DE3239210C2

DE3239210C2 -

Info

Publication number: DE3239210C2
Application number: DE19823239210
Authority: DE
Inventors: Stuart Raymond Leslie Smith; Frank Peter Maslen; Malcolm Ritchie Stockton-On-Tees Cleveland Gb Gibson
Original assignee: Imperial Chemical Industries Ltd
Current assignee: Marlow Foods Ltd
Priority date: 1981-10-23
Filing date: 1982-10-22
Publication date: 1991-01-31
Also published as: DE3239210A1; JPH0256070B2; SU1440352A3; FR2515206A1; FR2515206B1; JPS58155079A

Description

Die Erfindung betrifft einen Fermenter für die kontinuierliche Umwälzung und Belüftung einer wachsenden Kultur gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.The invention relates to a fermenter for continuous Circulation and ventilation of a growing culture according to the generic term of claim 1.

Die erfolgreiche großtechnische Nutzung einer Anzahl der innerhalb der letzten zwei Jahrzehnte entwickelten Fermentationsverfahren und insbesondere von Verfahren zur Herstellung von Einzellerprotein macht einen Großbetrieb und die Anwendung von Fermentern mit erhöhtem Fassungsvermögen erforderlich. Es hat sich erwiesen, daß es für die Herstellung von Fermentern mit einer geeigneten Größe nicht möglich ist, einfach den Maßstab von Fermentern üblicher, kleiner dimensionierter Bauweise zu vergrößern, weil die Entwicklung der großen Fermenter zu vielen unterwarteten Problemen führte. Die Lösung dieser Probleme erfordert bedeutende Veränderungen in der Bauweise der Fermenter. Die Entwicklung eines großen Fermenters mit einer geeigneten Kombination von Merkmalen, die eine zufriedenstellende Steuerung der Fermentation ermöglicht, ist von entscheidender Bedeutung für die Entwicklung eines erfolgreichen Verfahrens zur Herstellung von Einzellerprotein.Successful industrial use of a number of within fermentation processes developed over the past two decades and in particular methods for the production of single-cell protein makes a big business and the use of fermenters with increased capacity required. It has proved that it is suitable for the production of fermenters with a suitable size is not possible, simply the scale of fermenters to enlarge the usual, smaller dimensioned construction, because the development of the large fermenters to many unexpected Problems. Solving these problems requires significant changes in the construction of the fermenter. The development a large fermenter with a suitable combination of features that provide satisfactory control of the Enabling fermentation is vital for the development of a successful manufacturing process of unicellular protein.

Aus den CH-Patentschriften 572 978 und 563 458 sind Vorrichtungen zum Kühlen und Belüften von Flüssigkeit in einem Bioreaktor (Fermenter) für die kontinuierliche Erzeugung von Kulturen mit einem Steigrohr, einem Zuführungsrohr für die Einspeisung der nährstoffhaltigen Lösungen, einem Produktaustrittsrohr und einem Rohr für die Entfernung von Abgas bekannt, wobei in den Fermenter Wärmetauscher eingebaut sind.Devices are known from CH patents 572 978 and 563 458 for cooling and venting liquid in a bioreactor (Fermenter) for the continuous production of cultures with a riser pipe, a feed pipe for feeding the nutrient-containing solutions, a product outlet pipe and one Pipe known for the removal of exhaust gas, being in the fermenter Heat exchangers are installed.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Fermenter der im Oberbegriff von Patentanspruch 1 angegebenen Bauart derart zu verbessern, daß ein gutes Vermischen von Gas und Flüssigkeit in dem Fermenter und eine gute Verteilung eines limitierenden Nährstoffs in der gesamten in dem Fermenter befindlichen Kultur erzielt wird und gewährleistet ist, daß es nicht zu örtlichen übermäßigen Konzentrationen dieses Nährstoffs kommt, die dazu führen, daß ein alternativer Nährstoff, z. B. Sauerstoff, der limitierende Nährstoff wird, wodurch insbesondere eine verbesserte Ausbeute bei der Herstellung von Einzellerprotein ermöglicht werden soll sowie ein wirksamer Betrieb im großen Maßstab und eine wirksame Steuerung eines Fermentierungsverfahrens erzielt werden sollen.The invention has for its object a fermenter type specified in the preamble of claim 1 to improve that good mixing of gas and liquid in the fermenter and a good distribution of a limiting Nutrient throughout the culture in the fermenter is achieved and it is ensured that it is not too local excessive concentrations of this nutrient comes along cause an alternative nutrient, e.g. B. oxygen, the limiting Nutrient becomes, which in particular improves Yield in the production of single-cell protein enables should be as well as effective operation on a large scale and achieve effective control of a fermentation process should be.

