DE2359830A1 - Vorrichtung zum begasen von fluessigkeiten - Google Patents

Vorrichtung zum begasen von fluessigkeiten

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Description

Vorrichtung zum Begasen von Flüssigkeiten
Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Begasen von Flüssigkeiten mit Hilfe einer axial ansaugenden Kreiselpumpe, Die Vorrichtung dient vorzugsweise zur Belüftung bei aeroben mikrobiologischen Prozessen, wie sie bei der Herstellung von Antibiotika, der Züchtung von Mikroorganismen in speziellen und chemischen Gasreaktionen im allgemeinen eingesetzt wird.
Es ist z.B. bekannt, daß je intensiver die Belüftung bei aerober Fermentierung erfolgt, ein desto besseres" Wachstum obengenannter Mikroorganismen erreicht werden kann. Es ist ebenso bekannt, daß je kleiner die Gasbläschen, desto intensiver der Gas/Flüssigkeitsaustausch erfolgt. Vorrichtungen dieser Art sind beschrieben in den deutschen Paiaatschriften 579 141 und 920 844. Diese Patentschriften gehen davon auss daß ein relativ gleichmäßiges Medium begast werden soll, was keineswegs immer der Fall ist. Die Begasung, eines z.B. Hefe enthaltenden Mediums verhält sich vollständig anders als ein Z0B. Penicillin (Mycel) enthaltendes Medium f ganz abgesehen davon, daß es sich in keinem Fall um' eine Newtonsche Flüssigkeit handelte Es sind auch schon begasungspumpen hergestellt worden, bei denen die Luft resp. Gase dadurch selbst angesaugt werden, daß an der Peripherie der Pumpenräder Gasaustrittsöffnungen angebracht wurden, welche dieses Gas durch die Ge-
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— 2 —
schwindigkeit des Pumpenrades selbst ansaugen (H.J. Rehm, Industrielle Mikrobiologie, S. 66, Berlin, Heidelberg, New York (1967)). Solche Belüftungsvorrichtungen haben den Nachteil, daß die Pumpenräder resp. die Rührflügel eine relativ große Geschwindigkeit aufweisen müssen und bei relativ großer Viskositäten der Flüssigkeit nicht mehr oder nur schlecht arbeiten. Die Ansaughöhe der Luft resp. der Gase ist klein und nicht kontrollierbar.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,- eine verbesserte mechanische Einrichtung zur Belüftung verschiedener Kulturmedien, die mit Luft oder einem anderen Gas belüftet bzw. begast werden sollen, anzugeben.
Die Vorrichtung gemäß der Erfindung besteht aus einer - zweckmäßig mit einer Hohlwelle versehenen - Kreiselpumpe mit einem axial ansaugenden geschlossenen Schleuderrad, das an der Eintrittsöffnung eine venturiartige Verengung besitzt und an der engsten Stelle Ansaugöffnungen für die Gase aufweist. Diese Öffnungen befinden sich an der Stelle des kleinsten Einlaufquerschnittes und somit an der Stelle des größtmöglichen Unterdruckes. Diese.Eintrittsöffnungen können entweder durch die Hohlwelle der Pumpe mit der Außenluft resp. mit dem von außen anzusaugenden Gas oder aber mit der Oberfläche des über der Flüssigkeit stehenden Gasraumes verbunden sein. Je nach Querschnitt des venturiartigen Ansaugstutzens und der Drehzahl der Pumpe können größtmögliche Ansaughöhen resp. Gasmengen erreicht werden.
Es hat sich gezeigt, daß bei solchen Gasreaktionen, wie z.B. in der Fermentiertechnik, Flüssigkeits/Gas-Dispersionen im Apparat entstehen, welche vom speziflochen Gewicht der Dispersion abhängig sind. Je größer die absolute Gasmenge zur Flüssigkeitsmenge in der Dispersion ist, desto mehr ändert sich sowohl die Ansaugmenge als auch die Ansaughöhe des zu vermischenden Gases. Um ein Optimum von Ansaughöhe und Ansaugmenge des Gases zu erreichen, d.h. bei möglichst niedrigem
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Energiebedarf, kann der Ansaugquerschnitt im Einlauf des Pumpenrades verändert ,werden» Ebenso kann durch Veränderung der Fördermenge des Pumpenrades die angesaugte Luftmenge und die" umzuwälzende Flüssigkeitsmenge den jeweiligen Bedürfnissen angepaßt werden. Je größer die Umwälzmenge ist und 'je kleiner der Einlaufquerschnitt, um so größer ist die Ansäugmenge resp. Ansaughöhe des Gases und die umzuwälzende FlUssigkeitsmenge. Es wird angestrebt', für einen bestimmten Prozeß diese Mengen variieren zu können, um den Energiebedarf, welcher teilweise in direkter Abhängigkeit der Reaktipn steht, möglichst niedrig zu halten.
Es ist außerordentlich schwer, diese Parame-ter für gewisse Prozesse voraussagen zu können 9 und es wurde deshalb eine Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung gefunden, welche diesel Erfordernissen angepaßt werden kann. Die. spezielle Ausführung besteht darin, daß sowohl.die Dimension, des erwähnten venturiartigen EintrittStutzens der Pumpe als auch die zu zirkulierende Totalmenge durch die Pumpe verstellbar ausgeführt sind. Diese beiden Verstellungen sind unabhängig voneinander möglich, dh. die EinlaufÖffnung im Venturieintritt als auch die Fördermenge der Pumpe. Bei gewissen Reaktionen ist z.B. eine große Ansaughöhe gefordert mit gleichzeitiger großer Umwälzung.- In diesem Falle wird die Venturiöffnung möglichst klein gehalten, so daß eine möglichst große Strömung und ein möglichst großer Unterdruck an Gaseintritt besteht. Kann bei gleicher Ansaughöhe eine kleinere Umwälzhöhe toleriert werden, wird die VenturieinlaufÖffnung kleiner gewählt und auch die Umwälzmenge der Pumpe. Hat jedoch z,^B0 die umzuwälzende Flüssigkeit eine große Tendenz zum Schäumen, sinkt das spezifische Gewicht der umzuwälzenden Dispersion, so daß für die- gleiche Ansaughöhe die Fördermenge der Pumpe erhöht werden muß. Zu diesem Zweck wird das Pumpenrad in Breite oder Durchmesser verändert j um die schlechtere Ansaughöhe zu kompensieren
