DE1667231B2 - Vorrichtung zur durchfuehrung eines stoffaustauschs zwischen gas- und fluessigen phasen - Google Patents

Description

Das Erfordernis, bestimmte Verbindungen aus einer Phase in eine andere zu überführen, tritt in vielen chemischen Verfahren auf und bedingt entsprechende Operationen, wie z. B. Absorption und Extraktion. Bei der einfachen Absorption oder Extraktion, die ohne chemische Reaktion in der aufnehmenden Phase stattfinden, wird die Endkonzentration nach beendetem Übergang durch das Gleichgewicht zwischen abgeben der und aufnehmender Phase bestimmt Derartige Gleichgewichte werden im allgemeinen relativ rasch erreicht, und man benötigt daher relativ kurz« Kontaktzeiten, um fast vollständigen Übergang und eine nahe Annäherung an den Gleichgewichtszustand zu erzielen.

Tritt eine chemische Reaktion in der aufnehmenden Phase ein, so wird die endgültige Verteilung der chemischen Verbindung zwischen abgebender und aufnehmender Phase bestimmt durch den Umsetzungsgrad in der aufnehmenden Phase. Die Geschwindigkeit des Massenübergangs hängt daher hier von der Geschwindigkeit der betreffenden chemischen Umsetzung ab. Da vble chemische Reaktionen relativ langsam verlaufen, werden lange Kontaktzeiten der Phasen benötigt, um die Komponente, die ursprünglich in der abgebenden Phase vorlag und die in der aufnehmenden Phase umgesetzt wird, zu verbrauchen. Wo die Geschwindigkeit des Massenübergangs die Geschwindigkeit der raschen chemischen Umsetzung in der aufnehmenden Phase übertrifft, werden große Grenzflächen zwischen den Phasen benötigt, um die Reaktion innerhalb tragbarer Zeiträume zu bewerkstelligen.

Zusammenfassend kann gesagt werden, daß relativ kurze Kontaktzeiten und kleine Grenzflächen erforderlich sind, wenn in der aufnehmenden Phase keine chemische Reaktion erfolgt und lediglich eine Änderung des Verteilungszustandes einer chemischen Verbindung angestrebt wird Relativ lange Kontaktzeiten werden benötigt, wenn eine, langsame chemische Reaktion in der aufnehmenden Phase erfolgt Ist die Reaktionsgeschwindigkeit hoch, so steuert die Geschwindigkiat des Massenübergangs zwischen den Phasen die beobachtete Geschwindigkeit der Reaktion, und relativ große Grenzflächen sind daher hier von Vorteil.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich insbesondere auf Überführungen der beiden letztgenannten Arten. Doch können auch Verfahren der erstgenannten Art in der erfindungsgemäßen Vorrichtung durchgeführt werden; d.h. Überführungen ohne chemische Reaktion. Die vorliegende Erfindung erhöbt die Kontaktzeit, während der ein Stoff zwischen abgebender und aufnehmender Phase ausgetauscht werden kann, und vergrößert die Phasengrenzflächen während des Austausche Die Erhöhung dieser entscheidenden Parameter erfolgt mit einer einfachen Vorrichtung normaler Größe.

Gegenstand vorliegender Erfindung ist eine Vorrichtung zur Durchführung eines Stoffaustauschs zwischen Gas- und flüssigen Phasen, bestehend aus einem hohen Behälter, einer Umlaufleitung mit einer Pumpe zum Umwälzen der flüssigen Phasen, einer Gaszuführung sowie einem Gasauslaß am oberen Behälterende, die dadurch gekennzeichnet ist daß entweder

a) das Abzugsende der mit der Gaszuführung ' versehenen Umlaufleitung am unteren Behälterende angesetzt ist und das Zuleitungsende in den oberen Behälterteil führt und der mittlere oder untere Behälterteil als Konus ausgebildet ist der sich nach unten erweitert, oder daß

b) das Abzugsende der Umlaufleitung am oberen Behälterende angesetzt ist und das Zuleitungsende in den oberen Teil eines im Behälter angeordneten, an beiden Enden offenen und im unteren Teil konusartig erweiterten Rohres (26) führt und die Gaszufuhrvorrichtung im oberen Bereich des Rchres angebracht ist.

