DE2138019A1 - - Google Patents

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DE2138019A1 DE19712138019 DE2138019A DE2138019A1 DE 2138019 A1 DE2138019 A1 DE 2138019A1 DE 19712138019 DE19712138019 DE 19712138019 DE 2138019 A DE2138019 A DE 2138019A DE 2138019 A1 DE2138019 A1 DE 2138019A1
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Description

Patentanwälte
Dlpl.-Ing. Fi. Ε3ΞΕΤΖ ssn.
DIpWn-. I*. IAMPKECHT
Dr.-ins. R. FJ S Ξ T Z Jr.
CRMJSOT-LOIRE, Paris (Frankreich)
Vorrichtung zur Umwälzung einer flüssigen Mischung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Umwälzung einer flüssigen Mischung mit zumindest einem-Behälter mit im wesentlichen vertikalen Trennwänden, zwischen denen die flüssigkeit vertikal zirkuliert und Organen zum Einleiten von Gas, wie Luft, im unteren Bereich»
Die Erfindung findet insbesondere Anwendung bei der Fabrikation von Hefen (Proteinen) durch Züchtung von Mikroorganismen unter Verwendung von Paraffinfraktionen des Erdöls zu Bährsivecken« Bei einer solchen Züchtung von Mikroorganismen handelt es sich im wesentlichen um eine aerobe fermentation5 bei der das Kulturmedium vornehmlich durch
310 (7Ο/46) ITöHe(7)
Wasser und Paraffine gebildet wird, denen verschiedene Stoffe, wie Mineralsalze und andere für das Ytechstfum der Mikrο-Organismen notwendige Produkto zugesetzt werden. In diese flüssige Mischung wird zur Ermögliohung des Y/achstums der Mikrο-Organismen Luft als Sauerstofflieferant eingeleitet« *'
Selbstverständlich kann die erfindungsgemäße Vorrichtung jedoch auch in anderen Bereichen angewandt v/erden, wo eine Einführung auch anderer G-ase, wie beispielsweise Kohlendioxyd erforderlich ist und eine stetige Umwälzung der flüssigkeit gewünscht wird.
Man kennt bereits Vorrichtungen zur Umwälzung flüssiger Liischungen, bei denen in einem Gehäuse oder Behälter vertikale !Trennwände angeordnet sind, zwischen denen die flüssige Mischung zirkuliert»
Ebenfalls bereits bekannt ist es, Gfase, wie Luft, in die Zone am unteren Ende der Trennwände einzuleiten, wo dann die effektive Dichte der flüssigkeit abnimmt und eine Aufwärtabewegung der flüssigkeit verursacht wird, die nach teilweisem Verlust der eingeblasenen G-ase hinter den Trennwänden wieder absteigt«
liach Untersuchungen der Anmelder über die !fermentation von Hikro-Organismen ist es nun für einen möglichst wirksamen störungsfreien Betrieb sehr wichtig, daß die Umwälzgeschwindigkeit der flüssigen Mischung'größer als die Dekantiergeschwindigkeit der durch mehrere Phasen gebildete Mischung ist, wobei inabesondere Toträume vermieden werden müssen, die geeignet wären, Quellen für Feststoffablage-
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rungen oder Dekantiererscheinungen zu bilden. Dabei muß gleichzeitig sichergestellt werden, daß die aerobischen Hikro-Qrganismen ständig und in allen Teilen der Flüssigkeit mit der für ihr Wachstum notwendigen Luft bzw, Sauerstoff menge versorgt werden»
Gemäß der Erfindung wurde nun eine Vorrichtung entwickelt, bei der durch entsprechende bauliche Maßnahmen für eine zweckmäßige Flüssigkeitsbewegung im gesamten Flüssigkeitsraum gesorgt wird, wobei insbesondere auch im unteren Bereich des Behälters jede Totraumbildung ausgeschaltet wird.
