DE2644609C3 - Vorrichtung zum Durchführen einer Gärung - Google Patents

Description

Für das Durchführen von Gärungsverfahren, wie die aerobe Gärung von Mikroorganismen zur Herstellung von Ijnzellprotein, werden üblicherweise Gefäße verwendet. Die Größe dieser Gefäße hängt von der Produktionsgeschwindigkeit und anderen Variabein ab und schwankt zwischen der Größe von Laboratoriumsausrüstungen bis zu Gefäßen von einer Größe von mehreren Millionen Liter. Typischerweise wird das gesamte Gärungsverfahren in dem Gefäß ausgeführt, wobei das Verfahren die aerobe Gärung, die Zuführung des Nährstoffs und der Kohlenstoffquelle, das Einleiten Von Sauerstoff, den Fluß des Gärungsmediums und die Trennung der gasförmigen und der flüssigen Phase einschließt. Für die zuletzt angeführte Stufe wird in der Regel eine besondere Einrichtung in dem Gefäß eingebaut. Die Gärungsverfahren sind exotherm und setzen große Wärmemengen frei, die durch Wärmeaus^ tauscher entfernt werden müssen, die üblicherweise im Innern des Gefäßes singeordnet sind, aber auch auf der Außenseite des Gefäßes liegen können. Wegen der freigesetzten großen Wärmemengen müssen die Wärmeaustauscher große Oberflächen haben, um die Wärme mit einer ausreichenden Geschwindigkeit abzuführen, so daß für das Wachstum der Mikroorganismen eine geeignete Temperatur in dem Gefäß aufrecht erhalten wird. Dadurch wird die Konstruktion und der Bau der Gärungsgefäße kompliziert und ihre physikalische Größe erhöht. Wegen Anzahl der in dem Uefäß erforderlichen Komponenten ist das Säubern und Sterilisieren der Gefäße schwierig, und die Wartung der Gefäße und die Zuführung der Komponenten ist kompliziert

Aus der DE-OS 22 52 422 und den entsprechenden G¹^-PS 13 80 639 und FR-PS 22 09 837 ist ein geschlossener Röhrenapparat zur Züchtung von Mikroorganismen bekannt. Bei diesem Röhrenapparat ist ein mechanischer Schaumdämpfer vorgesehen, d<,r am Kopf eine durch einen Elektromotor angetriebene Einrichtung und einen gelochten Sammler zum Versprühen der Kulturflüssigkeit besitzt Dieser Apparat, der keine weiteren Einrichtungen zur Trennung des Gärungsmediums in Gas und Flüsigkeit hat, eignet sich wenig für Gärungsverfahren, bei denen die Reaktionsmischung weilgehend in schaumförmigem Zustand vorliegt.

Aufgabe der Erfindung ist deshalb, eine Gärungsvorrichtung einfacher Konstruktion zur Verfügung zu stellen, die mit einfachen Einrichtungen eine wirksame Trennung der schaumförmigen Reaktionsmischung in Gas und Flüssigkeit ermöglicht.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Vorrichtung zum Durchführen einer Gärung durch Einführung einer Impfkultur, eines geeigneten Nährstoffs, eines geeigneten Substrats und von Sauerstoff in eine Gärungszone, in der die Gärung durchgeführt wird, Führen von vergorenem Material aus der Gärungsznne in eine Trennzone, in der Flüssigkeit von Gas und Schaum getrennt wird und Aufarbeiten des Gärungsproduktes, wobei das in die Gärungszone eingeführte Material zusammen mit darin gebildeten Gärungsprodukten durch die Gärungszone über eine Wegstrecke geführt wird, die im wesentlichen über den größten Teil ihrer Länge horizontal ist und wobei das Volumen der Gärungszone größer als dasjenige der Trennzone ist, enthaltend

ein Hohlgefäß mit Einrichtungen zum Aufnehmen von Flüssigkeit in seinem unteren Teil und zum Entfernen von Schaum in seinem oberenTeil,
eine längliche Leitung, die außerhalb des Hohlgefäßes angeordnel ist und damit in offenendiger Verbindung an einem oberen und an einem unteren Teil diese Gefäßes steht,