Im Fall der Variante b) kann noch eine zweite Umlaufleitung vorgesehen sein, die vom unteren Behälterende abgeht und in die erste Umlaufleitung mündet

Zur Erzeugung einer innigen und längeren Berührung zwischen einer Flüssigkeit und einem unvollständig damit mischbaren Gas waren Vorrichtungen der z. B. in der GB-PS 3 08 254 beschriebenen Art bekannt Sie arbeiten derart, daß die Flüssigkeit am unteren Ende eines Behälters abgepumpt und dann der Flüssigkeitsoberfläche aufgegeben wird unter vorheriger Zumischung des Gases.

Aus der OE-PS 65 678 war eine Vorrichtung zum Lüften von Maischen u.dgl. bekannt bei der die zu lüftende Flüssigkeit mittels einer Pumpe im Kreislauf durch einen Strahlapparat geschickt wird, um Luft anzusaugen oder mit Druckluft angereichert zu werden. Diese Vorrichtung erforderte zur Regelung der Kontaktzeit unter Umständen außerordentlich lange und raumfüllende Leitungen; der Stoffaustausch findet nicht im hierfür vorgesehenen Bottich statt Zwar könnte diesem Mangel durch öfteres Umpumpen der Flüssigkeit und erneuter Gaszufuhr begegnet werden, doch treten hierbei erhebliche Energiekosten auf. Ein Vergleich zeigt auch, daß bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung für den gleichen Effekt viel weniger umgepumpt werden muß. Zudem wird die einmal erfolgte Dispergierung des Gases bei der erfindungsge-

jnäßen Vorrichtung besser ausgenutzt als bei der bekannten Vorrichtung. Dies ist besonders wichtig bei wertvolleren Gasen als Luft

Demgegenüber erlaubt die erfindungsgemäße Vorrichtung durch Regulierung der Umwäb- bzw. Fließgeschwindigkeit eine beliebige Kontaktzeit in einfachster Weise einzustellen.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird am. besten bei Untersuchung der Kräfte verstanden, die eine Gasblase, welche in einer vertikalen Säule abwärts fließender Flüssigkeit suspendiert ist, beeinflussen, wobei die abwärts fließende Flüssigkeit, die die Hauptmenge des Säuleninhalts ausmacht, eine höhere Dichte besitzt als das die Blase bildende Gas. Die Gasblase erleide«: einerseits einen Auftrieb aufgrund der Dichtedifferenz und will in der Säule hochsteigen. Andererseits ist sie einer Schleppkraft ausgesetzt, die in Fließrichtung der Hauptflüssigkeit nach unten gerichtet ist Der Auftrieb ist proportional dem Volumen der Gasblase, die Schleppkraft ist proportional der Flüssig keitsgeschwindigkeit, der Oberfläche der Gasblase und den Oberflächenkräften zwischen Gasblase und umgebender Flüssigkeit Unter »Oberflächenkräften« werden die nicht abgeglichenen Molekularkräfte verstanden, die zur Oberflächenspannung der Gasblase beitragen. Da die Oberfläche der Gasblase sich mit i*(r = Radius der Gasblase), das Volumen dagegen mit r³ ändert, wird eine Gasblase mit größerem Radius stärker aufgetrieben und schwächer von der Strömung mitgeschleppt als eine Blase mit kleinerem Radius, unter der Voraussetzung, daß die Oberflächenkräfte gleich sind. Bei einer gegebenen Flüssigkeitsgeschwindigkeit neigen kleinere Bläschen daher eher dazu, mit der Flüssigkeit nach unten zu wandern, da die Schleppkraft der Strömung dominiert, während größere Bläschen gegen den Strom der Flüssigkeit nach oben steigen, da hier der Auftrieb dominiert Für jede Flüssigkeitsgeschwindigkeit gibt es daher eine Bläschengröße, die ein unbegrenztes Verweilen des Bläschens an einer bestimmten Stelle der Säule in der abwärts strömenden Flüssigkeit erlaubt.

Die Gasphase wird häufig den geringeren Anteil des gesamten Mehrphasengemisches ausmachen. Dieses Mengenverhältnis muß erfindungsgemäß jedoch nicht notwendig vorliegen. Die Menge an flüssiger Phase kann auch kleiner sein als die Menge an Gasphase, vorausgesetzt, daß der Zerteilungsgrad der Gasphase so ist, daß diskrete Anteile der Gasphase von der flüssigen Phase umgeben sind, und daß sich Auftrieb und Schleppkraft frei auf diese diskreten Teile auswirken können.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert:

F i g. 1 bis 3 zeigen schematische Diagramme verschiedener Ausführungsformen der Erfindung.