Diese Aufgabe wird durch einen Fermenter mit den im kennzeichnenden Teil von Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. This task is carried out by a fermenter with the characteristic in Part of claim 1 specified features solved.

Das in das Steigrohr eingepreßte Gas kann angewandt werden, um eine Umwälzung der Kultur in dem Fermenter zu bewirken. In diesem Fall wird das Gas vorzugsweise in den unteren Teil des Steigrohrs oder - in Abhängigkeit von der Geometrie des Fermenters - unterhalb des unteren Steigrohrendes oder in ein Rohr, das die unteren Enden des Steigrohrs und des Fallrohrs verbindet, eingepreßt. Wenn der Fermenter bei einem aeroben Fermentationsverfahren angewandt wird, ist das in den Fermenter eingepreßte Gas ein sauerstoffhaltiges Gas wie z. B. Luft. Bei einem aeroben Fermentationsverfahren wird zusätzlich zu dem in der vorstehend beschriebenen Weise in den unteren Teil oder in der Nähe des unteren Teils des Steigrohrs eingepreßten Gases vorzugsweise etwas Gas in den oberen Teil des Fallrohrs eingepreßt.The gas injected into the riser can be applied to a To cause circulation of the culture in the fermenter. In this The gas is preferably in the lower part of the case Ascending pipe or - depending on the geometry of the fermenter - below the lower riser end or into a tube that connects the bottom ends of the riser and connects the downpipe, pressed. If the fermenter is used in an aerobic fermentation process, the gas injected into the fermenter is an oxygen-containing one Gas such as B. air. In an aerobic fermentation process is in addition to that in the above described in the lower part or in the Near the lower part of the injected gas preferably some gas in the upper part of the downpipe pressed in.

Die Gestaltung und die Abmessungen des geschlossenen Systems des Fermenters weisen viele mögliche Variationen auf, wozu die aus den GB-PS 13 53 008, 14 17 486 und 14 17 487 bekannten Vorrichtungen gehören. Die Erfindung ist von besonderem Nutzen in Verbindung mit der in großem Maßstab erfolgenden Herstellung von Einzellerprotein, beispielsweise durch das aus der GB-PS 13 70 892 bekannte Verfahren und insbesondere durch Züchtung von Bakterien der Art Methylophilus methylotrophus (früher als Pseudomonas methylotropha bezeichnet) auf einem Methanol als Kohlenstoffquelle enthaltenden Nährmedium.The design and dimensions of the closed Fermenter systems have many possible variations on what the GB-PS 13 53 008, 14 17 486 and 14 17 487 known devices belong. The invention is of particular use in connection with the large-scale production of unicellular protein, for example, from GB-PS 13 70 892 known methods and especially by breeding of bacteria of the species Methylophilus methylotrophus (formerly referred to as Pseudomonas methylotropha) on one Nutrient medium containing methanol as a carbon source.

Der Fermenter weist eine Kombination von sechs Hauptmerkmalen auf, die miteinander den Fermenter für die Anwendung beim Betrieb eines großtechnischen Verfahrens für die Herstellung von Einzellerprotein sehr geeignet machen. Diese Merkmale werden nachstehend näher beschrieben.The fermenter has a combination of six main features that interact with the fermenter for use in the operation of a large-scale Process for the production of unicellular protein make very suitable. These characteristics are below described in more detail.