eine Einrichtung zum Zuführen der Ausgangsmaterialien,

eine Einrichtung zum Fördern von Flüssigkeit aus einem unteren Teil des Gefäßes durch die längliche Leitung in einen oberen Teil des Gefäßes,

eine Einrichtung zum Einleiten von Gas in die längliche Leitung,

eine Einrichtung zum Abführen von Wärme aus der länglichen Leitung und

einem Auslaß für das Gärungsprodukt, wobei der größte Teil der länglichen Leitung im wesentlichen horizontal ist und das Volumen der Leitung größer als das Volumen des Gefäßes ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Gefäß eine oder mehrere die Aufwärtsströmung von Gas ermöglichende, die Abwärtsströmung

von Flüssigkeit von den Schalen ermöglichende und ein vorher bestimmtes Flüssigkeitsniveau auf den Schalen aufrechterhaltene Einrichtungen enthaltende Schalen besitzt.

Die Erfindung stellt eine Gärungsvorrichtung zur Verfügung, die die Verwendung eines Gefäßes von geringerer Größe und einfacherer Bauweise ermöglicht. Diese Vorrichtung ermöglicht außerdem die Verwendung von großen Oberflächen zum Wärmeaustausch für eine wirksame Entfernung der Wärme während des Gärungsverfahrens. Ein weiterer Vorteil der Vorrichtung besieht darin, daß die Mehrzahl ihrer Komponenten aus im Handel erhältlichen Materialien gebaut werden kann. Zu den weiteren Vorzügen der Gärungsvorrichtung nach der Erfindung gehört ihre verbesserte Betriebsmöglichkeit, ihre relativ horizontale Anordnung, wodurch der hydrostatische Druck im Vergleich zu den üblichen Gärungsgefäßen reduziert wird, und die einfache Bauweise und Betriebsweise dieser Vorrichtung.

Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert, die folgendem zeigt

Fig. 1 ist eine schematische Schnittansicht einer Gärungsvorrichtung und

Fig. 2 ist eine schematische Darstellung einer modifizierten Ausführungsform einer Gärungsvorrichtung.

In den Zeichnungen bedeutet die Bezugszahl 1 eine Gärungsvorrichtung in allgemeiner Weise, die ein Gefäß 2 einschließt, das eine Trennzone mit einer länglichen Leitung 3 (Reaktionszone) mit einem Eingang 4 und einem Ausgang 5 besitzt, die mit dem Inneren des Gefäßes 2 in Verbindung sieben. Die Pumpeinrichtung 7 dient zur Anregung der Strömung des flüssigen Gärungsmediums 8 durch die Leitung 3 von dem Eingang 4 zu dem Ausgang 5. Der Wärmetauscher 10 wirkt mit der Leitung 3 zur Abführung der dort durch die Gärung freigesetzten Wärme zusammen. Gegebenenfalls kann eine Trenneinrichtung 11 vt rgesehen werden, um einen Anteil des fluiden Mediums in eine Gasphase und eine flüssige Phase zu trennen. Die Einleitungseinrichtung 12 ist mit dem Rohrteil verbunden und kann zur Einführung von sauerstoffhaliigem Gas in das fluide Medium bei seiner Strömung durch die Leitung 3 dienen.

Das Gefäß 2 kann von beliebiger Au sein und kann, wie in den Figuren gezeigt wird, einen Mantelteil 14 besitzen, der einen inneren Hohlraum 15 umschließt. Am besten besteht der Mantel aus einem festen und korrosionsbeständigen Ma.erial, wie Edelstahl. Der Eingang 4 ist am günstigsten mit dem Gefäß 2 in der Nachbarschafi seines unteren Endes verbunden und die Leitung 3 erstreckt sich am besten seitlich von dem Gefäß 2, wobei ein größerer Teil der Leitung am besten horizontal angeordnet ist. Wie die Figuren zeigen, enthält die Leitung 3 gerade Teile 17, die mit Hilfe von Umkehrbogen >8 hintereinander angeschlossen sind, wobei die Anzahl der geraden Teile 17 von den für das Gärungsverfahren erforderlichen Volumen der Reaktionszone abhängt. Der Ausgang 5 ist mit dem Gefäß 2 verbunden und steht mit dessen Innerem am besten oberhalb des Eingangs 4 aus später noch näher erläuterten Gründen in Verbindung. Obwohl nur eine Leitung 3 in den Figuren gezeigt wird, ist zu beachten, daß eine beliebige Anzahl von solchen Leitungen mit dem Gefäß 2 verbunden sein kann, wenn das für die Kapazität der Gärüngsvoisfichtung erwünscht ist. Am besten besteht die Leitung 3 aus Abschnitten Von Edelstahlrohren, die von üblicher Konstruktion und Dimension sind. Das Volumen oder die Kapazität der Leitung 3 ist größer als dasjenige des Gefäßes 2.

