DE2539502C2

DE2539502C2 - Vorrichtung zur Fermentation

Info

Publication number: DE2539502C2
Application number: DE2539502A
Authority: DE
Inventors: Heinz Prof. Dr.-Ing. 7261 Gechingen Blenke; Reinhold Dipl.-Ing. 4390 Gladbeck Seipenbusch
Original assignee: Chemische Werke Huels AG
Current assignee: BLENKE, HEINZ, PROF. DR.-ING., 7268 GECHINGEN, DE
Priority date: 1974-07-31
Filing date: 1975-09-05
Publication date: 1985-06-13
Also published as: DE2539502A1

Description

— mehrere nebeneinander und übereinander im Reaktor angeordnete in Strömungsrichtung weisende Zweistoff- (4) und Einstoffdüsen (13), wobei die koaxial angeordneten Düsen (13) Einstoffdüsen sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

— einen Abstand zwischen den übereinander angeordneten Düsen, der gleich dem zweifachen bis siebenfachen des Durchmessers des Leitrohres ist.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur aeroben Fermentation eines Substrates durch Mikroorganismen nach Patent 24 36 793. Die dort beschriebene Vorrichtung besteht aus einem Schlaufenreaktor mit einer in das Leitrohr gerichteten Zweistoffdüse, aus der die Flüssigkeit mit einer Geschwindigkeit von 10 bis 100 m/ s, vorzugsweise 20 bis 40 m/s austritt.

Die Erfindung bezweckt, die in DE-PS 24 36 793 beschriebene Vorrichtung an die Erfordernisse von Schlaufenreaktoren mit großem Volumen anzupassen.

Wie bei großvolumigen Schlaufenreaktoren zu beachten ist, neigen feinverteilte Gasblasen, die in der Flüssigkeit aufsteigen, mit zunehmender Höhe zum Koaleszieren. Die Koaleszenzfrequenz und die Größe der sich bildenden Blasen hängen dabei ab von den Eigenschaften des Gas/Flüssigkeitsgemisches von der Höhe der Flüssigkeitssäule und von der Bläschengröße beim Einperlen in die Flüssigkeit. Ferner läßt die Wirksamkeit eines Flüssigkeitsstrahls, der in eine quasi-stehende Flüssigkeit eingebracht wird, mit zunehmendem Abstand vom Düsenmund nach.

In der DE-OS 14 42 820 wird eine Vorrichtung zum Einbringen von Gasen in gashaltige Gärflüssigkeiten beschrieben. Die Flüssigkeit strömt ungeordnet innerhalb des Gärbottichs in nutzloser energieverbrauchender Verwirbelung. Wegen der Kopplung der angesaugten Luftmenge mit der umgewälzten Flüssigkeitsmenge ist eine energetisch optimale Fahrweise nicht möglich.

Damit stellt sich die Aufgabe, für großvolumige Schlaufenreaktoren eine geeignete Anordnung der Düsen zu finden, damit auch für diese Reaktoren die Wachstumsbedingungen für die eingesetzten Mikroorganismen optimal sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch mehrere nebeneinander und übereinander im Reaktor angeordnete in Strömungsrichtung weisende Zweistoff- und Einstoffdüsen, wobei die koaxial angeordneten Düsen (13) Einstoffdüsen smd. Der Abstand zwischen den übereinander angeordneten Düsen ist gleich dem zweifachen bis siebenfachen des Durchmessers des Leitrohres.

Durch Aufteilen des Flüssigkeitsstroines und des zu dispergierenden Gasstromes auf mehrere Düsen wird die Strömung des Reaktorinhalts verstärkt

Die Flüssigkeitsstrahlen übernehmen eine zweifache Aufgabe: einerseits die Zerteilung des Gasgemisches zur Erzeugung der erforderlichen Phasengrenzfläche für den Sauerstoffübergang zwischen dem sauerstoifhaltigen Gas und der Flüssigkeit, andererseits die Verteilung des Reaktionsgemisches durch die Umlaufströmung am das Leitrohr.

ίο Um beide Funktionen unabhängig voneinander einregeln zu können, ist es zweckmäßig, neben den Zweistoffdüsen in einer bestimmten Anordnung, z. B. im Zentrum, Einstoffdüsen vorzusehen, die die Aufgabe haben, die Umlaufströmung des Flüssigkeits/Gasgemisches um das Leitrohr zu intensivieren und damit alle Komponenten im gesamten Reaktionsraum gleichmäßig zu verteilen und zu durchmischeh. Auf diese Weise ist es möglich, die Zweistoffdüsen für das optimale Verhältnis von Strahlleistung zu dispergierendem Gasvolumen auszulegen und mit Hilfe der Einstoffdüsen die erforderliche Umwälzrate präzise einzustellen.