Die zu diesem Zweck entwickelte erfindungsgemäße Vorrichtung, der eingangs genannten Art ist gekennzeichnet durch eine allgemein parallelepipedische Form des Behälters, dessen vier Y/ände im wesentlichen vertikal verlaufen; eine im wesentlichen zu einer der Behälterwände parallele Anordnung der Trennwände, die zwischen einander im wesentlichen vertikale am unteren und oberen Ende miteinander in Verbindung stehende flache Zwischenräume begrenzen! zylindrische Führungsflächen mit horizontalen und zu den Trennwänden parallelen Mantellinien mit nach oben weisender konkaver Fläche, die derart dicht aneinandergefügt angeordnet sind, daß sich jeweils eine Führungsflache unter einer Trennwand befindet und die flüssige Mischung von einer Seite der Trennwand zur anderen leitet; profilierte obere und untere Enden der Trennwände und Führungen bzw. Strömungsleitbleche oder -organe in Nähe der freien Kanten der Trennwände zur Unterstützung der Fließbewegung bzw. Umleitung der flüssigen Mischung} und Anordnung der Graseinleitungsorgane in der unteren Zone des Behälters an einer
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Stelle, wo die "Flüssigkeitsadern" praktisch beruhigt sind»
Dabei kann insbesondere durch die umschichtige Anordnung der Gaszufuhr in der Verbindungszone zweier zylindrischer Führungsflachen unter je einem von"zwei flachen Zwischenräumen zwischen den Trennwänden für eine zweckmäßige Umwälzung gesorgt werden. Durch zweckmäßige Wahl des Abstandes der Trennwände kann die Strömung unterstützt werden«,
Nachfolgend wird die Erfindung mehr im einzelnen anhand von besonderen Ausführungsformen beschrieben, die als Beispiele angegeben werden und durch die angefügten Zeichnungen veranschaulicht sind. Es zeigen»
Figo 1 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei ein Teil ihrer vertikalen Wand herausgebrochen und die allgemeine Anordnung der Trennwände im Innern zu sehen ist;
Fig. 2 einen Schnitt durch einen Teil der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung längs einer vertikalen, senkrecht zu den Trennwänden verlaufenden Ebene}
Fig. 3 einen Schnitt durch einen Teil der unteren zylindrischen Führungsflächen an der Stelle, wo sie als Aufnahmen für Gas ausgebildet sind, das in der Vorrichtung verteilt werden soll (Fig. 3 zeigt eine gegenüber der in Fig. 2 gezeigten Art abgewandelte Ausführung);
Fig. 4 einen Schnitt längs IV-IV einer Ausführungsvariante mit Kühlleitungen oder -kreisen in den Trennwänden;
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5 eine Seitenansicht eines Teils einer vertikalen !Trennwand mit Kühlleitungi
Pig. 6 und 7 schematisch zwei Varianten, bei denen am oberen Ende einer Trennwand über derselben ein Drehkreuz angeordnet ist mit gekrümmten Schaufeln, deren konkave Seite der ankommenden Flüssigkeit ab- bzw. zugewandt ist.
Die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung wird durch einen parallelepipedischen Behälter. 1 mit vertikalen Trennwänden 2 gebildet. Der Behälter bzw· das Gehäuse wird mit flüssiger Mischung gespeist, die im Falle der Fermentation von Mikro-Organismen durch eine Suspension dieser Mikroorganismen gebildet wird. Die Einführung der Mischung erfolgt durch eine leitung 3 und nach Durchlaufen der Vorrichtung wird die Mischung über eine Leitung 4 wieder aus der Vorrichtung abgezogen. Zu diesem Zweck kann die gesamte Vorrichtung leicht geneigt sein, d.h. ihr Boden 5 mit dem Erdboden 6 bzw. der Horizontalen einen kleinen Winkel bilden.
