DE1957160C3

DE1957160C3 - Vorrichtung zur Begasung von Flussig keiten

Info

Publication number: DE1957160C3
Application number: DE1957160A
Authority: DE
Inventors: Johannes Dr. Muellner; Wilhelm Vogelbusch
Original assignee: Vogelbusch GmbH
Current assignee: Vogelbusch GmbH
Priority date: 1968-11-20
Filing date: 1969-11-13
Publication date: 1973-11-29
Also published as: AT288294B; DE1957160B2; NL6917453A; DE1957160A1; GB1294466A; FR2023686A1; CH522431A; SE353739B

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung es sich, vor allem im Wirbelzopf der Vakuole, in zum Begasen won Flüssigkeiten, insbesondere zur feinste Bläschen auflöst. Bei einer dieser bekannten Feinsibelüftung von Nährböden bei der Züchtung Vorrichtungen werden die vakuolenbildenden Leitvon Mikroorganismen, wobei in einem Behälter mit einrichtungen mit entsprechender Geschwindigkeit in einer Umwälzleitung, in der Flüssigkeit durch eine 5 der zu begasenden Flüssigkeit bewegt, zu welchem Fördereinrichtung in Strömung gehalten wird, fest- Zweck die Leiteinrichtungen als von einem rotierenstehende hohle Leiteinrichtungen mit einer Gas- den Hohlkörper ausgehende Flügel ausgebildet sind, zuleitung und mit Gasaustrittsöffnungen vorgesehen Der Hohlkörper ist dabei mit einem Gaszuführungssindrohr versehen, und die in der Flüssigkeit bewegten

Es sind Begasungsvorrichtungen bekannt, bei io Flügel sind als Rinnen ausgebildet, die an ihren der denen der zu begasenden Flüssigkeit das Gas über Bewegungsrichtung entgegengesetzten Seite offen sind poröse keramische Körper, perforierte Hohlkörper und strahlenförmig gegen die Wandung des Flüssigoder ähnliche Einrichtungen zugeführt wird, welche keitsbehälters verlaufen. Mit einer solchen Vorrichvon der Flüssigkeit um- oder durchströmt werden. iung werden besonders bei der Feinstbelüftung von Auch eine Begasung mittels Strahlpumpen ist bereits 15 Nährlösungen in mikrobiologischen Prozessen gute bekannt. Mittels poröser keramischer Körper kann Ergebnisse erzielt, da der Luftsauerstoff relativ gut, wohl eine sehr feinblasige Ve. teilung des Gases er- bei der Hefeerzeugung bis zu etwa 25%, ausgenutzt reicht werden, doch setzen sie dem Gas einen relativ wird und entsprechend große Luftmengen eingehohen Durchtrittswiderstand entgegen, wobei sie bracht werden können, so daß sich die Mikroaußerdem sehr anfäJJig für Verschmutzung und da- ao Organismen rasch vermehren. Wesentlich ist dabei mit verbundene Verstopfung der Poren sind. Perfo- allerdings, daß zur Vakuolenbildung die als Flügel rierte Hohlkörper mit entsprechend großen Bohrun- ausgebildeten Leiteinrichtungen in der zu begasenden gen verstopfen sich zwar nicht so leicht, doch ist der Flüssigkeit mit ausreichender Geschwindigkeit bedurch sie hervorgerufene Stoffaustausch zwischen gas- wegt werden, was jedoch ein Mitbewegen, also ein förmiger und flüssiger Phase erfahrungsgemäß nicht 25 Mitrotieren, der Flüssigkeit zur Folge hat, wodurch sehr hoch. Die Herstellung solcher Hohlkörper ist die Relativbewegung der Flügel gegenüber der Flüszumeist sehr aufwendig, da dazu viel Material ver- sigkeit vermindert und dadurch die Vakuolenbildung braucht wird und das Bohren der Löcher hohen gestört wird. Das Mitbewegen der Flüssigkeit muß Arbeitsaufwand erfordert. Es ist zudem äußerst daher durch geeignete Bremseinrichtungen weitschwierig, die Hohlkörper so zu gestalten, daß an 30 gehend vermieden werden. Solche Einrichtungen beallen Bohrungen gleiche Druckverhältnisse herr- dingen aber nicht nur einen hohen Energieaufwand sehen, wenn die Hohlkörper von Flüssigkeit um- oder für das Bewegen* der Flügel, sondern sind auch durchströmt werden. Es kann sogar vorkommen, daß insofern nachteilig, als hinter derartigen Eindurch einzelne Bohrungen, statt eines Gasaustrittes, richtungen Wirbel entstehen und auch andere, einer Flüssigkeit in den Hohlkörper eindringt. Überdies ist 35 guten Gasverteilung abträgliche Erscheinungen aufdie Ablösung der Strömung von der Oberfläche treten.

schwer kontrollierbar und ist vielfach Anlaß zu über- Bei den bekannten Vorrichtungen muß also jeden-

höhtem Energieverbrauch für das Bewegen der Flüs- falls ein Stillstehen der Flüssigkeit angestrebt werden,

sigkeit. Zudem sind bei den bekannten Vorrichtungen was aber einer Zirkulation derselben und damit

die Begasungseinrichtungen des öfteren in erheblicher 40 einem Vermischen der einzelnen Flüssigkeitsbereiche