In Fig. 1 besteht das Gas-Flüssigkeits-Kontaktgefäß 1 aus einem hohen Behälter. Die Flüssigkeitssäule 2 fließt in Pfeilrichtung nach unten. Flüssigkeit und etwas Gas werden am Boden des Behälters 1 durch Abzugsleitung 3 abgezogen und über die Umwälzpum pe 4 und die Umiaufleitung 5 dem Oberteil des Behälters wieder zugeführt Der Kreislaufstrom aus Flüssigkeit und Gas tritt durch Zuleitung 6 wieder in den Behälter ein. Frisches Gas wird dem Flüssigkeitsstrom durch die Leitung 7 zugeführt, während verbrauchte Gase über den Gasauslaß 8 abgelassen werden. Das Gemisch aus frischem Gas, Flüssigkeit und wenig im Kreislauf geführtem Gas entsteht an der Stelle des Zusammenstoßes 18. Die hier auftretende Turbulenz bewirkt ein Vermischen des Gases mit der Flüssigkeit in Form kleiner Bläschen. In dieser Form erreicht das Zweiphasen-Gemisch aus Flüssigkeit und Gas die Hauptmenge der abwärts fließenden Flüssigkeit an der Austrittspff-

s nung 9 der Zuleitung 6. Durch die bei 18 entstehende Turbulenz wird eine große Anzahl Gasbläschen bei 9 in die Flüssigkeit 2 abgegeben.

Die mitgerissenen Gasbläschen variieren in der Größe, obgleich ein großer Anteil davon relativ klein ist

ι ο Wie vorstehend erläutert, unterliegen die großen Blasen dem Auftrieb und steigen rasch von der Austrittsöffnung 9 in den Gasraum 10, der sich über dem Flüssigkeitsspiegel befindet Der Inhalt dieser großen Gasblasen erreicht den Gasauslaß 8 somit kurz nach

ι s dem Eintritt in die Flüssigkeitssäule. Die Bewegung der kleinen Bläschen hingegen wird durch die Schleppkraft der umgebenden Flüssigkeit bestimmt, und diese

Bläschen gelangen somit abwärts in die Kontaktzone. Auf diese Weise wird. eine große Menge der

fließenden Flüssigkeit mit kleinen, ein relativ kleines Gesamtvolumen ausmachenden, aber eine große Austauschfläche liefernden Gasblasen in Berührung gebracht wobei diese Bläschen längere Zeil in der Flüssigkeitssäule verbleiben, so daß ein Stoffaus tausch stattfinden kann. Kurz nach Inbetriebnahme ist der Behälter weitgehend mit einem innigen Gemisch aus Gas und Flüssigkeit gefüllt Einige der Bläschen, die anfangs aus der Mischzone unter dem Einfluß der Schleppkraft der Flüssigkeit nach unten wandern,

.to erreichen die Trennzone und die Abzugsleitung 3 und werden zusammen mit der Flüssigkeit im Kreislauf geführt. Der Rest der Bläschen geht durch Zusammenstoß mit anderen Bläschen in der Kontaktzone in größere Blasen über, die dann durch Auftrieb langsam an die Flüssigkeitsoberfläche steigen. Ein kleiner Teil der Bläschen, bei denen Auftrieb und Schleppkraft sich aufheben, bleibt in vertikaler Richtung stationär, so lange, bis sich durch Zusammenstoß die Größe verändert.

Nur wenige Gasbläschen werden mit der Flüssigkeit durch Abzugsleitung 3 abgezogen und im Kreislauf mitgeführt. Ein Teil der Gase, die durch den Gasauslaß 8 abgezogen werden, wird mit durch die Gaszuführung 7 zugeführtem frischem Gas vereinigt und in die Kontaktzone geführt.

Das Gasgemisch wird mit der Flüssigkeit am Zusammenstoß 18 der beiden Leitungen vereinigt. Der Teil des Gases, der nicht mit frischem Gas vereinigt wird, wird abgelassen. Der Durchsatz durch die Gaszuführung 7 und Gasauslaß 8 kann mittels Regelgeräten eingestellt werden.

