DE2638739A1 - Vorrichtung zum mischen von fluessigkeiten in einem fermentationskessel - Google Patents

Vorrichtung zum mischen von fluessigkeiten in einem fermentationskessel

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DE2638739A1
DE2638739A1 DE19762638739 DE2638739A DE2638739A1 DE 2638739 A1 DE2638739 A1 DE 2638739A1 DE 19762638739 DE19762638739 DE 19762638739 DE 2638739 A DE2638739 A DE 2638739A DE 2638739 A1 DE2638739 A1 DE 2638739A1
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Konstantin Sotirianos
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Chemap AG
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Fadr-Ing Hans Mueller
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    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M27/00—Means for mixing, agitating or circulating fluids in the vessel
    • C12M27/02—Stirrer or mobile mixing elements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F27/00—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders
    • B01F27/55—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders with stirrers driven by the moving material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01F27/95—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders with stirrers rotating about a substantially vertical axis with stirrers having planetary motion, i.e. rotating about their own axis and about a sun axis
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    • B01F27/23—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders characterised by the orientation or disposition of the rotor axis
    • B01F27/232—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders characterised by the orientation or disposition of the rotor axis with two or more rotation axes
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Description

Vorrichtung zum Mischen von Flüssigkeiten in einem Fermentationskessel
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Mischen von Flüssigkeiten/ insbesondere zum Mischen eines begasten Mediums in einem Fermentationskessel (Bioreaktor) zur aeroben Züchtung von Mikroorganismen.
Eine Vielzahl von verschiedenen Rührertypen, wie Propeller, Turbinenrührer, Blattrührer, Ankerrührer und Vibrationsrührer,ohie und mit Stator^sind bekannt (üllmann Encyklopädie der technischen Chemie, Bd. 1, S. 223, 1972).
Die deutsche Patentschrift 1 557 185 beschreibt einen in einen Fermentationsbehälter eingebauten Multistagerührer, mit einem Leitrohr. Die begaste Flüssigkeit wird erst durch öffnungen und dann im Leitrohr hochgedrückt und strömt zwischen Leitrohr und Kesselwand nach unten.
Mit allen genannten Mischvorrichtungen muß mit relativ hohen Drehzahlen gearbeitet werden, um einen gewünschten Dispersionsgrad von Flüssigkeit mit Gas und einen guten Rühreffekt zu erzielen. Durch die hohen Drehzahlen sind die Mischer einem entsprechend hohen Verschleiß ausgesetzt.
7098H/0S40
Bei höherer Viskosität, beispielsweise ab 5 - 10 Pa.s, ist ein Homogenisiereffekt nur schwer zu erreichen. Beim Einsatz der bekannten Rührsysteme treten bei der Antibiotikaherstellung bei starkem Rühren Scherkräfte, die das Myzel zerstören, auf und wird bei schwachem Rühren nur eine zu geringe Begasung und Homogenisierung erreicht.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Mischvorrichtung, zu schaffen, die die genannten Eigenschaften nicht aufweist und darüber hinaus mit weniger Energie den gleichen Dispergiereffekt und Mischeffekt erzielt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung zum Mischen von zu begasenden Flüssigkeiten in einem Fermentationskessel bzw. Bioreaktor mit einer zentralen vertikalen Welle gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, daß etwa prallel zur Welle vertikale Rührflügel an einem oberen und unteren Mitnehmerkranz der Welle drehbar befestigt sind. Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die. Rührflügel sind vorzugsweise paarweise und diametral gegenüberliegend angeordnet. Sis können eben, gewölbt oder auch wendelartig geformt sein. ·
Die Erfindung soll anhand der Zeichnungnnäher beschrieben werden. Es zeigt:
Fig. 1 einen Schnitt durch den Reaktionskessel mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 2 einen Horizontalschnitt der Vorrichtung nach Fig. 1 längs der Linie A-A,
Fig. 3 einen ebenen Rührflügel in der Aufsicht (a).und um 90° gedreht (b),