Tiefe unter dem Flüssigkeitsspiegel, und zwar nahe hinderlich ist. Um die gesamte Flüssigkeit begasen

dem Behälterboden angeordnet, wodurch das Gas zu können, müssen auch hier die sich bewegenden

mit Druck zugeführt werden muß. Was schließlich Flügel, durch welche hindurch das Gas den Vakuolen

Strahlpumpen betrifft, so erfordern diese für zu- und über diese der Flüssigkeit zugeführt wird, nahe

friedenstellenden Betrieb einen erheblichen Flüssig- 45 dem Behälterboden, also in erheblicher Tiefe unter

keitsdruck, zu dessen Erzeugung viel Energie auf- dem Flüssigkeitsspiegel, angeordnet sein, damit den

gewendet werden muß. aufsteigenden Gasblasen eine möglichst lange Ver-

Es ist weiterhin eine Vorrichtung der eingangs weilzeit in der Flüssigkeit gegeben ist. Durch die genannten Art bekannt, bei welcher in dem Behälter Relativbewegung der Flügel in bezug auf die Flüssigmit der Umwälzleitung im Bodenbereich feststehende, 50 keit herrscht nun zwar unmittelbar hinter den Flühohle Leiteinrichtungen vorgesehen sind, die durch- geln ein geringerer Druck als in den angrenzenden lochte Wandungen aufweisen, wobei die Luft durch Flüssigkeitsschichten, doch ist die betreffende Druckdie Löcher mittels einer Luftpumpe in den Behälter- differenz im allgemeinen zu gering, um unter Überinhalt eingepreßt und die Flüssigkeit an diesen Leit- windung eines hohen statischen Flüssigkeitsdruckes einrichtungen vorbeigepumpt wird. Eine derartige 55 genügend Gas in die Vakuolen einzusaugen. Es kann Einrichtung benötigt aber hohen Energieaufwand für daher auf eine zusätzliche Fördereinrichtung für das die Förderung der Luft, da die durchlochten Wan- zuzuführende Gas meist nicht verzichtet werden, düngen der Leiteinrichtungen dem Gas einen be- weil sonst, um genügend Gas in die Flüssigkeit einträchtlichen Durchtrittswiderstand entgegensetzen. zubringen, die Leiteinrichtungen mit sehr hoher Ge-Außerdem ist die Herstellung durchlochter Wandun- 60 schwindigkeit in der Flüssigkeit bewegt werden gen, wie bereits erwähnt, mit erheblichem Arbeits- müßten, wodurch der zum Antrieb der Begasungsaufwand verbunden. vorrichtung erforderliche Arbeitsaufwand unwirt-

Ferner sind Begasungsvorrichtungen zur feinsten schaftlich hoch würde. Bei von einem rotierenden Verteilung von Gasen in Flüssigkeiten bekannt, bei Hohlkörper strahlenförmig ausgehenden Leitflügeln welchen in der zu begasenden Flüssigkeit mittels 65 wirkt sich übrigens auch der Umstand als nachteilig einer oder mehrerer Leiteinrichtungen an deren aus, daß in verschiedenen Abständen von der Dreh-Rückseite Vakuolen gebildet werden, durch deren achse des Hohlkörpers verschiedene ' Umfangs-Inneres das Gas zur Vakuolenoberfläche gelangt, wo geschwindigkeit^ und damit zufolge der unter-

schiedhchen Relativbewegungen in bezug auf die zu statische Flüssigkeitsdiücke vorliegen und daduicl begaaenüe flüssigkeit auch verschiedene Druck- die Vakuolen nicht gleichmäßig ausgebildet werden ?^erπ H^SSe p,^errSChen' ^{Um an den} achsnächsten Außerdem ist beim Erfindungsgegenstand die Mög bleuen der Hügel einen hinreichenden Unterdruck lichkeit gegeben, die Vorrichtung selbstansaugent zu erzielen, müssen die Flügel ,nit dementsprechend 5 auszubilden, und zwar dadurch, daß die feststehenhoher Geschwindigkeit in der Flüssigkeit bewegt den Leiteinrichtungen dort in der Umwälzleitung an P₁", ^wodu.^{rch s}»ch an den achsentferntesten neordnet werden, wo der durch die Flüssigkeits Hugelstellen eine übermäßig hohe Umfangsgeschwin- strömung in den Leiteinrichtungen erzeugte Unter üigkeit ergibt. Um über die gan?e Flügellänge an- druck größer ist als der hydrostatische Druck dei nähernd gleiche Verhältnisse zu schaffen, ist jeden- ig über den Leiteinrichtungen lagernden Flüssigkeits ialls eine entsprechende Ausgestaltung des Flügels säule. Eine solche Ausbildung ergibt eine sehr guK ertorderlich, zumal in den äußeren Bereichen des Ausnutzung der eingesetzten Energie, vor allem be Hussigkeitsbehälters pro Umdrehung .ein größeres großen Flüssigkeitshöhen im Behälter, da der Gas Hussigkeitsvolumen zu begasen ist als in den inneren kompressor entfallen kann, also nur eine Antriebs-Bereichen. Um entlang der Leiteinrichtungen an- 15 quelle benötigt wird, und zwar für die bekanntlicl nähernd gleiche Relativgeschwindigkeiten zwischen emen viel besseren Wirkungsgrad als ein Gaskom der zu begasenden Flüssigkeit und den Leiteinrich- pressor aufweisende Flüssigkeitspumpe. Ein weiterei tungen zu erzielen, wurden rinnenförmige, an ihren Vorteil liegt darin, daß bei einfacher Konstruktion Ruckseiten offene Leiteinrichtungen am Rande eines die Vorrichtung auch zur Begasung von großen Flüsrotierenden, mit der Gaszuführungsleitung verbünde- 20 sigkeitsmengen verwendet werden kann; bei BehäJ-nen Hohlkörpers auch bereits derart angeordnet, daß tern mit einem Fassungsraum über etwa 200 nv' isl sie von letzterem parallel zu dessen senkrechter insbesondere die Konstruktion rotierender Begasei Rotationsachse wegragen. Abgesehen davon, daß sehr schwierig. Zufolge der rinnenförmigen Ausauch solche Ausbildungen ein Mitrotieren der zu be- bildung der Leiteinrichtungen kann es dabei auch zu gasenden Flüssigkeit bewirken, weisen sie noch den 25 keiner Verstopfung der Gasaustrittsöffnungen kom-Nachteil auf, daß entlang der Leiteinrichtungen ver- men. Verstopfungen treten, wie schon erwähnt, voi schiedene statische Flüssigkeitsdrücke vorliegen, wo- allem bei den bekannten sogenannten Strahlrohrdurch ebenfalls eine gleichmäßige Vakuolenausbil- belüftern bzw. bei Belüftern, bei denen das Gas übei dung über die gesamte Länge der Leiteinrichtungen durchlochte Wandungen zugeführt wird, sehr leiehl nicht zustande kommen kann. Weiter wird nur ein 30 auf.

