DE2541202A1

DE2541202A1 - Fermentationsverfahren

Info

Publication number: DE2541202A1
Application number: DE19752541202
Authority: DE
Inventors: Heinz Prof Dr Ing Blenke; Wolfram Dipl Ing Dr Ing Hirner; Reinhold Dipl Ing Seipenbusch
Original assignee: Gelsenberg AG
Current assignee: Gelsenberg AG
Priority date: 1974-07-31
Filing date: 1975-09-16
Publication date: 1977-03-31

Description

Fermentationsverfahren
(Zusatz zu Patent 24 36 793) Gegenstand des Hauptpatentes 24 36 793 ist ein Verfahren zur aeroben Fermentation eines Substrates durch Mikroorganismen, bei dem an einem Ende eines Schlaufenreaktors ein Flüssigkeits/ Gasgemisch hergestellt und mittels des Strahls der eingebrachten Flüssigkeit durch den Fermenter geführt wird. Die Herstellung des Flüssigkeits/Gasgemisches erfolgt zweckmäßigerweise am unteren Ende des Reaktors; als vorteilhaft hat sich die Verwendung einer Zweistoffdüse herausgestellt. Die Flüssigkeit soll aus der Düse mit einer Geschwindigkeit von io bis loo m/s, vorzugsweise 20 bis 40 m/s austreten.
Das Einbringen des Sauerstoffs in die Fermenterbrühe ist die Grundoperation, die den größten Energie-Eintrag erfordert. Die kostengünstige Durchführung dieser Aufgabe ist daher wichtig für die Optimierung des Gesamtprozesses.
Es stellt sich die Aufgabe, den energetisch günstigsten Betriebspunkt des Fermenters zu fiden. Dieser ergibt sich als Schnittpunkt zweier-gegenläufiger Tendenzen: durch Einbringen einer großen Strahlleistung kann man eine große Phasengrenzfläche im Fermenter erzeugen und damit einen weitgehenden Sauerstoff-Umsatz erzielen, atdererseits kann man durch einen großen Luftüberschuß ein günstiges Konzentrationsgefälle zwischen Gas und Flüssigkeit ausnutzen. Die Beobachtung der Strömungsverhältnisse in einem Plexigla@modell eines Schlaufenfermenters zeigt, daß ein Strahl einer bestimmten Leistung nur ein begrenztes Gasvolumen optimal zerteilen kann. Relativ zur Strahlleistung zuviel eingeführte Luft wird vom Strahl nicht erfaßt und passiert das Scherfeld schlecht dispergiert in großen Blasen. Es wurde gefunden, daß der Gesamtenergie-Eintrag als Summe aus Strahlleistung und Begasungsleistung ein Minimum durchläuft, wenn man ein Verhältnis von Strahlleistung zu Gasdurchsatz von o,oo6 bis o,o2, insbesondere o,oio bis 0,015 kWh/m3 einhält. Mit diesem Verhältnis kann für jede gewünschte Sauerstoffübertragungsleistung ein optimales Wertepaar von Sauerstoff-Umsatz und dazu passender minimaler Strahlleistung angegeben werden.
Strahlleistung und Gasdurchsatz können, wie im ersten Zusatzpatent 25 39 502 "Verfahren und Vorrichtung zur Fermentation" vom 5. 9. 1975 zum Hauptpatent 24 36 193 gezeigt, mit mehreren, insbesondere in Strömungsrichtung nacheinander eingeführten Gas-Flüssigkeitsstrahlen eingebracht werden. Vor allem kann die zur Bewegung des Fermenterinhaltes notwendige Strahlleistung, die über das erfindungsgemäße Verhältnis von o,oo3 bis o,o2, insbesondere o,olo bis o,o15 kWh/m3 hinausgeht, durch zusätzliche Flüssigkeitsstrahlen-eingebracht werden.
Beispiel: Ein Schlaufenfermenter folgender Abmessungen äußerer Durchmesser 0,29 m Durchmesser des Innenrohres o,lY m Höhe des Einsteckrohres 5,10 m Gesamthöhe 6,90 m wurde mit 350 1 einer üblichen Nährlösung (o,65 g Mg SO4x 7 H20/l, 2,o g (NH4)2 HPO4/1, 1,15 g KCl/l, o,17 g ZnSO4/l' o,o45 g Mn SO4/1, o,o68 g FeSO4 . 7 H20/l, o,o25 g Hefeextrakt/l) gefüllt.
Die Nährlösung wurde mit dem Hefestamm Candida lipilitica CBS 2078 angeimpft; als Substrat diente ein n-Paraffin-Schnitt (C14 - C18). Je nach Verbrauch während der Fermentation wurden Substrat und Ammoniak nachdosiert; der pH -Wert wurdebei 4, die Temperatur bei 30 °C konstant gehalten.
Mit Hilfe einer Pumpe wurde kontinuierlich ein Teilstrom unten aus dem Ringraum des Fermenters abgezogen und über einen Wärmeaustauscher durch eine zentrisch angeordnete Zweistoffdüse von unten in das Strömungsleitrohr zurückgeführt. Durch diese Zweistoffdüse wird auch Luft zur Sauerstoffversorgung in den Fermenter eingebracht.
Durch Auswechseln des Düsenmundstückes wurde die mit dem Strahl eingebrachte Leistung verändert. Entsprechend der mit zunehmendem Leistungseintrag zu erwartenden verbesserten Sauerstoff-Ausnutzung wurde der Gasdurchsatz reduziert.
Die Sauerstoffausnutzung und der übertragene Sauerstoff wurden rechnerisch aus der Abgas-Analyse ermittelt. Die mit dem expandierenden Gas in den Fermenter eingebrachte Leistung (Ng) wurde rechnerisch ermittelt, wobei die Gemischhöhe unter Berücksichtigung des Gasgehaltes als Gegendruck eingeführt wurde.
Die gewonnenen Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle zusammengestellt.

Tabelle

Begasungsrate eingebrachte Sauerstoff im übertragener bezogene übertragener
# Strahlleistung Abgas Sauerstoff Strahlleistung Sauerstoff pro
N L NO2 NL/VG Gesamtenergie-
eintrag
NO2/NL+NG
Nm3/h kW Vol. % kg/h kWh kg
Nm3 kWh
38,3 0,12 17,8 1,97 0,00315 3,2
23,6 0,144 16,1 1,97 0,0061 4,4
17,2 0,176 14,2 1,95 0,0102 4,9
15,2 0,196 12,9 2,02 0,0129 5,15
13,7 0,217 12,0 2,0 0,0158 5,07
12,5 0,252 11,3 1,95 0,0201 4,7

Claims

Patentansprüche : 1. Verfahren zur aeroben Fermentation eines Substrates durch Mikroorganismen nach Patent 24 36 793, wobei in einem Schlaufenreaktor ein Flüssigkeits-Gasgemisch hergestellt und mittels des Strahls der eingebrachten Flüssigkeit durch den Fermenter geführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Strahlleistung zum Gasdurchsatz o,oo6 bis o,o2, insbesondere o,olo bis o,o15 kWh/m3 beträgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß über das Verhältnis 0,006 bis 0,02, insbesondere 0,010 bis 0,015 kWh/w3 hinausgehende Strahlleistung durch zusätzliche Flüssigkeitsstrahlen eingebracht wird.