DE2423766C2

DE2423766C2 - Aerobic fermentation method and fermentation device

Info

Publication number: DE2423766C2
Application number: DE2423766A
Authority: DE
Inventors: Malcolm Ritchie Gibson; Frank Peter Maslen; Frank Cornelius Roesler; Stuart Raymond Leslie Norton Stockton-on-Tees Teesside Smith
Original assignee: Imperial Chemical Industries Ltd
Current assignee: Imperial Chemical Industries Ltd
Priority date: 1973-05-16
Filing date: 1974-05-16
Publication date: 1986-09-18
Also published as: ES426381A2; GB1417486A; DE2423766A1; JPS5496868A; BE815151R; NO143668B; NO741770L; NL7406510A; SU967278A3; NO143668C; BR7403976D0; JPS5051972A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum aeroben Fermentieren eines Substrats durch Mikroorganismen, die in der Lage sind, das Substrat zum Wachstum auszunutzen, und eine Fermentierungsvorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens und ist eine weitere Ausbildung des Verfahrens und der Fermentierungsvorrichtung gemäß Patent 21 35 762.The invention relates to a method for aerobic fermentation of a substrate by microorganisms, which are able to utilize the substrate for growth, and a fermentation device for Carrying out this process and is a further development of the process and the fermentation device according to patent 21 35 762.

Reaktionen, die einen innigen Kontakt zwischen einem Gas und einer Flüssigkeit erfordern, z. B. das aerobe Fermentieren, sind für großtechnische Anwendungen bisher im allgemeinen in Vorrichtungen durchgeführt worden, die im wesentlichen einen großen Flüssigkeitsbehälter aufweisen, wobei man in den Flüssigkeitsbehälter an dessen unteren Ende oder in der Nähe davon Gas einpreßt Ein inniger Kontakt zwischen dem Gas und der Flüssigkeit wird dadurch erreicht, daß die Flüssigkeit durch mechanische Rührer und/oder durch Einpressen von Gas in die Flüssigkeit gleichmäßig zirkulieren gelassen wird. Wenn das Zirkulieren durch Einpressen von Gas bewirkt wird, weist der Zirkulationsvorgang eine relativ schnelle Steigphase und eine langsame Fallphase auf. Bei in solcher Weise durchgeführten aeroben Fermentierungsverfahren wird der Sauerstoff, der dem flüssigen Fermentierungsmedium zugeführt wird, während der relativ kurzen Steigphase absorbiert: andererseits ist das Fermentierungsmedium während ■der längeren Fallphase anaeroben oder fast anaeroben Bedingungen ausgesetztReactions that create intimate contact between one Require gas and a liquid, e.g. B. aerobic fermentation, are for large-scale applications heretofore generally carried out in devices which essentially have a large liquid container have, being in the liquid container at its lower end or in the vicinity thereof Forcing gas Intimate contact between the gas and the liquid is achieved by the Circulate the liquid evenly through mechanical stirrers and / or by forcing gas into the liquid is left. When the circulation is effected by injecting gas, the circulation process has a relatively rapid rise phase and a slow one Fall phase on. In aerobic fermentation processes carried out in this way, the oxygen, which is added to the liquid fermentation medium, is absorbed during the relatively short rise phase: on the other hand, the fermentation medium is anaerobic or almost anaerobic during the longer fall phase Exposed to conditions

Es ist jedoch nicht möglich, die vorstehend erwähnten bekannten Vorrichtungen mit einem für großtechnische aerobe Fermentierungsverfahren erwünschten größeren Fassungsvermögen herzustellen, da es aus verschiedenen physikalischen und biologischen Günden wirtschaftlich nichi durchführbar ist, die Abmessungen ihrer Flüssigkeitsbehälter über bestimmte Grenzwerte hinaus zu vergrößern.However, it is not possible to use the above-mentioned known devices with a for large-scale aerobic fermentation process desired to produce larger capacity, since it consists of different physical and biological reasons economically not feasible, the dimensions of their To enlarge liquid containers beyond certain limit values.

Bei Fermentierungsverfahren, die die Zuführung großer Sauerstoffmengen erfordern, ist es — insbesondere im Fall der Anwendung mechanischer Rührer — schwierig und kostspielig, während des Verfahrens die notwendige Menge von Luft oder einem anderen sauerstoffhaltigen Gas zuzuführen und die verschiedenen notwendigen Eigenschaften des flüssigen Fermentierungsmediums, das zirkulieren gelassen werden soll, an allen Stellen des Flüssigkeitsbehälters konstant und das Fermentierungsmedium bei einer geeigneten und gleichbleibenden Temperatur zu halten. Es ist infolgedessen erforderlich, das Höchstvolumen des Flüssigkeitsbehähers zu begrenzen. Dies führt im Hinblick darauf, daß die Behälterform wirtschaftlich herstellbar sein soll, im allgemeinen auch dazu, daß die Höhe des Flüssigkeitsbehälters (meist auf etwa 15 tii/ begrenzt ist.In fermentation processes that require the addition of large amounts of oxygen, it is - especially in the case of the use of mechanical stirrers - difficult and expensive, during the process the to supply the necessary amount of air or another oxygen-containing gas and the various necessary properties of the liquid fermentation medium to be circulated all points of the liquid container constant and the fermentation medium at a suitable and to maintain a constant temperature. As a result, it is necessary to use the maximum volume of the liquid container to limit. This leads to the fact that the container shape can be manufactured economically should, in general, that the height of the liquid container (mostly limited to about 15 tii /.

Verfahren zur Herstellung von als Futtermittelzusatz dienende Einzellerprotein (SCP) durch Kultivieren von Mikroorganismen auf preiswerte, billige Kohlenstoffquellen enthaltenden Substraten wurde in den letzten Jahren große Aufmerksamkeit geschenkt. Bei solchen Verfahren müssen große Sauerstoffmengen zugeführt werden, und zwar besonders in dem Fall, daß die Mikroorganismen mit hoher Wachstumsgeschwindigkeit kultiviert werden und daß ein Substrat, für das der Sauerstoffbedarf der Mikroorganismen hoch ist, z. B. eine Kohlenwasserstoffverbindung oder eine teilweise oxidierte Kohlenwasserstoffverbindung, fermentiert wird. Damit das in einem solchen Verfahren hergestellte SCP mit den üblichen Futtermitteln konkurrieren kann, muß das Fermentieren in großem Maßstab und in einer entsprechend großen Fermentierungsvorrichtung durchgeführt werden. Für einen wirtschaftlich erfolgreichen Verfahrensablauf ist es notwendig, daß während des Verfahrens eine hohe Obergangsgeschwindigkeit von Sauerstoff in das flüssige Fermentierungsmedium (nachstehend als Sauerstoffübergangsgeschwindigkeit bezeichnet) erzielt wird, um in einer Fermentierungsvorrichtung mit vorgegebenem Volumen den hohen Sauerstoffbedarf schnell wachsender Kulturen mit großer Zellmasse decken zu können. Die in bekannten Fermentierungsvorrichtungen mit üblichen Abmessungen erzielbare Sauerstoffübergangsgeschwindigkeit reicht jedoch für eine wirtschaftliche erfolgreiche Durchführung eines solchen Verfahrens nicht aus.Process for the production of single-cell protein (SCP) serving as a feed additive by culturing Microorganisms on inexpensive substrates containing inexpensive carbon sources has been used in recent times Paid close attention for years. In such processes, large amounts of oxygen have to be supplied especially in the case that the microorganisms are cultured at a high growth rate and that a substrate for which the oxygen demand of the microorganisms is high, e.g. Legs Hydrocarbon compound or a partially oxidized hydrocarbon compound, is fermented. In order for the SCP produced in such a process to be able to compete with the usual feedstuffs, it must the fermentation is carried out on a large scale and in a correspondingly large fermentation device will. For an economically successful process, it is necessary that during the Process a high rate of transfer of oxygen into the liquid fermentation medium (hereinafter referred to as the oxygen transfer rate) is achieved in a fermentation device with a given volume the high oxygen demand of fast growing cultures with large To be able to cover cell mass. Those in known fermentation devices However, the oxygen transfer rate that can be achieved with conventional dimensions is sufficient for an economically successful implementation of such a procedure is not sufficient.