geringer, kreisringförmiger Bereich des Behälter- Um eine nahezu gleiche Verweildauer der Gasinhaltes direkt begast. Waschen in der Flüssigkeit zu erreichen und aus

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine allen Gasbläschen gleichmäßig den Sauerstoff in die

Begasungsvorrichtung der eingangs genannten Art Flüssigkeit einzubringen, können die Abströmender

zu schaffen, die bei verhältnismäßig einfacher Kon- 35 aller Leiteinrichtungen in einer Ebene angeordnet

struktion, geringer Störanfälligkeit und niedrigem sein. Zweckmäßigerweise können die Leiteinrichtun-

Energieverbrauch einen raschen und weitgehenden gen mit der Gaszuleitung über in der Wand der

Stoffaustausch zwischen Gas und Flüssigkeit gewähr- Umwälzleitung vorgesehene Durchlässe in Verbin-

l^eisi^et- dung stehen. Die Leiteinrichtungen können dabei

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch ge- 40 kamm- oder strahlenförmig angeordnet sein. Dalöst, daß die in der Umwälzleitung angeordneten durch wird eine nahezu gleichmäßige Verteilung des feststehenden hohlen Leiteinrichtungen wenigstens einzubringenden Gases über den gesamten Flüssigteilweise rinnenförmig ausgebildet sind und die die keitsstrom erzielt. Dies kann jedoch auch durch eine Gasaustrittsöffnungen bildenden offenen Seiten der oder mehrere ringförmige Leiteinrichtungen erreichl Rinnen an den senkrecht zur Strömungsrichtung ver- 45 werden.

laufenden Abströmenden der Leiteinrichtungen lie- Weiterhin können die hohlen Leiteinrichtungen gen. Durch die in der Umwälzleitung angeordneten durch eine Trennwand in einen an der Abströmseite Leiteinrichtungen werden in der strömenden Flüssig- offenen, der Begasung der Flüssigkeit dienenden Abkeit hinter denselben Vakuolen ausgebildet, an deren schnitt und einen in Strömungsrichtung der zu be-Grenzflächen und ebenso in dem sich unmittelbar 5« gasenden Flüssigkeit vor diesem liegenden, dem nach den Vakuolen bildenden Wirbelzopf Gas in der Wärmeaustausch dienenden Abschnitt unterteilt sein, strömenden Flüssigkeit sehr fein verteilt wird, wobei Dadurch ist es möglich, je nach Erfordernis aus dei über die gesamte Länge der Leiteinrichtungen nahezu zu begasenden Flüssigkeit Wärme abzuführen bzw gleiche Strömungsverhältnisse vorliegen. Dadurch ihr Wärme zuzuführen. Es erübrigen sich somit zusind die Vakuolen über die gesamte Länge der Leit- 55 sätzliche Einbauten in den Behälter für die Kühlung einrichtungen nahezu gleich, wodurch eine gleich- bzw. Erwärmung des Behälterinhaltes,
mäßige Verteilung der sehr kleinen Gasbläschen in Vorteilhafterweise kann der Flüssigkeitsstrom im der Flüssigkeit erzielt wird, was einen ausgezeich- Bereich der Leiteinrichtungen in einer einen Teil dei neten und raschen Gasaustausch zwischen Flüssigkeit Umwälzleitung bildenden Falleitung vertikal nach und Gasbläschen im Flüssigkeitsstrom ergibt. Bei den 60 unten geführt sein. Dadurch werden die Bläscher bekannten rinnenförmigen Leiteinrichtungen, die von durch den Flüssigkeitsstrom nach unten mitgenom- einem rotierenden Hohlkörper aus in die zu be- men, wobei sie jedoch durch das weit geringere gasende Flüssigkeit ragen, sind, wie schon dargelegt, spezifische Gewicht das Bestreben haben, in dei diese Vorteile nicht gegeben, da an jedem Punkt Flüssigkeit gegen den Strom aufzusteigen, wodurch der Leiteinrichtungen zufolge der unterschiedlichen 65 sich die Verweilzeit des Gases in der Flüssigkeit ver-ReIativgeschwindigkeit zwischen Leiteinrichtung und längen. Dabei kann sich die Falleitung nach unter zu begasender Flüssigkeit andere Strömungsverhält- erweitern, um in ihr besonders günstige Strömungsnisse bzw. entlang der Leiteinrichtungen verschiedene Verhältnisse zu erzielen.

