kragen angeordnet sind. Vorteilhafterweise ist dabei der Kragen als konische Erweiterung des Leitzylinders ausgebildet, während die Druckstutzen der unter dem Kragen angeordneten Strahlpumpen vom Kragen weg radial nach außen und/oder nach oben zum Deckel des Reaktionsbehälters hin unter einem Winkel zwischen 15 und 30° gegenüber der Horizontalen ausgerichtet sind.

Eine konstruktiv und herstellungsmäßig besonders einfache Ausführungsform erhält man, wenn der Reaktionsbehälter einen trichterförmigen Boden aufweist, der mit dem entsprechend angepaßten Kragen den ringförmigen Austrittsstutzen der Strahlpumpen bildet und in seinem Zentrum einen kegelförmigen, in den Leitzylinder ragenden Düsenkopf trägt, von welchem die sternförmig angeordneten Treibdüsen der Strahlpumpen ausgehen.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand schematischer Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Die Fig. 1, 2, 5 und 7 zeigen Längsschnitte durch verschiedene Ausführungsformen der neuen Vorrichtung.

Die F i g. 2, 4, 6 und 8 stellen die entsprechenden Vorrichtungen in Draufsicht dar.

Die F i g. 9 zeigt eine Anordnung mehrerer Behälter, die sich für den kontinuierlichen Betrieb eignet.

F i g. 1 zeigt einen Reaktionsbehälter 1, auch Belüftungsbehälter genannt, in dessen Zentrum ein oben offener Leitzylinder 2 aufrechtstehend angeordnet ist. Im Deckel des Reaktionsbehälters 1 ist eine Strahlpumpe 3 für flüssiges Medium, das in Richtung des Pfeiles 4 einströmt, vorgesehen. Ein gasförmiges Medium 5 wird von der Strahlpumpe 3 in Richtung des Pfeiles angesaugt. Aus dem Druckstutzen der Strahlpumpe 3 tritt die Flüssigkeit, durch das gasförmige Medium aufgeschäumt, in Richtung des Pfeiles 6 aus und in das Innere des Leitzylinders ein. Den Boden des Reaktionsbehälters 1 durchsetz ein Rohr zur Zufuhr von gasförmigem Treibmittel 7, das in einen Treibmittelverteiler 8 einströmt. Dieser Treibmittelverteiler 8 führt das gasförmige Treibmittel 7 weiteren Strahlpumpen 9 zu, deren Saugstutzen 10 in das Innere des Leitzylinders 2 münden. Das in diesem befindliche aufgeschäumte Flüssigkeits-Luft- bzw. -Gas-Gemisch wird durch die Saugstutzen 10 von den Strahlpumpen 9 angesaugt und durch deren Druckstutzen 11 in radialer Richtung gegen die Wandung des Reaktionsbehälters 1 getrieben. Die Flüssigkeit wird dabei nicht nur umgewälzt, sondern auch in innigem Kontakt mit dem gasförmigen Medium gebracht.

Am Boden des Behälters 1 ist ein Ablaßstutzen 12 vorgesehen, durch den die Reaktionsfiüssigkeit weiteren Verfahrensschritten zugeführt werden kann. Wie aus der F i g. 2 zu erkennen ist, sind die Druckstutzen 11 der Strahlpumpen 9 so angeordnet, daß sie gemeinsam ein Kreuz oder einen Stern bilden, der konzentrisch zum Reaktionsbehälter 1 angeordnet ist.

In der F i g. 3 ist eine weitere Ausgestaltung der neuen Vorrichtung gezeigt. Die Teile der Vorrichtung, die denen entsprechen, die in den F i g. 1 und 2 bereits erwähnt wurden, sind in dieser wie auch in den weiteren Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Es wird im folgenden jeweils das Abweichende bzw. Zusätzliche der Ausgestaltung geschildert. Das bereits Erwähnte wird nicht wiederholt.

Bei der Vorrichtung, die die F i g. 3 zeigt, ist die Strahlpumpe 3 mit einem zusätzlichen Saugstutzen 13 für eine flüssige Verfahrenskomponente ausgerüstet. Über diesen Stutzen 13 können Reinkulturen von Mikroorganismen, z. B. Hefen, aber auch andere chemische Reaktionskomponenten in die Flüssigkeit eingemischt werden, die in den Behälter 1 einläuft. Der Leitzylinder 2 ist an seinem unteren Ende offen und mit einer trichterärtigen Erweiterung 15 versehen, unter der Strahlpumpen 14 mit ihren Saugstutzen 16 angeordnet sind. Diese Strahlpumpen, die in der bereits erwähnten Weise für gasförmiges Treibmittel ausgelegt sind, saugen das schaumartige Gemisch, das dem Leitzylinder 2 zugeführt wird an, und treiben es durch ihre Druckstutzen 17 in die im Behälter 1 befindliche Flüssigkeit. Abweichend von der bisher geschilderten Ausführung verlaufen die Druckstutzen der Strahlpumpen 14 nach oben zur Flüssigkeitsoberfläche. Die einzelnen Strahlpumpen 14 sind jedoch nach wie vor sternförmig um den Leitzylinder verteilt angeordnet.