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Aus der GB- PS 13 53 008 ist ein Verfahren zum aeroben Fermentieren eines Substrats durch Mikroorganismen, die in der Lage sind, das Substrat zum Wachstum auszunutzen, bekannt, bei dem man ein aus dem Substrat und den Mikroorganismen bestehendes Fermentierungsmedium kontinuierlich zwischen zwei Bereichen, die verschiedene hydrostatische Drücke aufweisen, zirkulieren läßt, wobei in dem Fermentierungsmedium in dem Bereich mit höherem hydrostatischem Druck Luft und/oder Sauerstoff gelöst wird und Kohlendioxid, das während des Ferrnentierangsvorgangs erzeugt wird, das Fermentierungsmedium in dem unteren Bereich, dem Bereich mit niedrigerem hydrostatischen Druck, verläßtFrom GB-PS 13 53 008 a method for aerobic Fermentation of a substrate by microorganisms that are capable of making the substrate grow exploit known, in which one of the substrate and the microorganisms existing fermentation medium continuously between two areas that have different hydrostatic pressures, circulating, being in the fermentation medium in the area with higher hydrostatic pressure air and / or oxygen is dissolved and carbon dioxide, that is generated during the ferrnentierring process, the fermentation medium in the lower area, the area with lower hydrostatic pressure, leaves

Aus der GB-PS 13 53 008 ist auch eine Fermentierungsvorrichtung mit einem Steigrohr und einem Fallrohr und Einrichtungen, um einem Fermentierungsmedium das kontinuierliche Zirkulieren zwischen dem Steigrohr und dem Fallrohr zu gestatten, bekannt, bei der ferner in der Nähe des unteren Endes des Steigrohrs eine Einrichtung vorgesehen ist, um der Fermentierungsvorrichtung ein Gas zuzuführen und an aen unteren Enden des Steigrohrs und des Fallrohrs verschiedene hydrostatische Drücke zu erzeugen, wenn die Fermentierungsvorrichtung ein Fermentierungsmedium enthält, wobei die Differenz zwischen diesen hydrostatischen Drücken ausreicht, um dem Fermentierungsmedium das kontinuierliche Zirkulieren zwischen zv/ei Bereichen, die verschiedene hydrostatische Drücke aufweisen, zu gestatten, und des weiteren eine Einrichtung zum Entweichenlassen des Gehäuses aus dem oberen Teil der Fermentierungsvorrichtung vorgesehen ist Die aus der GS-PS 13 53 008 bekannte Fermentierungsvorrichtung eignet sich für in großem Maßstab durchgeführte Fermentierungsvorgänge, weil damit ein Sauerstoffübergang in das flüssige Fermeniierungsmedium mit hoher Übergangsgeschwindigkeit erzielt werden kann, ohne daß der Energieverbrauch im Vergleich zu den voranstehend erwähnten bekannten Fermentierungsverfahren entsprechend zunimmtFrom GB-PS 13 53 008 there is also a fermentation device with a riser and a downcomer and facilities to a fermentation medium to allow continuous circulation between the riser and the downcomer is known at which further means is provided in the vicinity of the lower end of the riser pipe to the fermentation device to supply a gas and various at the lower ends of the riser pipe and the downcomer pipe generate hydrostatic pressures when the fermentation device is a fermentation medium contains, the difference between these hydrostatic pressures being sufficient to the fermentation medium continuous circulation between two areas that have different hydrostatic pressures, and further means for releasing the housing from the upper part The fermentation device known from GS-PS 13 53 008 is provided is suitable for fermentation processes carried out on a large scale, because it enables oxygen transfer in the liquid fermentation medium with high transition speed can be achieved without reducing the energy consumption compared to the the above-mentioned known fermentation process increases accordingly

Aus der DE-PS 6 37 728 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Hefegewinnung unter Belüftung und gleichzeitigem Zirkulierenlassen des die Hefe enthaltenden, flüssigen Fermentierungsmediums bekannt, bei dem das Fermentisrungsmedium (⁴UrCh senkrechte Trennwände in zwei oder mehr als zwei Bereiche aufgeteilt und nur ein Teil dieser Bereiche belüftet wird, wobei die Hefenährstoffe in die so hervorgerufene Zirkulation allmählich an einer oc'er mehr als einer Stelle eingeführt und gleichmäßig verteilt werden. Der in F i g. 1 der DE-PS 6 37 728 gezeigten Vorrichtung läßt sich zwar entnehmen, daß das Steigrohr eine größere Querschnittsfläche als das Fallrohr aufweist, jedoch findet sich kein Hinweis au" das Querschnittsverhältnis.From DE-PS 6 37 728 a method and a device for yeast extraction with aeration and simultaneous circulation of the yeast-containing liquid fermentation ^{medium are known, in which the fermentation medium (4} UrCh vertical partition walls divided into two or more than two areas and only one Part of these areas is ventilated, the yeast nutrients gradually being introduced into the circulation created in this way at more than one point and distributed evenly that the riser has a larger cross-sectional area than the downcomer, but there is no indication of the aspect ratio.

Aus der DE-PS 7 52 360 ist ein Fermentierungsverfahren mit Zirkulation bekannt, bei dem senkrecht voneinander getrennt verlaufende auf- und absteigende Maischewege angewandt werden, wobei das Maischevolumen durch eine feststehende Bodenbelüftung vergrößert und die Maische dadurch im aufsteigenden Maischeweg nach oben in den Belüftungsraum befördert, danach unter Luftabsaugung entlüftet, im absteigenden Maischeweg zum Absinken auf den Bottichboden gebracht und so die Zirkulation geschlossen wird.From DE-PS 7 52 360 a fermentation process with circulation is known, in which perpendicular to each other separately running ascending and descending mash routes are used, whereby the mash volume enlarged by a fixed soil aeration and the mash thereby in the ascending mash path conveyed upwards into the ventilation space, then vented with air suction, in the descending manner The mash path is brought to sink to the bottom of the vat and the circulation is closed.