Zweckmäßigerweäse können in der Wand der Fallleitung Einsaugöffnungen angeordnet sein, wobei deren Querschnitt steuerbar ausgebildet sein kann. Dadurch kann man, je nach Bedarf, von verschiedenen Flüssigkeitsschichten zusätzlich Flüssigkeit in die Falleitung einsaugen und begasen. Dabei können in die Einsaugöffnungen der Falleitung schräge Rohrstücke eingesetzt sein bzw. kann die Wand der FaII-leilung im Bereich der Einsaugöft'nungen Verformungen aufweisen, wodurch Schaum oder Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsbehälter durch Injektorwirkung in die Falleitung einsaugbar ist.

Um eine gute Verteilung der begasten Flüssigkeit im Behälter zu erzielen, kann unterhalb des Austrittsendes der Falleitung eine horizontale Scheibe angeordnet sein.

Bei einer besonders günstigen Ausbildung können eine zentrale Steigleitung, eine darin befindliche, als Pumpe ausgebildete Einrichtung, mittels welcher die /u begasende Flüssigkeit in Bewegung versetzbar ist. und eine die Steigleitung koaxial umgebende Fallleitung vorgesehen sein, in deren oberen Teil die der Begasung dienenden Leiteinrichtungen in Form eines Ringes oder strahlenförmig angeordnet sind, wobei sie bei strahlenförmiger Anordnung bis an die Steigleitung heranreichen. Dadurch wird eine sehr platzsparende Ausbildung der erfindungsgemäßen Begasungsvorrichtung erzielt.

Um eine den jeweiligen Erfordernissen angepaßte Gasmenge in die Flüssigkeit einbringen zu können, kann die in die Leiteinrichtungen während des Betriebes eingeleitete Gasmenge durch Drosselorganc steuerbar sein.

Vorteilhafterweise kann die Fördereinrichtung, mittels welcher die zu begasende Flüssigkeit in Strömung versetzbar ist, als Kreisel- oder Axialpumpe ausgebildet und ihre Leistung durch Veränderung der Drehzahl und/oder des Schaufelwinkels steuerbar sein. Dadurch kann die erfindungsgemäße Vorrichtung auf einfache Weise den wechselnden Anforderungen während des Begasungsvorganges leicht angepaßt werden.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert, die mehrere Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung wiedergibt.

F i g. 1 zeigt das erste Ausfiihrungsbeispiel im Vcrtikalschnitt;

Fig. 2 ist ein Schnitt nach der Linie H-II der Fig. 1;

Fig. 3 ist ein Schnitt nach der Linie M-IJI der Fig.l;

F i g. 4 ist ein der F i g. 3 analoger Vcrükalschnitt, jedoch bei einer Ausführungsform, bei welcher die Leiteinrichtungen keinen dem Wärmeaustausch dienenden Abschnitt aufweisen;

F i g. 5 zeigt im Vertikalschnitt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei welchem die Umwälzleitung im Flüssigkeitsbehälter angeordnet ist;

F i g. 6 ist ein Horizontalschnitt nach der Linie VI-VI der Fig. 5;

Fig. 7 gibt eine andere Ausführungsform des oberen Teiles der Umwälzleitung und der Leiteinrichtung im Vertikalschnitt wieder;

F i g. 8 ist ein Horizontalschnitt nach der Linie VM-VIlI der Fig. 7.

Gemäß den Fig. 1 bis 3 sind Leiteinrichtungen 1 feststehend in einem einen rechteckigen Querschnitt aufweisenden Teil 2 einer noch näher beschriebenen Umwälzleitung angeordnet, in der eine als Kreiselpumpe ausgebildete Einrichtung 3 vorgesehen ist, mittels welcher die zu begasende Flüssigkeit in Strömung versetzbar und den feststehendem Leiteinrichtungen 1 zuführbar ist. Die Leiteinrichtungen 1 wei sen Gaseintrittsöffnungen 4 und .Gasaustrittsöffnungen 5 auf. Zu den Gaseintriltsöffnungen 4 führt eine den Teil 2 der Umwälzleitung umgreifende Gaszuführung 6, Die abströmseitigen Teile der Leiteinrich-

