DE2603668C2

DE2603668C2 - Vorrichtung zur aeroben Fermentation

Info

Publication number: DE2603668C2
Application number: DE2603668A
Authority: DE
Inventors: Heinz Prof. Dr.-Ing. 7261 Gechingen Blenke; Reinhold Dipl.-Ing. 4390 Gladbeck Seipenbusch
Original assignee: Huels AG
Current assignee: Huels AG
Priority date: 1974-07-31
Filing date: 1976-01-31
Publication date: 1985-11-07
Also published as: DE2603668A1

Abstract

Gegenstand des Hauptpatentes 2436793 ist ein Verfahren zur aeroben Fermentation eines Substrates durch Mikroorganismen, bei dem an einem Ende eines Schlaufenreaktors ein Fluessigkeits/Gasgemisch hergestellt und mittels des Strahles der eingebrachten Fluessigkeit durch den Fermenter gefuehrt wird. Die Kulturfluessigkeit 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 gefuerchtet, da es zu einer unerwuenschten Anreicherung von Zellmasse und ggf. von schwerloeslichem Substrat im Schaum fuehren kann. Fuer den sicheren Betrieb eines Fermenters ist es daher wichtig, dass bei Durchlaufen von Betriebszustaenden mit Schaumbildung dieser sicher abgeschieden werden kann. Weiterhin koennen sich von der Stroemung mitgefuehrte spezifisch schwere Feststoffe im unteren Teil des Fermenters absetzen, wenn dieser nicht ausreichend durchstroemt wird und zu empfindlichen Stoerungen des Betriebes fuehren, z. B. wenn das organische Material sich zersetzt. Es wurde gefunden, dass man diese beim Betrieb eines Schlaufenreaktors als Fermenter auftretenden Stoerungen auf einfache Art dadurch vermeiden kann, dass man der ueber die Oberkante und/oder der um die Unterkante des Stroemungsleitrohres radial stroemenden Fluessigkeit eine tangentiale Bewegung ueberlagert. Ein erfindungsgemaesser Reaktor besitzt Leitblec...U.S.W

Description

Gegenstand des Hauptpatentes 24 36 793 ist eine Vorrichtung zur aeroben Fermentation eines Substrates durch Mikroorganismen, die aus einem Schlaufenreaktor und einer in das Leitrohr gerichteten Zweistoffdüse besteht Mit der Zweistoffdüse wird ein Flüssigkeits/ Gasgemisch hergestellt und mittels des Strahles der eingebrachten Flüssigkeit durch den Fermenter geführt Das Flüssigkeits/Gasgemisch wird zweckmäßigerweise in den Innenraum des Leitrohres eingedüst und zwar entweder oben abwärts gerichtet oder vorzugsweise unten aufwärts gerichtet Die Flüssigkeit soll aus der Zweistoffdüse -mit einer Geschwindigkeit von 10 bis 100 m/s, vorzugsweise 20 bis 40 m/s, austreten.

Die Kulturflüssigkeit in einem Fe, menter 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 Zellen dem für ihr da die im Schaum angereicherten Zellen dem für ihr Wachstum günstigen Milieu im Fermenter entzogen sind. Bei Einsatz eines schwerlöslichen Substrates (z. B. η-Paraffine oder Gasöl) kann als weiterer unerwünschter Effekt hinzukommen, daß die Nährlösung an kohlenstoffhaltigem 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 beseitigt 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.

Damit stellt sich die Aufgabe, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der man den in einem Schlaufenreaktor mit in der Achse des Leitrohres angeordneter Zweistoffdüse entstehenden Schaum ohne Beeinträchtigung der Fermentation zuverlässig beseitigen kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch in tangentiale Richtung weisende aus einer Ringleitung gespeiste Einstoffdüsen, die in Höhe des oberen und/ oder unteren Endes des Leitrohres angebracht sind. Zusätzlich können in der Höhe des oberen Endes des Leitrohres Leitbleche vorhanden sein, die an einem in dessen Inneren befindlichen Trägerring angebracht sind.

Die Leitbleche können auch am Leitrohr befestigt sein. Ferner können außermittig angeordnete Einstoffdüsen mit tangentialer Schrägstellung, die sowohl von ίο oben nach unten als auch von unten nach oben strahlen, vorhanden sein.

Die erwähnten Maßnahmen können auch nebeneinander angewendet werden.