Aus der DD-PS 68 384 ist ein Fermentierungsverfahren unter Verwendung von Mikroorganismen bekannt, bei dem das Fermentieren unter vollständiger Dispergierung der Fermentierungsflüssigkeit bei senkrechter Zirkulation unter dem Einfluß in die Fermentierungsvorrichtung eingeführter Luft sowie der Wirkung des Umgießsystems durchgeführt wird. Es ist angegeben, daß das Verhältnis der Höhe zum Durchmesser der Fermentierungsvorrichtung höchstens 1 :20 betragen soll, jedoch fehlen Angaben zur absoluten Höhe.From DD-PS 68 384 is a fermentation process known using microorganisms, in which the fermentation with complete dispersion of the fermentation liquid with vertical Circulation under the influence of air introduced into the fermentation device as well as the action of the Umgießsystems is carried out. It is stated that the ratio of the height to the diameter of the fermenter should be a maximum of 1:20, however, there is no information on the absolute amount.

Aus der Patantanmeldung P 21 35 76Z0 ist ein Verfahren zum aeroben Fermentieren eines Substrats durch Mikroorganismen, die in der Lage sind, das Sub-From the patent application P 21 35 76Z0 is a process for aerobic fermentation of a substrate by microorganisms that are capable of sub-

strat zum Wachstum auszunutzen, bekannt, bei dem man ein aus dem Substrat und den Mikroorganismen bestehendes Fermentierungsmedium kontinuierlich durch eine ein Steigrohr und ein Fallrohr aufweisende Vorrichtung zirkulieren läßt, wobei das Steigrohr eine größere Querschnittsfläche als das Fallrohr hat, dem Steigrohr an dessen Ende oder in der Nähe davon und dem Fallrohr ein sauerstoffhaltiges Gas zuführt, wobei die Menge des dem Fallrohr zugeführten Gases geringer ist als d^;e Menge des dem Steigrohr zugeführten Gases, und das Fermentierungsmedi». . durch die Gaszufuhr zirkulieren iäStStrat to use for growth, known, in which a fermentation medium consisting of the substrate and the microorganisms is allowed to continuously circulate through a device having a riser and a downpipe, the riser having a larger cross-sectional area than the downpipe, the riser at its end or in supplies an oxygen-containing gas in the vicinity thereof and the downcomer, the amount of the gas supplied to the downcomer being less than d ^; The amount of gas supplied to the riser and the fermentation medium. . circulate through the gas supply

Aus der Patentanmeldung P 21 35 762.0 ist ferner eine Fermentierungsvorrichtung aus einem Steigrohr und einem Fallrohr, wobei das Steigrohr eine größere Querschnittstelle als das Fallrohr hat, und Einrichtungen, um dem Fermentierungsmedium das kontinuierliche Zirkulieren zwischen dem Steigrohr und dem Fallrohr zu gestatten, bekannt, wobei in der Nähe des unteren Endes oder am unteren Ende des Steig.ohrs eine Einrichtung vorgesehen ist, um der Fermentierungsvorrichtung ein Gas zuzuführen und ein Zirkulieren des Fermentierungsmediums in der Fermentierungsvorrichtung zu bewirken, und in dem Fallrohr Einrichtungen vorgesehen sind, um Gas zuzuführen.From the patent application P 21 35 762.0 a fermentation device from a riser pipe and a Downpipe, with the riser having a larger cross-sectional point than the downcomer has, and facilities to keep the fermentation medium the continuous To allow circulation between the riser and the downcomer known, being near the lower At the end or at the lower end of the riser a device is provided to the fermentation device supplying a gas and circulating the fermentation medium in the fermentation device to effect, and means are provided in the downpipe to supply gas.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum aerober. Fermentieren eines Substrats durch Mikroorganismen, die in der Lage sind, das Substrat zum Wachstum auszunutzen, gemäß Fztent 21 35 762, d. h., gemäß dem Oberbegriff des Patentan-Spruchs 1, und eine Fermentierungsvorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens, ebenfalls gemäß Patent 21 35 762, d. h. gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 2, derart weiter auszubilden, daß die Sauerstoffübeigangsgeschwindigkeit und das Verhältnis des Sauerstoffübergangs zum Energieverbrauch weiter verbessert werden.The invention is based on the object of a method for aerobic. Fermenting a substrate by microorganisms that are able to use the substrate for growth, according to Fztent 21 35 762, d. h., According to the preamble of claim 1, and a fermentation device for Carrying out this method, also according to patent 21 35 762, d. H. according to the preamble of the claim 2, to be further developed in such a way that the oxygen transfer rate and the ratio of oxygen transfer to energy consumption is further improved will.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Maßnahmen bzw. durch eine Fermentierungsvorrichtung mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 2 angegebenen Merkmalen gelöst.This object is achieved by a method with those specified in the characterizing part of claim 1 Measures or by a fermentation device with those in the characterizing part of the claim 2 specified features solved.

Zweckmäßigerweise wird während des Beginns des erf'ndurtgsgemäßen Verfahrens die gesamte Menge oder der größte Teil des sauerstoffhaltigen Gases eine Zeit lang in das Steigrohr eingepreßt, um das Zirkulieren des flüssigen Fermentierungsmediums beginnen zu lassen. Dieser Startvorgang hält so lange an, bis das FermentierungsmeHium einen passenden Zirkulationsgrad erreicht hat, d. h., bis die Durchschnittsgeschwin- digkeit des Fermentierungsmediums im Fallrohr mindestens 100 cm/s beträgt.The entire amount is expediently used during the start of the method according to the invention or most of the oxygen-containing gas is injected into the riser for a while to allow circulation of the liquid fermentation medium to begin. This starting process continues until the Fermentation medium has reached a suitable degree of circulation, d. i.e. until the average speed the fermentation medium in the downpipe is at least 100 cm / s.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist beispielsweise auch für die Herstellung von Kupfersulfatlösungen aus Kupfersulfide enthaltenden Erzen geeignet. In diesem Fall wird durch das erfindungsgemäße Verfahren staubförmiges in wässrigem Medium suspendiertes Kupfererz als Substrat schnell zirkulieren gelassen, wobei eingepreßte Luft auch als Sauerstoffquelle für die Um-The method according to the invention is also suitable, for example, for the production of copper sulfate solutions Ores containing copper sulphides are suitable. In this case, the process according to the invention results in dusty Copper ore suspended in an aqueous medium as a substrate is allowed to circulate rapidly, with injected Air also as a source of oxygen for the environment

Wandlung der Kupfersulfide in Kupfersulfate, die in dem Medium gelöst sind, durch die Wirkung von in dem Medium vorhandenen Mikroorganismen dient.Conversion of the copper sulfides into copper sulfates, which are dissolved in the medium, by the action of in the Medium present microorganisms is used.

Verfahren zum aeroben Fermentieren, für die die Erfindung besonders geeignet ist, sind Verfahren mit hohem Sauerstoffbedarf, z. B. die Herstellung von Einzellerprotein durch Kultivieren von Mikroorganismen auf Kohlenwasserstoffen oder teilweise oxidierten (beispielsweise Methanol enthaltenden) Kohlenwasserstoffen als Substrat; die Herstellung von Aminosäuren (z. B. Lysin, Glutaminsäure oder Mehionin); die Herstellung von Citronensäure und Enzymen (z. B. Glucoseisomerase) und die Herstellung von Antibiotica (z. B. Penicillin).Aerobic fermentation processes for which the invention is particularly useful are high-quality processes Oxygen demand, e.g. B. the production of single cell protein by cultivating microorganisms Hydrocarbons or partially oxidized (e.g., methanol containing) hydrocarbons as a substrate; the production of amino acids (e.g. lysine, glutamic acid or mehionine); the production of citric acid and enzymes (e.g. glucose isomerase) and the manufacture of antibiotics (e.g. penicillin).

