DE2260249A1 - Vorrichtung zum begasen von fluessigkeiten, insbesondere zur zumischung von gasen in fluessige naehrmedien bei fermentationsprozessen - Google Patents
Vorrichtung zum begasen von fluessigkeiten, insbesondere zur zumischung von gasen in fluessige naehrmedien bei fermentationsprozessenInfo
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Description
Vorrichtung: zum- Begasen von Flüssigkeiten, insbesondere
zur Zumischung von Gasen in flüssige Nährmedien bei Fermentationsprozessen :
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Begasen von Flüssigkeiten, insbesondere zur Züchtung aerober Mikroorganismen
in flüssigen Nährmedien, unter Zufuhr von Luft, Sauerstoff oder anderen sauerstoffhaltigen Gasen. Zweck der Erfindung ist
innige Vermischung, in solcher Weise, daß die in dem Nährmediam
suspendierten Mikroorganismen möglichst unmittelbar.mit ufern Sauerstoff und den Nährmedien in Kontakt kommen, die Zufuhr
der Nährstoffe und die Abführung der Reaktionsprodukte während.der ganzen Zeit des Aufenthalts im Reaktionsbehälter
aufrechterhalten wird.
Bei bekannten Vorrichtungen wird die im Behälter befindliche
Flüssigkeit durch Rührvorrichtungen mit dem eingeführtten
Gas vermischt oder die Flüssigkeit in eine dünne Schicht überführt, um die Berührungsfläche mit dem Gas möglichst groß
zu halten. Bei den erstgenannten Vorrichtungen mit schnell laufendem Rührwerk ist ein verhältnismässig hoher Leistungsbedarf nicht nur zum.Betätigen der Rührwerke selbst, sondern
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auch zum Einbringen des zu verteilenden Gases erforderlich, wenn die Einrichtung für größere Leistungen bemessen sein
soll und demzufolge ein großer Flüssigkeitsinhalt erforderlich
ist. Zur guten Durchmischungswirkung ist dann ein schlanker Behälter erforderlich, der einen hohen hydrostatischen
Gegendruck bedingt, der beim Einbringen des Gases überwunden werden muß. Wenn zur Verminderung des hydrostatischen
Gegendruckes der Behälter mehr breit als hoch geformt wird, sind kompliziertere Verteilungseinrichtungen erforderlich um
das Gas genügend fein verteilt in die Flüssigkeit zu bringen.
Es wird zudem der Bedarf an Bodenfläche unerwünscht vergrößert.
Es wurde schon vorgeschlagen, die Längsachse des Mischbzw. Fermentierbehälters horizontal anzuordnen, z.B. canadische
Patentschrift 625,120 und deutsche Offenlegungsschrift 1 767 319.
Jedoch ist hierbei ein verhältnismässig geringer Flüssigkeitsinhalt vorhanden. Auch die Berührungsfläche zwischen Gas und
Flüssigkeit ist nur gering. Eine andere sehr wirkungsvolle Misch- und Fermentiereinrichtung mit verhältnismäßig grösserer
Berührungsfläche zwischen Gas- und Flüssigkeitsphase ist durch
die deutsche Patentschrift Nr. 1 557 185 bekannt. Hierbei sind Mischwerkzeuge, die auf einer gemeinsamen Welle angeordnet
sind, von einem Leitrohr umfaßt, welches in Höhe der Mischwerkzeuge
kleine Dispergieröffnungen und zwischen den Mischwerkzeugen große Ansaugöffnungen aufweist. Bei diesen Einrichtungen
ist aber ein großer Kraftbedarf für das Einbringen der Gase erforderlich, um den hydrostatischen Gegendruck der
Flüssigkeit zu überwinden.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Begasungsvorrichtung
zu schaffen, welche eine intensive Durchmischung von Gas und Flüssigkeit bewirkt, dabei einen geringen Leistungsbedarf für
das Einbringen des Gases in die Flüssigkeit erfordert.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe für die eingangs ge-r
nannte Vorrichtung bei der in einem mit seiner Längsachse
horizontal gerichteten Behälter mit, GasZuführungen.eine
rotierende Welle mit Mischwerkzeugen eingebaut ist, gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die rotierenden Mischwerkzeuge
als axial ansaugende und peripher auswerfende · Schleuderräder ausgebildet sind, denen je eine Gaszuführung
an der Stelle des AxiaHsogeszugeordnet ist. "
Zweckmässigerweise wird die rotierende Welle mit den
Mischwerkzeugen von einem mit grösseren Ansauge- und kleineren Zerteilungsöffnungen für die Flüssigkeit versehenen 'Leitrohr
umgeben und die Ansaugeöffnungen zwischen den einzelnen Mischwerkzeugen
und die kleineren Zerteilungsöffnungen nahe des Umfangs 'der einzelnen. Mischwerkzeuge angeordnet.