Die Pumpeinrichtung 7 kann eine durch einen Motor angetriebene Pumpe einschließen, die in Nachbarschaft des Eingangs 4 angeordnet ist und zum Pumpen des fluiden Mediums aus dem Gefäß 2 in Leitung 3 und zur Zirkulation darin dient Es kann eine beliebige geeignete Pumpe verwendet werden; günstig sind Pumpen ohne

ίο Hohlraumbildung. Die Pumpeinrichtung 7 kann gegebenenfalls auch Pumpen 21 einschließen, die mit der Leitung 3 zusammenwirken und von denen Teile in geeigneter Weise in der Leitung 3 angeordnet sind. Die Pumpen 21 können Turbinenpumpen oder Pumpen mit gezackten Propellern sein, wobei diese Pumpen am besten eine Pumpwirkung bei hoher Scherbeanspruchung bewirken können, um die gasformige und die flüssige Phase zu Schaum zu mischen. Die Pumpen 21 sind in günstiger Weise zwischen dem Eingang 4 und dem Ausgang 5 der Leitung 3 angr rdnet, um die Pump'.virkung der Pumps 20 zu ergcnz*;n oder zu ersetzen und das fluide Medium in gleichförmig gemischtem Zustand zu halten. Wenn eine Turbinenpumpe als Pumpe 21 verwendet wird, kann sie in Nachbarschaft eines Umkehrbogens 18 angeordnet werden, indem eine Düse oder ein Abschnitt von geringerem Durchmesser stromaufwärts von der Pumpe 21 angeordnet werden kann, um das durch das Rohrteil strömende fluide Medium in dm Einlaß der Turbine für eine Verbesserung der Pumpwirkung zu lenker.

Die Wärmetauscheinrichtung 10 wirkt mst der Leitung 3 zur Entfernung der während der Gärung in der Leitung 3 freiwerdenden Wärme zusammen. Es kann eine beliebige Wärmeaustauscheinrichtung verwendet werden. In den Figuren ist ein Mantei 24 vorgesehen, der die geraden Teile 17 umgibt und einen ringförmigen Raum abgrenzt, der für den Durchfluß des Kühlmittels dient. Der Wärmeaustauscher um den geraden Teil 17 kann in einer Reihe oder parallel mit dem lest des Wärmeaustauschers durch Leitungen zwischen den Eingängen 25 und den Ausgängen 26 verbunden sein. In dem Ringraum zwischen dem Mantel und den geraden Teilen 17 können nicht gezeigte Ablenkbleche angeordnet sein, um die Strömung des Flußmittels durch den entsprechenden Wärmeaustauscher nach Wunsch zu beeinflussen.

Die Einleitungseinrichtung 12 kann von beliebiger geeigneter Art sein, vorausgesetzt, daß sie zur Einleitung von Sauerstoff in irgendeiner Form in das flüssige Medium, das durch die Leitung 3 fließt, geeignet ist. Unter »Sauerstoff« oder »sauerstoffhaltiges Gas« kann eine beliebige Form von Sauerstoff als solchem oder in Kombination mit anderen Stoffen, wie Luft oder mit Sauerstoff angereicherter Luft verstanden werden. Die Einleitungseinrichtung kann einen Kompressor 28 einschließen, der mit der Leitung 3 durch die Leitung 29 verbunden ist. die sich in das Innere der Leitung 3 erstreckt. Eine Gtjverteilungseinrichtung, wie ein poröses Teil 30 ist in geeigneter Weise in der Leitung 3 angeordnet und ist mit der Leitung 29 für die Dispergierung des Sauerstoffs in dem fluidtn Medium verbunden. Ein zweites poröses Teil31 kann eine poröse Wand in der Leitung 3 bilden und ebenfalls mit der Leitung 29 verbunden sein, wodurch weiterer Sauerstoff in das fluide Medium eingeführt wird. Am besten wird der Sauerstoff in Form von Luft oder mit Sauerstoff angereicherter Luft eingeführt, Wobei im Regelfall diese