Unter der Durchschnittsgeschwindigkeit der Flüssigkeit oder des Fermentierungsmediums im Steigrohr oder dem Fallrohr ist die über den gesamten Rohrquerschnitt gemessene Durchschnittsgeschwindigkeit der Flüssigkeit oder des Fermentierungsmediums zu verstehen. Da die nutzbare inner.querschniitsflächer; dieser Rohre, insbesondere diejenigen der Steigrohre, nicht über ihre gesamte Länge gleich sein müssen, kann sich die Geschwindigkeit der Flüssigkeit oder des Fermentierungsmediums in jedem Rohr, über dessen Länge gesehen, ändern.Below the average velocity of the liquid or fermentation medium in the riser or the downpipe is the average speed measured over the entire pipe cross-section To understand liquid or the fermentation medium. Since the usable inner.querschniitsflächer; this Pipes, especially those of the riser pipes, do not have to be the same over their entire length the velocity of the liquid or fermentation medium in each tube, viewed along its length, change.

Bei einem nach dem erfindungsgemäßen Verfahren durchgeführten aeroben Fermentierungsvorgang wird durch das Einpressen von sauerstoffhaltigem Gas in das Fermentierungsmedium das gesamte zirkulierende Ferrr.entierungsmedium in ein Fluid von geringerer Dichte umgewandelt, das aus Gasblasen, Flüssigkeit und Mikroorganismen zusammengesetzt ist Durch die infolge des eingepreßten Gases entstehende Volumendifferenz zwischen Steigrohr und Fallrohr wird diesem Fluid eine Geschwindigkeit erteilt, die unter normalen Betriebsbedingungen ausreichend groß ist, um eine vollständige homogene Verteilung der Blasen zu erreichen. Bei diesem Verfahren zirkuliert das Fermentierungsmedium im wesentlichen in einer Pfropfenströmung, d. h. in einer Pfropfenströmung mit einem bestimmten Anteil turbulenter Strömung.In an aerobic fermentation process carried out according to the method according to the invention by forcing oxygen-containing gas into the fermentation medium, the entire circulating ferric de-fermentation medium converted into a fluid of lower density, made up of gas bubbles, liquid and microorganisms is composed by the volume difference resulting from the injected gas between the riser pipe and the downpipe, this fluid is given a velocity that would be the same under normal operating conditions is large enough to achieve a completely homogeneous distribution of the bubbles. With this one The process circulates the fermentation medium in essentially plug flow, i.e. H. in a Plug flow with a certain amount of turbulent flow.

Während des Verfahrens werden alle Volumenelemente des Fermentierungsmediums schnell und gleichmäßig zwischen Bereichen mit hohem und Bereichen mit niedrigem Druck in den niedrigen bzw. höheren Teilen der Fermentierungsvorrichtung zirkulieren gelassen. In dem Hochdruckbereich wird der für das Wachstum der Mikroorganismen erforderliche Sauerstoff von dem Fermentierungsmediuni absorbiert, während in dem Bereich mit niedrigem Druck das während des Verfahrens erzeugte CO2 desorbiert wird. In dem oberen Teil der Ant.-dnung trennt sich das verbrauchte Gas von dem zirkulierenden Fermentierungsmedium und kann entweichen.During the process, all the volume elements of the fermentation medium become quickly and evenly between high and low pressure areas in the lower and higher, respectively Parts circulated through the fermenter. In the high pressure area, the one for the During the growth of the microorganisms required oxygen is absorbed by the fermentation media in the area with low pressure the CO2 generated during the process is desorbed. By doing The upper part of the anterial expansion separates the used gas from the circulating fermentation medium and can escape.

Die bei einem Verfahren zum aeroben Fermentieren erreichbare Geschwindigkeit des Salierstoffüberganges in das Fermentierungsmedium ist ein bedeutsamer Faktor, da sie die in einer Fermentierungsvorrichtung mit einem gegebenen Volumen ereichbare Geschwindigkeit der Produktion von Mikroorganismen bestimmt. Bei einem im großen Maßstab durchgeführten Verfahren beträgt die Sauerstoffübergangsgeschwindigkeit wenigstens 2 kg 02/m³ - h und Hegt eher in dem Bereich von 4 bis 12 kg 02/m³ · h. Da die Sauerstoffübergangsgeschwindigkeit unter anderem von der Gesamthöhe der Fermentierungsvorrichtung abhängt, wenn eine geeignete Wachstumsgeschwindigkeit der Mikroorganismen und eine geeignete Produktivität des Verfahrens erhalten werden sollen, ist es wichtig, daß die Höhe einen Mindestwert überschreitet. Bei der erfindungsgemäßen Fermentierungsvorrichtung kann eine geeignete Sauerstoffübertragungsgeschwindigkeit erzielt werden, wenn die Gesamthöhe 20 m beträgt. Es werden jedoch Höhen von wenigstens 30 m, insbesondere Höhen von 40 bis 60 m, bevorzugt.The speed of the transfer of saliferous substances into the fermentation medium that can be achieved in a process for aerobic fermentation is an important factor, since it determines the speed of the production of microorganisms that can be achieved in a fermentation device with a given volume. In a large-scale process, the oxygen transfer rate is at least 2 kg 02 / m ³ -hr and more in the range of 4 to 12 kg 02 / m ³ · h. Since the oxygen transfer rate depends, inter alia, on the overall height of the fermentation device, if a suitable growth rate of the microorganisms and a suitable productivity of the process are to be obtained, it is important that the height exceeds a minimum value. In the fermentation apparatus of the present invention, a suitable oxygen transfer rate can be achieved when the total height is 20 m. However, heights of at least 30 m, in particular heights of 40 to 60 m, are preferred.

Das während eines aeroben Fermentierungsvorganges irl die Fermentierungsvorrichtung eingepreßte Gas, das Sauerstoff, Luft oder eine andere sauerstoffhaltige Gasmischung sein kann, erfüllt mehrere Zwecke:The gas injected into the fermentation device during an aerobic fermentation process, which can be oxygen, air or another oxygen-containing gas mixture serves several purposes:

1. Es bewirkt eine Zirkulation des Fermentierungsmediums in der Fermentierungsvorrichtung.1. It causes the fermentation medium to circulate in the fermentation device.

2. Es liefert den von den Mikroorganismen benötigten Sauerstoff.2. It provides the oxygen required by the microorganisms.

3. Durch eine geeignete Wahl der Stellen für die Gaszufuhr und der Anteile des an den verschiedenen Stellen einzupressenden Gases ist der Vorgang in beträchtlichem Maße steuerbar.3. By a suitable choice of locations for the gas supply and the proportions of the gas to be injected at the various points is the process in controllable to a considerable extent.

Insbesondere kann die Strömungsgeschwindigkeit und damit die Zirkulationsdauer des Fermentierungsmediums gesteuert werden. Außerdem kann die Konzentrationsverteilung des gelösten Sauerstoffs gesteuert werden.In particular, the flow rate and thus the circulation time of the fermentation medium being controlled. In addition, the concentration distribution of the dissolved oxygen being controlled.