tungen 1 sind dabei als rinnenförmige hohlkörper ausgebildet, wobei die Gasaustrittsöffnungen 5 durch die offenen Rückseiten der Rinnen gebildet sind. Die plattenförmigen Leiteinrichtungen 1 sind zueinander parallel angeordnet, wobei sie in Aufeinanderfolge abwechselnd von der Wand 2' und von der Wand 2" des Teiles 2 der Umwälzlcitung ausgehen. Die Leiteinrichtungen 1 sind solcherart in Form von zwei ineinandergeschobenen Kämmen angeordnet. Die Gaseintrittsöffnungen 4 sind hierbei durch Durchlässe in der Wand 2' bzw. 2" gebildet. Die durch die unleren Enden der Leiteinrichtungen 1 gebildeten Abslrömkanten 7 liegen senkrecht zur Richtung A der vorbeiströmenden Flüssigkeit, wobei die Abslrömkanten aller Leiteinrichtungen in einer horizontalen Ebene angeordnet sind. Wie ersichtlich, ist der Flüssigkeitssirom im Bereich der Leiteinrichtungen 1 vertikal nach unten geführt. Der leichteren Reinigung wegen können die Leiteinrichtungen 1 einzeln oder in Paketen aus dem kastenförmigen Teil 2 der Umwälzleitung seitlich herausziehbar sein.

Die als plattenförmige Hohlkörper ausgebildeten Leiteinrichtungen sind durch je eine Trennwand 8 in einen an der Abströmseite offenen, der Begasung der Flüssigkeit dienenden Abschnitt Γ und einen in Strömungsrichtung der zu begasenden Flüssigkeit vor diesem liegenden, dem Wärmeaustausch dienenden Abschnitt 1" unterteilt. Bekanntlich ist es nämlich bei mikrobiologischen Prozessen, beispielsweise bei der Züchtung von Hefe, erforderlich, die während dieses Prozesses auftretende Wärme aus der Flüssigkeit abzuführen. Zur Zuführung des Kühlmittels ist eine Zuleitung 9 und zur Abführung desselben eine Ableitung 10 vorgesehen. In die Abschnitte I" der Leiteinrichtungen sind zur Umlenkung des Kühlmittels Schikanen 11 (Fig. 3) eingebaut, die gleichzeitig zur Versteifung der Leiteinrichtungen dienen.

Der die Leiteinrichtungen 1 umschließende Teil 2 der Umwälzleitung geht in eine sich nach unten erweiternde, in den Flüssigkeitsbehälter 12 reichende.

ebenfalls einen Teil der Umwälzleitung bildende Fall leitung 13 für das Gas-Flüssigkeit-Gemisch über. In der Wand der Falleitung sind Einsaugöffnungen 14 vorgesehen, deren Querschnitt steuerbar sein kann. In diese Einsaugöffnungen sind schräge Rohrstücke 15 eingesetzt, wodurch durch Injektorwirkung aus dem Flüssigkeitsbehälter 12 Schaum oder Flüssigkeit in die Falleitung 13 einsaugbar ist Die gleiche Wirkung kann auch durch entsprechende Verformung der Wand der Falleitung erzielt werden. Unterhalb des Austrittsendes 16 der Falleitung 13 ist eine horizontale Scheibe 17 angeordnet, die einen die Flüssigkeitsströmung begünstigenden Leitkörper 18 aufweist. Der Flüssigkeitsbehälter 12 hat in seiner Abdeckung 19 eine Gasaustrittsöffnung 20.

Vom Boden 21 des Flüssigkeitsbehälters 12 führt ein weiterer Teil 22 der Uinwälzleitung zu der als Kreiselpumpe ausgebildeten Einrichtung 3, mittels welcher die Flüssigkeit in Strömung versetzbar ist.

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Von der Kreiselpumpe führt ein ebenfalls einen Teil Gas-Flüssigkeits-Gemisches ein, wodurch {gasblasender Umwälzleitung bildendes Rohr 23 zu dem die arme und gasblasenreiche Flüssigkeitsteile zustande Leiteinrichtungen 1 umschließenden Teil 2 der Um- kommen, die durch die Schwerkraft getrennt werden, wälzleitung' wobei der gasblasenreiche Teil in der im Flüssigkeit*'

Der in Fig. 4 wiedergegebene, der Fig· 3 analoge 5 behälter befindlichen Flüssigkeit aufsteigt und der gas-Vertikalschnitt läßt, wie bereits erwähnt, Leiteinrich- blasenarme Teil unterhalb der Scheibe 17 von der tungen erkennen, die keine dem Wärmeaustausch Kreiselpumpe 3 über den Teil 22 der Ümwäfeljiijsmg dienenden Abschnitte aufweisen. An den Teil 23 der angesaugt und über den Teil 23 der Umwälzleftung Umwälzleitung schließt hier ein die wieder neben- wieder den Leiteinrichtungen 1 bzw, M zugeführt einander parallel angeordneten hohlen Leiteinrich- ie wird, Die Trennung in die beiden Flüssigkeitsteile tungen 24 umschließender kastenförmiger Leitungs- kann noch dadurch begünstigt werden, daß die ₍ teil 25 an, der mit Gaseintrittsöfinungcn 26 versehen Scheibe 17 in Drehung versetzt wird, wodurch auch

f ist, über welche das Gas von der Gaszuführung 27 die Zirkulation der Flüssigkeit im Flüssigkeitsbehäl-

in die Leiteinrichtungen eintreten kann. Die oberen ter gesteigert wird. Auch an der unteren Seite der

[ Begrenzungen 24' der Leiteinrichtungen laufen dabei 15 Scheibe kann ein die Strömung begünstigender Leit-

j von den GaseintrittsölTnungen 26 schräg abwärts, körper angebracht sein. Das an der Flüssigkeitsober-