Die erfindungsgemäße Vorrichtung' läßt sich vorteilhaft an kugelförmigen Behältern, insbes. Kugelfermentern, einsetzen.
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Eine spezielle Ausbildung der Vorrichtung sieht daher vor, daß die Kreiselpumpe einen Flansch aufweist, mit welchem sie an einem Kugelbehälter montierbar ist. Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten sind anhand von Ausführungsbeispielen an einer Zeichnung näher erläutert, in der zeigt:
Fig. 1 einen Querschnitt durch ein Pumpenrad gemäß der Erfindung,
Fig. 2 ein Pumpenrad mit veränderlicher Distanz zu den Seitqnwänden,
Fig. 3 eine erfindungsgemäße Pumpe mit in die Flüssigkeit ragenden Ansaugstutzen, und
Fig. 4 eine erfindungsgemäße Pumpe angebaut an einen Kugelfermenter.
Die Vorrichtung gemäß Fig. 1 ist die einfachste Ausführung. Auf eine Hohlwelle 1 ist ein Pumpenlaufrad befestigt, das aus einem Nabenteil 4, einer auf diesem festgeschraubten Scheibe mit Schaufeln 14 und einer mit der Scheibe 3 verschraubten Deckscheibe 2 besteht. Die Scheiben 2 und 3 bilden die Seitenwände der Flüssigkeitskanäle im Pumpenlaufrad. Durch die Rotation dieses Pumpenrad.es wird die umzuwälzende Flüssigkeit in eine Öffnung 5 der Deckscheibe 2 angesaugt, wobei die größte Geschwindigkeit der Flüssigkeit im venturiartigen Ansaugstutzen, d.h. an der Stelle, wo Gaseintrittsöffnungen 6 im rlabenteil 4 angeordnet sind, auftritt. Das angesaugte Gas tritt, durch einen Kanal 7 in die Hohlwelle 1 ein, durchströmt Radialkanäle 8 im oberen Teil und Gaseintrittsöffnunen 6 in der Nabe des Rumpenlaufrades.
Fig. 2 zeigt eine gle'iche Ausführung der Pumpe, bei welcher die Distanz 9 zwischen den beiden Pumpenseitenwänden 2 und 3 zur Vergrößerung und Verkleinerung der totalen Durchlfußmenge verändert werden kann. Gleichzeitig kann durch Verstellen der gesamten Pumpeneinheit 2, 3 durch Verschiebung des Nabenteil 4 auf der Hohlwelle 1 bei gelösten Schrauben 10 der Abstand 11,
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d.h. die Dureh.flußöffnung im venturiartigen Einlaufstutzen, verändert werden. Durchflußmenge, Saughöhe und Gasmenge können auf diese Art variiert werden.
Es können zur besseren Dispergierung des Gases in der Flüssigkeit an der Peripherie, 'doh<, am Austritt des Pumpenrades ein mit Öffnung 15 versehenes Rohr 16, Leitbleche etc. in bekannter Weise angeordnet werden, welche die Aufgabe haben, die Gasblasen am Austritt der Pumpe zu verkleinern.
Die beschriebene Vorrichtung kann in ein- oder mehrfacher Ausführung auf einer horizontalen Hohlwelle in einen horizontal liegenden Reaktionskessel eingebaut werden. Solche Ausführungen haben den Vorteil, daß relativ kleine Ansaughöhen genügen, um große Produktmengen einwandfrei zu belüften. Andererseits können solche Pumpen als Einzelaggregate direkt mit einem Antriebsmotor versehen an verschiedenen Orten an liegende und stehende Reaktoren eingebaut werden.
Figo 2 zeigt eine erfindungsgemäße Begasungspumpe mit einem in einen Begasungsbehälter ragenden Ansaugstutzen 12. Wenn die Dispersion im Reaktionskessel die Tendenz hat, durch Flotation sich zu trennen, indem sie z.B- Schwebeteile an die Flüssigkeitsob'erfläche befördert, kann die Ansaugung von der Oberfläche des Reaktionskesseis für die Flüssigkeit und die Ansaugung des Gases 13 von außen erfolgen.
Es hat sich gezeigt, daß sich die beschriebene Vorrichtung besonders gut für einen Kessel mit der Gestalt einer Kugel eignet. ■ - ·
Durch die gewählte F.orm faßt bei beispielsweiser Halbfüllung die Kugel ein größeres Flüssigkeitsvolumen als ein Zylinder gleicher Höhe.
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Dies spielt bei- der Überwindung des hydrostatischen Drucks bei Selbstansaugung eine wesentliche Rolle. Der Vorteil liegt in einer größeren Befüllung des Kugelbehälters (Kugelferraenters) im Vergleich zum konventionellen Fermenter. Auch die Form der Oberfläche wirkt sich günstig auf die Vernichtung des gebildeten Schaumes aus. Ferner ist durch die kleinere Oberfläche der· Kugel und den günstigeren Stabilitätsverhältnissen weniger und dünneres Material erforderlich. Die Einsparungen betragen bis zu einem Drittel gegenüber dem herkömmlichen Fermenter.
Des weiteren lassen sich, wenn erforderlich, durch das größere Nutzvolumen mehr Kühlelemente in das Innere des Reaktors einbringen. Dies ist bei den exothermen Vorgängen während des aeroben Wachstums der zum Einsatz kommenden Mikroorganismen von großem Vorteil.
Einen erfindungsgemäß ausgestalteten Kugelfermenter zeigt Fig. 4 im Vertikalschnitt. Die Kreiselpumpe ist mit einem entsprechend geformten Flansch an der KesssLwand des Kugel fermente rs befestigt. Die Luft tritt durch ein Ansaugrohr 13 in den Fer.menter ein und verläßt ihn über einen mechanischen Schaumabscheider 18. Oberhalb des Pumpenrades ist ein Leitrohr 17 vorgesehen, durch dessen obere Einlaßöffnung 12 die Flüssigkeit aus dem Behälter angesaugt wird. Einbauten 19 dienen als Kühlölemente zur Kühlung während einer Fermentierung.
Ansprüche
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Claims (7)