4. Die durch das eingepreßte Gas erzeugte Oberfläche der Blasen steht für die Desorption des CO2 zur Verfügung. Das Volumen und die Zusammensetzung -les eingepreßten Gases können zur Steuerung der Verteilung der (^-Konzentration in der Flüssigkeit oder dem Fermentierungsmedium verwendet werden.4. The surface of the bubbles created by the injected gas is available for desorption of the CO2. The volume and composition of all injected gas can be used to control the distribution of the concentration in the liquid or fermentation medium.

Die Gesamtmenge des eingepreßten Gases, die Stellen, an denen es eingepreßt wird, und die prozentualen Anteile der an den verschiedenen Stellen eingepreßten Gasmengen variieren in Abhängigkeit von den durch die Mikroorganismen bedingten Erfordernissen und der jeweils erforderlichen Zirkulationsgeschwindigkeit.The total amount of gas injected, the locations where it is injected and the percentage Proportions of the amounts of gas injected at the various points vary depending on the through the microorganisms-related requirements and the required circulation speed in each case.

Das Einpressen des Gases in das Fallrohr kann an Stellen, die in einer bis zu fünf verschiedenen Höhenebenen vorgeseher, sind, erfolgen. Das Einpressen des Gases in die Steigrohre erfolgt vorzugsweise in einer Höhenebene, obwohl es auch möglich ist. Gas in die Steigrohre in mehr als einer Höhenebene einzupressen.The gas can be injected into the downpipe at points that are in up to five different height levels foreseen, are, take place. The gas is preferably injected into the riser pipes in a Altitude level, although it is also possible. Forcing gas into the riser at more than one level.

Passende Stellen zum Einpressen des Gases in die Rohre sind längs des Fallrohrs verteilt, während sie bei dem Steigrohr bzw. den Steigrohren konzentriert am unteren Ende oder in dessen Nähe vorgesehen sind.
Bei einigen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Fermentierungvorrichtung, bei der das Fallrohr und die Steigrohre völlig getrennt voneinander angeordnet und an ihren oberen und unteren Enden über Verbindungsrohre miteinander verbunden sind, kann das für das jeweilige Steigrohr vorgesehene Gas in das untere Verbindungsrohr eingepreßt werden, das man für diesen Zweck als einen Teil des Steigrohrs anseherrkann. In diesem Fall ist das untere Verbindungsrohr vorzugsweise nach oben in Richtung auf des Hauptteil des Steigrohrs abgewinkelt Für einen leichten Start des erfindungsgemäßen Verfahrens ist eine besondere Gaszuführung vorgesehen, durch die Gas in den oberen Teil des Steigrohrs bzw. der Steigrohre eingedrückt werden kann. Der bevorzugte Anteil des in das Fallrohr eingepreßten Gases liegt zwischen 20% und 40% der Gesamtmenge des in die Fermentierungsvorrichtung eingepreßten Gases.Appropriate points for injecting the gas into the pipes are distributed along the downpipe, while in the case of the riser pipe or riser pipes they are provided in a concentrated manner at the lower end or in its vicinity.
In some embodiments of the fermentation device according to the invention, in which the downpipe and the riser pipes are arranged completely separate from one another and are connected to one another at their upper and lower ends via connecting pipes, the gas provided for the respective riser pipe can be pressed into the lower connecting pipe that is used for this Purpose as part of the riser pipe. In this case, the lower connecting pipe is preferably angled upwards in the direction of the main part of the riser pipe. The preferred proportion of the gas injected into the downcomer is between 20% and 40% of the total amount of the gas injected into the fermentation device.

Die geometrische Anordnung der Fermentierungsvorrichtung kann in weiten Bereichen variieren. DieThe geometric arrangement of the fermentation device can vary within wide ranges. the

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Bauart besteht darin, daß die Steigrohre jeweils außerhalb eines einzigen Fallrohrs angeordnet und bis auf Verbindungsrohre an ihren oberen und unteren Enden völlig vom dem Fallrohr getrennt sind. Die Fermentierungsvorrichlung kann auch innerhalb eines einzigen Behälters, der im Inneren durch eine oder mehrere Trennwände mit öffnungen an den oberen und unteren Enden af>%eteilt ist, Steigrohre und ein Fallrohr aufweisen. Die Steigrohre und das Fallrohr können jeweils außerhalb voneinander angeordnete, über Verbindungsrohre verbundene Zylinder sein. Dia Verbindungsrohre können horizontal angeordnet oder, im Falle der unteren Verbindung, U-förmig sein.Design is that the risers are each arranged outside of a single downpipe and up to Connecting pipes are completely separated from the downpipe at their upper and lower ends. The fermentation device can also be inside a single container, which is inside by one or more Partition walls with openings at the upper and lower ends af>% are divided, have riser pipes and a downpipe. The riser pipes and the downpipe can each be arranged outside of one another via connecting pipes connected cylinders. Dia connecting pipes can be arranged horizontally or, in the event the lower connection, be U-shaped.

Jedes einzelne Steigrohr kann die gleiche nutzbare Querschnittsfläche wie das Fallrohr aufweisen. Eine derartiger Anordnung kann vorgefertigt geliefert werden.Each individual riser pipe can have the same usable cross-sectional area as the downpipe. One of those Arrangement can be delivered prefabricated.

Die Geschwindigkeit des Fermentierungsmediums im Fallrohr und in den Steigrohren hängt von der nutzbaren Qüerschnitisfläche des jeweiligen Rohrs ab, das heißt bei zylindrischen Rohren von ihren Durchmessern. Die Rohre müssen nicht über ihre gesamte Länge denselben Durchmesser haben, und es ist manchmal sogar erwünscht, daß die Steigrohre jeweils in zwei senkrecht übereinander angeordneten Abschnitten ausgebildet sind, von denen der untere Abschnitt eine größere nutzbare Querschnittsfläche aufweist. In diesem Fall beträgt die Größe der nutzbaren Querschnittsfläche des unteren Abschnittes der Steigrohre vorzugeweise etwa das dreifache bis achtfache der Größe der nutzbaren Qüerschnitisfläche des oberen Abschnittes. Der untere Abschnitt -.'Streckt sich vorzugsweise über 30% bis 60% der Gesamtlänge des Steigrohrs. In weiterer Ausbildung kann vorgesehen sein, daß die nutzbare Querschnittsfläche der Steigrohre mit zunehmender Höhe gleichmäßig abnimmt.The speed of the fermentation medium in the downpipe and in the riser depends on the usable Cross-sectional area of the respective pipe that In the case of cylindrical pipes, this means the diameter of the pipe. The pipes do not have to be the same over their entire length Have diameters, and it is sometimes even desirable that the risers each in two perpendicular sections arranged one above the other are formed, of which the lower section is a larger usable Has cross-sectional area. In this case, the size of the usable cross-sectional area is the lower The section of the riser pipes is preferably about three to eight times the size of the usable cross section area of the upper section. The lower section -. 'Stretches preferably over 30% to 60% the total length of the riser pipe. In a further embodiment it can be provided that the usable cross-sectional area the riser pipe decreases evenly with increasing height.