Zur Verminderung der Antriebsenergie für die Mischwerkzeuge
hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Dispergieröffnungen im umgebenden Leitrohr verschieden groß zu wählen,
so daß ein Teil dieser Öffnungen weniger für Dispersion als für die Umwälzung der Flüssigkeit beansprucht wird.
Die Erfindung ist mit vorteilhaften Einzelheiten an
Ausführungsbeispielen anhand einer Zeichnung erläutert, in der verschiedene Verwirklichungsmöglichkeiten in einem einzelnen
Gerät nebeneinander dargestellt sind.
Es zeigt Fig,1 einen schematischen Schnitt durch eine
Vorrichtung nach der Erfindung ■
Fig*. 2 einen Ausschnitt in grösserem Massstab,
Fig. 3 und Fig.4 jeweils einen -Querschnitt nach der
Linie A-B bzw. C-D in Fig· 2·. I ·, -■■*■ .,, '■; ■
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Gemäß Fig.1 ist ein Reaktions- bzw. Fermentationsbehälter
mit einem Mantel 2 umgeben, um den Behälter kühlen evtl. auch erwärmen zu können. In der Mittelachse des Behälters befindet
sich eine Welle 3, welche durch den Motor 4 über ein Keilriemengetriebe
5 in Rotation versetzt werden kann. In regelmässigen
Abständen sind auf dieser Welle Mischwerkzeüge in der Bauart von Schleuderpumpenlaufrädern angeorctet. In dieser
schematischen Zeichnung sind verschiedene Bauarten solcher Laufräder dargestellt und zwar solche, bei denen die Flügel
in axialer Richtung ringförmig abgedeckt (7) oder offen (7M)
oder auch auf einer Seite offen auf der anderen geschlossen sind (8). Die Mischwerkzeuge sind von einem Leitrohr 6 umgeben,
welches mit Öffnungen verschiedener Größe durchbrochen ist: zwischen den einzelnen Mischwerkzeugen sind große Öffnungen
zum Ansaugen der mit Gas gemischten Flüssigkeit; in der Umgebung also außerhalb des Umfangs der einzelnen Mischwerkzeuge,
sind kleine Öffnungen 10 und größere Schlitze 11 angeordnet.
Die Zufuhr des zuzumischenden Gases erfolgt durch eine Leitung 13,
von welcher mehrere Abzweigungen durch die Öffnungen 9 im Leitrohr führen und in den Düsen 14 in axialer Nähe der Mischwerkzeuge
enden. Die Flüssigkeit wird durch einen Stutzen 19 in den Behälter eingeführt und bei 20 ausgeleitet, so daß sie
der Reihe nach in den Wirkungsbereich der verschiedenen auf der gemeinsamen Welle angeordneten Mischwerkzeuge gelangt. Die
Reaktion (Fermentierung) kann so kontinuierlich durchgeführt werden oder auch chargenweise, wobei eine Umwälzung durch
Verbindung der Anschlüsse 19 und 20 über eine Pumpe erfolgt. Das verbrauchte bzw. überschüssige Gas wird durch einen in einem
Behälterdom 15 eingebauten, vom Motor 16 angetriebenen rotierenden
Schaumabscheider 17 nach dem Gasauslaßstutzen 18 geleitet.
In der Fig. 1 sind am Leitrohr 6 und an den Mischwerkzeugen 7 verschiedene Ausführungsmöglichkeiten dargesetllt,
die in einem einzigen Behälter vorhanden sein können, um die verschiedenen Dispergier- und Mischvorgänge nacheinander zu
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bewirken. So sind bei Mischwerkzeug 7 nur feine Löcher, bei
7' feine Löcher und - nach unten- größere Schlitze,an der
einen Seite des Mischwerkzeugs feine Löcher, an der and&ren größere Schlitze (bei 711, sowie bei dem in Ansicht gezeigten
Teil des Leitrohrs), sowie am ganzen Umfang mit kleinen Löchern, jedoch an einer Stelle mit einem coaxial angeordneten
Schlitz 12 (bei 8 und Fig.3). Je nach Bedürfnis kann die Zuführung des Gases auch durch die Welle 3 erfolgen, welche
dann als Hohlwelle ausgebildet und mit Öffnungen in der Nähe der einzelnen Mischwerkzeuge ausgeführt sein muß.