Die Düsen sind in einer Ebene am unteren Ende des Leitrohrer- angebracht. Ihre Wirkungsbereiche sollen den Querschnitt des Leitrohres weitgehend erfassen.

Durch die vorgeschlagene Anordnung der Düsen wird die Redispergierung der Gasblasen und eine weitere Förderung des Flüssigkeitsumlaufes erreicht.

Der Flüssigkeitsvolumenstrom durch die weiter oben angeb. achten Düsen beträgt zweckmäßigerweise das 0,5—l,5fache des an der Basis eingebrachten Volumenstromes.

Für die Dispergierung der Blasen ist die eingebrachte Strahlleistung maßgebend und für die interne Umwälzung die Reynoldszahl im Düsenaustritt. Durch entsprechende Dimensionierung und Aufteilung des Energie- und Volumeneintrags auf die in verschiedenen Höhen des Reaktors angebrachten Düsen kann der Reaktor leicht an wechselnde Betriebsbedingungen angepaßt werden.

In der Zeichnung ist eine vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Fe^rmentationsvorrichtung dargestellt, und zwar in
Fig. 1 im Längsschnitt,in
F i g. 2 im Querschnitt längs der Linien A-A der Fig. 1.

Der zylindrische Behälter ist durch das eingebaute koaxiale Leitrohr 2 in zwei Regionen unterteilt. Im Leitrohr strömt ein FIüssigkeits/Gas-Gemisch nach oben,

. während in dem Ringraum zwischen 1 und 2 die Flüssigkeit mit feineren Bläschen rezirkuliert.

Auf dem Verteiler-ing 12 in der Nähe des unteren Endes des Leitrohres sitzen, gleichmäßig auf dem Umfang verteilt, mehrere Zweistoffdüsen 4. Die Pumpe 5 zieht aus dem Reaktor einen Flüssigkeits-Teilstrom ab und fördert ihn über den Kühler 6 und Leitung 7 zum Ringverteiler 12. Aus der Leitung 3 wird über den Ringverteiler 14 den Zweistoffdüsen ein sauerstoffhaltiges Gas zugeführt, das aus dem den Flüssigkeitsstrahl der Zweistoffdüsen konzentrisch umschließenden Ringraum in das Turbulenzfeld des Flüssigkeitsstrahls geführt wird. Die Zweistoffdüsen 4 haben dabei eine doppelte Funktion, nämlich die Erzeugung von Phasengrenzfläche für den Sauerstoffübergang und die Umwälzung des Flüssigkeits/Gas-Gemisches um das koaxiale Leitrohr.

Zur Einregelung der Umwälzrate wird von der Pumpe 15 über die Leitung 16 eine zentrisch angeordnete Einstoffdüse 13 mit Flüssigkeit aus dem Reaktor beauf-

schlagt

Zur Redispergierung der Gasblasen und zur weiteren Förderung der Umwälzströmung ist weiter oberhalb in Strömungsrichtung eine weitere Düsengruppe angeordnet, bestehend aus Einstoff- und Zweistcffdüsen.

Aus der Druckleitung der Pumpe 5 wird ein Teilstrom über Leitung 19 dem Ringverteiler 18 zugeführt An das Ringrohr 18 sind in alternierender Reihenfolge Zweistoffdüsen 4 und nicht dargestellte Einstoffdüsen angeschlossen. Die Zweistoffdüsen werden mit sauerstoffhaltigem Gas über den Ringverteiler 21 versorgt dem das Gas über Leitung 20 zugeführt wird.

In dieser Düsengruppe ist zentrisch eine weitere Einstoffdüse 13 angeordnet, die — ähnlich wie Düse 13 am unteren Ende des Leitrohres — die Aufgabe hat, die Feineinstellung zu übernehmen. Sie wird von der Pumpe 15 über die Leitung 17 mit Flüssigkeit aus dem Reaktor versorgt.

Der Reaktor hat weitere nicht gezeicHete Stutzen Sür die Abführung,von Gas und Flüssigkeit und für die Zufüh^ng von frischem Nährmedium sowie gegebenenfallsvon gasförmigen Ammoniak.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur aeroben Fermentation eines Substrates in Form eines Reaktors mit koaxial angeordnetem Leitrohr, Umwälzpumpe nebst Leitungen und Zweistoffdüse nach Patent 24 36 793, g e kennzeichnet durch