(a) Feed pipe for feeding a liquid into the system

Der Fermenter weist ein oder mehr als ein Zuführungsrohr auf, längs dessen einer innerhalb des Fermenters befindlichen Kultur nährstoffhaltige Lösungen kontinuierlich eingespeist werden können, wobei eines oder vorzugsweise mehr als eines dieser Zuführungsrohre mit einer Einrichtung für die Sterilisation der längs dieser Rohre strömenden Nährstofflösungen ausgerüstet sind. Die Sterilisation, bei der es sich beispielsweise um eine Hitzesterilisation oder eine Sterilfiltration handeln kann, wird durchgeführt, um zu verhindern, daß unerwünschte, fremde Mikroorganismen in den Fermenter eindringen. Die Anwendung der Dampfsterilisation wird bevorzugt, wobei eine geeignete Anordnung aus einem Ventil, einer Dampfzufuhr, einer Kondensatentfernung und einem darauf folgenden, zweiten Ventil, die sich der Reihe nach in dem Rohr befinden, besteht. Die Ventile sind vorzugsweise mit einer Dampf-Stopfbüchsen-Anordnung versehen, um ein an der Ventilspindel hinab erfolgendes Eindringen von Mikroorganismen zu verhindern. Die Zuführungsrohre werden angewandt, um anorganische Nährstoffe wie z. B. Quellen von Stickstoff, Magnesium und Phosphor und andere geeignete Nährstoffe einzuspeisen. Für die Einspeisung der Kohlenstoffquelle, die im allgemeinen den limitierenden Nährstoff darstellt, wird eine getrennte Verteilungseinrichtung angewandt. The fermenter has one or more than one feed pipe, along the one inside the fermenter Culture nutrient-based solutions continuously can be fed, one or preferably more than one of these feed pipes with a facility for the sterilization of those flowing along these tubes Nutrient solutions are equipped. Sterilization, which is, for example, heat sterilization or sterile filtration can be performed, to prevent unwanted, alien Microorganisms penetrate the fermenter. The use of steam sterilization is preferred a suitable arrangement of a valve, a Steam supply, condensate removal and one on top following, second valve, which in turn in the pipe. The valves are preferred provided with a steam stuffing box arrangement to penetration down the valve stem prevent from microorganisms. The feed pipes will be applied to inorganic nutrients such as. B. Sources of nitrogen, magnesium and phosphorus and other suitable Feed in nutrients. For feeding the carbon source, which are generally the limiting ones Represents nutrient a separate distribution facility applied.

(b) Outlet pipe for removing a liquid from the system

Es ist möglich, daß sich Mikroorganismen längs eines Rohres gegen den Massenstrom eines darin befindlichen Fluids bewegen. Die Austrittsrohre, die Flüssigkeiten (insbesondere Produktkultur) und vorzugsweise auch Gase aus dem Fermenter entfernen, werden infolgedessen in Übereinstimmung mit Geschwindigkeitskriterien bzw. im Hinblick auf die erzielte Fluidgeschwindigkeit als Beurteilungsmerkmal konstruiert, damit gewährleistet ist, daß die Geschwindigkeit des Fluids an mindestens einem Teil des Austrittsrohres einen minimalen Wert überschreitet und verhindert, daß sich Mikroorganismen gegen den Strom des in dem Austrittsrohr befindlichen Fluids in Richtung zu dem geschlossenen System bewegen. Dies kann in verschiedener Weise erzielt werden, z. B. durch eine geeignete Verengung eines Teils des Austrittsrohres, durch Anwendung einer Drosselöffnung oder durch Einbau einer Strömungsdrosselungseinrichtung, beispielsweise eines profilierten Materialstücks, in das Austrittsrohr. Dadurch wird das Eindringen von unerwünschten Mikroorganismen in das geschlossene System längs der Innenwände der Austrittsrohre, wozu Produktaustrittsrohre, Gasaustrittsrohre und Rohre für Probenahmegeräte gehören, verhindert.It is possible that microorganisms along one Pipe against the mass flow of one in it Move fluids. The outlet pipes, the liquids (in particular Product culture) and preferably also gases from the As a result, fermenters will be removed in accordance with speed criteria or with regard on the achieved fluid velocity as an assessment feature constructed to ensure that the speed of the fluid on at least one part of the outlet pipe exceeds a minimum value and prevents that microorganisms against the current of the fluid located in the outlet pipe towards the closed Move the system. This can be done in different ways Way are achieved, e.g. B. by a suitable narrowing part of the outlet pipe, by using a throttle opening or by installing a flow restriction device, for example a profiled piece of material, into the outlet pipe. This will prevent the intrusion of unwanted microorganisms in the closed system along the inner walls of the outlet pipes, including product outlet pipes, Gas outlet pipes and pipes for sampling devices belong, prevented.