Luft aus der Atmosphäre entnommen, filtriert und sterilisiert wird, wozu die Reinigungseinrichtung 32 verwendet werden kann, die mit dem Kompressor 28 durch die Leitung 33 verbunden ist. In Abhängigkeit von dem Sauerstoffbedarf und der Länge der Leitung 3 kann Sauerstoff an einer Vielzahl von Stellen entlang seiner Länge zwischen dem Eingang 4 und dem Ausgang 5 eingeleitet werden, wie z. B. über die Leitung 35, die das porßse Teil 36 in ähnlicher Weise mit dem Kompressor

28 verbindet, wie dies bei dem porösen Teil 30 der Fall ist. Der Sauerstoff wird am besten in kleinen Bläschen verteilt, so daß eine große Oberfläche für die Berührung mit der flüssigen Phase durch die Verteilung und durch die Wirkung der Pumpen 21 vorhanden ist. Das Verhältnis von Sauerstoff zu Flüssigkeit wird bei einem derartigen Wert gehalten, daß ein für das Wachstum der Mikroorganismen geeigneter Schaumzustand vorhanüen ist.

In die Leitung 29 kann durch die Leitung 38 durch beliebige (nicht gezeigte) Einrichtungen Sauerstoff zur Anreicherung des Sauerstoffgehaltes der Luft eingeführt werden. Durch die Leitung 39 kann durch geeignete (nicht gezeigte) Einrichtungen in die Leitung

29 ein oder mehrere Nährstoffe für das Wachstum der Mikroorganismen zur Herstellung von Einzellprotein zugeführt werden. Solche Nährstoffe schließen Ammoniak und ähnliche Verbindungen ein.

Bei den in den Figuren gezeigten Ausführungsformen der Erfindung ist das Gefäß 2 mit einer oder mehreren Schalen 41 ausgerüstet, die an dem Mantelteil 14 und im Inneren des Gefäßes 2 angeordnet sind, wobei beim Vorhandensein mehrerer Schalen diese Schalen sich am besten in verschiedenen Höhen befinden. Die Schalen

41 können von einer beliebigen geeigneten Bauart sein und besitzen in günstiger Weise eine nach oben offene, im wesentlichen flache Oberfläche 40. In den Schalen 41 sind öffnungen oder Kamine 42 vorhanden, um einen Durchgang nach oben für die Strömung des Schaums und des Gases in später noch näher beschriebener Weise zu ermöglichen. Diese Einrichtungen schließen Kanäle 42 ein. die sich an der entsprechenden Schale 41 befinden und öffnungen 42' mit den erhöhten Kanälen

42 besitzen, durch die das Abfließen des schweren fluiden Mediums nach unten durch die öffnungen verhindert wird. Jede Schale 41 besitzt fernerhin ein Abflußrohr 43, durch das das dichtere fluide Medium nach unten fließt, wenn sein Niveau die Höhe des Dammes 44 übersteigt, der die Kante des entsprechenden Abflußrohres begrenzt. Wie aus den Zeichnungen ersichtlich ist, sind die Schalen und die Abflußrohre so angeordnet, daß das Abflußrohr einer Schale oberhalb derjenigen Seite der unmittelbar darunter liegenden Schale mündet, die entfernt von dem Abflußrohr dieser Schale ist, wodurch das fluide Medium über die Schalen von einer Kante bis zu der anderen Kante und dem nächsten Abflußrohr fließt

