DE2603668A1

DE2603668A1 - Fermentationsverfahren und -vorrichtung

Info

Publication number: DE2603668A1
Application number: DE19762603668
Authority: DE
Inventors: Heinz Prof Dr Ing Blenke; Reinhold Dipl Ing Seipenbusch
Original assignee: Gelsenberg AG
Current assignee: Huels AG
Priority date: 1974-07-31
Filing date: 1976-01-31
Publication date: 1977-08-04
Also published as: DE2603668C2

Description

Fermentationsverfahren und -Vorrichtung
(Zusatz zu Patent 24 36 793) Gegenstand des Hauptpatentes 24 36 793 ist ein Verfahren zur aeroben crmentation eines Substrates durch Mikroorganismen, bei dem an einem Ende eines Schlaufenreaktors ein Flüssigkeits/Grjsgemisch hergestellt und mittels des Strahles der eingebrachten Flüssigkeit durch den Fermenter geführt wird.
Die Herstellung des Flüssigkeits/Gasgemisches erfolgt zweckmässigerweise durch Eindüsen in den Innenraum des Strömungsleitrohres und zwar entweder oben abwärts gerichtet oder vorzugsweise untcn aufwärts gerichte. Als vorteilhaft hat sici die Verwendung einer Zweistoffdüse herausgestellt. Die Flüssigkeit soll aus der Düse mit einer Geschwindigkeit von lo bis loo m/s, vorzugsweise 20 bis 40 m/s austreten.
Weiterhin ist Gegenstand des Hauptpatentes eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens, die aus einem Schlaufenreaktor mit einer in das Einsteckrohr gerichteten Zweistoffdüse besteht.
Die Kulturflüssigkeit in einem Fermenter kann unter bestimmten Bedingungen gewisse Stoffe in einer Konzentration enthalten, die unter Einwirkung der eingeblasenen Luft die Bildung von Schaum verursachen. Das Auftreten von Schaum bei der Fermentation ist gefürchtet, da es zu einer unerwünschten Anreicherung von Zellmasse und gegebenenfalls von schwerlöslichem Substrat im Schaum führen kann. Bei der Fermentation äussert sich dieses in einer verminderten Produktivität, da die im Schaum angereicherten ellen dem für ihr Wachstum günstigen Milieu im Fermenter entzogen sind. Bei Einsatz eines schwerlöslichen Substrates (z.B. n-Paraffine oder Gasöl) kann als weiterer unerwünschter Effekt hinzukommen, dass die Nährlösung an C-Substrat verarmt und als Folge davon die Wachstumsgeschwindigkeit zurückgeht.
Je nach Füllgrad des Fermenters kann auch der Fall eintreten, dass Schaum mit der Abluft ausgetragen wird. Für den sicheren Betrieb eines Fermenters ist es daher wichtig, dass bei Durchlaufen von Betriebszuständen mit Schaumbildung dieser sicher abgeschieden werden kann.
Weiterhin können sich von der Strömung mitgeführte spezifisch schwere Feststoffe im unteren Teil des Fermenters absetzen, wenn dieser nicht ausreichend durchströmt wird.
Diese Ablagerungen können ebenfalls zu empfindlichen Störungen des Betriebes führen, z.B. wenn das organische Material sich zersetzt.
Es wurde gefunden, dass man diese beim Betrieb eines Schlaufenreaktors als Fermenter auftretenden Störungen auf einfache Art dadurch vermeiden kann, dass man der über die Oberkante und/oder der um die Unterkante des Strömungsleitrohres radial strömenden Flüssigkeit eine tangentiale Bewegung überlagert.
Der oben sich bildende Schaum wird - so wie er entsteht in den Ringraum zwischen Behälterwand und Strömungsleitrohr gespült, von der abwärts gerichteten Umwälzströmung erfasst und so unter den Flüssigkeitsspiegel gezogen.
Der gleiche Effekt ergibt sich auch bei umgekehrter Strömungsrichtung mit aufsteigender Strömung im Ringraum und Einziehen des Schaumes in die abwärts gerichtete Zentralströmung (Prinzip des Badewannenwirbels).
Die im unteren Teil des Reaktors erzeugte Tangentialströmung verhindert die Bildung von Totwasserzonen, indem sie den suspendierten Feststoff aufwirbelt und der aufwärts gerichteten Strömung zuführt, so dass er von dieser erfasst und mitgerissen wird ("Wirbelsturmt'Effekt). Auch dieser Effekt ergibt sich für beide Strömungsrichtungen.
Die rotierende Flüssigkeitsbewegung in Höhe der oberen und/ oder unteren Umlenkkante des Strömungsleitrohres kann dadurch bewirkt werden, dass die vertikal gerichtete Umwälzströmung um das Strömungsleitrohr durch tangential gerichtete Leitbleelle am Strömungsleitrohr und zwar bevorzugt auf der Anströmseite umgelenkt wird. Die rotierende Flüssigkeitsbewegung kann auch dadurch herbeigeführt werden, dass Flüssigkeit, z.B. im unteren Teil des Reaktors abgezogene Fermenterflüssigkeit, in Höhe der oberen und'oder unteren Umlenkkante des Strömungsleitrohres tangential in den Fermenter eingeführt wird. Schliesslich kann eie gewünschte Drallströmung dadurch bewirkt werden, dass der Treibstrahl, wie im Zusatzpatent 25 39 502 zum Hautatent 24 36 793 beschrieben,auf mehrere Flüssigkeitsdüsen aufgeteilt wird, die z.B.
