DE2441427B2 - Vorrichtung zur zumischung von gasen in fluessige naehrmedien zur aeroben zuechtung von mikrooragnismen - Google Patents

Description

Durch diese neue Ausbildung wird überraschend erreicht, daß sich der Füllungsgrad in einem gegebenen Behälter steigern und die Ausnutzung der elektrischen Antriebsenergie verbessern läßt. Es hat sich gezeigt, daß der Gewinn an Wirkungsgrad nicht nur darauf zurückzuführen ist, daß durch die störungsfreiere, gleichmäßigere Umlenkung der aufsteigenden Dispersion unter dem Behälterdeckel Strömungsverluste vermieden werden, sondern überraschend darauf, daß der Schaumabscheider teilweise die Funktion eines zweiten Rühr- oder Umwälzorgans übernimmt, welches für die Umlenkung der im äußeren Ringraum, d. h. außerhalb des Leitzylinders aufsteigenden Dispersion, verantwortlich ist. Diese vorteilhafte Wirkung wird nur dann ganz erreicht, wenn die Reaktionskomponenten, d. h. das Gas-Flüssigkeits-Substratgemisch, gegenüber dem Leitzylinder in einer gleichmäßigen Strömungsgeschwindigkeit umgelenkt werden, die Strömungsgeschwindigkeit also innerhalb und außerhalb des Leitzylinders etwa die gleiche ist. Dazu werden die Drehzahlen des axial fördernden Rotors und des mechanischen Schaumabscheiders sowie die Menge der Gaszufuhr entsprechend aufeinander abgestimmt.

Ein nicht vorhersehbarer Vorteil der neuen Vorrichtung ist es, daß sich eine 30%ige Vergrößerung des Behältervolumens bei sonst gleichem Einrichtungsaufwand für die Einbauten, die Pumpe und den Schaumabscheider erreichen läßt, was zu einem besseren Ausnutzungsgrad führt. Überraschend hat sich auch gezeigt, daß die elektrische Antriebsenergie, die für die beiden Antriebsmotoren der Pumpe und des Schaumabscheiders erforderlich sind, bei doppelter Leistung nicht etwa doppelt so groß sein müssen. Nur 145% der bisherigen Kosten bei Verwendung von zwei Behältern betragen die Kosten der Leistungsverdoppelung.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist an Hand einer Zeichnung erläutert, deren

F i g. 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 innerer. Leit2ylinder 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.

ίο mit seinem Antrieb 7. Eine Gaseinleitungsieitung 8 endet unterhalb des Rotors 5 in einer Rmgleitung 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 zwisehen Behälterwand und Leitzylinder 2 gefördert und durch entsprechende Wölbung des Behälterdeckels über den oberen Rand des Leitzylinders des Pnpellerpumpmotors 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.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Vorrichtung zur Zumischung von Gasen in flüssige Nährmedien zur aeroben Züchtung von Mikroorganismen mit einem lotrechten Zylinderschuß, dessen Boden stark gewölbt und gegen die Mitte eingezogen ist, mit einem inneren, am unteren Ende durch einen Konus verengten und in einen Zylinder kleineren Durchmessers übergehenden Leitzylinder, mit einem in dessen verengten Teil angeordneten Rotor einer axial ansaugenden und axial fördernden Pumpe, mit einem sich im oberen Teil des Fermentaiionsbehälters nahe der oberen öffnung des Leitzylinders mit seinem Antrieb befindenden Schaumabscheider, wobei der Schaumabscheider zum Teil in die obere öffnung des Leitzylinders eintauchend angeordnet ist, und mit einer unterhalb des Rotors in einer mit Gasöffnungen versehenen Ringleitung endenden Gaseinleitungsleitung und bei dem die Fläche des Ringraumes zwischen der Wand des Zylinderschusses und dem Leitzylinder gleich der Querschnittsfläche des Leitzylinders ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel des Fermentationsbehälters stark gewölbt und gegen die Mitte eingezogen isu

   Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Zumischung von Gasen, meist Luft, Sauerstoff und als Kohlenstoffquelle dienenden Kohlenwasserstoffen, in flüssige Nährmedien zur aeroben Züchtung von Mikroorganismen.