Die Gärungsvorrichtung 1 ist am besten mit einer Trenneinrichtung ausgerüstet, die dazu dient, um den bei dem Gärungsverfahren entstandenen Schaum in eine flüssige und eine gasförmige Phase zu trennen. Anstelle dieser mechanischen Trenneinrichtung oder in Kombination damit kann auch ein chemisches Entschäumen verwendet werden. Eine Leitung 45 ist mit dem oberen Teil des Gefäßes 2 verbunden und bildet einen Fließweg zu einem zweiten Gefäß 46. Eine mechanische Schaumbrecheinrichtung 47 von beliebiger Art ist in dem Gefäß 46 vorhanden und dient dazu, um den Schaum in eine Gasphase und eine flüssige Phase zu zerteilen. Die Gasphase entweicht durch die Abgasleitung 48 und die flüssige Phase sammelt sich im unteren Teil des Gefäßes 46 an. Eine Drucksteuercinrichtung 49 kann vorgesehen werden, um den Druck im Gefäß 2 zu steuern, wozu ein Ventil 50 betätigt wird, das in der Abgasleitung angeordnet ist und den Druck auf den gewünschten Wert einstellt. Dadurch kann die Gärungsvorrichtung bei dem gewünschten Druck, entweder bei atmosphärischem oder erhöhtem Drück, betrieben werden. Für diese Einrichtungen können beliebige geeignete Drucksteuergeräte und Ventile verwendet werden. Eine Abflußleitung 51 ist mit dem unteren Teil des Gefäßes 46 verbunden und ist für die Abführung der produkthaltigen Flüssigkeit aus dem Gefäß 46 eingerichtet. Am besten ist eine Niveausleuercinrichtung mit dem Gefäß 2 verbunden, um das Niveau des flüssigen Mediums darin abzutasten und ein Ventil 53 in der Abfiuuieiiuiig 5i in Auliängigkeii vuii Niveauänueruiigen zu steuern, um die Abführung von Flüssigkeit aus dem Gefäß 46 zu kontrollieren und dadurch gleichzeitig den Flüssigkeitsstand in dem Gefäß 2 zu steuern. Dies kann auch dadurch erreicht werden, daß eine Leitung 55 einen Fließweg zwischen dem Gefäß 46 und dem Gefäß 2 herstellt, wobei diese Leitung bevorzugt eine nicht gezeig e Heberfalle enthält, so daß überschüssige Flüssigkeit in dem Gefäß 46 zu dem Gefäß 2 zurückgefüfl,. wird, um ein konstantes Flüssigkeitsvolumen darin aufrechtzuerhalten.

Die Erfindung wird noch besser verständlich durch

JO eine Beschreibung der Betriebsweise der Cürungsvorrichtung. Eine Nährstoff-Substrat-Lösung, die am besten eine wäßrige Lösung ist, wird dem Gefäß 2 durch einen Einlaß 56 zugeführt, wobei der Nährstoff typischerweise ein kohlenstoffhaltiges Material, wie Methanol, oder eine andere für das Wachstum der Mikroorganismen geeignete Substanz enthält. In das Gefäß 2 wird außerdem eine Impfkultur eines geeigneten Mikroorganismus eingeführt. Obwohl es bei einem derartigen Verfahren schwierig ist, zwischen

■io Schaum. Maische und Flüssigkeit zu unterscheiden, bestehen Unterschiede bei diesen Produkten hinsichtlich der Gasmenge, die in der flüssigen Phase dispergiert ist, wobei der Schaum den höchsten Gasgehalt, die Maische einen mittleren Gasgehalt und die Flüssigkeit den niedrigsten Gasgehalt besitzt Bei der Erfindung werden Schaum, Maische und Flüssigkeit als fluides Medium bezeichnet An dem Boden des Gefäßes 2 setzt sich Flüssigkeit ab und wird von dort kontinuierlich in die längliche Leitung 3 mit Hilfe der Pumpeinrichtung 7 gefördert. Der größte Teil der Gärung und des mikrobiellen Wachstums spielt sich in dieser Reaktionszone ab. Sauerstoff wird am besten in Form von Luft oder mit Sauerstoff angereicherter Luft in die Flüssigkeit durch die Einleitungseinrichtung 12 eingeführt Dadurch wird der erforderliche Sauerstoff für das Wachstum der Mikroorganismen zur Verfügung gestellt Die Wärmeaustauscheinrichtungen erstrecken sich stromabwärts von der Stelle der Sauerstoffeinführung und dienen zur Abführung der Wärme, die durch das mikrobielle Wachstum erzeugt wird. Wie bereits festgestellt wurde, kann eine Stickstoffquelle als Nährstoff ebenfalls durch ^ie Einleitungseinrichtung 12 zugeführt werden und eine günstige Stickstoffquelle ist eine entsprechende Base, wie Ammoniak, die gleichzeitig zur Kontrolle des pH-Wertes der Flüssigkeit bei der Gärung dienen kann. Der gemessene Wert wird von einer geeigneten pH-Steuereinrichtung 57 dazu verwendet um ein Ventil 58 für die Geschwindigkeit der