In einigen Fällen ist es ebenfalls möglich, einen vollständig horizontal auf dem Boden angeordneten Behälter vorzusehen, in den die flüssige Mischung zunächst eingeführt wird, die bis zur Beendigung dee !Fermentationsvorganges in Zirkulation versetzt wird, wonach die gesamte Anordnung in einem Mal durch (in Fig. 1 nicht gezeigte) öffnungen entleert wird. Beide Lösungen sin,d mithin möglich, d.h. eine kontinuierliche Umwälzung bzw. ein kontinuierlicher Durchlauf oder eine Fermentation mit -interner Umwälzung, bei der die Entleerung bzw. der Abzug von Flüssigkeit erst am Ende der Fermentation erfolgt*
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Pig« 2 zeigt das Innere der Vorrichtung mehr im einzelnen -und zwar sind in dieser Figur die Trennwände 2 gezeigt, die den oberen und unteren Bereich des Behälters 1 freilassen«. Unter den Trennwänden sind zylindrische Flächen 7 mit horizontalen und zu den Trennwänden parallelen Mantellinien angeordnet» Diese Flächen befinden sich "rittlings" unter den unteren Enden der Trennwände 2 und sind untereinander verbunden bzw. aneinandergefügt und erzwingen eine Richtungsänderung der in dem flachen Zwischenraum zwischen zwei Trennwänden absteigenden Flüssigkeitsader um 180°, die dann im folgenden flachen Zwischenraum hinter der einen der Trennwände wieder aufsteigt. Durch diese vollständige Führung der Flüssigkeit werden Toträume und eine zu starke Verlangsamung der Zirkulationsgeschwindigkeit der Flüssigkeit vermieden, die zu Dekantiererscheinungen in der mehrphasigen Mischung führen könnte· Zur Begünstigung einer korrekten Strömung im Totpunkt und einer möglichst konstanten Flüssigkeitsgeschwindigkeit sind die unteren Enden 8 und die oberen Enden 9 der Trennwände 2 im Sinne bzw. in Sichtung der Flüssigkeitsbewegung gekrümmt und Führungen 16 und 10 vorgesehen, die zum einen in dem von den zylindrischen Flächen 7 umgebenen Raum und zum anderen in Nähe der oberen Enden der Trennwände angeordnet derart sind, daß eine korrekte Führung der Flüssigkeitsadern erreicht wird (deren Verlauf durch die Führungsflächen bzw. Leitorgane vorgegeben ?/ird),
Die Gesamtheit d.er soeben beschriebenen Anordnungen ermöglicht, eine umwälzung von Flüssigkeit mit sehr geringen Druckverlusten bei mäßigen aber über der Dekantiergeschwindigkeit liegenden Geschwindigkeiten, die insbesondere im unteren Bereich jede Absetzbewegung verhindern. Es existiert
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keinerlei Totraum in dieser Vorrichtung und mithin können sich keinerlei Quellen von Feststoffablagerungen oder für Dekantiererscheinungen ausbilden.
Die flüssige Mischung wird dabei durch Einleiten von Gas in Zirkulation versetzt, das im Falle der aeroben Fermentation von iiikro-Organismen durch Luft oder eine sauerstoffhaltige Mischung gebildet wird« Die Einleitung des 6-ases erfolgt bei der in Figo 2 gezeigten Ausführungsart über zylindrische Rohre 11, die von den Wänden der zylindrischen Flächen 7 abzweigen (an je einem von zwei ttbergangsbereichen)«" Diese zylindrischen Flächen 7 begrenzen Kammern 12, die an ihrem unteren Ende durch eine Wand 13 abgeschlossen werden, durch die eine Gasspeiseleitung 14 hindurchführt ο Das Gas gelaiigt in die Kammern 12 längs der Pfeile 15 und verläßt die Kammern durch die Rohre 11, ViO es durch eine Vielzahl von kleinen Öffnungen in die Flüssigkeitsader hinein verteilt wird,, Diese Rohre 11 können derart profiliert und angeordnet sein, daß die Druckverluste in der benachbart zu den Rohren umlaufenden .Flüssigkeit begrenzt sind „
Die Rohre 11 können auch durch poröse Kerzen ersetzt i sein, deren Öffnungen sehr klein sind und die winzige Bläschen an die Flüssigiceitsader abgeben« Die Einleitung von Gasblasen in die Flüssigkeit gewährleistet zum einen die ordnungsgemäße aerobe Fermentation der Iviikro-Organismen und führt darüber hinaus zu einer Verminderung der effektiven Dichte der flüssigen LIi se hung unter Bildung einer jJniulsioa, die in dem über der Gaszufuhr angeordneten flachen Zwischenraum zwischen 2 Trennwänden aufsteigt. Die das Gas einschließende flüssige Llischung steigt in
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dem flachen Zwischenraum nach oben und gelangt zum oberen" Ende desselben, wo sie partiell entgast wird und ihre Dichte zunimmt. Die Mischung wird nun zum benachbarten flachen Zwischenraum geleitet und sinkt in diesem wieder nach unten, um erneut auf die zylindrischen Flächen "7 zu treffen, die sie zu den Gfaseinleitungsrohren hinleiten, so daß der Kreislauf fortgesetzt wird.