In Fig. 2 sind zwei Mischwerkzeuge mit dem umgebenden Leitrohr 6 in größerem Maßstab dargestellt, oberhalb der
Mittellinie das Leitrohr in Ansicht, unterhalb der Mittellinie Leitrohr und Mischwerkzeuge im Schnitt. Die Mischwerk-'zeuge
tragen radiale Flügel 21, die an einer Mittelscheibe 22 befestigt sind und in axialer Richtung durch eine Ringscheide 2
abgedeckt sind, so daß die axial angesaugte Flüssigkeit·innerhalb dieses "geschlossenen" Pumpenrades geführt wird. Auf der
in Fig. 2 linken Seite ist das Leitrohr 6 nur mit kleinen Dispergier-Öffnungen 10 durchbrochen und nur an einer Stelle
ein in Längsrichtung verlaufender Schlitz angeordnet, dessen Begrenzung so abgeschrägt ist, daß eine durch das Pumpenlaufrad
bewegte Flüssigkeit an dieser Stelle tangential austritt, an den übrigen Stellen des Umfangs jedoch durch die feinen Öffnungen
10 getrieben wird, wie in Fig.3 im Schnitt dargestellt. An dem in Fig.2 rechts dargestellten Mischwerkzeug wird die
Flüssigkeit am ganzen Umfang der einen Hälfte des DoppetLaufrades durch die kleinen Öffnungen 10, auf der anderen Hälfte
durch große schlitzförmige Öffnungen 11 getrieben. Diese Anordnung
ist in Fig. 4 im Schnitt dargestellt.
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Je nach Erfordernissen des Verfahrens, der Eigenart Viskosität, Festteilchenbeimischung usw.) können mehr die einen
oder anderen Typen der Leitrohröffnungen angewandt werden. Wesentlich für die Erfindung ist, daß diese verschiedenen Typen
nebeneinander an demselben Leitrohr als Auswurföffnungen der Mischwerkzeuge angebracht sind, daß also die Dispergier- und
Scher-v/irkung gleichzeitig neben der Umwälz- und Mischwirkung
in demselben Reaktionsbehälter zur Wirkung kommt. Wenn ein größerer Raum für die Gase erforderlich ist, sollte die Welle
mit den Mischwerkzeugen samt dem umgebenden Leitrohr außerhalb der Behältermittelachse, im Schnitt also exzentrisch,angeordnet
werden. Es ist bei Ausführungen gemäß der Erfindung u.U. eine Verstellung der Größe einzelner oder aller öffnungen von außen
vorteilhaft, auch selbsttätig in Abhängigkeit von Strombedarf des die Mischwerkzeuge antreibenden Motors. Solche Einrichtungen
können besonders bei Chargenprozesssen, in denen sich die Eigenschaften
der Flüssigkeits-Gasgemische im Laufe des Verfahrens ändern, oder auch bei Versuchsanlagen zur Anpassung an verschiedenartige
Anwendungen vorteilhaft sein»
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Claims (3)
- Anspruch eVorrichtung zum Begasen von Flüssigkeiten, insbesondere zur Zuuiischung von Gasen in flüssige Nährmedien bei Fermentationsprozessen, welche in einem mit seiner Längsachse horizontal gerichteten Behälter mit GasZuführungen eine rotierende Welle mit Mischwerkzeugen aufwdst, dadurch gekennzeichn et, daß die rotierenden Mischwerkzeuge (7,7*',8 als axial ansaugende und peripher auswerfende Schleuderräder ausgebildet sind, denen je eine Gaszuführung (14) an der Stelle des Axialsoges zugeordnet ist.
- 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die rotierende Welle (3) mit den Mischwerkzeugen von einem mit größeren Ansaugeöffnungen (9) und kleineren Zerteilungsöffnungen(10) f&r die Flüssigkeit versehenen Leitrohr(6) umgeben ist, wobei die Ansaugeöffnungen (9) im Leitrohr (6) zwischen den einzelnen Mischwerkzeugen (7) und die kleineren Zerteilungsöffnungen (10) nahe des Umfangs der einzelnen Mischwerkzeuge angeordnet sind.
- 3. . Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Gaszufuhröffnungen (14) an durch die Ansaugeöffnungen (9) des Leitrohrs eingeführten Rohren (13) angebracht sind.4.Vorrichtung nach Anspruchi, dadnrch g e k e η η -zeichnet , daß die Gaszufuhröffnungen an der als Hohlwelle ausgebildeten Antriebswelle (3) der Mischwerkzeuge (7) angebracht sind.30 9-S"? R/ 10525. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei mindestens einem Teil der Mischwerkzeuge (8) das umgebende Leitrohr 6 mit Öffnungen verschiedener Größe (10,11) versehen ist.6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das ein einzelnes Mischwerkzeug (8) umgebende Leitrohr mit kleinen Dispergieröffnungen (10) und mindestens einer größeren schlitzförmigen Öffnung (12) versehen ist.7. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (3) mit den Mischwerkzeugen (7) und dem umgebenden Leitrohr (6) außerhalb der Mittelachse des Behälters angeordnet ist.8. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Veränderung der Größe der am Leitrohr (6) angeordneten Öffnungen von außen vorgesehen sind.9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Veränderung der Größe der am Leitrohr (6) angeordneten Öffnungen dienenden Mittel mit in Abhängigkeit vom Strombedarf des die Mischwerkzeuge (7) antreibenden Motors (4) beeinflußten Steuermitteln verbunden ist.3 0 9 8 2 5/1052Leerseite
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