Zuführung des Ammoniaks in die Maische in dem rohrförmigen System zu steuern. Der größte Teil der Gärung spielt sich also in der Leitung 3 zwischen dem Eingang 4 und dem Ausgang 5 ab. Gärungsverfahren sind im allgemeinen exotherm und die freigesetzte Wärme wird durch die Wärmeaustauscher 10 abgeführt, um einp Temperatur aufrechtzuerhalten, die für das Wachstum der Mikroorganismen gut geeignet ist.

Bei der Durchführung der Gärung ist ein möglichst gleichförmiges Substrat erwünscht, so "daß statische Mischeinrichtungen 59, wie Mischlöcher, in der Leitung 3 angeordnet werden können, um eine gleichförmige Mischung zu erzielen. Die Pumpen 21 dienen gleichzeitig zur Förderung Her Maische durch den rohrförmigen Reaktor und zur Durchmischung der Maische. Nachdem die Gärung in der Hauptsache in der länglichen Leitung 3 stattgefunden hat, wird die Maische über den Ausgang 5 wieder in das Gefäß 2 eingeführt In diesem Gefäß ist eine oder mehrere Schalen 41 mit den bereits genannten Zusatzeinrichtungen angeordnet, um die Oberfläche der Maische >u vergrößern und die Abgabe des dispergierten Gases aus der Maische zu erleichtern. Dadurch wird die Bildung des Schaumes gefördert, der sich im oberen Teil des Gefäßes 2 sammelt und durch die Leitung 45 in die Trenneinrichtung 11 geführt wird. Durch Verwendung eines horizontal angeordneten Reaktors, d. h. der länglichen Leitung 3, kann der hydrostatische Druck in dem Gefäß 2 erniedrigt werden, wodurch auch der Dichtegradient der darin enthaltenen Maische reduziert wird. Her Schaum ist ein bevorzugtes Produkt im Gefäß 2, da dieser normalerweise eine höhere Konzentration an Proteinzellen enthält, die das überwiegend gewünschte Endprodukt diese Gärungsverfahrens ist. Aus dem Gefäß 2 kann im übrigen das Proukt auch an anderen Stellen, wie im unteren Teil des Gefäßes, abgeführt werden. Der Schaum wird in der Trenneinrichtung 11 in eine Gasphase und in eine flüssige Phase getrennt, wobei die Gasphase durch die Abgasleitung 48 abgeführt wird und die Flüssigkeit sich auf dem Boden des Gefäßes 46 ansammelt Die flüssige Phase kann durch die Abilußleitung 51 oder durch andere nicht gezeigte Einrichtungen abgeführt werden, um sie aufzuarbeiten und das Zellprodukt von der Flüssigkeit zu trennen.

Wie bereits ausgeführt wurde, kann eine Leitung 55 eine Verbindung zwischen dem Gefäß 46 und dem Gefäß 2 herstellen, um einen bestimmten Teil der im Bodenteil des Gefäßes 46 angesammelten Flüssigkeit in das Gefäß 2 für die weitere Vergärung zurückzuführen. Eine Kontrolleinrichtung 60 kann aus der Entfernung ein Ventil 61 steuern, das in der Leitung 55 angeordnet ist, um die Menge der durch die Leitung 55 fließenden Flüssigkeit zu beeinflussen. Die Kontrolleinrichtung kann so eingestellt werden, daß sie auf das Flüssigkeitsniveau im Gefäß 46 anspricht