(c) Device for introducing a gas into the riser

Der Fermenter weist eine Einrichtung, geeigneterweise eine Durchblaseinrichtung mit einer Vielzahl von Löchern, für das durch Einpressen bzw. Einblasen erfolgende Einführen eines Gases in das Steigrohr, wie es vorstehend beschrieben wurde, auf. Bei einer aeroben Fermentation ist das Gas geeigneterweise Luft. Das Gas wird geeigneterweise in Mengen und mit Drücken eingepreßt, die ausreichen, um zusätzlich zu der Belüftung der Kultur eine Umwälzung der Kultur durch die zwischen dem Steigrohr und dem Fallrohr eintretende, differentielle Hohlraumbildung zu bewirken.The fermenter has a device, suitably a blowing device with a large number of holes, for the introduction of a gas into the Riser as described above. In aerobic fermentation, the gas is suitable Air. The gas is suitably in quantities and pressed in with pressures sufficient to additionally for the ventilation of the culture through a revolution of the culture the entering between the riser pipe and the down pipe, to cause differential cavitation.

(d) Device for removing gas from the chamber

Das Abgas aus dem Fermentationsverfahren wird längs eines Rohres aus der Kammer entfernt. Zur Regulierung der Schaumbildung und zur Entfernug von Tröpfchen befindet sich in der Kammer und/oder in dem Rohr, längs dessen das Abgas entfernt wird, ein oder mehr als ein Zyklon.The waste gas from the fermentation process becomes longitudinal a tube removed from the chamber. For regulation foam formation and droplet removal itself in the chamber and / or in the tube, along it the exhaust gas is removed, one or more than one cyclone.

(e) Distribution device for feeding a limiting nutrient

Der limitierende Nährstoff ist im allgemeinen die Kohlenstoffquelle und wird eine Kultur in solchen Mengen zugeführt, daß der das Wachstum der Kultur in bezug auf die anderen Bestandteile des Nährmediums limitiert bzw. begrenzt. Der erfindungsgemäße Fermenter enthält eine Verteilungseinrichtung, die sich innerhalb des Volumens des Arbeitsfluids des Fermenters, insbesondere in dem Steigrohr, jedoch auch anderswo, befindet, wodurch die Zuführung des limitierenden Nährstoffs zu der Kultur an durchschnittlich mindestens einer Stelle pro Kubikmeter des durch die Kultur eingenommenen Steigrohrvolumens ermöglicht wird. Der limitierende Nährstoff wird vorzugsweise an mehr als einer Stelle pro Kubikmeter, insbesondere an 10 bis 10 000 Stellen pro Kubikmeter, zugeführt. Die Verteilungseinrichtung dient zur Erzielung einer guten Verteilung des limitierenden Nährstoffs in der ganzen Kultur, die sich in dem Fermenter befindet, und dazu, sicherzustellen, daß keine lokalisierten, übermäßigen Konzentrationen des limitierenden Nährstoffs auftreten, die dazu führen würden, daß ein alternativer Nährstoff, beispielsweise Sauerstoff, der limitierende Nährstoff wird. Bei der Herstellung von Einzellerprotein ermöglicht die Verteilungseinrichtung die Erzielung einer erhöhten Ausbeute des Produkts.The limiting nutrient is generally the carbon source and becomes a culture in such quantities fed that of the growth of culture in terms of the other components of the nutrient medium are limited or limited. The fermenter according to the invention contains one Distribution device, which is within the volume of the Working fluid of the fermenter, especially in the riser, however, it is located elsewhere, causing the feed of the limiting nutrient to the culture on average at least one place per cubic meter of ascending pipe volume taken up by the culture is made possible. The limiting nutrient is preferred in more than one place per cubic meter, especially at 10 to 10,000 locations per cubic meter. The distribution device serves to achieve a good one Distribution of the limiting nutrient throughout Culture that is in the fermenter and to ensure that no localized, excessive Concentrations of the limiting nutrient occur, which would result in an alternative nutrient, e.g. Oxygen, which becomes the limiting nutrient. Enables in the production of unicellular protein the distribution device to achieve an increased yield of the product.

