DE2441427A1

DE2441427A1 - Vorrichtung zum begasen von fluessigkeiten, insbesondere zur zumischung von gasen in fluessige naehrmedien zur aeroben zuechtung von mikroorganismen

Info

Publication number: DE2441427A1
Application number: DE2441427A
Authority: DE
Inventors: Spaeter Genannt Werden Wird
Original assignee: Individual
Current assignee: Chemap AG
Priority date: 1973-08-30
Filing date: 1974-08-29
Publication date: 1975-03-06
Also published as: DE2441427B2; CH578887A5

Description

Beschreibung Vorrichtung zum Begasen von Flüssigkeiten, insbesondere zur Zumischung von Gasen in flüssige-Nährmedien zur aeroben Züchtung von Mikroorganismen.
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Betriebsverfahren hierfür zum Begasen von Flüssigkeiten, insbesondere zur Zumischung von Gasen, meist Luft, Sauerstoff und als Kohlenstoffquelle dienende Kohlenwasserstoffe, zu flüssigen Nährmedien bei der aeroben Züchtung von Mikroorganismen. Solche Vorrichtungen bestehen aus einem zylindrischen Behälter mit einem im Innern koaxial angeordneten Leitzylinder-und einem in Nähe eines Behälterendes angeordneten, als Schleuderpumpenlaufrad ausgebildetes Mischwerkzeug, das die Flüssigkeit aus dem Leitzylinder zusammen mit dem mittels Ringrohr oder Düse an die Saugseite des Laufrades herangeführte Gas ansaugt, die Flüssigkeit mit dem Gas, z. B. durch feine Öffnungen in einem das Schleuderpumpen-Laufrad umgebenden Rohr, feinst vermischt und die nun mit dem Gas vermischte Flüssigkeit zwischen Behälterwand und Leitzylinder wieder an das andere Ende des Behälters fördert, wo das Gemisch erneut durch den Leitzylinder zum Mischwerkzeug geführt wird.
In speziellen Ausführungen sind im Innern des Leitzylinders mehrere Mischwerkzeuge auf gemeinsamer Welle angeordnet und der Leitzylinder als gelochtes Leitrohr ausgebildet. Solche Ausführungen steigern die Intensität der Mischung und vergrößern die wirksame Grenzfläche zwischen Gas und Flüssigkeit. Das überschüssige und verbrauchte Gas wird an dem dem Mischwerkzeug entgegengesetzten Ende aus dem Behälter geleitet, unter Einschaltung eines rotierenden Schaumabscheiders, der die vom Gas mitgeführte Flüssigkeit in den Behälter zurückbefördert. Die üblichen Vorrichtungen der beschriebenen Art sind mit einem stehenden Behälter ausgeführt, das Mischwerkzeug ist in der Nähe des Bodens, die Gasaus>ßöffnung mit Schaumabscheider am Deckel angebracht.
Bei der Züchtung von Mikroorganismen kommt es auf eine feindisperse, gleichmäßige Vermischung des Gases mit der Nährflüssigkeit und eine anschließende Abtrennung der überschüssigen und verbrauchten Gase an.
Bei bekannten Vorrichtungen (CH-PS 472 496), bei denen Gas und Flüssigkeit mit Hilfe einer Propellerpumpe dispergiert und dadurch vermischt werden, wird die Luft an unterschiedlichen Stellen vor der Propellerpumpe zugegeben. Es sind andere Belüftungsbehälter bekannt, bei denen unterhalb des Lufteinleitungsrohres der Kesselboden so gewölbt ist, daß die Flüssigkeit in minen zylindrischen Ringraum geleitet wird, der aus einem unten und oben offenen Leitzylinder in einem Kessel und der Kesselwand gebildet wird. Der Abstand zur Außenwand beträgt vielfach einen Bruchteil des Behälterdurchmessers, wie es die CH-PS 358 195 und die DT-PS 1 100 569 zeigt. Andere Ausführungen zeigen auch Rohre mit einem Durchmesser der nur wenig kleiner ist als der Kesseldurchmesser des Fermenters, wie in der CH-PS 358 195 beschrieben. Ferner sind Vorrichtungen zur schaumfreien Ableitung von Gasen für Fermentationsbehälter nach der DT-PS 1 619 907 bekannt. Ebenfalls sind Verfahren zu den genannten Vorrichtungen beschrieben.
Nachteil der bisherigen Vorrichtungen und Verfahren ist vielfach der hohe Energiebedarf, d.h. je nach dem zu züchtenden Mikroorganismus. Ferner treten, wie in der DT-PS 1 619 907 beschrieben, unterschiedliche Geschwindigkeiten der Dispersion auf. Damit ist eine homogene Behandlung des gesamten reagierenden Systems nicht mehr gewährleistet, d.h. es können Stellen mit ungenügendem Stoffaustausch auftreten, welche die spezifische Leistung herabsetzen.
Aufgabe der Erfindung ist eine raschere und gleichmäßigere Durchmischung des Behälterinhaltes, eine Vermeidung von toten Zonen, eine bessere Ausnützung der elektrischen Antriebsenergie und damit eine Verbesserung des Wirkungsgrades der Fermentation.
Diese Aufgabe wird durch die Erfindung dadurch gelöst, daß der Behälter und der Behälterdeckel nach innen eingezogene mittige Wölbungen aufweisen, welche die Reaktionskomponenten gegenüber dem Leitzylinder reibungsverlustarm zu einer gleichmäßigen auf das ganze System gerechneten Strömungsgeschwindigkeit von mindestens 1,5 bis 6 m/sec umlenken.
Die Flüssigkeit muß auf vorgeschriebenem Wege zum Mischrotor zirkulieren, damit ein Minimum an Strömungsverlusten auftritt.
Diese Wölbungen bilden eine Art Ringkanal im ganzen Fermentersystem und sichern ein günstiges Strömungsfeld.
Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Bei der Anwendung dieser Vorrichtung kann das erstrebte Ziel dadurch erreicht werden, daß die Drehzahlen des axial fördernden Rotors und des mechanischen Schaumabscheiders sowie die Menge der Gaszufuhr derart aufeinander abgestimmt sind, daß an allen Querschnitten des Behälters etwa die gleiche Strömungsgeschwindigkeit auftritt und die Überschußgase schaumfrei durch den Schaumabscheider abgeleitet werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist anhand einer Zeichnung erläutert, deren Fig. 1 einen Vertikalschnitt und deren Fig. 2 einen Querschnitt eines Fermentationsbehälters zeigt.
Der Behälter 1 hat einen lotrechten Zylinderschuß, dessen Deckel und dessen Boden stark gewölbt und gegen die Mitte eingezogen sind und einen inneren Leitzylinder 2, der am unteren Ende durch einen Konus 3 verengt ist und in einen Zylinder kleineren Durchmessers 4 übergeht. In diesem verengten Teil ist der Rotor 5 einer Pumpe, die axial ansaugt und axial fördert angebracht. Im oberen Teil des Behälters befindet sich der Schaumabscheider 6 nahe der oberen Öffnung des Leitzylinders 2, in die er zum Teil eintaucht, mit seinem Antrieb 7. Eine Gaseinleitungsleitung 8 endet unterhalb des Rotors 5 in einer Ringleitung 9, welche mit Gasöffnungen versehen ist.
Aus Fig. 2 geht hervor, daß die Fläche 10 des Ringraumes zwischen der Wand des Behälters und dem Leitzylinder 2 gleich der Querschnittsfläche 11 des Leitzylinders 2 ist.
Die Flüssigkeit wird innerhalb des Leitzylinders 2 axial durch den Pumprotor 5 angesaugt und durch die Wölbung des Behälterbodens in den Ringraum zwischen Behälterwand und Leitzylinder 2 gefördert und durch entsprechende Wölbung des Behälterdeckels über den oberen Rand des Leitzylinders des Propellerpumprotors wieder zugeführt.
Die Luft wird durch das Ringrohr 9 der Flüssigkeit zugeleitet und'mit dieser vermischt. Es hat sich gezeigt, daß bei einer Geschwindigkeit der Flüssigkeit von 1,5 - 6 m/sec eine optimale Durchmischung erzielt wird. Die milchartige Feinstdispersion von Luft mit der Flüssigkeit, die Nährstoffe und Mikroorganismen enthält, wird dauernd in beschriebener Weise umgewälzt, wobei die beabsichtigten mikrobiologischen Umsetzungen erfolgen. Der Überschuß des zugesetzten Gases sowie die gasförmigen Reaktionsprodukte müssen laufend abgeführt werden. Hierzu dient der mechanische Schaumabscheider 6. Im Innenraum des Fermenterbehälters stellt sich ein Überdruck von ca. 0,4 atü ein. Während der Reaktion ist das gesamte Fermentervolumen mit der Dispersion ausgefüllt.
Durch die geeignete Kombination der Drehzahl von Rotor und Schaumabscheider läßt sich der Füllungsgrad in einem gegebenen Behälter steigern.
/Ansprüche