Die Schalen 41 können von beliebiger Bauart sein. Sie besitzen Öffnungen 42', die Kanäle bilden, die Abzüge für das Entweichen von Gas und/oder Schaum nach oben darstellen. Die Maische fließt über die Schalen 41 zu einem entsprechenden Abflußrohr 43 und von dort auf die darunter befindliche Schale 41 und in gleicher Weise auf die darunter liegenden Schalen 41, wobei dadurch die Oberfläche des Schaums im Gefäß 2 erhöht wird und das Entweichen von Gas erleichtert wird und/oder die Verweilzeit des fluiden Mediums in dem Gefäß 2 verlängert wird, um das Entweichen der dispergierten Gase aus dem fluiden Medium zu ermöglichen. Zum Schluß wird die Maische von der letzten Schale 41 abgegeben und sammelt sich im unteren Teil des Gefäßes 2 als Flüssigkeit an, die dann durch die länglliche Leitung 3 zur weiteren Vergärung im Kreislauf geführt wird.

Zusätzlich zu den bereits gezeigten automatischen Steuereinrichtungen können weitere Kontrolleinrichtungen benutzt werden, wie die Steuerung durch einen Computer, der gleichzeitig mehrere Parameter der Gärungsvorrichtung und des Gärungsverfahrens

ίο steuern kann.

Fig.2 zeigt eine modifizierte Gärungsvorrichtung nach der Erfindung, bei der gleiche Nummern gleiche oder ähnliche Teile wie in Fig. 1 bezeichnen. Die Bezugszahl 63 bezeichnet eine Gärungsvorrichtung,

t5 deren Hauptunterschied gegenüber derjenigen von F i g. 1 in den Gärungsgefäßen besteht. Während die Vorrichtung von F i g. 1 die Gefäße 2 und 46 besitzt, ist in der Gärungsvorrichtung 63 von Fig.2 nur ein einziges Gefäß 64 vorhanden, das durch einen

Überlaufdamm 65 in die Teile 66 und 67 getrennt wird. Der Gefäßteil 66 entspricht dem Gefäß 2 von F i g. 1 und der Gefäßteil 67 dem Gefäß 46 von Fig. 1. In dem Gefäßteil 66 sind Schalen 41 für die Herstellung des Schaums und die Abtrennung des Gases aus der Maische vorgesehen. Bei der Schaumtrennvorrichtung 47 ist in dem Gefäßteil 67 für die Trennung des dem Überlaufdamm 65 überschreitenden Schaums in eine Gasphase und eine flüssige Phase angebracht.

Die Betriebsweise der Gärungsvorrichtung 63 ist ähnlich derjenigen der Gärungsvorrichtung 1.

Beispiel

Dieses Beispiel erläutert ein typisches wäßriges Gärverfahren in einer Vorrichtung gemäß der Erfindung. Als Mikroorganismen werden bei dieser aeroben Gärung Bakterien verwendet und als Kohlenstoff- und Energiequelle Methanol. Typische Betriebsparameter sind wie folgt:
Zellausbeute

= 0,39 kg/kg Methanol-Ausgangsstoff

Sauerstoffbedarf

= 3,0 kg 02/kg hergestellte Zellen
Zellkonzentration

= 3,0 Gew.% in der Maische, 6,0 Gew.% in ■t5 Flüssigkeit von Schaumtrennung
Verweilzeit im Reaktor

= 3 Stunden

Gärungswärme 10 000 cal/g
Gesamte Fließgeschwindigkeit des Mediums
im Rohrreaktor
= 4,9 m/sec
FlüssigkeiWGasverhältnis im Rohrreaktor

= etwa 1 vol/vol
Zufuhrdruck im Rohrrekator
= 3,1 atm

Druck im Schaumtrenner

= etwa 2,7 atm
Gärungstemperatur

= 40°C

Für eine Gärungsvorrichtung mit einer Kapazität von etwa 37 900 Liter ergeben sich aufgrund dieser Parameter folgende Bedingungen:
Geschwindigkeit des Zellwachstums
= etwa 189 kg/h
Längliche Leitung

= sechzehn Abschnitte von einer Länge von 12,2 mund einem Durchmesservon 46 cm mit Umkehrbogen zur Verbindung der geraden Abschnitte

Wärmeabführung:

Jeder Abschnitt ist mit einem Rohr von einem Durchmesser von 51 cnn umgeben und wird mit Wasser versorgt, daß eine Eimtrittstemperatur von 30°C und eine Austrittstemperatur von 33°C hat. Das Wasser wird mit einer Geschwindigkeit von 11 370 Liter/min gefördert. 4 Wärmeaustauscher sind in Reihe miteinander verbunden und bilden dadurch 4 parallele Einheiten, um eine ungefähre Geschwindigkeit, des Kühlwasser in dem Ringraum von el;wa 1,8 m zu ergeben oder um Ablenkeinrichtungen ili dem Ringraum zu bilden, um den Strömungsweg des Kühlwassers zu verlängern und alle Abschnitte parallel zu verbinden.
Gasverteilung:

Es werden etwa 399 Lilter/sec Luft bei 3,1 atm und 40°G oder 66,5 m³/min bei 1 Htm und 16°C! in den Ringreaktor eingeführt.

Schaumtrennung (Geiäü z):

Das Gefäß sollte einen Durchmesser von etwa 2,1 m und eine Höhe von etwa 3,1 m haben und 3 Schalen mit öffnungen mit Durchmessern von etwa 30 cm besitzen

und der Überlaufdamm sollte bevorzugt weniger hoch sein als 30 cm.

Gastrennung(Gefäß 46): Das Gefäß sollte einen Durchmesser von etwa 1,2 m und eine Höhe von etwa 2,7 m haben.

Kreislaufführung des flüssigen Mediums: etwa 24 nvVmin

Druckabfall über jede Länge des Rohrreaktors: etwa 52 mm Hg bei Verwendung einer Pumpe 21, die am Ende von jedem anderen Rohrabschnitt angeordnet ist. Es werden aiiio sieben Pumpen 21 verwendet. Kühlwasser:

Strömungsgeschwindigkeit 11,4 mVmin; Temperaturerhöhung des Kühlmittels vom Eingang bis zum Ausgang 2,8° C.

Energiebedarf:

Pumpen oder I.auf räder etwa 112 kW Schaumbrecher 30 kW

Luftkompressor 171 kW

313 kW

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Vorrichtung «um Durchführen einer Gärung durch Einführung einer Impfkukur, eines geeigneten Nährstoffs, eines geeigneten Substrats und von Sauerstoff in eine Gärungszone, in der die Gärung durchgeführt wird, Führen von vergorenem Material aus der Gärungszone in eine Trennzone, in der Flüssigkeit von Gas und Schaum getrennt wird und Aufarbeiten des Gärungsproduktes, wobei das in die Gärungszone eingeführte Material zusammen mit darin gebildeten Gärungsprodukten durch die Gärungszone über eine Wegstrecke geführt wird, die im wesentlichen über den größten Teil ihrer Länge horizontal ist und wobei das Volumen der Gärungszone größer als dasjenige der Trennzone ist, enthaltend

   ein Hohlgefäß mit Einrichtungen zum Aufnehmen von Flüssigkc'.i in seinem unteren Teil und zum Entfernen von Schaum in seinem oberen Teil,
   eine längliche Leitung, die außerhalb des Hohigefäßes angeordnet ist und damit in offenendiger Verbindung an einem oberen und an einem unteren Teil dieses Gefäßes steht, eine Einrichtung zum Zuführen der Ausgangsmaterialien,

   eine Einrichtung zum Fördern von Flüssigkeit aus einem unteren Teil des Gefäßes durch die längliche Leitung in einen oberen Teil des Gefäßes, eine Einrichtung zum Einleiten von Gas in die längliche Leitung.

   eine Einrichtung zum Abrühren von Wärme aus der länglichen Leitung und

   einem Auslaß für das Gärungsprodukt, wobei der größte Teil der Länglichen Leitung (3) im wesentlichen horizontal ist und das Volumen der Leitung (3) größer als das Volumen des Gefäßes (2) ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Gefäß (2) eine oder mehrere die Aufwärtsströmung von Gas ermöglichende, die Abwärtsströmung von Flüssigkeit von den Schalen ermöglichende und ein vorher bestimmtes Flüssigkeitsniveau auf den Schalen aufrechterhaltende Einrichtungen (42, 43, 44) enthaltende Schalen (41) besitzt.