(f) variety of baffles within the riser are positioned

Innerhalb des Steigrohrs ist mehr als eine Prallwand bzw. eine Vielzahl von Prallwänden positioniert und in Abständen senkrecht übereinander angeordnet, um eine gute Vermischung von Gas und Flüssigkeit zu fördern. Der feste bzw. massive Teil oder die festen bzw. massiven Teile jeder Prallwand nehmen 30 bis 80% und vorzugsweise 50 bis 60% der inneren Querschnittsfläche des Steigrohrs ein. Die Prallwände sind innerhalb des Steigrohrs vorzugsweise in regelmäßigen Abständen entlang der Höhe des Steigrohrs positioniert. Die Prallwände sind innerhalb des Steigrohrs geeigneterweise so positioniert, daß ihre Abstände zwischen D/4 und D liegen, wobei D der Durchmesser des Steigrohrs ist. Demnach sind die Prallwände beispielsweise in einem Steigrohr mit einem Durchmesser von 4 m und einer Höhe von 50 m geeigneterweise in Abständen von 1,2 m und mehr positioniert. Die Prallwände können in sehr verschiedener Weise geformt sein. Sie können in Form von Platten mit einer oder mehr als einer Öffnung, von einzelnen geraden Bauteilen oder einer Vielzahl von geraden Bauteilen, die Gitter bzw. Roste bilden, wobei diese Gitter ggf. Kreuzungen bildende, gerade Bauteile aufweisen, vorliegen. Wenn die Gitter bzw. Roste aus geraden Bauteilen gebildet werden, wird die Verwendung von geraden Bauteilen in Form von profilierten Trägern z. B. von Trägern mit T- oder I-förmigem Querschnitt, aufgrund der Steifigkeit und des leicht durchführbaren Zusammenbaus bevorzugt. Eine Prallwand kann aus einer Anzahl von Gruppen von T- oder I-Trägern mit engen Schlitzen zwischen den einzelnen Trägern in jeder Gruppe gebildet werden. Die Träger selbst können in ihren horizontalen Teilen Löcher enthalten. Die Prallwände können durch bekannte Maßnahmen, beispielsweise durch Verschraubung bzw. Verbolzung oder Verschweißung, an der Wand des Steigrohrs befestigt werden.There is more than one baffle inside the riser or a variety of baffles positioned and vertically at intervals stacked on top of each other for good mixing to promote gas and liquid. The solid or massive part or the solid or massive parts of each baffle take 30 to 80% and preferably 50 to 60% of the internal cross-sectional area of the riser. The baffles are within the riser preferably at regular intervals Spaces positioned along the height of the riser. The baffles are suitable within the riser positioned so that their distances between D / 4 and D are, where D is the diameter of the riser is. Accordingly, the baffles are, for example, in one Riser pipe with a diameter of 4 m and a height of 50 m suitably at intervals of 1.2 m and positioned more. The baffles can be of very different types Be shaped. They can be in the form of Panels with one or more than one opening, one by one straight components or a variety of straight Components that form grids or grids, these Lattice may have straight components forming intersections, are available. If the grids or grids are straight Components are formed, the use of straight Components in the form of profiled beams z. B. of beams with a T or I-shaped cross section, due to rigidity and easy assembly prefers. A baffle can consist of a number of groups of T or I beams with narrow slots formed between the individual carriers in each group will. The carriers themselves can be in their horizontal Share holes included. The baffles can pass through known measures, for example by screwing or bolting or welding, on the wall of the Riser pipe are attached.