Die F i g. 4 zeigt die Anordnung der Strahlpumpen in der Draufsicht.

Die in der Fig. 5 gezeigte Vorrichtung stellt im wesentlichen eine Kombination der Vorrichtung gemäß der Fig. 1 und 2 und Fig. 3 und 4 dar. Der Leitzylinder 2 ist an seinem unteren Ende offen ausgebildet und mit der trichterförmigen Erweiterung 15 ausgerüstet. Unmittelbar in die öffnung des unteren Leitzylinders ragen die Saugstutzen 10 von Strahlpumpen 9 hinein, deren Druckstutzen 11 radial gegen die Wandung des Behälters 1 gerichtet sind, während die aus der F i g. 3 bekannten Strahlpumpen 14 in der bereits beschriebenen Weise zusätzlich angeordnet sind. Bei dieser Ausbildung, deren Draufsicht die F i g. 6 zeigt, ergibt sich eine sehr innige Durchmischung und Umwälzung der im Behälter 1 befindlichen Flüssigkeit auch dann, wenn diese eine derartige Mischung und Umwälzung auf Grund ihrer Eigenschaften besonders erschwert.

In der F i g. 7 ist eine weitere Ausgestaltung der neuen Vorrichtung dargestellt. Der Behälter 1 weist

abweichend von den bisher beschriebenen Ausführungsformen einen trichterartig ausgebildeten Boden 18 auf, an dessen tiefster Stelle der Zuführstutzen 17 für ein gasförmiges Treibmittel angeordnet ist. Dieser Zuführstutzen 17 mündet in einen Düsenkopf 19 ein, an welchem mehrere Treibmitteldüsen 20 für ein gasförmiges Medium sternförmig verteilt angeordnet sind. Die Düsen 20 verlaufen im wesentlichen parallel zum trichterartigen Boden 18. Das untere Ende des Leitzylinders 2 ist mit einer Abwinkelung 21 versehen, die im wesentlichen parallel zum trichterartigen Boden 18 verläuft und am Ende etwas erweitert ist. Im Zusammenwirken mit dem Boden 18 und den Düsen 20 bildet die Abwinkelung 21 Strahlpumpen für ein gasförmiges Treibmittel, die den Strahlpumpen 9 bzw. 14 in den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen entsprechen und die aus einem kreisringförmigen Diffusor 22 bestehen, an den sich ein gleichfalls kreisringförmiger Druckstutzen 23 anschließt, während eine Mehrzahl von Treibmitteldüsen 20 vorgesehen ist. Bei dieser Ausführung ergibt sich eine erhebliche Vereinfachung und eine besonders intensive, den gesamten Flüssigkeitsinhalt des Behälters 1 erfassende Umwälzung und Durchlüftung. Der Grundriß der Anordnung der Düsen ist in der F i g. 8 zu erkennen.

Die F i g. 9 zeigt, wie die neue Vorrichtung weiter verbessert werden kann. Ein Behälter 1, der wahlweise nach einer der unter den F i g. 1 bis 8 beschriebenen Ausführungsformen ausgebildet sein kann, ist zusätzlich mit einem Absaugstutzen 24 ausgerüstet, der im oberen Bereich des Behälters 1 vorgesehen ist. Der Vorrichtung sind jedoch weitere Reaktionsbehälter 25 zugeordnet, die ebenfalls mit Absaugstutzen 26 versehen sind, über welche sie an eine gemeinsame Saugleitung 27 angeschlossen sind, die zu einer geeigneten Saugpumpe führt. Durch diese Saugpumpe wird im Inneren der Behälter 1 und 25 ein Unterdruck erzeugt, der die Flüssigkeit in den Behältern dazu anregt, Gas oder Luft abzugeben.