Beim Einsatz der errindungsgemäßen Verrichtung ."cönnen vorteilhafterweise auch die Maßnahmen des Zusatzpatentes 25 39 502 zum o. g. Hauptpatent angewendet werden.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ivird der über die Oberkante und/oder der um die Unterkante des Leitrohres radial strömenden Flüssigkeit eine tangentiale Bewegung überlagert

Der oben sich bildende Schaum wird - so wie er entsteht - in den Ringraum zwischen Behälterwand und Leitrohr gespült, von der abwärts gerichteten Um-Wälzströmung erfaßt und so unter den Flüssigkeitsspiegel gezogen. Der gleiche Effekt ergib» sich auch bei umgekehrter Ströicungsrichtung 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 Tetwasserzonen, indem sie den suspendierten Feststoff aufwirbelt und der aufwärts gerichteten Strömung zuführt, so daß er von dieser erfaßt und mitgerissen wird (»Wirbelsturm«-Effekt). Auch dieser Effekt ergibt sich für beide Strömungsrichtungen.

In der F i g. 1 ist eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fermenters aich W.;.£ lassen der in den Beschreibungen und Zeichnungen zum Hauptpatent 24 36 793 und zum Zusatzpatent 25 39 502 beschriebenen und gezeigten Einrichtungen im Längsschnitt dargestellt Diese Ausführung weist Mittel zur Erzeugung der Tangentialbewegung des umlaufenden Fermenterinhalts im oberen und unteren Teil des Reaktors auf. Einen Querschnitt längs der Linien Α-Λ zeigt die F i g. 2 und längs der Linien B-B die F i g. 4. Die räumliche Form und Anordnung eines Leitblechs zeigt F i g. 3. Die Strömungsrichtung des Fermenterii halts 1st jeweils durch Pfeile dargestellt

Aus dem Schlaufenreaktor wird mit Hilfe einer Umwälzpumpe 32 Fermenterflüssigkeit abgezogen und über die Leitung 33 einer Einstoffdüsengruppe 34 zugeleitet, die aus einer Ringleitung 35 gespeist wird, die in Höhe der oberen Umlenkkante des Leitrohres 2 am Reaktoraußenmantel 1 angebracht ist. Die Einsloffdüsen 34 sind im Beispiel getaucht angebracht, sie können sich aber auch oberhalb des Flüssigkeitsspiegel befinden und die Flüssigkeitsstrahlen - ggf. über duschenartige Düsen — auf die Oberfläche richten. Diese Einstoffdüsengruppe besteht an sich aus einer beliebigen Anzahl - in F i g. 2 aus vier - Einstoffdüsen 34, die in gleichem Bogenmaß-Abstand voneinander entfernt auf dem Umfang verteilt sind. Die Einstoffdüsen sind so ausgerichtet, daß die Flüssigkeit überwiegend tangential in den Ringraum austritt. Die Düsenbohrungen sind so bemessen, daß eine Rotationsbewegung erzeugt wird, wobei durch Regelung des Strahlimpulses die Ge-

schwindigkeit der Rotation an die jeweils erforderliche Leistung zur Beseitigung des Schaumes angepaßt werden kann.

Zusätzlich sind am Leitrohr 2 sowie ggf. 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 Einstoffdüsen 34 eingeführten Flüssigkeitsstrahlen.

Schließlich wird die Rotationsbewegung der im Leitrohr 2 aufwärts gerichteten Strömung dadurch unterstützt, daß im unteren Teil des Fermenters die Einstoffdüsen 37, die aus Leitung 7 (und Pumpe 5) beschickt werden, auf der Ringleitun^ 12 außermittig und tangential zur Ringleitung 12 schräg nach oben gerichtet angeordnet sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur aeroben Fermentation eines Substrates durch Mikroorganismen in Form eines Reaktors mit koaxial angeordnetem Leitrohr, Umwälzpumpe und in der Achse des Leitrohres angeordneter Zweistoffdüse nach Hauptpatent 24 36 793, gekennzeichnet durch in tangentiale Richtung weisende aus einer Ringleitung gespeiste Ein-

^? stoffdüsen (34,37), die in Höhe des oberen und/oder unteren Endes des Leitrohres (2) angebracht sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zusätzliche Leitbleche (36), die in der Höhe des oberen Endes des Leitrohres (2) an einem in dessen Inneren befindlichen Trägerring (38) angebracht sind.