   Solche Vorrichtungen, die auch als Fermentationsbehälter bezeichnet werden, bestehen vielfach aus einem 7y|inderschuß mit einem im innerer; Inneren koaxial angeordneten Leitzylinder und einem im Bereich des unteren Endes des Leitzylinders angeordneten, als Schleuderpumpenlaufrad ausgebildetes Mischwerkzeug, das die Flüssigkeit aus dem Leitzylinder zusammen mit dem mittels eines Ringrohrs oder einer Düse an die Saugseite des Pumpenmotors herangeführten Gas ansaugt, die Flüssigkeit mit dem Gas, z. B. durch feine öffnungen in einem den Pumpenrotor 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 Misch werkzeuge auf gemeinsamer Welle angeordnet und der Leitzylinder als gelochtes Leitrohr ausgebildet. Der Leitzylinder kann auch am einen Ende durch einen Konus verengt seiii, der gegebenenfalls in einen Zylinder kleineren Durchmessers übergeht, wobei in dem verengten Teil des Leitzylinders oder unmittelbar vor diesem der Pumpenrotor einer axial ansaugenden und axial fördernden Pumpe angebracht ist. Solche Maßnahmen 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 über einen rotierenden Schaumabscheider, der die vom Gas mitgeführle Flüssigkeit in den Behälter zurückbefördert, abgezogen. Die üblichen Fermentationsbehälter der beschriebenen Art sind mit einem lotrechten Behälter ausgeführt, das Mischwerkzeug ist in der Nähe des Behälterbodens, die Gasauslaßöffnung mit dom Schaumabscheider am Behälterdeckel angebracht.

   S Bei der Züchtung von Mikroorganismen kommt es auf eine feindisperse, gleichmäßige Vermischung des Gases mit der Nährflüssigkeit und eine anschließende gute Abtrennung der überschüssigen und verbrauchten Gase an.

   Bei bekannten Fermentationsbehäitern (CH-PS 4 72 496), bei denen Gas und Flüssigkeit mit Hilfe einer Propellerpumpe dispergiert und dadurch vermischt werden, wird die Luft an unterschiedlichen Stellen vor der Propellerpumpe in den Leitzylinder zugegeben. Der

   Boden des Behälters unterhalb dessen lotrechten Zylinderschusses ist gegen die Mitte stark eingezogen, so daß die axial aus dem Leitzylinder angesaugte Flüssigkeit gut in den zylindrischen Ringraum zwischen Behälter- und Zylinderwand umgelenkt wird. Der Abstand zur Außenwand beträgt vielfach nur einen kleinen Bruchteil des Behälterdurchmessers (CH-PS 3 58 195). Andere Ausführungen haben Leitzylinder mit einem Durchmesser, der nur wenig kleiner ist als der Durchmesser des Zylinderschusses des Fermentations-

   J₅ behälters (CH-PS 3 58 195. DT-PS 11 OO 569).

   Vorrichtungen zur schaumfreien Ableitung von Gasen für Fermentationsbehälter sind in verschiedenen Ausführungsformen bekannt (z. B. DT-PS 16 19 907).
   Nachteil der bekannten Fermentationsbehälter mit guter spezifischer Leistung ist vielfach der hohe Energiebedarf (je nach dem zu züchtenden Mikroorganismus). Ferner treten, wie in der DT-PS 16 19 907 beschrieben, unteischiedliche Geschwindigkeiten der Dispersion auf, die eine homogene Behandlung des

   3S gesamten reagierenden Systems nicht gewährleistet. Fermentationsbehälter ohne Schaumabscheider lassen nur geringe Füllungsgrade bis etwa 60% bei stark aeroben Verfahren zu, so daß die Energieausnutzung niedrig ist. Es gibt Fermentationsprozesse, bei denen die Schaumbildung keine Schwierigkeiten bereitet, da sich darin ein guter Gasaustausch abspielen kann. Man kommt daher tatsächlich in vielen Fällen ohne mechanischen Schaumabscheider aus. Erst im Extremfall sich ausbildende stehende Schaumkronen wirken sich verfahrenstechnisch ungünstig aus. Die darin haftenden Zellen nehmen nur ungenügend am Metabolismus teil. Schaumabscheider werden nun vornehmlich angewendet, um auf oft störend wirkende Antischaummittel verzichten zu können.

   Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine bessere Ausnutzung der elektrischen Antriebsenergie und eine gleichmäßigere Durchmischung des Behälterinhaltes zu erzielen und damit eine Verbesserung des Wirkungsgrades der aeroben Züchtung der Mikroorganismen.

   Diese Aufgabe löst die im Patentanspruch angegebene Vorrichtung.

   Ohne zusätzliche Einbauten gelingt eine weitgehend verlustfreie Strömungsführung. Auch bei sehr hohem Füllungsgrad kann eine gute Schaumubscheidung bzw. schaumfreie Ableitung der Überschußgase erreicht werden. Tote Zonen im Behälter, in denen sich stehende Schaumnester bilden können, sind vermieden.

   Diese Wölbungen bilden eine Art Ringkanal im ganzen Fermentersysteni und sichern ein günstiges Strömungsfeld, bei dem die Strömungsgeschwindigkeit innerhalb und außerhalb des Leitzylinders etwa gleich ist.