Der Betrieb der Vorrichtung gemäß F i g. 1 wird bestimmt durch den Konus 19. Mit steigendem Querschnitt des Behälters 1 im Konus 19 nimmt die Lineargeschwindigkeit der abwärts fließenden Flüssigkeit ab. Die Schleppkräfte, die auf die in den Konus 19 eingeschleppten Bläschen einwirken, nehmen mit abnehmender Geschwindigkeit der Flüssigkeit ebenfalls ab. Daher werden in jeder Ebene des Konus 19 Bläschen

(>u einer bestimmten Größe in vertikaler Richtung stationär. Der Konus 19 enthält daher im Gleichgewichtszustand größere Gasblasen im oberen Teil und kleinere Blasen im unteren Teil. Die größeren Bläschen im oberen Teil des Konus 19 vergrößern sich weiter

(.- düriii Zusammenstoß mit kleineren Teilchen und werden zur Flüssigkeitsoberfläche aufgetrieben und dort freigesetzt. Von dem von Flüssigkeit freien Gasraum 10 wird das Gas dann über den Gasauslaß 8

abgelassen.

In der Vorrichtung gemäß F i g. 1 erstreckt sich die Mischzone von der Verbindungsstelle 18 der Zuleitungen 6 und 7 bis zur Austrittsöffnung 9 und umfaßt das Flüssigkeitsvolumen in dem oberen Teil des Behälters 1. Die Kontaktzone besteht aus dem Rest der Flüssigkeitssäule im Behälter 1 und dem größten Teil von Konus 19. Die Trennzone besteht aus dem untersten und der Abzugsleitung 3 benachbarten Teil des Konus 19.

Die großen Blasen, die in der strömenden Flüssigkeitssäule aufsteigen, bewirken eine weitere Bewegung des Flüssigkeits-Gas-Gemischs und verbessern damit den Stoffflbergang.

Die Vorrichtung gemäß Fig. 1 kann auch bei Vorliegen einer aus mehreren Phasen Zusammengesetz- ' ten Flüssigkeit verwendet werden.

Die Vorrichtung gemäß F i g. 1 kann noch verändert werden, indem man einen Abschnitt mit parallelen Seitenflächen unterhalb des Konus 19 vorsieht Der Durchmesser dieses weiteren Abschnitts entspricht 20: etwa dem Durchmesser am Ende von Konus 19. Es ergibt sich dann ein Behälter mit parallelen Seitenwänden am oberen Teil, während der mittlere Teil sich konusartig erweitert und der untere Teil parallele Seitenwände und einen Durchmesser entsprechend dem größten Durchmesser des konusförmigen Abschnitts besitzt wie aus F i g. 2 ersichtlich. In diesem Fall liegt die Abzugsleitung 3 dann am Boden des weiteren parallelseitigen Abschnitts. Die Trennzone befindet sich in diesem Fall im unteren Teil des hinzugekommenen Abschnitts.

Der Betrieb der Vorrichtungen gemäß F i g. 1 und 2 ist bei einer mehrphasigen Flüssigkeit weitgehend identisch dem Betrieb im Falle einer einphasigen Flüssigkeit Die Flüssigkeit wird durch Abzugsleitung 3 abgezogen und über die Umwälzpumpe 4, Umlaufleitung 5 und Zuleitung 6 im Kreislauf rückgeführt Frisches sowie im Kreislauf rückgeführtes Gas werden in den Flüssigkeits-Kreislaufstrom am Zusammenstoß 18 von Leitung 6 und 7 eingeführt Die durch Abzugsleitung 3 abgezogene Flüssigkeit enthält mitgerissene kleine Gasbläschen und Tröpfchen der weniger dichten Flüssigkeiten.

Diese Bläschen und Tröpfchen erreichen das untere Ende des zylindrischen Abschnitts von Behälter 1 gemäß demselben Mechanismus, der bei einer einphasigen Flüssigkeit vorliegt Die Gasbläschen werden dann in den Konus 19 mitgeschleppt Der hierbei wirksame Mechanismus ist analog dem Mechanismus bei einer einphasigen Flüssigkeit, mit der Abweichung, daß die Dichteunterschiede zwischen der weniger dichten und der dichteren Flüssigkeitsphase im allgemeinen geringer sind als der Dichteunterschied zwischen Gas und einphasiger Flüssigkeit