Zusätzlich zu den vorstehend beschriebenen Merkmalen (a) bis (f) wird der Fermenter vorzugsweise mit anderen geeigneten Einrichtungen ausgestattet, um die Steuerung der Fermentation zu erleichtern. Zu Beispielen für andere geeignete Einrichtungen gehören Druckmeßeinrichtungen, Einrichtungen für die Messung der Sauerstoffkonzentration und Einrichtungen für die Messung und Steuerung des pH-Wertes. Diese anderen Einrichtungen können sich in dem Steigrohr und/oder dem Fallrohr oder im Fall der Einrichtungen für die Regelung und Messung des pH-Wertes in Rohren, die zu dem geschlossenen System des Fermenters hin- oder von diesem wegführen, befinden.In addition to the features described above (a) to (f) preferably the fermenter with others appropriate facilities equipped to control facilitate fermentation. Examples for others suitable facilities include pressure gauges, Devices for measuring the oxygen concentration and devices for measuring and controlling the pH. These other facilities can be found in the riser pipe and / or the downpipe or in the case of Devices for the regulation and measurement of the pH in pipes leading to the closed system of the fermenter lead to or away from it.

Die Erfindung wird durch die beigefügten Zeichnungen erläutert:The invention is illustrated by the accompanying drawings explains:

Fig. 1 ist ein Seitenriß eines erfindungsgemäßen Fermenters. Fig. 1 is a side elevation of a fermenter according to the invention.

Fig. 2 ist eine Schnittzeichnung längs der Linie A-A von Fig. 1. FIG. 2 is a sectional drawing along line AA of FIG. 1.

Fig. 3 ist eine schematische Darstellung der Einzelheiten eines mit einer Dampfsterilisationseinrichtung versehenen Zuführungsrohrs für die Einspeisung von Nährstoffen in das System. Fig. 3 is a schematic illustration of the details of a feed tube provided with a steam sterilizer for feeding nutrients into the system.

Fig. 4 ist eine schematische Darstellung der Einzelheiten eines mit einer Sterilfiltrationseinrichtung versehenen Zuführungsrohrs für die Einspeisung von Nährstoffen in das System. FIG. 4 is a schematic illustration of the details of a feed tube provided with a sterile filtration device for feeding nutrients into the system.

Fig. 5 zeigt ein Detail einer Verteilungseinrichtung für den limitierenden Nährstoff. Fig. 5 shows a detail of a distribution device for the limiting nutrient.

Der in den Zeichnungen gezeigte Fermenter weist eine Außenhülle auf, die zwei von einer Haube bzw. einem Dom bedeckte bzw. überragte, zylindrische Abschnitte mit unterschiedlicher Querschnittsfläche enthält. Die Querschnittsfläche des oberen der zwei Abschnitte ist größer als die Querschnittsfläche des unteren Abschnitts. Der untere Abschnitt wird parallel zu seiner Achse durch ein Trennwandpaar in ein Steigrohr 2 und ein Fallrohr 1 geteilt, wobei das Fallrohr wirksam in zwei Zonen geteilt wird. Der obere Abschnitt und die Haube umgeben eine Kammer 3, in die während der Fermentation erzeugtes Gas aus einer in dem Fermenter enthaltenen Kultur freigesetzt bzw. freigegeben wird. In den unteren Teil des Steigrohrs 2 wird durch eine Durchblaseinrichtung 4 hindurch Luft eingepreßt, und aus der in dem Fermenter befindlichen Kultur wird in den oberen Teilen des Steigrohrs 2 und des Fallrohrs 1 Gas freigesetzt, das durch die Flüssigkeitsoberfläche B . . . B hindurch in den gasgefüllten Teil der Kammer 3 eintritt, von wo es den Fermenter durch das Gasaustrittsrohr 5 hindurch verläßt. Die Schaumbildung in der Kammer 3 wird durch einen darin befindlichen Zyklon 6 mit Gaseinlaßschlitzen 28 geregelt.The fermenter shown in the drawings has an outer casing which contains two cylindrical sections with different cross-sectional areas covered or towered over by a hood or a dome. The cross-sectional area of the upper of the two sections is larger than the cross-sectional area of the lower section. The lower section is divided parallel to its axis by a pair of partitions into a riser pipe 2 and a down pipe 1 , the down pipe being effectively divided into two zones. The upper section and the hood surround a chamber 3 , into which gas generated during the fermentation is released or released from a culture contained in the fermenter. Air is injected into the lower part of the riser pipe 2 through a blowing device 4 , and gas which is released through the liquid surface B. Is released from the culture in the fermenter in the upper parts of the riser pipe 2 and the down pipe 1 . . . B enters into the gas-filled part of the chamber 3 , from where it leaves the fermenter through the gas outlet pipe 5 . The foam formation in chamber 3 is regulated by a cyclone 6 with gas inlet slots 28 therein.