Um eine Ansammlung großer COvMengen zu vermeiden, wird das Fermentieningsverfahren zwischen den Hochdruck- und dem Niederdruckbereichen der Fermentierungsvorrichtung schnell zirkulieren gelassen. Die für eine vollständige Zirkulation des Fermentierungsmediums in der Fermentierungsvorrichtung erforderlichen Zeit liegt zwischen 0,5 und 5 min., vorzugsweise zwischen 1 und 3 min. Die Geschwindigkeit des Fermentierungsmediums in jedem Teil der Steigrohre oder des Fallrohrs hängt von der nutzbaren Querschnittsfläche des jeweiligen Rohrteils ab. Da das Fermentierungsmedium im wesentlichen in einer Pfropfenströmung zirkulieren soll, muß die Mindestgeschwindigkeit in den Steigrohren mehr als 10 cm/s betragen. Vorzugsweise beträgt die Durchschnittsgeschwindigkeit 20 bis 80 cm/s in den Steigrohren (im unteren Bereich, wenn das jeweilige Steigrohr keine gleichmäßige nutzbare Querschnittsfläche aufweist) und 200 bis 500 cm/s im Fallrohr. To avoid the accumulation of large amounts of COv, the fermentation process is between rapidly circulated through the high pressure and low pressure areas of the fermenter. Those necessary for complete circulation of the fermentation medium in the fermentation device Time is between 0.5 and 5 minutes, preferably between 1 and 3 minutes. The speed of the fermentation medium in each part of the riser or the downpipe depends on the usable cross-sectional area of the respective pipe part. Because the fermentation medium circulates essentially in a plug flow the minimum speed in the riser pipes must be more than 10 cm / s. Preferably the average speed is 20 to 80 cm / s in the risers (in the lower area, if the respective Riser does not have a uniform usable cross-sectional area) and 200 to 500 cm / s in the downpipe.

Die Betätigung der Fermentierungsvorrichtung kann entweder diskontinuierlich oder kontinuierlich erfolgen.The fermentation device can be operated either intermittently or continuously.

Das Fermentierungsmedium zirkuliert im wesentlichen in einer laminaren Strömung, wodurch die Erzielung eines hohen Grades an Homogenität ermöglicht wird. Fast der gesamte Rauminhalt der Fermentierungsvorrichtung kann für das Kultivieren von Mikroorganismen verwendet werden, und Bereiche, in denen anaerobe Bedingungen vorherrschen, werden vermieden. Dies führt zu einem hohen Grad an Einflußmöglichkeit auf die Fermentierungsparameter, wie etwa die Temperatur, den pH-Wert und die zu erreichende Substratkonzentration, wodurch ein verbessertes und gleichmäßigeres Produkt erzeugt werden kann. Wenn beispielsweise das erfindungsgemäße Verfahren für die Herstellung von Einzellerprotein verwendet wird, zeigen die erzeugten Mikroorganismen einen hohen Grad an morphologischer Gleichmäßigkeit, und es wird ein verbesserter Übergang von Substxatkohlenstoff in Zellkohlcnstoff erreicht. Die Erfindung ermöglicht eine wirksame Zirkulation und vermeidet die Verwendung von externen schleifenförmig geführten Leitungen zum Abführen der Reaktions- und Fermentierungswärme.The fermentation medium circulates essentially in a laminar flow, thereby achieving the a high degree of homogeneity is made possible. Almost the entire volume of the fermenter can be used for culturing microorganisms, and areas where anaerobic Conditions prevailing are avoided. This leads to a high degree of possibility of influencing the fermentation parameters, such as the temperature, the pH-value and the substrate concentration to be achieved, whereby an improved and more uniform Product can be generated. For example, if the inventive method for the production of single cell protein is used, the microorganisms produced show a high degree of morphological Uniformity, and there will be an improved transition from substate carbon to cellulose achieved. The invention enables effective circulation and avoids the use of external ones Loop-shaped lines to dissipate the heat of reaction and fermentation.

Die Erfindung liefert gute Ergebnisse in Bezug auf die erreichbare Sauerstoffübergangsgeschwindigkeit und den Energieverbrauch. Die sich aus Versuchen und darauf basierenden Rechnungen ergebenden, erreichbaren Ergebnisse werden nachstehend gezeigt.The invention provides good results with regard to the achievable oxygen transfer rate and the energy consumption. The achievable results from experiments and the calculations based on them Results are shown below.

Für die in F i g. 1 dargestellte Fermentierungsvorrichtung, bei der zur Vereinfachung nur ein Steigrohr verwendet wurde, den theoretisch die Sauerstoffübergangsgeschwindigkeil und das Verhältnis des Sauerstoffübsrgangs zurr· Energieverbrauch errechnet.For the in F i g. 1 shown fermentation device, in which only one riser pipe is used for simplification Theoretically, the oxygen transfer rate and the ratio of the oxygen transfer zurr · Calculated energy consumption.

Die Sauerstoffübergangsgeschwindigkeit ist der Betrag der Sauerstoffmenge (in kg O2), die sich pro h in 1 m³ des Fermentierungsmediums löst.The oxygen transfer rate is the amount of oxygen (in kg O2) that ^{dissolves in 1 m 3 of} the fermentation medium per hour.

Das Verhältnis des Sauerstoffübergangs zum Energieverbrauch wird durch die Sauerstoffmenge (in kg O2), die in dem Fermentierungsmedium pro kWh der für das Komprimieren der Luft vor dem Einpressen in das Fermentierungsmedium aufgewendeten Arbeit gelöst wird, ausgedrückt und. nimmt mit steigender Sauerstoffübergangsgeschwindigkeit ab. Für einen wirtschaftlichen Betrieb einer Fermentierungsvorrichtung ist es wünschenswert, daß beide Parameter so groß wie möglich sein sollten.The ratio of oxygen transfer to energy consumption is determined by the amount of oxygen (in kg O2) that is used in the fermentation medium per kWh for compressing the air before it is pressed into the Fermentation medium work expended is dissolved, expressed and. increases with increasing oxygen transfer rate away. For an economical operation of a fermentation apparatus it is desirable that both parameters be as large as possible should be.

Die Berechnungen wurden unter Anwendung von Gleichungen für den Gasübergang (insbesondere den Übergang von Sauerstoff und CO2) zwischen den Gasblasen und dem Fermentierungsmedium durchgeführt. Weiterhin fanden die Druckänderungen zwischen den verschiedenen Teilen der Fermentierungsvorrichtung rechnerische Berücksichtigung.The calculations were carried out using equations for the gas transfer (in particular the Transition of oxygen and CO2) between the gas bubbles and the fermentation medium. Furthermore, the pressure changes took place between the different parts of the fermentation device computational consideration.

Die für die Gaskompression erforderliche Energie wurde unter folgenden Annahmen berechnet:The energy required for gas compression was calculated based on the following assumptions:

1. Der Druck in dem oberen Teil der Fermentierungsvorrichtung (wo die Gastrennung erfolgt) beträgt 1,5 bar absolut.1. The pressure in the upper part of the fermenter (where the gas separation takes place) is 1.5 bar absolute.

2. Der Druckverlust zwischen dem Kompressor und dem Eingang der Fermentierungsvorrichtung beträgt 1 bar.2. The pressure drop between the compressor and the inlet of the fermentation device is 1 bar.