Derjenige Anteil der weniger dichten Flüssigkeit der nicht in Form von Tröpfchen mitgerissen und in die Abzugsleitung 3 geführt ,wird, wird nach oben aufgetrieben und¹ sammelt sich im Bereich der FlüssigkeitsoberfUche. Die sich nach unten bewegende Flüssigkeit enthalt sonnt relativ große Mengen der weniger dichten Flüssigkeit im oberen Teil des Behälters 1, Tröpfchen im Hauptteil und sehr Weise Tröpfchen im unteren Teil, die in die Abzugsleitung 3 gescet werden. Die durchschnittliche Größe der Tröpfchen ans der weniger dichten Flüssigkeit ändert ⁶S sich je nach deren Läge im Behalter 1 in derselben Weise wie oben für die Gasbläschen beschrieben. Mit abnehmender lineargeschwindigkeit im unteren Teil des Konus 19 werden somit nur noch relativ kleine Tröpfchen mitgeschleppt

Befindet sich die Austrittsstelle der Zuleitung 6 bei 9, so wird die Neigung der weniger dichten Phasen, sich an der FlüssigkeitsoberfUche anzusammeln, ebenfalls gestört und eine Emulsion gebildet Beim Arbeiten mit mehrphasigen Flüssigkeiten dürfte eine Anordnung mit der Austrittsstelle bei 9A jedoch vorzuziehen sein.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist mit besonderem Vorteil bei Fermentationsverfahren mit einer oder mehreren flüssigen Phasen anwendbar sowie bei Verfahren, bei denen große Gasmengen, z. B. Naturgas, von Verunreinigungen, beispielsweise CO2, getrennt werden sollen.

Bei der Ausführung der vorliegenden Erfindung erwiesen sich bestimmte Modifikationen der Vorrichtungen gemäß F i g. 1 und 2 als vorteilhaft Zum Beispiel kann die Umlaufleitung 5 so abgeändert werden, daß Verfahrensstufen zwischengeschaltet werden können. Die Flüssigkeit kann z. B. von der Umwälzpumpe 4 in ein Gefäß geleitet werden, in dem mitgerissenes oder gelöstes Gas durch chemische Umsetzung, Absorption oder dergleichen entfernt wird. Von dem Gefäß gelangt die Flüssigkeit dann in die Zuleitung 6. Ferner kann die Möglichkeit vorgesehen werden, in verschiedenen Höhen Abzugsleitungen anzubringen. Entsprechende Ströme, die durch zwischen der Flüssigkeitsoberfläche und dem Niveau der Abzugsleitung 3 gelegene Leitungen abgezogen werden, können zusätzlich im Kreislauf geführt werden und erhöhen den Grad der Mischung und Emulgierung in der Kontaktzone.

Die Vorrichtung gemäß Fig.3 besteht aus einem zylindrischen Behälter 1. in welchem sich ein an beiden Enden offenes Rohr 26 mit geringerem Durchmesser koaxial angeordnet befindet Das obere Ende des Rohres 26 ragt über die Oberfläche der sich abwärts bewegenden Flüssigkeit hinaus. Das konusartig erweiterte untere Ende des Rohres 26 befindet sich nahe dem Boden des Behälters 1. Anstelle des Behälters 1 kann auch ein nach unten konisch auslaufender Behälter, wie in F i g. 1 gezeigt verwendet werden. Die Seitenflächen des Rohres 26 sind dann den Seitenflächen des Behälters 1 im wesentlichen parallel Eine Abzugsleitung 3 befindet sich in der Nähe, jedoch unterhalb der Flüssigkeitsoberfläche. Durch eine Umwälzpumpe 4 wird die Flüssigkeit aus Abzugsleitung 3 in die Umlaufleitung 5 und die Zuleitung 6 gepumpt Von der Austrittsöffnung 9Λ der Zuleitung 6 fällt die Flüssigkeil auf die Flüssigkeitsoberfläche. Die Austrittsöffnung 9A befindet sich in der Nähe des oberen Endes des Rohre; 26, so daß die bei 9A austretende Flüssigkeit auf den Teil der FlüssigkeitsoberfUche aufplatscht, dec siel innerhalb des Rohres 26 befindet Auf diese Weis« entsteht im Behälter 1 eine Flüssigkeitsströmung, wie si« durch die Pfeile angedeutet ist Die Flüssigkeit im Roh 26 wandert nach unten, um den Rand 128 des Rohres 21 und im ringförmigen Raum 31 zwischen Außenwand de Rohres 26 und Innenwand des Behälters 1 nach oben bi zur Abzugsleitung 3.