Der größere Teil der anorganischen Nährstoffe wird in den Fermenter entlang Nährstoffzuführungsrohren 7, die mit Dampfsterilisationseinrichtungen versehen sind, eingespeist. Ein typisches Rohr 7 wird in Fig. 3 im Detail gezeigt. Die Dampfsterilisationseinrichtung enthält einen Sterilisator 8 (der mit Dampf oder heißem Wasser beheizt sein kann), einen Rückhaltebehälter 9, Haupt- Rohrventile 10 und 11, einen Dampfeinlaß 12 und einen Kondensatauslaß 13 zusammen mit einem Systemsterilisationsventil 14 für den Dampf und einem Systemsterilisationsventil 15 für das Kondensat. Nährstoffe werden dem Nährstoffzuführungsrohr 7 an seinem Ende 16 zugeführt und strömen am Ende 17 des Rohrs in den Fermenter hinein. Kombinationen von Nährstoffen, deren physikalische und chemische Eigenschaften verträglich sind, können in den Fermenter durch dasselbe sterilisierte Rohr 7 eingespeist werden. Die Dampfsterilisation von Nährstoffzuführungsrohren wie 7 wird mittels der nachstehenden Folge von Arbeitsgängen durchgeführt:The greater part of the inorganic nutrients is fed into the fermenter along nutrient supply pipes 7 , which are provided with steam sterilization devices. A typical tube 7 is shown in detail in FIG. 3. The steam sterilizer includes a sterilizer 8 (which may be heated with steam or hot water), a retention tank 9 , main pipe valves 10 and 11 , a steam inlet 12 and a condensate outlet 13 together with a system sterilization valve 14 for the steam and a system sterilization valve 15 for the Condensate. Nutrients are fed to the nutrient supply tube 7 at its end 16 and flow into the fermenter at the end 17 of the tube. Combinations of nutrients, the physical and chemical properties of which are compatible, can be fed into the fermenter through the same sterilized tube 7 . Steam sterilization of nutrient delivery tubes such as 7 is performed using the following sequence of operations:

Zuerst wird der dem Fermenter benachbarte Teil des Rohrs 7 dampfsterilisiert. Dazu werden die Ventile 10 und 11 geschlossen, während die Ventile in dem Dampfeinlaß 12 und dem Kondensatauslaß 13 geöffnet werden. Auf diese Weise wird gewährleistet, daß der zwischen den Ventilen 10 und 11 befindliche Teil des Rohrs 7 sterilisiert wird. Die Systemsterilisationsventile 14 und 15 werden geöffnet, um das Röhrenwerk und den Rückhaltebehälter 9, die zwischen den Ventilen 14 und 15 liegen, zu sterilisieren. Dann wird eine Nährstofflösung durch das Ende 16 des Rohrs 7 hindurch in den Sterilisator 8 eingeleitet, und die Systemsterilisationsventile 14 und 15 werden geschlossen. Nach einer Zwischenzeit, in deren Verlauf sich in dem System ein geeigneter Druck entwickelt, werden die Ventile in dem Dampfeinlaß 12 und dem Kondensatauslaß 13 geschlossen und die Haupt-Rohrventile 10 und 11 geöffnet. Auf diese Weise wird in den Fermenter durch das Ende 17 hindurch sterilisierter Nährstoff eingespeist. Die Ventile in diesem System sind vorzugsweise mit Dampf-Stopfbüchsen-Anordnungen versehen, um ein an den Ventilspindeln hinab erfolgendes Eindringen unerwünschter Mikroorganismen zu verhindern.First, the part of the tube 7 adjacent to the fermenter is steam sterilized. For this purpose, the valves 10 and 11 are closed, while the valves in the steam inlet 12 and the condensate outlet 13 are opened. In this way it is ensured that the part of the tube 7 located between the valves 10 and 11 is sterilized. The system sterilization valves 14 and 15 are opened to the tubing and the containment vessel 9, which are located between the valves 14 and 15 to be sterilized. Then a nutrient solution is introduced through the end 16 of the tube 7 into the sterilizer 8 and the system sterilization valves 14 and 15 are closed. After an interval in the course of which a suitable pressure develops in the system, the valves in the steam inlet 12 and the condensate outlet 13 are closed and the main pipe valves 10 and 11 are opened. In this way, nutrient sterilized through the end 17 is fed into the fermenter. The valves in this system are preferably provided with steam gland arrangements to prevent undesired microorganisms from entering the valve spindles.

