DE2512956A1 - Verfahren zur nutzung von abwaerme bei biologischen fermentationsprozessen - Google Patents

Verfahren zur nutzung von abwaerme bei biologischen fermentationsprozessen

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Description

Verfahren zur Nutzung von Abwärme bei biologischen Fermentationsprozessen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Nutzung der bei biologischen Fermentationsprozessen in der Substratflüssigkeit, freiwerdenden und aus dieser abzuführenden .'Wärmemenge.
In der Biotechnik werden heute immer häufiger Fermentationen durchgeführt, welche sehr stark exotherm verlaufen und bei welchen Mikroorganismen verwendet werden, welche ihr Wachstumsoptimum bei höheren Temperaturen.haben (thermophile Stämme; 40 bis 500C). Die dabei entstehenden beachtlichen Wärmemengen werden bis jetzt durch große Kühlwassermengen ungenutzt an die Umgebung abgeführt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die freiwerdende Wärme einer möglichst weitgehenden Nutzung zugänglich zu machen.
Diese Aufgabe ist dadurch gelöst, daß das zur Abführung der freiwerdenden Wärme dienaüe Kühlmedium mittels einer Wärmepumpe auf eine erhöhte Temperatur gepumpt und dann die Wärme auf ein Heizmedium übertragen und im Rahmen des Fermentationsprozesses oder eines vorgeschalteten Prozesses genutzt wird.
509841/0865
Eine vorteilhafte Ausgestaltung dieses Verfahrens sieht vor, daß das Kühlmedium direkt durch die Substratflüssigkeit verdampft und dann durch Kompression auf eine erhöhte Temperatur gepumpt wird. Die Nutzung der nun wertvollen Wärme kann in verschiedener Weise im Rahmen der Fermentation erfolgen. So ist es zweckmäßig, mit dir temperaturerhöhten Wärme aus da: Substratflüssigkeit geerntete ßiomasse (Produkt des Fermtnationsprozesses) zu trocknen, insbes. vakuumzutrocknen, oder frische Substratflüssigkeit zu sterilisieren oder den hochgespannten Dampf des Kühlmediums in einer Antriebsturbine eines Hilfsaggregats des Fermentationsbehälters arbeitsleistend zu entspannen.
Die bei Fermentationstemperaturen zwischen 40 und 500C anfallen-
den Wärmemengen (Größenordnung: 5,5 * 10 kcal/h für ein Fermentationsbehälter- bzw. Bioreaktorarbextsvolumen von 100 m3 bei einer Produktivität 5 g/l h) werden ganz oder teilweise das Kühlmedium einer Wärmepumpe zugeführt und bei einer Leistungsziffer zwischen 4 und 5 bei einer Temperatur von 1200C für die Hilfsaggregate (Trockner, Sterilisator, Schaumabscheider, Mischwerkzeuge oder dergl. nutzbar gemacht. In erster Linie betrifft dies die Trocknung der produzierten Mikroorganismen und die Sterilisation des zugeführten Nährmediums (Substratflüssigkeit). Bei Anlagen, in welchen die Abfallprodukte aus einer Naturstoffproduktion fermentiert werden (beispielsweise Zuckerfabriken), kann ein Teil der rückgewonnenen Erngie zudem auch für den Betrieb der vorgeschalteten Produktionsanlage verwendet werden. Dies um so eher, als meist Äbfallstoffe (wie etwa Bagasse oder Erdölabfallprodukte) zur Verfügung stehen, um die für den Betrieb der Wärmepumpe nötige Energie zu gewinnen.
Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind anhand einer Zeichnung näher erläutert, deren
Fig. 1 ein Schaltungsdiagramm eines Fermenters und eine Wärmepumpe in Verbindung mit einem Trockner und
Fig. 2 einen weiteren Wärmetauscher zeigt.
509841/0865
Ein. Fermentationsbehälter 1 (Bioreaktor), der innenliegende Wärmetauscherelemente 2 zur Abfuhr der freiwerdenden Wärmemenge mittels eines Kühlmediums hat, weist mittig zwischen den Wärmetauscher-elementen 2 ein Leitrohr 3 auf, das bis an die Mischwerkzeuge 4 zur Umwälzung der Substratflüssigkeit und Einmischung der eingeleiteten Luft heranreicht. Die Mischwerkzeuge 4 sind als Pumpenlaufrad ausgebildet, das über einen Antrieb 5 mittels Elektromotor 6 angetrieben wird. Im oberen Teil des Fermentationsbehälters befindet sich ein üblicher mechanischer Schaumabscheider 7, der über ein Antriebsgetriebe 8 durch einen Elektromotor 9 angetrieben wird.
Das in den 'Wärmetauscherlementen 2 verdampfte Kühlmedium wird über eine Leitung 10 einer Wärmepumpe 16 mit einem Antriebsaggregat 17 zugeleitet. Das komprimierte und gekühlte Kühlmedium wird über eine Leitung 11 wieder zu den Wärmetauscherelementen geführt.
In der Wärmepumpe 16 wird durch das komprimierte Kühlmedium ein Heizmedium für einen Trocker 15 aufgeheizt, das diesem über die Leitung 18 zugeleitet wird und in dem es seine Wärme abgibt. Das dadurch abgekühlte Heizmedium wird über eine Leitung 19 der" Wärmepumpe 16 wieder zugeführt.
Dem Fermentationsbehälter 1 wird die geerntete Biomasse über eine Leitung 12 entnommen, in einerZentrifuge 13 konzentriert und über eine weitere Leitung 14 dem Trockner 15 zugeführt, dem das getrocknete Produkt über eine Leitung 20 entnommen wird.
Beispiel
Der aus den Wcjrmetauscherelementen 2 austretende Dampf des verdampften Kühlmediums verläßt diese über die Leitung 10 mit einer Temperatur von 25 - 300C. Es wird mittels der Wärmepumpe verflüssigt und gelangt über die Leitung 11 mit einer Temperatur von 10 - 250C zurück in die Wärmetauscherelemente, in denen es erneut verdampft.
509841/0865
Das Heizmedium des Trockners 15 wird in der Wärmepumpe 16 auf 70 - 1100C aufgeheizt und durch den Trockenvorgang auf 50 - 900C abgekühlt und der Wärmepumpe über die Leitung 19 wieder zugeführt.
Fig. 2 zeigt eine Abwandlung, bei der das Substratmedium mit Hilfe der Wärmepumpe aufgeheizt wird. Dies kann auch gleichzeitig oder unabhängig von einer Trocknung erfolgen.
Über eine leitung 21 wird durch die Wärmepumpe 16 aufgeheiztes Heizmedium einem Wärmetauscher 23 zugeleitet, von dem es nach Abkühlung über eine Leitung 22 wieder zur Wärmepumpe 16 gelangt. Dem/Wärmetauscher 23 wird über eine Leitung 25 das Substrat für den Fermentationsbehälter 1 zur Sterilisation zugeleitet. Es gelangt dann über eine Leitung 24 in den Fermentationsbehälter 1 (Bioreaktor), Die Wärmetauscherflächen und die Wärmetauscherleitung sind so bemessen, daß das Substrat vor Eintritt in den Fermenter auf die richtige Temperatur gebracht worden ist.
Ansprüche
509341/0866