Gase werden durch die in einen als Verteöerrin; ausgebildete Gaszuführvorrichtung 29 zugeführt De Verteilerring soll die Gase in der Nähe der FHhsigketts oberfläche besser verteilen. Er weist eine Vielzal kleiner Löcher auf, durch die Luft oder andere Gase i die Flüssigkeit entlassen werden. Durch die Kleinhe der Locher wird die Bildung einer Vielzahl von kleine Gasbläschen in der Flüssigkeit sichergestellt Dies kleinen Bläschen werden von der Flüssigkeit nach unte

mitgeschleppt gemäß dem oben erläuterten Mechanismus. Einige größere Bläschen werden selbstverständlich durch Auftrieb nach oben getragen, in den von Flüssigkeit freien Raum 33 abgegeben und über den Gasausiaß 8 abgezogen. Die von der Flüssigkeit s mitgerissenen Bläschen bilden mit dieser ein inniges Gas-Flüssigkeits-Gemisch, in dem ein Stoffaustausch zwischen den beiden Phasen rasch erfolgt.

Durch Zusammenstoß mit anderen Gasblasen können die kleinen Bläschen sich vergrößern, wobei die ι ο größeren Blasen dann zum Teil nach oben getragen werden. Nur die kleineren Bläschen gelangen vorbei am Rand 128 des Rohres 26 in den ringförmigen Raum 31. Diese Bläschen werden von der außerhalb des Rohres 26 liegenden Flüssigkeitsoberfläche in den Raum 33 abgegeben oder gelangen mit der Flüssigkeit in die Abzugsleitung 3.

Weitere Modifikationen der Vorrichtung gemäß F i g. 3 sind möglich. Zum Beispiel kann ein Teil der durch Gasauslaß 8 abgelassenen Gase mit frischem Gas mittels Leitung 131 vereinigt und durch die Gaszuführung 7 wieder eingeführt werden. Die Verteilung des Gases muß nicht durch einen Verteilcrring erfolgen, sondern kann auch auf andere Weise ausgeführt werden. An der Austrittsöffnung 9/4 können Verteiler, z. B. Sprühdüsen, angebracht sein.

Die Vorrichtung gemäß Fig.3 kann auch mit Gemischen aus Gas und einer mehrphasigen Flüssigkeit betrieben werden. In diesem Fall kann es notwendig sein, die zweite Umlaufleitung 25, 34 zu benutzen, die Material vom Boden des Behälters 1 abzieht. Da die Flüssigkeit am Boden des Behälters 1 einen größeren Anteil an den dichteren flüssigen Phasen, die Flüssigkeit nahe der Oberfläche hingegen größere Mengen der weniger dichten Phasen enthält, werden durch diesen zweiten Kreislaufstrom die flüssigen Phasen gut gemischt. Das vorstehend beschriebene Vorgehen bei mehrphasigen Flüssigkeiten ist auch auf das Arbeiten mit der Vorrichtung gemäß F i g. 3 anwendbar.

Die erfindungsgemäßen Vorrichtungen sind auf unvollständig mischbare Gas- und Flüssigkeitsphasen anwendbar. Unter dem Ausdruck »unvollständig mischbar« wird eine relative Unlöslichkeit einer Phase in der anderen verstanden. Sind beide Phasen völlig unmischbar, so tritt kein Stoffaustausch ein. Die Erfindung ist daher anwendbar auf den Stoffaustausch zwischen Phasen, die nach Berührung miteinander unterscheidbar bleiben, wobei im Gemisch nach längeren Verweilzeiten zwei oder mehr Phasen erkennbar sind.

Geeignete Flüssigkehsgeschwindigkeiten liegen zwisehen etwa 30 cm/Min, und Ober 18 m/Min. Die jeweils geeigneten Geschwindigkeiten hängen von der Art der Vorrichtung, der Flüssigkeit, den Dichten von Flüssigkeit und Gas und den Oberflächenspannungen zwischen den einzelnen Phasen ab. Die jeweilige Geschwindigkeit kann der Fachmann leicht ermitteln.