Claims

ANSPRLÜCHE 1. Vorrichtung zum Begasen von Flüssigkeiten, insbesondere i r Zumischung von Gasen in flüssige Nährmedien bei Fermentationsprozessen, welche einen koaxial zu einer zylindrischen Behälterinnenwand angeordneten Leitzylinder und in der Nähe des einen Endes des Behälters ein rotierendes Mischwerkzeug enthält, das die Flüssigkeit aus dem Leitzylinder und das zum Mischwerkzeug herangeführte Gas axial ansaugt, die Flüssigkeit und das Gas innig durchmischt und das Gemisch in den Raum zwischen Behälterinnenwand und Leitzylinder gegen das andere Ende des Behälters fördert, dadurch g e k e n n z e i c h n e t daß der Behäler er Behälterdeckel nach innen eingezogene mittige Wölbungen aufweisen, welche die Reaktionskomponenten gegenüber dem Leitzylinder (2) reibungsverlustarm zu einer gleichmäßigen auf das ganze System gerechneten Strömungsgeschwindigkeit von mindestens 1,5 bis 6 m/sec umlenken.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß der Rotor (5) als Axialturbine oder Propellerpumpenrad ausgebildet ist, welche in einem mit dem Leitzylinder (2) durch eine konische Verengung (3) verbundenen Rohrteil (4) kleineren Durchmessers angeordnet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Gaseinlaßleitung (8, 9) des zuzumischenden Gases nahe dem Rotor (5) und vorzugsweise an der Stelle der Ausgangsströmung mündet.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Breite von Umlenkeinbauten weniger als 1/100 des Innendurchmessers beträgt.
5. Verfahren zum Betrieb der Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n-z e i c h n e t , daß die Drehzahlen des axial fördernden Rotors und des mechanischen Schaumabscheiders sowie die Menge der Gaszufuhr derart aufeinander abgestimmt sind, daß an allen Querschnitten des Behälters etwa diegleiche Strömungsgeschwindigkeit auftritt und die Überschußgase schaumfrei durch den Schaumabscheider abgeleitet werden.

L e e r s e i t e