! womit sowohl der Flüssigkeit als auch dem ein- fläche aus der Flüssigkeit austretende Gas entweicht

j strömenden Gas nur geringer Strömungswiderstand aus dem Behälter 12 durch die Austrittsöffnung 20.

j entgegengesetzt wird. Die Abströmkanten der Leil- Bei dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 bis 3

einrichtungen 24 sind mit 24" bezeichnet. Handelt ao kann die zu begasende Flüssigkeit entsprechend tem-

es sich hierbei z. B. um einen im Freien aufgestellten periert werden, indem man durch die oberen, mit den

j Gärbottich, so kann die zu verteilende Luft direkt Schikanen 11 versehenen Abschnitte 1" der Leit-

aus der umgebenden Atmosphäre in die Leiteinrich- einrichtungen 1 ein Kühl- oder Heizmedium leitet.

tungen eingesaugt werden, wobei man dann in der Eine Möglichkeit, die Temperatur der zu begasenden Luftzuführung 27 Luftfilter 28 anordnen wird. as Flüssigkeit entsprechend regeln zu können, muß ins-

'· Bei in Betrieb befindlicher Kreiselpumpe 3 wird besondere dann gegeben sein, wenn es sich um die

die im Flüssigkeitsbehälter 12 befindliche, zu be- Begasung einer in Gärung befindlichen Maische hangasende Flüssigkeit über die Teile 22, 23, 2 und 13 delt, die ja bekanntlich während des Gärprozesses der Umwälzleitung in Umlauf versetzt und strömt dauernd zu kühlen ist. Reicht die Wärmeaustauschdabei an den im Flüssigkeitsstrom befindlichen fest- 30 fläche an den Leiteinrichtungen 1 nicht aus, dann stehenden Leiteinrichtungen 1 (Fig. 1 bis 3) bzw. 24 können auch die Falleitung 13, die Scheibe 17 und (Fig. 4) vorbei. Die Flüssigkeit wird hierbei an den die Leitungsteile 22, 23, aber auch der Flüssigkeits-Abströmkanten 7 bzw. 24" mit einer Geschwindig- behälter 12 doppelwandig ausgeführt sein und keit von 4 bis 10m/sec geführt, wobei sie an allen Wärmeübertragungsmediuni zwischen den Wandun-Abströmstellen annähernd die gleiche ist. Diese ver- 35 gen geführt werden.

hältnismäßig geringe Geschwindigkeit reicht um so Der aus der begasten Flüssigkeit sich bildende

mehr aus, als die z. B. bei mikrobiologischen Pro- Schaum wird unter Ausnutzung der Strömungsenergie zessen zur Belüftung gelangenden Nährlösungen des in der Falleitung 13 abwärts strömenden Gasmeist Stoffe enthalten, die infolge ihrer Oberflächen- Flüssigkeit-Gemisches über die mit den eingesetzten aktivität die Auflösung der zugeführten Luft in 40 Rohrstücken 15 versehenen Einsaugöffnungen 14 in feinste Bläschen hinter den Vakuolen begünstigen. die Falleitung 13 eingesaugt. Um ein solches Ein-Es bilden sich an den Rückseiten der Leiteinrichtun- saugen zu bewirken, kann die Falleitung auch hörigen Vakuolen, die in F i g-1 strichliert angedeutet zontal unterteilt sein, wobei der obere Teil etwas sind. Das über die Gaszuführung 6 den Leiteinrich- eingezogen und der untere Teil etwas aufgeweitet ist, tungen zugeführte Gas wird durch die Leiteinrichtun- 45 so daß am Teilungsspalt der Schaum durch Injektorgen hindurch den Vakuolen zugeleitet, durch deren wirkung eingesaugt wird. Schließlich kann der Quer-Inneres das Gas über die Vakuolenoberfläche in die schnitt der Einsaugöffnungen in Abhängigkeit von Flüssigkeit geleitet und dort in feine Bläschen auf- der einzusaugenden Schaummenge veränderbar sein gelöst wird. Die mittels der feststehenden Leiteinrich- Die Querschnittsveränderung kann dabei von bekanntungen bewirkte Vakuolenbildung wird dabei ober- 50 ten Elementen, wie Schwimmern, Elektroden, Druckhalb des Flüssigkeitsspiegels im Flüssigkeitsbehälter abgreifern u. dgl., automatisch gesteuert werden. 12, also an einem Ort geringen statischen Flüssig- Über solche Einsaugöffnungen kann nicht nur kehsdrackes vorgenommen, so daß das Gas unter Schaum, sondern auch Flüssigkeit aus den oberen Atmosphärendruck zugeleitet werden kann, da es Bereichen des Flüssigkeitsbehälters angesaugt und durch den in den Vakuolen herrschenden Unterdruck 55 wieder in Umlauf gebracht werden, was besonders in diese eingesaugt wird. Es erübrigt sich damit, das vorteilhaft ist, wenn die Flüssigkeit z. B. Partikeln zuzuführende Gas unter Druck zu setzen. Das erhal- enthält, die etwa infolge ihres geringen spezifischen tene Gas-Flüssigkeit-Gemisch wird sodann über die Gewichtes die Tendenz haben, sich an der Oberfläche sich nach unten trompetenartig erweiternde Fall- der Flüssigkeit im Behälter 12 anzusammeln,
leitung 13 einem Ort höheren statischen Flüssigkeits- 60 Gemäß dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 5 druckes zugeführt, und zwar bis nahe dem Boden 21 und 6 ist die Umwälzleitung im Flüssigkeitsbehälter des Flüssigkeitsbehälters 12. Durch den an der hon- 30 angeordnet Sie besteht aus einer zentralen Steigzontalen Scheibe 17 vorgesehenen Leitkörper 18 und leitung 31 und einer diese koaxial umgebenden Falldie trompetenartige Aufweitung der Falleitung ist ein leitung 32. Die Steigleitung 31 geht an ihrem unteren, ringdüsenähnlicher Austritt für die Flüssigkeit ge- 65 nahe dem Boden 33 des Flüssigkeitsbehälters 30 begeben, die somit in den die Falleitung umgebenden findlichen Ende trompetenartig in eine horizontale Flüssigkeitsbehälter 12 radial einströmt Über der Scheibe 34 über, wobei der betreffende Übergang 35 Scheibe 17 tritt eine weitgehende Entmischung des als die Strömung begünstigender Leitkörper wirkt.