3. Als sauerstoffhaltiges Gas wird Luft mit einem Eingangsdruck von 1 bar und einer Temperatur von 20° C verwendet Der Kompressionsvorgang ist adiabatisch (isentropisch) und hat einen Druckanstieg zur Folge, der zur Überwachung des angenommenen Verlustes von 1 bar geeignet ist. Luft wird unter dem am der Einpreßstelle (bzw. den Einpreßstellen) vorhandenen Druck eingepreßt.3. The oxygen-containing gas is air with an inlet pressure of 1 bar and a temperature of 20 ° C used The compression process is adiabatic (isentropic) and has a pressure increase result, which is suitable for monitoring the assumed loss of 1 bar. air is pressed in under the pressure present at the press-in point (or press-in points).

Diese Annahmen führen zu einer geschätzten Kompressionsarbeit, die im Hinblick auf die Wellenabgabeleistungen großer Axialkompressoren mit Zwischenkühlung zwischen zwei Stufen realistisch ist. Es wurde angenommen, daß bis zu 45% des Gases an bis zu 3 Punkten in das Fallrohr eingepreßt werden.These assumptions lead to an estimated compression work, those of large axial compressors with intercooling with regard to the shaft output power is realistic between two levels. It has been assumed that up to 45% of the gas is transported to up to 3 Points are pressed into the downpipe.

Die erhaltenen Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle dargestellt.The results obtained are shown in the table below.

Sauerstoffübergangs
geschwindigkeit
(kg O,/h · m⁴)Oxygen transfer
speed
(kg O, / h m ⁴ )

Verhältnis des
Sauerstoffübergangs
zumRatio of
Oxygen transfer
to the

Energieverbrauch
(kg CVkWh)power consumption
(kg CVkWh)

Höhe der
Fermentierungsvorrichtung
(m)height of
Fermentation device
(m)

2,7
3,0
2.7
2,5
2,3
2,1
1.92.7
3.0
2.7
2.5
2.3
2.1
1.9

20
30
40
50
60
70
8020th
30th
40
50
60
70
80

Die Berechnung der Tabelle erfolgte unter vorsichtigen Annahmen bezüglich der Stoffübergangszahl und der Durchschnittsblsscngrcße. Aus der Tabelle ist ersieht lieh, daß die Sauerstoffübergangsgeschwindigkeit mit der Höhe der Fermentierungsvorrichtung ansteigt. Die beste früher erzielte Sauerstoffübergangsgeschwindigkeit bei bekannter Fermentierungsvorrichtung betrug nach Kenntnis der Erfindung etwa 3 kg CVh · m³ des Fermentierungsmediums und wurde nur bei niedrigeren Verhältnissen des Sauerstoffübergangs zum Energieverbrauch erhalten, als sie im Rahmen der Erfindung erreicht werden können. Somit werden die den Erfindern bekannten bisherigen Ergebnisse durch die erfindungsgemäße Fermentierungsvorrichtung deutlich verbessert. Es ist ersichtlich, daß die Höhe der Fermentierungsvorrichtung für die Erzielung dieser Verbesserung wichtig ist.The calculation of the table was made with careful assumptions regarding the mass transfer number and the average flower size. It can be seen from the table that the oxygen transfer rate increases with the height of the fermenter. The best previously achieved oxygen transfer rate with known fermentation apparatus was, according to the knowledge of the invention, about 3 kg CVh · m ^{3 of} the fermentation medium and was only obtained at lower ratios of oxygen transfer to energy consumption than can be achieved within the scope of the invention. Thus, the previous results known to the inventors are significantly improved by the fermentation device according to the invention. It can be seen that the height of the fermenter is important in achieving this improvement.

Es sei darauf hingewiesen, daß eine noch höhere Sauerstoffübergangsgeschwindigkeit erzielt werden kann, wenn das sauerstoffhaltige Gas angereichert wird, indem reiner Sauerstoff oder eine Mischung von reinem Sauerstoff mit Luft verwendet wird. Diese Maßnahme stellt keine Eigentümlichkeit der Erfindung dar, kann aber leicht im Rahmen der Erfindung angewandt werden. In ähnlicher Weise kann eine Vergrößerung der Sauerstoffübergangsgesch Bindigkeit erzielt werden, indem die gesamte Fermentierungsvorrichtung als Druckgefäß gebaut wird, so daß der Druck über den Atmosphärendruck der Umgebung angehoben wird. Im Rahmen der Erfindung kann auch diese Maßnahme angewandt werden. Diese beiden bekannten Maßnahmen zur Erhöhung der Sauerstoffübergangsgeschwindigkeit insbesondere die Verwendung von reinem Sauerstoff oder die Anwendung von Überdruck in der gesamten Fermentierungsvorrichtung haben auch Nachteile, wie den Fachleuten bekannt ist Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß mit Luft als sauerstoffhaltigem Gas Sauerstoffübergangsgeschwindigkeiten, die so hoch sind„ wie in der Tabelle dargestellt, erreicht werden können, wobei ein gutes Verhältnis des Sauerstoffübergangs zum Energieverbrauch vorliegt, ohne daß die Konzentration den in dem Fermentierungsmedium gelösten CO2 auf einen hohen Wert angehoben wird.It should be noted that an even higher rate of oxygen transfer can be achieved if the oxygen-containing gas is enriched by pure oxygen or a mixture of pure oxygen with air is used. This measure does not represent a peculiarity of the invention, but can easily be applied within the scope of the invention. Similarly, an increase in the oxygen transfer rate can be achieved by the entire fermentation device is built as a pressure vessel, so that the pressure is above atmospheric pressure the environment is raised. This measure can also be used within the scope of the invention will. These two known measures to increase the rate of oxygen transfer especially the use of pure oxygen or the application of positive pressure throughout Fermentation devices also have disadvantages as known to those skilled in the art. A particular advantage of the Invention is that with air as the oxygen-containing gas, oxygen transfer rates that so are high "as shown in the table, can be achieved, with a good ratio of oxygen transfer for energy consumption is present without the concentration being dissolved in the fermentation medium CO2 is raised to a high level.

Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung beschrieben. Es zeigt:The invention is described below with reference to the accompanying drawing. It shows:

F i g. 1 eine teilweise im Schnitt gehaltene Seitenansicht einer Fermentierungsvorrichtung, bei der das Steigrohr und das Fallrohr jeweils außerhalb voneinander angeordnet sind, wobei zur Vereinfachung nur ein Steigrohr dargestellt ist;F i g. 1 is a partially sectioned side view of a fermentation apparatus in which the Riser pipe and the downpipe are each arranged outside of one another, with only one for simplification Riser is shown;

Fig.2 eine Schnittdarstellung längs der Linie x-x in F i g. 2 A durch ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Fermentierungsvorrichtung, bei der sechs Steigrohre vorgesehen sind, und die Steigrohre über die Länge der Fermentierungsvorrichtung gesehen eine konstante nutzbare Querschnittsfläche aufweisen.
F i g. 2 A eine Draufsicht auf die in F i g. 2 dargestellte Fermentierungsvorrichtung, jedoch in Gesamtausführung; FIG. 2 shows a sectional view along the line xx in FIG. 2A through an exemplary embodiment of the fermentation device according to the invention, in which six riser pipes are provided and the riser pipes have a constant usable cross-sectional area over the length of the fermentation device.
F i g. 2A is a plan view of the FIG. 2 illustrated fermentation device, but in total design;

F i g. 3 einen Schnitt längs der Linie x-x in F i g. 3 A durch ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Fermentierungsvorrichtung, bei der sechs Steigrohre vorgesehen sind, undF i g. 3 shows a section along line xx in FIG. 3 A through a further embodiment of the fermentation device according to the invention, in which six riser pipes are provided, and

F i g. 3 A eine Draufsicht auf die unterhalb der Linie y-y in F i g. 3 dargestellte Fermentierungsvorrichtung (Gesamtausführung).F i g. 3 A is a plan view of the lines below the line yy in FIG. 3 illustrated fermentation device (overall design).

