DE2441334B2 - Vorrichtung zur aeroben Züchtung von Mikroorganismen mit großer Wärmeabführung - Google Patents
Vorrichtung zur aeroben Züchtung von Mikroorganismen mit großer WärmeabführungInfo
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Description
Erfindungsgegenstand ist die im Patentanspruch angegebene Verrichtung.
Die Erfinduiig betrifft somit eine Vorrichtung zur
aeroben Züchtung von Mikroorganismen, also Bakterien, Hefen, Pilzen und Algen, bei der große
Wärmemengen abzuführen sind, bestehend aus einem,
insbesondere zylindrischen oder kugelförmigen Fermentierbehälter und einer innenliegenden Umwälzvorrichtung
mit zugehörigem, als Wärmetauscher ausgebildeten Leitrohr für Gas und Nährflüssigkeit sowie einem
innenliegenden Schaumabscheider.
Bei vielen Mikroorganismen verlaufen die Wachstums- und Stoffwechselprozesse stark exotherm, so daß
große Wärmemengen abgeführt werden müssen, um die Temperatur nicht über das <£-.-n Mikroorganismen
zuträgliche Maß ansteigen ta lassen. So werden z. B. bei
der Züchtung von Hefen für jedes V .logramm erzeugte
Hefe 3—9000 kcal frei, je nachdem, ob das Substrat aus Kohlenhydraten, Alkoholen, Säuren etc. oder aus
Kohlenwasserstoffen besteht Bei der heute angestrebten schnellen Fermentierung — insbesondere bei der
Erzeugung von Einzellerproteinen, bei welcher höchste Durchflußraten angestrebt werden —, können die bei
der Fermentierung entwickelten Wärmemengen derart groß sein, daß sehr große Kühlflächen notwendig sind,
um diese Wärmemengen abzuführen. Bei der Züchtung von Nährhefen, bei welcher heute mit Generationszeiten
von 1,5 bis 2,5 Stunden gearbeitet werden kann, müssen z. B. in einem Fermentierbehälter von 200 bis
300 mJ Nutzvolumen je nach Substrat mehrere Milliarden Kalorien stündlich abgeführt werden. Da die
Fermentiertemperaturen relativ niedrig sind, d. h. zwischen 30 und 400C liegen, und vielfach Kühlwasser nur
in beschränkten Mengen und nur mit relativ hohen Temperaturen vorhanden ist, müssen möglichst große
Kühlflächen in der Fermentiervorrichtung eingebaut werden.
Bsi Fermentiervorrichtungen, welche mit mechanischer
innerer (CH-PS 4 85847) und/oder äußerer (DE-PS 2242196) Umwälzvorrichtung versehen sind,
werden aus obigen Gründen vielfach platten- oder rohrförmige Kühler in den Fermentierbehälter zwischen
der Innenwand und einem mittigen Leitrohr der Umwälz- bzw. Mischvorrichtung eingebaut (DE-OS
2042 791 bzw. FR-OS 2061 359). Als Kühler ist meist
das mittige Leitrohr als Doppelwandrohr ausgebildet, um für die Kühlung und Umwälzung dienen zu können.
Diese Ausbildungsform gewährleistet für die oben angeführten Anwendungsfalle keine ausreichende Küh·
I tine.
Es ist eine Fermentiervorrichtung mit einem zylindrischen
Fermentierbehälter mit vertikaler Achse und über dem ganzen Querschnitt verteilten, in einem oberen und
einem unteren Rohrboden gehaltenen achsparallelen
■> Rohren bekannt (US-PS 36 81 200). Die Rohre sind auf
der Außenseite von einer Kühlflüssigkeit umströmt Die Umwälzung der Nährflüssigkeit, erfolgt durch in jedes
zweite Rohr oder jede zweite durch Mantelbleche abgeteilte Rohrgruppe unten eingeleitete Luft Lach dem
tu Mammutpumpenprinzip, das durch im Oberteil vorgesehene
Rührer für zusätzlich eingeleitete Luft unterstützt werden kann. Diese Anordnung und Ausbildung ist
kompliziert und vom energetisch und konstruktiven Standpunkt aufwendig. Die Reinigung der Vorrichtung
r. ist umständlich. Wegen der geringen Intensität der
Umwälzung ist ein im Behälter vorgesehener Schaumabscheider nicht erforderlich. Eine Schaumbildung wird
als vorteilhaft angesehen.
Aufgabe der Erfindung ist die Ausgestaltung der
Aufgabe der Erfindung ist die Ausgestaltung der
2u eingangs genannten Vorrichtung zur Abführung sehr großer Wärmemengen, die bei der aeroben Züchtung
von Mikroorganismen in einem Fermentierbehälter auftreten, in welchem die Züchtungstemperatur zwischen
300C und 400C, beispielsweise bei 350C, konstant
gehalten werden muß, bei gleichzeitig konstruktiv hinreichend einfachem Aufbau und energetisch günstiger
Betriebsweise.