Jeder der Behälter 25 weist in seinem Boden einen Ablaßstutzen 28 auf, der den Ablaßstutzen 12 des Behälters 1 entspricht. Dem Behälter 25 wird jedoch das Reaktionsmedium, d. h. die zu belüftende oder zu begasende Flüssigkeit nicht von oben, sondern durch den Boden zugeführt. Zu diesem Zweck dienen Strahlpumpen 29, die für ein gasförmiges Treibmittel ausgelegt sind, welches zweckmäßigerweise von dem der Reaktion zuzuführenden Gas gebildet wird. Die Saugstutzen 30 des ersten Behälters 25 sind mit dem Ablaßstutzen 12 des Behälters 1 und die Saugstutzen 30 des zweiten Behälters 25 mit dem Ablaufstutzen 28 des ersten Behälters 25 verbunden usf. Die Druckstutzen 31 der Strahlpumpen 29 sind in jeweils geeigneter Weise angeordnet, und zwar so, daß sie den jeweils günstigsten Belüftungs- und Umwälzungseffekt garantieren. Die Reaktionsflüssigkeit wird also aus dem Behälter 1 in den Behälter 25 und aus diesem in den nächsten Behälter 25 usw. überführt. Bei jedem Behälterwechsel findet eine innige Durchmischung und Begasung der flüssigen Reaktionskomponente statt, zugleich wird aber auch beim Eintritt in einen der Reaktionsbehälter 1 oder 25 eine Entgasung gefördert, durch die verbrauchte gasförmige Reaktionsanteilc entfernt werden. Auf diese Weise wird der Ablauf des chemischen oder biologischen Prozesses sehr stark beschleunigt und das erforderliche Behältervolumen im Vergleich zum bisher erforderlichen Volumen erheblich verkleinert. Es wird darüber hinaus eine nahezu vollständige Ausnutzung der gasförmigen und der flüssigen Komponente erzielt. An den letzten Ablaßstutzen 28 ist zu diesem Zweck eine in den Figuren nicht dargestellte und durch das Bezugszeichen 32 angedeutete Einrichtung angeschlossen, die wenigstens die unverbrauchte Flüssigkeit oder den Teil der Flüssigkeit, der nicht vollständig durchreagiert hat, vom Flüssigkeitsstrom ausscheidet und im Sinne eines Kreislaufes beispielsweise durch den Saugstutzen 13 der Strahlpumpe 3 des Behälters 1 wieder in das Verfahren zurückleitet. Bei geeigneter Auswahl der Steuer- und Trenneinrichtungen kann wahlweise bei einer geringen Anzahl von Behältern 25 die gesamte Flüssigkeit mehrmals durch die einzelnen Behälter oder zumindest ein Teil der Flüssigkeit mehrmals durch die Behälter sowie 1 geleitet werden, bis eine nahezu vollständige Ausnutzung aller Reaktionskomponenten erreicht ist.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Durchführung chemischer und biologischer Prozesse zwischen Flüssigkeiten und Gasen, bestehend aus einem Reaktionsbehälter mit einem inneren, konzentrisch angeordneten, oben und unten offenen Leitzylinder, wobei am oberen Ende des Reaktionsbehälters eine zentral nach unten gerichtete Einspritzvorrichtung für Reaktionspartner und im unteren Bereich weitere Einspritzvorrichtungen für Reaktionspartner vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzvorrichtungen als Strahlpumpen (3, 9 und 14) ausgebildet sind, wobei die am unteren Bereich des Reaktionsbehälters befindlichen Strahlpumpen (9,14) sternförmig angeordnet sind und die Saugstutzen (10 und 16) dieser Strahlpumpen auf das untere Ende des Leitzylinders (2) ausgerichtet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlpumpe (3) am oberen Ende des Reaktionsbehälters über eine Leitung (4) an eine das Treibmittel liefernde Druckflüssigkeitsquelle und die Strahlpumpen (9, 14) am unteren Ende des Reaktionsbehältes über eine Leitung (7) mit einem Treibmittelverteiler (8) an eine das Treibmittel liefernde Druckgasqualle anschließbar sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlpumpe (3) am oberen Ende des Reaktionsbehälters wenigstens einen zusätzlichen Ansaugstutzen (13) für einen flüssigen Reaktionspartner aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Leitzylinder (2) am unteren Ende einen Kragen (15, 21) aufweist und daß die Saugstutzen der diesem Ende zugeordneten Strahlpumpen (14) unter dem Kragen angeordnet sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kragen als konische Erweiterung (15) des Leitzylinders (2) ausgebildet ist und daß die Druckstutzen der unter dem Kragen angeordneten Strahlpumpen vom Kragen weg radial nach außen und/oder nach oben zum

Deckel des Reaktionsbehälters (1) hin unter einem Winkel zwischen 15° und 30° gegenüber der Horizontalen ausgerichtet sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktionsbehälter einen trichterartigen Boden (18) aufweist, der mit dem

entsprechend angepaßten Kragen (21) den ringförmigen Austrittsstutzen der Strahlpumpen bildet und in seinem Zentrum einen kegelförmigen, in den Leitzylinder (2) ragenden Düsenkopf (19) trägt, von welchem die sternförmig angeordneten Treibdüsen (20) der Strahlpumpen ausgehen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

009 538/377