Aus Gründen der Klarheit ist lediglich in Fig. 1 eine geeignete Stelle für einen Wärmeaustauscher eingezeichnet, der dazu vorgesehen ist, Fermentierungswärme abzuführen oder die für die chemische Reaktion erforderlichen Wärme abzuführen oder zuzuführen.
Die in F i g. 1 und 3 dargestellten Fermentierungsvorrichtungen weisen ein Steigrohr oder Steigrohre auf, die über ein Reduzierstück 3 verbundene zylindrische obere und untere Abschnitte 1 bzw. 2 aufweisen. Der untere Abschnitt 2 hat einen größeren Durchmesser als der obere Abschnitt 1.For the sake of clarity, only FIG. 1 shows a suitable location for a heat exchanger, which is provided to dissipate fermentation heat or to dissipate or supply the heat required for the chemical reaction.
The in F i g. Fermentation devices shown in FIGS. 1 and 3 have a riser pipe or pipes which have cylindrical upper and lower sections 1 and 2, respectively, connected via a reducer 3. The lower section 2 has a larger diameter than the upper section 1.

Die in F i g. 2 dargestellte Fermentierungsvorrichtung weist Steigrohre 4 auf, die zylindrisch gestaltet sind und eine konstante Querschnittsfläche haben.The in F i g. 2 shown fermentation device has riser pipes 4, which are cylindrical and have a constant cross-sectional area.

Das obere Ende der Steigrohre ist mit dem oberen Ende des Fallrohrs 5 jeweils über ein Verbindungsstück 6 verbunden, das, wie in Fig. 1, 2 und 3 dargestellt, waagerecht angeordnet und zylindrisch ausgebildet sein kann.The upper end of the riser pipes is connected to the upper end of the downpipe 5 via a connecting piece 6 connected, which, as shown in Fig. 1, 2 and 3, can be arranged horizontally and cylindrical can.

Das untere Ende der Steigrohre ist mit dem unteren Ende des Fallrohrs jeweils über ein Verbindungsstück 10 verbunden, das wie in Fig. 1, 2 und 3 dargestellt, zylindrisch ausgebildet sein kann.The lower end of the riser pipe is connected to the lower end of the downpipe via a connector 10 connected, which as shown in Fig. 1, 2 and 3, can be cylindrical.

in dem unteren Abschnitt der Steigrohre wird durch Sprinklerrohre 11 ein sauerstoff haltiges Gas, beispielsweise Luft, eingesprüht, was eine kontinuierliche Zirkulation der flüssigen, die Fermentierungsvorrichtung bis zur Höhe A-A füllenden Phase des Fermentierungsmediums bewirkt. Das obere Verbindungsstück 67 darf nicht vollständig mit Flüssigkeiten gefüllt werden, damit eine freie Oberfläche geschaffen wird, auf der Gasbla-In the lower section of the riser pipes, an oxygen-containing gas, for example air, is sprayed in through sprinkler pipes 11, which causes a continuous circulation of the liquid phase of the fermentation medium , which fills the fermentation device up to level AA. The upper connection piece 67 must not be completely filled with liquids, so that a free surface is created on which the gas

sen aus der Flüssigkeit entweichen und durch eine öffnung 12 abströmen können.sen escape from the liquid and through an opening 12 can flow off.

Durch ein oder mehr als ein Sprinklerrohr 13, von denen in F i g. 2 und 3 jeweils zwei dargestellt sind, wird dem Fallrohr zusätzliches Gas, beispielsweise Luft, zugeführt. Ein Fermentierungsmedium, das die für die Fermentierung wesentlichen Bestandteile enthält, tritt durch ein Rohr 14 in die Fermentierungsvorrichtung ein, und die Kultur wird durch ein Rohr 15 aus der Fermentierungsvorrichtung entfernt In den Steigrohren sind Einrichtungen zum Zerteilen der Blasen, wie etwa 16, vorgesehen. In Fig. 1 ist der Wärmeaustauscher 17 im Fallrohr 5 dargestellt, obwohl es möglich ist, den Wärmeaustauscher an jeder beliebigen Stelle in den Steigrohren oder im Fallrohr anzuorndnen. Es besteht auch die Möglichkeit, in dem Fallrohr und/oder den Steigrohren mehr als eine Einrichtung zum Wärmeaustausch anzuordnen.By one or more than one sprinkler pipe 13, of which in FIG. 2 and 3 each two are shown, is additional gas, for example air, is supplied to the downpipe. A fermentation medium that is necessary for fermentation contains essential components, enters the fermentation device through a pipe 14, and the culture is discharged through a pipe 15 from the fermentation device removed In the risers there are facilities for dividing the bubbles, such as 16, intended. In Fig. 1, the heat exchanger 17 is shown in the downpipe 5, although it is possible to use the heat exchanger to be arranged at any point in the riser or downpipe. There is also the possibility of more than one device for heat exchange in the downpipe and / or the risers to arrange.

Hierzu 3 Blatt ZeichnungenFor this purpose 3 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Process for aerobic fermentation of a substrate by microorganisms capable of are to use the substrate for growth, in which one of the substrate and the microorganisms existing fermentation medium continuously through a riser pipe and a downpipe having device can circulate, the riser having a larger cross-sectional area than that Has downpipe, the riser pipe at its lower end or in the vicinity thereof and the downpipe an oxygen-containing one Gas feeds, wherein the amount of gas fed to the downpipe is less than the amount of the gas supplied to the riser pipe, and the fermentation medium circulate through the gas supply lets, according to patent 21 35 762, characterized in that 10 to 40% of the total amount of the gas supplied to the device Downpipe are supplied and the device gas is supplied in such an amount that the liquid an average speed of at least 15 cm / s is given in the riser.

2. Fermentation device for performing the method according to claim 1 from a riser pipe and a downcomer, the riser having a larger cross-sectional area than the downcomer, and Means to keep the fermentation medium circulating continuously between the riser pipe and to allow the fall to be near the bottom or at the bottom of the riser a device is provided to supply a gas to the fermentation device and a Circulating the fermentation medium in the fermentation device to effect, and in that Downpipe facilities are provided to supply gas, according to Patent 21 35 762, characterized in that the device is arranged three to eight each outside of a single downpipe (5) and riser pipes (4) connected to this, the total usable cross-sectional area de; Riser pipe is three to eight times as large as the total usable cross-sectional area of the downpipe and the fermentation device has a height of at least 20 m.

3. Fermentation device according to claim 2, characterized in that at points in a to five different height levels are provided, devices (13) for injecting gas into the downpipe (5) is arranged.