ANSPRÜCHE.:
1. Vorrichtung zum Segasen von Flüssigkeiten mit Hilfe einer Kreiselpumpe, dadurch gekennzeichnet , daß die Pumpe mit einem axial ansaugenden geschlossenen Schleuderrad versehen ist, das an der Eintrittsöffnung eine venturiartige Verengung ^5) besitzt, die an der engsten Stelle Ansaugöffnungen (6) für das in die Flüssigkeit einzubringende Gas aufweist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Eintritt des Gases durch eine Hohlwelle (1) erfolgt, auf der das Schleuderrad (2, 3, 4, 14) befestigt ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e kennzeich net, daß das Pumpenrad zur Durchflußmenge regelungsverstellbare Seitenwände (2, 3) hat«
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß das Pumpenrad (2, 3) zur Vergrößerung oder Verkleinerung des Eintrittsquerschnitts im Bereich der Lufteintrittsöffnungen gegenüber den Gaseintrittsöffnungen (6) verstellbar angeordnet ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß das Pumpenrad mit einer mit Löchern (15) versehenen Umfassungswand (16) versehen ist*
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß der Eintritt in das Pumpenrad mit einem gegen die Oberfläche der Flüssigkeit gerichteten verlängerten Leitrohr (17) versehen ist.-
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7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet , daß die Kreiselpumpe einen Flansch aufweist, mit welchem sie an einen Kugelbehälter montierbar ist.
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DE19732359830 1972-12-01 1973-11-30 Fermenter mit Begasungseinrichtung für aerobe mikrobiologische Prozesse Expired DE2359830C3 (de)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
CH1763072 1972-12-01
CH1763072 1972-12-01
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CH842873A CH559575A5 (en) 1973-06-08 1973-06-08 Gas introduction device for nutrient media - with impeller having venturi suction eye and gas inlet holes at narrowest section
CH1030073A CH564368A5 (de) 1973-07-13 1973-07-13

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DE2359830A1 true DE2359830A1 (de) 1974-07-04
DE2359830B2 DE2359830B2 (de) 1976-10-07
DE2359830C3 DE2359830C3 (de) 1977-05-26

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2436793A1 (de) * 1974-07-31 1976-02-19 Gelsenberg Ag Verfahren und vorrichtung zur aeroben fermentation
DE4133604A1 (de) * 1991-10-10 1993-04-15 Lion Brunke Annette Vorrichtung zum foerdern und mischen mindestens zweier komponenten

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DE2433414A1 (de) 1975-02-06
DE2359830B2 (de) 1976-10-07
DE2433414C3 (de) 1980-07-03
DE2433414B2 (de) 1979-10-18

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