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Die Scheibe 34 reicht mit ihrem Rand 36 nahe an die Wand des Flüssigkeitsbehälters heran. Auch die Falleitung 32 ist an ihrem unteren Ende erweitert. Der Flüssigkeitsbehälter 30 weist in seiner Abdeckung eine Gasaustrittsöffnung 38 auf. Im oberen Endbereich der' Steigleitung 31 ist eine als Kreiselpumpe ausgebildete Einrichtung 39 vorgesehen, mittels weichet die zu begasende Flüssigkeit in Bewegung versetzbar ist. Im oberen Teil der Falleitung 32 sind die der Begasung dienenden Leiteinrichtungen 40 strahlenförmig angeordnet. Die Leiteinrichtungen 40 ifagen von der Wand der Falleitung 32 radial naeh innen, wobei sie bis an die Steigleitung 31 heranreichen. Den hohlen, unten offenen Leiteinrichtungen 40 ist dabei das Gas über eine die Falleitung 32 ringförmig umgebende Gaszuführung 41 zuleitbar, wobei die betreffenden Gaseintrittsöffnungen mit 42 bezeichnet sind. Die Abströmkanten aller Leiteinrichtungen liegen in derselben horizontalen Ebene. Die Falleitung 32 ist horizontal geteilt, wobei das obere Ende des unteren Teiles etwas trompetenartig aufgeweitet ist, so daß zwischen beiden Teilen der Fallleitung wieder eine Einsaugöffnung 44 für Schaum oder Flüssigkeit frei bleibt. Der Querschnitt der ringförmigen Einsaugöffnung 44 ist mittels eines höhenverstellbaren Ringschiebers 45 veränderbar.

Zum Ingangsetzen der Vorrichtung wird die Steigleitung 31 samt Kreiselpumpe 39 zunächst, beispielsweise durch Evakuieren, mittels einer nicht dargestellten Vakuumpumpe mit Flüssigkeit gefüllt, worauf die Pumpe 39 eingeschaltet wird. Die Flüssigkeit wird dadurch an den im Flüssigkeitsstrom befindlichen Leiteinrichtungen 40 vorbeigeführt, wodurch sich an deren Abströmkanten 43 die Vakuolen bilden. Das Gas-Flüssigkeit-Gemisch strömt nun durch die Falleitung 32 abwärts und wird am Ende derselben nach außen in den Flüssigkeitsbehälter 30 gelenkt, um sich dort unter dem Einfluß der Schwerkraft in einen gasblasenarmen und einen gasblasenreichen Teil zu sondern. Der gasblasenarme Teil wird durch die Wirkung der Kreiselpumpe 39 über den unterhalb der Scheibe 34 befindlichen Raum wieder in die Steigleitung 31 eingesaugt und weiterhin umgewälzt. Das beispielsweise durch einen Gärprozeß verbrauchte Gas entweicht durch die Gasaustrittsöffnungen 38 aus dem Behälter.

Wie bereits angeführt, geben die Fig. 7 und 8 eine andere Ausführungsform des oberen Teiles der Umwälzleitung samt Leiteinrichtung wieder. Die zentrale Steigleitung 50 ist wieder koaxial von der Fallleitung 51 umgeben. Im oberen Ende der Steigleitung 50 ist eine hier als Axialpumpe ausgebildete Einrichtung 52 angeordnet, mittels welcher die Flüssigkeit in Strömung versetzbar ist. Im oberen Teil der Fallleitung Sl ist die der Begasung dienende hier ringfermig ausgebildete Leiteinrichtung 53 angeordnet, die die Steigleitung 50 konzentrisch umgibt Die Leiteinrichtung 53 wird dabei über Gaseintrittsöffnungen 54 mit Gas versorgt. Mit 55 sind die Abströmkanten der ringförmigen Leiteinrichtung bezeichnet

Die vakuolenbildende Leiteinrichtung53 (Fig. 7) zeigt übrigens besonders deutlich jenen Querschnitt, nach welchem sowohl ringförmige als auch gerade Leiteinrichtungen ohne Wärmeaustauschteil bevorzugt ausgeführt werden können-

Die Funktion dieses Ausführungsbeispieles ist analog jener des Ausführungsbeispiels nach Fig. 5 und 6. Die sich an den Abströmkanten 55 bildende ringförmige Vakuole ist in Fig. 7 strichliert angedeutet.