auf einem Verteilerring angeordnet sind. Durch tangentiale Schrägstellung dieser aussermittig sitzenden Düsen kann ebenfalls eine rotierende Flüssigkeitsbewegung erzeugt werden. Die drei erwähnten Massnahmen können auch nebeneinander angewendet werden.
Bei der Durchführung des erfindur.gsgemäs<en Verfahrens können vorteilhafterweise auch die Nassnahmen der Zusatzpatente 25 39 502 und 25 41 202 zu vorliegendem Hauptpatent angewendet werden.
Ein erfindungsgemässer Reaktor besitzt daher Leitbleche, welche eine tangentiale Bewegung der umlaufenden Flüssigkeit bewirken und vorzugsweise am Strömungsleitrohr befestigt sind und/oder in tangentiale Richtug weisende FlUssigkeitsdüsen in Höhe der oberen und/oder unteren Umlenkkante des Strömungsleitrohres und/oder aussermittig angeordnete Treibdüsen mit tangential er Schrägstellung die sowoh von ober. nach unten als auch von unten nach oben strahlen können.
In der zugehörigen Zeichnung ist eine Ausführungsform des erfindungsgemässen Fermenters nach Weglassen der in den Beschreibungen und Zeichnungen zum Hauptpaten 24 76 793 und gegebenenfalls zum Zusatzpatent. 25 39 502 beschriebenen und gezeigten Einrichtungen dargestellt, die Mittel zur Erzeugung der Tengentialliewegung des umlaufenden Fermenterinhalts im oberen und unteren Teil des Reaktors aufweist, und zwar im Längsschnitt in Fig. , im Querschnitt längs der Linien A-A, in Fig. 2 bzw. in Fig. 4 längs der Linien B-B zeigt die Anordnung eines Leitblechs im Raume. Die Strömungsr!chtunp; des Ferrnenterinhalts ist jeweils durch Pfeile dargesblt Aus dem Schlaufenreaktor wird mit Hilfe einer Emwälzpumpe 32 Fermenterflüssigkeit abgezogen und über die Leb tung 33 einer Düsengruppe 54 zugeleitet, die aus einer Ringleitung 35 gespeist wird, die in Höhe der oberen Um lenkkante des Strömungsleitrohres 2 am Reaktoraußenmantel 1 angebracht ist. Die Düsen 34 sind im Beispiel getaucht angebracht, sie können sich aber auch oberhalb des Flüssigkeitsspiegels befinden und die Flüssigkeitsstrahlen - ggf.
über duschenartige Düsen - auf die Oberfläche richten.
Diese Gruppe besteht an sich aus einer beliebigen Anzahl, im Beispiel aus vier Einstoffdüsen 34, die in gleichem Bogenmass-Abstand voneinander entfernt auf den Umfang verteilt sind. Die Dosen sind so ausgerichtet, dass die Flüssigkeit überwiegend tangential in den Ringraum austritt. Die Düsenbohrungen sind so bemessen, dass eine Rotation ;bewegung erzeugt wird, wobei durch Regelung des Strahlimpulses die Geschwindigkeit der Rotation an die jeweils erforderliche Abscheideleistung angepasst werden kann.
Zusätzlich sind am Strömungsleitrohr 2 sowie ggfs. an einem in dessen Inneren befindlichen Trägerring 38 Leitbleche 36 angebracht, die dem umlaufenden Fermenterinhalt eine Tangentialbeschleunigung im gleichen Sinn erteilen wie die durch die Düsen 34 eingeführten Flüssigkeitsstrahlen.
Schlie!3licii wird die Rot.ationsbewegurlg der im Strömungsleitrohr. 2 aufwärts gerichteten Strömung dadurch unterstützt;, daß im unteren Teil des Fermenters die FlüssigkeitstreibdUsen 37 auf dem Ringverteiler 12 außermittig-derart angeordnet sind, daß sie tangential zum Ringverteiler 12 schräg nach oben strahlen.
L e e r s e i t e

Claims

I'atentanspriiche (g Verfahren zur aeroben Fermentation eines Substrats durch Mikroorganismen nach Patent 24 36 793, wobei in einem Schlaufenreaktor ein Flüssigkeits-Gasgemisch hergestellt und mittels eines injizierten Elüssigkeitsstrahls durch den Fermenter geführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die radiale Strömung um die obere und/oder untere limlenkkante des Strömungsleitrohres durch eine tangentiale Bewegung überlagert wird.
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch in tangentiale Richtung weisende Flüssigkeitsdüsen (34), in Höhe der oberen und/oder unteren Umlenkkante des Strömungsleitrohres (2).
3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Leitbleche (36) in Höhe der oberen und/oder unteren Umlenkkante des Strömungsleitrohres 6
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, durch außermittig und mit tangentialer Schrägstellung angeordnete Düsen (37).