Diese Aufgabe ist für die gattungsgemäße Züchtungsvorrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das
jn Leitrohr aus einem Kühlrohrbündel mit Eintritt und
Austritt für ein Kühlmittel gebildet ist oder einen Rohrbündelwärmeaustauscher aufnimmt
Es wurde also gefunden, daß das Leitrohr, durch welches die zu fermentierende Flüssigkeit gepreßt oder
Vj gesaugt wird, aus einem rohrbündelförmigen Kühlelement
bestehen soll, welches an und für sich einem Rohrbündelkühler gleicht, wie er z. B. für Eindampf anlagen
verwendet wird, oder einen Rohrbündelwärmeaustauscher aufnimmt Die erfindung« gemäße Ausbildung
hat den Vorteil, daß im Leitrohr respektive Rohrbündel die größte Geschwindigkeit herrschen kann und
demzufolge der Wärmeübergang am größten ist Die Umwälzpumpe der Umwälzvorrichtung für die Zwangsumwälzung kann unterhalb oder oberhalb des Rohrbün-
del-Leitrohrs vorgesehen sein.
Es hat sich überraschend herausgestellt, daß ohne merkliche Erhöhung des für die Umwälzung erforderlichen
Energieaufwands durch die Ausbildung des Leitrohrs als Rohrbündel-Wärmeaustauscher die für die
eingangs genannten Fermentationsprozesse erforderliche Wärmeabfuhr möglich ist, ohne daß die Umwälzung
gestört oder der Energieaufwand wegen der vielen Rohre unverhältnismäßig erhöht ist
Die Umwälzvorrichtung kann mit einer selbstansau-
Die Umwälzvorrichtung kann mit einer selbstansau-
das Gas aufweist, ausgerüstet sein.
tionsbehälters angeordneten Umwälzturbine mit einem darüber angebrachten Leitrohr vorgesehen sein, daß
dieses in der Nähe des oberen Endes eine Verengung aufweist, in welcher ein das Reaktionsgas zuführender
Körper so angebracht ist, daß die Gaszufuhröffnungen an der engsten Stelle des durch den verengten
Leitzylinder und dem Gaszuführkörper gebildeten Ringspaltes angeordnet sind und er axial verschieblich
ist
Die Erfindung ist an zwei Ausführungsbeispielen an einer Zeichnung näher erläutert, in der zeigt
Fig.] eine erfindungsgemäße Vorrichtung im Querschnitt,
Fig.2 eine zweite erfindungsgemäBe Vorrichtung
und
Fig.3 einen Querschnitt durch einen Rohrbündelwärmeaustauscher
in einem lötrohr.
Der Fermenter gemäß F i g. 1 hat in einem Behälter 1
einen Rohrbündelwärmeaustauscher aus Kühlrohren 4 in einem Leitrohr 2 und eine Umwälzvorrichtung 3 für
das G-as (Luft) und die Nährflüssigkeit Der Fermenter
ist mit einem oberen Kühlmitteleintritt 5 und einem unteren KOhlmittelaustriii 6 an den dargestellten Stellen
ausgestattet Des weiteren ist neben dem Behälter 1 ein Antriebsmotor 7 und im Oberteil des Behälters ein
mechanischer Schaumabscheider 8 vorgesehen. Eine selbstaroaugende Lufteinleitvorrichtung 9 hat ein
Venturirohr oberhalb am Ansaug 10 der Umwälzvorrichtung 3 und einen Lufteinlaßrohr 11.
Bei der Ausführungsform gemäß Fig.2 ist die selbstansaugende Lufteinleitvorrichtung 9 mit dem
■> Lufteinlaßrohr 11 in den oberen Teil des Fermenters
über dem Rohrbündelwärmeaustauscher im Luftrohr 2 verlegt
Der Rohrbündelaustauscher kann nicht nur mit Kühlwasser, sondern mit jedem anderen Kühlmittel
ίο gekühlt werden. Es hat sich außerdem gezeigt, daß der
Rohrbündelwärmeaustauscher direkt als Verdampfer
für das Kühlmedium verwendet werden kann. In diesem Fall wird beispielsweise Ammoniak oder das am
Anmeldetag unter der Handelsbezeichnung Freon
is bekannte Produkt verwendet wodurch sehr große
Wärmemengen aufgrund deren Verdampfung abgeführt werden können.
Claims (1)
1
Patentanspruch:
Patentanspruch:
Vorrichtung zur aeroben Züchtung von Mikroorganismen
mit großer Wärmeabführung, bestehend aus einem insbesondere zylindrischen oder kugelförmigen
Fermentierbehälter und einer innenliegenden Umwälzvorrichtung mit zugehörigem, als Wärmetauscher
ausgebildeten Leitrohr für Gas und Nährflüssigkeit sowie einem innenliegenden Schaumabscheider, dadurch gekennzeichnet,
daß das Leitrohr (2) aus einem KühlrohrbOndel mit Eintritt (5) und Austritt (6) für ein Kühlmittel
gebildet ist oder einen Rohrbündelwärmeaustauscher aufnimmt
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