Wenn eine Umwälzung und ein kontinuierlicher Durchlauf durch die Vorrichtung erwünscht sind, kann diese wie es in Figo 1 gezeigt ist, leidht geneigt sein, und die Reaktionsmischung bewegt sich dann nach und nach unter Umwälzung in aufeinanderfolgenden Zirkulationen von erheblicher Zahl von einem flachen Zwischenraum zum andern» Während dieser Zirkulationen werden die Flüssigkeitsadern durch die Flächen 7, die oberen und unteren Enden 8 und 9 der Trennwände und die Führungen 10 und 16 vollständig geführt.
Die soeben beschriebene Vorrichtung ermöglicht eine optimale Ausnutzung der Luft, deren Antriebswirkung gering gehalten v/erden kann, gerade ausreichend, um eine über der Dekantiergeschwindigkeit liegende Geschwindigkeit zu gewährleisten» Auf diese Weise kann die Höhe der Vorrichtung vermindert und mithin der Injektionsdruck für die luft herabgesetzt werden»
Fig. 3 zeigt eine Ausführungsvariante für die Einleitung der Luft. Die durch die untere Wand 13 und Teile der Zylinderflachen 7 begrenzte Kammer 12 besitzt in diesem Falle einfach Öffnungen 17 für die Einleitung der Luft in die Reaktionsmischung. Diese Anordnung ist bei einer ganzen Reihe von Anwendungen angemessen.
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Unabhängig welche Ausführungsart verwendet wird, ist es sehr wichtig, daß sowohl die Lufteinleitungsröhre als auch die öffnungen 17 in der unteren Zone der Flüssigkeitsadern angeordnet sind an der Stelle, wo die Adern eine ■ beruhigte Strömung aufweisen.
4 zeigt' eine Ausführungsvariante der in Figa 2 gezeigten Trennwände. Die Trennwände können in der Tat als Kühlorgan dienen, was insbesondere im Falle der Fermentation äußert wichtig ist, wo eine Abführung der während des Fermentationsvorganges erzeugten Wärmemengen unerläßlich ist. In !ig. 2 ist die Schnittrichtung IY-IV für den in Pig. 4 gezeigten Schnitt durch eine Ausführungsvariante angedeutet. Die Trennwand 2 wird hier durch zwei einander berührende Wände 18 und 19 gebildet, die bei 20 und 21 unter Bildung von leitungen ausgebaucht sind.
Pig. 5 zeigt einen Teil einer Trennwand 2. mit so durch Zusammenfügen von 2 Wänden erhaltenen leitungen» Man kann nun entweder ein Kühlmittel durch das Innere dieser leitungen zirkulieren lassen oder einfacher Wasser, dessen Wärmemengen am Ausgang der Vorrichtung entnommen werden.
Pig. 6 und 7 beziehen sich auf eine Vervollkommung der soeben beschriebenen Vorrichtung. In einigen Fällen bildet nämlieh die durch Gasinjektion an der Basis der FlüssigkeitaaÄern. gebildete Emulsion im oberen Bereich .einen Schaum. Ea ist dafm wichtig, daß dieser Schaum zumindest teilweise gebrochen wird, so daß eine homogene Mischung wieder nach unten hin bewegt wird und den normalen Kreislauf fortsetzt» Zum Niederschlagen dieses Schaumes ist bei der gezeigten Anordnung ein Drehkreuz 22 oberhalb der Trennwand vorge-
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sehen, das eine aufsteigende Flüssigkeitsader von einer absteigenden trennt. Man kann über jeder Wand ein Drehkreuz vorsehen oder auch in Abwandlung dessen nur über einigen Trennwänden Drehkreuze anordnen. Dieses Drehkreuz ist mit Schaufeln versehen, die einfach flach und zur Achse 23 des Drehkreuzes radial verlaufend sein können, die Schaufeln können jedoch auch eine gekrümmte zylindrische Form aufweisen. Figo 6lzeigt Schaufeln mit einer zur Anstiegsseite der Flüssigkeitsader hin konvexen Zylinderform während Fig. 7 Schaufeln mit einer zur Anstiegsseite hin konkaven Form zeigt.