An Stelle einer einzigen ringförmigen Leiteinrichtung kann eine Mehrzahl solcher Leiteinrichtungen vorgesehen sein. Dieselben können konzentrisch oder aber in Strömungsrichtung versetzt angeordnet sein. Es ist übrigens auch möglich, die Leiteinrichtungen durch mehrere in Strömungsrichtung verlaufende, an ihren Abströmenden offene Rohre zu bilden, wobei alle Rohre an einer gemeinsamen Gaszuführung angeschlossen sind,

Bei allen Aüsführungsbeispielen kann die in die Leiteinrichtungen während des Betriebes eingeleitete Gasmenge durch Drosselorgane steuerbar sein. Ein solches Drosselorgan ist in den F i g. 1 und 2 bei 56 angedeutet. Ferner kann die Leistung der vorzugsweise als Kreiselpumpe (F i g. 1 bzw. 5 und 6) oder als Axialpumpe (Fig. 7 und 8) ausgebildeten Einrichtung, mittels welcher die zu begasende Flüssigkeit in Strömung versetzbar ist, durch Änderung der Drehzahl und/oder des Schaufelwinkels steuerbar

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Begasen von Flüssigkeiten, insbesondere zur Feinstbelüftung von Nährböden bei der Züchtung von Mikroorganismen, wobei in einem Behälter mit einer Umwälzleitung, in der Flüssigkeit durch eine Fördereinrichtung in Strömung gehalten wird, feststehende hohle Leiteinrichtungen " mit einer Gaszuleitung und mit Gasaustrittsöffnungen vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Umwälzleitung (2, 13, 22, 23; 31, 32; 50, 51) angeordneten feststehenden hohlen Leiteinrichtungenil; 24; 40; 53) wenigstens teilweise rinne;iförmig ausgebildet sind und die die Gasaustriitsöffnungen (5) bildenden offenen Seiten der Rinnen an den senkrecht zur Strömungsrichtung (A) verlaufenden Abströmenden der Leiteinrichtungen liegen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abströmenden (7; 24"; 43; 55) aller Leiteinrichtungen (1; 24; 40; 53) in einer Ebene angeordnet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiteinrichtungen (1) mit der Gaszuleitung (6) über in der Wand der Umwälzleitung vorgesehene Durchlässe (4) in Verbindung stehen.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiteinrichtungen (1 oder 40) kamm- oder strahlenförmig angeordnet sind (Fig. 1 bis 4 oder 5 undo).

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine oder mehrere ringförmige Leiteinrichtungen (53) (Fig. 7 und 8).

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die hohlen Leiteinrichtungen (1) durch eine Trennwand (8) in einen an der Abströmseite offenen, der Begasung der Flüssigkeit dienenden Abschnitt (10 und einen in Strömungsrichtung der zu begasenden Flüssigkeit vor diesem liegenden, dem Wärmeaustausch dienenden Abschnitt (1") unterteilt sind (Ft g. 1 bis 3).

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7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitsstrom im Bereich der Leiteinrichtungen (1; 24; 40; S3) in einer einen Teil der Umwälzleitung bildenden Falleitung (2,13; 32; 51) vertikal nach unten geführt ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Falleitung (13; 32) nach unten erweitert.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, ge- ίο kennzeichnet durch in der Wand der Falleitung (13; 32) angeordnete Einsaugöffnungen (14; 44).

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Einsaugöffnungen (14; 44) steuerbar ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß in die Einsaugöffnungen (14) der Falleitung (13) schräge Rohrstücke (15) eingesetzt sind bzw. die Wand der Falleitung (13) im Bereich der Einsaugöffnungen (14) Verformungen aufweist, wodurch Schaum oder Flüssig- ' keit aus dem Flüssigkeitsbehälter (12) durch Injektorwirkung in die Falleitung (13) einsaugbar ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb des Austrittsendes (16) der Falleitung (13; 32) eine horizontale Scheibe (17; 34) angeordnet ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch eine zentrale Steigleitung (50; 31), eine darin befindliche, als Pumpe (52; 39) ausgebildete Einrichtung, mittels welcher die zu begasende Flüssigkeit in Bewegung versetzbar ist, und eine die Steigleitung (50; 31) koaxial umgebende FaHeitung (51; 32), in deren oberem Teil die der Begasung dienenden Leiteinrichtungen in Form eines !Ringes (53) oder strah-,lenformig (40) angeordnet sind, wobei sie bei strahlenförmiger Anordnung bis an die Steigleitung (31) heranreichen (Fig. 7 und 8 oder F i g. 5 und 6).

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die in die Leiteinrichtungen (1) während des Betriebes eingeleitete Gasmenge durch Drosselorgane (56) steuerbar ist (F i g. 1 bis 3).

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Fördereinrichtung, mittels welcher die zu begasende Flüssigkeit in Strömung versetzbar ist, als Kreisel-(39) oder Axialpumpe (52) ausgebildet ist und ihre Leistung durch Veränderung der Drehzahl und/oder des Schaufelwinkels steuerbar ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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