Fig. 4 einen Querschnitt durch einen Rührflügel, und
Fig. 5 ein Diagramm zum Vergleich der Leistungsaufnahme zwischen feststehenden und rotierenden Rührflügeln.
7098U/0640 '
In einem Fermentationskessel 1 bzw. Bioreaktor mit einem Deckel 2 und einem Boden 3 ist eine zentrale Welle 4 durch ein Lager 5 im Deckel 2 und ein Lager 6 im Boden 3 geführt und durch eine Dichtung 7 abgedichtet. Die Welle 4 wird von einem Motor 9 über ein Getriebe 8 angetrieben. Auf der Welle 4 ist in deren oberem Abschnitt ein oberer Mitnehmerkranz 11 mittels einer Nabe 13 mit einer Stellschraube 15 und in derem unteren Teil ein unterer Mitnehmerkranz 12 mittels einer Nabe 14 mit einer Stellschraube 16 befestigt. Zwischen diesen sind ebene Rührflügel 10, wie sie die Figuren 3 und 4 zeigen, mittels Zapfen 17, 18 geführt und frei drehbar zwischen ihnen und parallel zur Welle 4 gelagert.
In Fig. 2 ist durch Pfeile die Drehrichtung der Welle 4 und die . sich im Betrieb durch den Widerstand des begasten Mediums einstellende entgegengesetzte Drehrichtung der Rührflügel 10 angedeutet.
Ein Gas, beispielsweise Luft, kann durch eine nicht gezeigte Leitung über den Deckel 2 des Reaktorkessels 1 an jede beliebige Stelle zum Boden des Reaktors geleitet werden und in die Flüssigkeit austreten.
Die Vorteile der erfindungsgemäßen Mischvorrichtung ergeben sich aus den. in Fig. 5 diagrammatisch dargestellten Versuchsergebnissen und sie geben den Vergleich zwischen rotierenden Rührflügeln (Kurve I) und nicht rotierenden Rührflügeln (Kurve II) wieder. Im letzteren Fall ist die Leistungsaufnahme in Abhängigkeit von der Umdrehzahl der Rührflügel höher als bei rotierenden Rührflügeln.
Die Kurve I zeigt beispielsweise bei 600 üpm der Rührwelle 4 eine Leistungsaufnahme von etwa 220 Watt; die Kurve II ergibt bei 600 üpm der Rührwelle eine Leistungsaufnahme von 400 Watt, welches einem um 45 % geringeren Stromverbrauch entspricht, wenn die Rührflügel drehbar sind. Der Mischeffekt ist vergleichbar.
709 8. U/0640
In der nachstehenden Tabelle ist ein Vergleich der Mischvorrichtung mit 2 und 4 Rührflügeln in einem 14 1 Fermentationskessel mit 11 Füllvolumenen wiedergegeben. Die Messungen wurden mit Wasser durchgeführt.
Aus der Tabelle istzu ersehen, daß bei einer Mischvorrichtung mit 4 Rührflügeln bereits eine starke Tubulenz bei 200 Upm auftritt; bei 2 Flügeln ist der Rühreffekt bei 200 Upm noch als gut zu bezeichnen. Die Leistungsaufnahme ist beispielsweise bei 200 Upm und bei 2 Rührflügeln um 50 % geringer als bei 4 Rührflügeln.
Dieprfindungsgemäße Mischvorrichtung läßt sich in .einem großen · Bereich von zu mischenden Phasen unter verschiedensten Bedingungen anwenden.
Tabelle
7098U/0640
-sr-
Rührwerk mit rotierenden Flügeln
Messungen: (Medium: Wasser =111)
a) mit 4 Flügeln
UPM . Ampere P Watt Rühreffekt
100 1,0 40 gut
200 1,4 60 sehr gut (Turbulenz
300 1,6 80 stark ·
400 2,0 100 sehr stark
500 2,8 150 sehr starke Turbulenz
600 3,5 200 sehr starke Turbulenz
700 4,5 300 sehr starke Turbulenz
b) mit 2 Flügeln
OPM . . Ampere. P Watt Rühreffekt
100 .0,7 20 schwach
200 1,0 40 gut
300 1,5 50 gut
400 2,3 90 sehr gut (Turbulenz)
500 2,6 115 sehr gut (Turbulenz)
600 ■ 2,8 150 starke Turbulenz
700 3,0 180 sehr starke Turbulenz
800 3,4 • 205 sehr starke Turbulenz
900 3,8 220 sehr starke Turbulenz
1000 4,4 300 sehr starke Turbulenz
709314/0640
Ansprüche
Leerseite

Claims (5)

ANSPRÜCHE
1. Vorrichtung zum Mischen von zu begasenden Flüssigkeiten in einem Fermentationskessel, mit einer vertikalen, rotierenden, zentralen Welle, dadurch gekennzeichnet , daß etwa parallel zur Welle vertikale Rührflügel (10) an einem oberen (11) und einem unteren Mitnehmerkranz (12) der Welle (4) drehbar befestigt sind. . . .
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß ein oder mehrere Paare von Rührflügeln (10) in den Mitnehmerkränzen (11, 12) drehbar befestigt sind. .
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Rührflügel (10) eine wendelartige Form aufweisen.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Rührflügelpaare (10) aus rostfreiem Stahl gefertigt sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Flügelpaare (10) aus Kunststoff gefertigt sind.
1058
7098U/064Q
DE19762638739 1975-09-25 1976-08-27 Vorrichtung zum mischen von fluessigkeiten in einem fermentationskessel Withdrawn DE2638739A1 (de)

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