Die Drehkreuze werden einfach durch die Bewegung der Flüssigkeit angetrieben, die infolge der Dichteunterschiede zwischen dem flachen Zwischenraum, wo sie mit Gas beladen wird und dem Zwischenraum, wo infolge der Entgasung eine erhöhte Dichte vorliegt und die Flüssigkeit abwärtssinkt, umgewälzt wird.
Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die Einzelheiten der soeben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Insbesondere kann die Vorrichtung durch mehrere Behälter allgemein parallelepipediacher Form gebildet werden, die in Reihe angeordnet sind. Diese Behälter können nebeneinander oder übereinander angeordnet sein, wobei insbesondere im letzteren Falle die Flüssigkeit von einem Behälter zum anderen unter der Wirkung der Schwerkraft gelangt und in den höchsten Behälter eingespeist wird.
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Claims (1)

  1. 2138013
    Patentansprüche
    1c Vorrichtung zur Umwälzung einer flüssigen Mischung mit zumindest einem Behälter mit im wesentlichen vertikalen Trennwänden, zwischen denen die Flüssigkeit vertikal zirkuliert und Organen zum Einleiten von Gas, wie Luft, im unteren Bereich, gekennzeichnet durch eine allgemein parallelepipedische Form des Behälters (1), dessen vier Wände im wesentlichen vertikal verlaufen; eine im wesentlichen zu einer der Behälterwände parallele Anordnung der Trennwände (2), die zwischen einander im wesentlichen vertikale am oberen und unteren Ende miteinander in Verbindung stehende flache Zwischenräume begrenzen} zylindrische Führungsflachen (7) mit horizontalen und zu den ■xrennwäiiaen parallelen Lianteilini en mit nach oben weisender konkaver fläche, die aneinandergefügt und derart angeordnet sind, daß sich je eine Führungsflache unter einer Trennv.'and befindet und die flüssige Üi'schung von einer Seite der Trennwand zur anderen leitet; profilierte obere und untere Enden (8,9) der Trennwände und Führungen (16,10) in „äiie der freien Kanten der Trennwände zur Unterstützung der tfließbewegung bzw. Umleitung der flüssigen Mischung; und Anordnung der G-aseinleitungsorgane (11,17) in der unteren Zone des Behälters an einer ist eile, wo die Flüssi.gkeitsadern praktisch beruhigt sindo
    2o Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Kühllei tunken (20,21) in den Trennwänden (2).
    3o Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen zwei benachbarten Trennwänden (2),
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    der Abstand zwischen den Führungen (7,10,16) und den Trennwänden (2) und der vertikale Querschnitt der Führungen derart bemessen sind, daß eine im'wesentlichen konstante Geschwindigkeit der flüssigen Mischung erhalten wird.
    4„ Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschluß- bzw« Übergangszone zwischen zwei aneinander grenz end en Führungsflächen (7) eine über eine leitung (14) mit einer Gasquelle verbundene Kammer (12) begrenzt, die mit den Gaseinleitungsorganen (11,17) in Verbindung steht.
    5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaseinleitungsorgane durch Rohre (11) gebildet werden, die von Öffnungen durchsetzt sind und mit dem ankommenden Gas in Verbindung stehen.
    6. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre oder Einleitungsorgane (11) durch poröse Rohre oder'Kerzen gebildet werden.
    7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb der Trennwände (2) Drehkreuze (22,23) mit radial stehenden Schaufeln und horizontalen zu den Trennwänden parallelen Rotationsachsen angeordnet sind, deren Schaufeln vorzugsweise zylindrisch sind und zu den Trennwänden parallele horizontale Mantellinien aufweisen.
    8. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 7f dadurch gekennzeichnet, daß die konkave Seite der Schaufeln der aufsteigenden Flüssigkeitsader zugewandt ist.
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    9 β Vorrichtung nach Anspruch 1 und 7f dadurch gekennzeichnet, daß die konvexe Seite der Schaufeln der aufsteigenden Flüssigkeitsader zugekehrt ist»
    10a Torrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (1) gegen eine Horizontalebene geneigt' ist, wobei die Kante des durch den Behälterboden (5) und die Horizontalebene (6) gebildeten Zweiflächners zu den Trennwänden parallel verläuft.
    11 ο Torrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch mehrere in Eeihe miteinander verbundene Behälter (1).
    Leerseite
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