DE2441334C3 - Vorrichtung zur aeroben Züchtung von Mikroorganismen mit großer Wärmeabführung - Google Patents

Description

Eifindungsgegenstand ist die im Patentanspruch angegebene Vorrichtung.

Die Erfindung 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 den Mikroorganismen zuträgliche Maß ansteigen zu lassen. So werden z. B. bei der Züchtung von Hefen für jedes Kilogramm 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 m³ 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.

Bei Fermentiervorrichtungen, welche mit mechanischer innerer (CH-PS 4 85 847) und/oder äußerer (DE-PS 22 42 196) Umwälzvorrichtung versehen sind, werden aus obigen Gründen vielfach platten- oder rohrförmige Kühler ii. den Fermentierbehälter zwischen der Innenwand und einem mittigen Leitrohr der Umwälz- bzw. Mischvorrichtung eingebaut (DE-OS 20 42 791 bzw. FR-OS 20 61 359). 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 Anwendungsfälle keine ausreichende Kühlung.

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 nach dem

ι ο 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

i> 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

in 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

3() 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

J· gesaugt wird, aus einem rohrbündelförmigen Kühlelement bestehen soll, welches an und für sich einem Rohrbündelkühler gleicht, wie er z. B. für Eindampfanlagen verwendet wird, oder einen Rohrbündelwärmeaustauscher aufnimmt. Die erfindungsgemäße Ausbildung

ίο 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-Wärmeaustiuscher die für die

^r>" 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-

^r>^r> genden Gaseinleitvorrichtung mit einer venturiartigen Verengung an der Ansaugstelle des geschlossenen Umwälzkreiselpumpenrads, die Ansaugöffnungen für das Gas aufweist, ausgerüstet sein.

Ferner kann bei einer im Unterteil eines Fermenta-

f>o 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 Gaszuführöffnungen

M 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

F i g. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung im Querschnitt,

Fig.2 eine zweite erfindungsgemäße Vorrichtung

Fig.3 einen Querschnitt durch einen Rohrbündelwärmeaustauscher in einem Leitrohr.

Der Fermenter gemäß F i g. 1 hat in einem Behälter 1 einen Rohrbündelwärmeaustauscher aus ICühlrohren 4 in einem Leitrohr 2 und eine Umwälzvorrichtung 3 für das Gas (^uft) und die Nährflüssigkeit. Der Fermenter ist mit einem oberen Kühlmitteleintritt 5 und einem unteren Kühlmittelaustritt 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 selbstansaugende 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 Rohrbündelwärmeaus'.auscher im Luftrohr 2 verlegt.

Der Rohrbündelaustauscher kann nicht nur mit Kühlwasser, sondern mit jedem anderen Kühlmittel 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 bekannte Produkt verwendet, wodurch sehr große Wärmemengen aufgrund deren Verdampfung abgeführt werden können.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. 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 Kühlrohrbündel mit Eintritt (5) und Austritt (6) für ein Kühlmittel gebildet ist oder einen Rohrbündelwärmeaustauscher aufnimmt.