Gase können dem Kreislaufstrom vor Eintritt in die Hauptmasse der Flüssigkeit auf beliebige herkömmliche Weise zugesetzt werden. Vorzugsweise verwendet man ein Venturi-Rohr od. dgl Eine einfache Methode besteht auch darin, daß man den Kreislaufstroin frei in den von Flüssigkeit freien Raum oberhalb der Flüssigkeitsoberfläche austreten läßt, wobei er etwas in diesem Raum vorhandenes Gas mitreißt In diesem Fall sind Mittel vorzusehen, durch die frisches Gas in den von Flüssigkeit freien Raum eingeführt wird. Zur Förderung der Gasaufnahme kann auch eine Gaspumpe verwendet werden.

Arbeitet man mit mehr als einem Kreislaufstrom, so können die Ströme gemischt werden, indem man den einen in den anderen einbläst, wobei Emulsionsbildung erfolgt. Auch kann ein einfaches Verfahren, ähnlich wie beim Mischen von Gas und Flüssigkeit, verwendet werden. Bei diesem Verfahren läßt man den Kreislaufstrom direkt auf die Flüssigkeitsoberfläche auffallen. Die obersten Flüssigkeitsschichten enthalten einen größeren Anteil an leichteren flüssigen Phasen. Der auffallende Flüssigkeitsstrom treibt Teile der oberen Flüssigkeitsschichten nach unten und erzeugt so einen Emulgiereffekt. Mehrere Kreislaufströme werden benötigt, wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Fermentation von Kohlenwasserstoffen oder für andere Verfahren dient, bei denen mehrere flüssige Phasen vorliegen.

Beispiel
Herstellung von Glukonsäure durch Gärung

Etwa 2270 Liter einer Lösung mit 23% Glukose (23g/100ml), entsprechenden anorganischen Salzen und Wachstumsfaktoren wurden mit einem Glukonsäure produzierenden Stamm der Gattung Acetobacter inokuliert. Die Lösung wird in eine Vorrichtung gemäß F i g. 1 eingeführt und zirkuliert. Als Gas wurde Luft verwendet, die in einer Menge von etwa 11 220 cmVLiter Fermentationsbrühe pro Stunde eingeleitet wurde. Die Zirkulationsgeschwindigkeit der Flüssigkeit entsprach einer Lineargeschwindigkeit von etwa 3 m/Minute im parallelen Teil der Vorrichtung. Die Umwandlung des Glukosegehalts dieser Lösung zu Glukonsäure unter diesen Bedingungen wurde verglichen mit dem Verhalten der gleichen Lösung in einem konventionellen Fermentationsgefäß, dessen Inhalt mit Luft bewegt wird und dem Druckluft in einer Menge von etw£ 44 880 emVLiter Fermentationsbrühe zugeführt wird Der Vergleich ergibt folgendes:

Stunden g Glukonsäure/ml Brühe

konventioneller Vorrichtung

Fermenter gemäß F i g. 1

4	23	3J
5	33	5,0
7	5,0	IU
9	7,3	15,2
13	123	18,8
17	IW	203
19	18,2	21,0 (beendetp)
26	183 (beendet)')

>) Glukose 1% des Glukonsäuregehalts. ή Glukose 1.1% des Glukonsäuregehalts.

Hierzu I Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Durchführung eines Stoffaustauschs zwischen Gas- und flüssigen Phasen, bestehend aus einem hohen Behälter, «iner Umlaufleitung mit einer Pumpe zum Umwälzen der flüssigen Phasen, einer Gaszuführung sowie einem Gasauslaß am oberen Behälterende, dadurch gekennzeichnet, daß entweder

(a) das Abzugsende (3) der mit der Gaszuführung (7) versehenen Umlaufleitung (5) am unteren Behalterende angesetzt ist und das Zuleitungs- , ende (6) in den oberen Behälterteil führt und der mittlere oder untere BehälterteU als Konus (19) ausgebildet ist, der sich nach unten erweitert, oder daß '

(b) das Abzugsende (3) der Umlaufleitung (5) am oberen Behälterende angesetzt ist und das Zuleitungsende (6) in den oberen Teil eines im Behälter (1) angeordneten, an beiden Enden offenen und im unteren Teil konusartig erweiterten Rohres (26) führt und die Gaszufuhrvorrichtung (29) im oberen Bereich des Rohres (26) angebracht ist

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Fall der Variante (b) noch eine zweite Umlaufleitung (25, 34) vorgesehen ist, die vom unteren Behälterende abgeht und in die Umlaufleitung (5) mündet