Claims (5)

  1. Ansprüche
    1-. Verfahren zur Nutzung der bei biologischen Fermentationsprozessen in der Substratflüssigkeit freiwerdenden und aus dieser abzuführenden Wärmemenge, dadurch gekennzeichnet/ daß das zur Abführung der freiwerdenden .'Wärme dienende Kühlmedium mittels einer Wärmepumpe auf eine erhöte Temperatur gepumpt und dann die Wärme auf ein Heizmedium übertragen und im Rahmen des Fermentationsprozesses oder eines vorgeschalteten Prozesses genutzt wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net7 daß das Kühlmedium direkt durch die Substratflüssigkeit verdampft und dann durch Kompression auf eine erhöhte Temperatur gepumpt wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet/ daß mit der temperaturerhöhten Wärme aus der Substratflüssigkeit geerntete Biomasse getrocknet, insbes. vakuumgetrocknet wird.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß mit der temperaturerhöhten Wärme frische Substratflüssigkeit sterilisiert wird.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich net/ daß der hochgespannte Dampf des Kühlmediums in einer Antriebsturbine eines Hilfsaggregats des Fermentatxonsbehälters arbeitsleistend entspannt wird.
    $09841/086S
    1058
DE2512956A 1974-03-26 1975-03-24 Nutzung von Abwärme bei biologischen Fermentationsprozessen Expired DE2512956C2 (de)

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SE7713407L (sv) 1977-11-28
CH592139A5 (de) 1977-10-14

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