Andere Nährstoffzuführungsrohre 18 werden verwendet, um in den Fermenter Nährstoffe wie Methanol, Ammoniak und Sauerstoff, die einer Sterilfiltration unterzogen werden können, einzuspeisen. In Fig. 4 wird ein typisches Rohr 18 im Detail gezeigt. Nährstoffe strömen längs des Rohrs 18 von dem Ende 19 bis zu dem Ende 20 durch Vorfilter 21 und sterile Filter 22 hindurch zu dem Fermenter. Die Vorfilter 21, typischerweise Filterteilchen mit Größen bis herab zu 1 bis 2 µm, sind in dem System enthalten, um die Betriebslebensdauer der sterilen Filter 22 zu verlängern. Die sterilen Filter 22 sind mit (in Fig. 4 nicht gezeigten) Dampfsterilisationseinrichtungen ausgerüstet.Other nutrient supply tubes 18 are used to feed nutrients such as methanol, ammonia and oxygen to the fermenter that can be sterile filtered. A typical tube 18 is shown in detail in FIG . Nutrients flow along tube 18 from end 19 to end 20 through pre-filters 21 and sterile filters 22 to the fermenter. The prefilters 21 , typically filter particles down to 1 to 2 µm in size, are included in the system to extend the life of the sterile filters 22 . The sterile filters 22 are equipped with steam sterilization devices (not shown in FIG. 4).

Das Produkt verläßt den Fermenter längs eines Produktaustrittsrohrs 23. Das Produktaustrittsrohr 23 enthält bei 24 eine Strömungsdrosselungseinrichtung, die an dieser Stelle eine Geschwindigkeit des nach außen gerichteten Flüssigkeitsstroms erzeugt, die ausreichend hoch ist, um zu verhindern, daß Mikroorganismen über 24 hinaus in das System eindringen. Des weiteren befindet sich entlang dem Rohr 23 in einer von dem Fermenter wegweisenden Richtung eine (in Fig. 1 nicht gezeigte) Einrichtung für die Sterilisation des Rohrs. Das Ausmaß der durch die Drosselungseinrichtung bei 24 erzeugten Verengung hängt von den Geschwindigkeitskriterien für das betrachtete System ab. Die Geschwindigkeitskriterien hängen ihrerseits davon ab, ob der Strom einphasig, zweiphasig oder dreiphasig ist.The product leaves the fermenter along a product outlet pipe 23 . The product outlet tube 23 includes a flow restrictor at 24 which, at this point, produces an outward liquid flow rate that is sufficiently high to prevent microorganisms from entering the system beyond 24 . Furthermore, along the tube 23 in a direction pointing away from the fermenter there is a device (not shown in FIG. 1) for the sterilization of the tube. The extent of the restriction created by the throttling device at 24 depends on the speed criteria for the system under consideration. The speed criteria in turn depend on whether the current is single-phase, two-phase or three-phase.

Das Steigrohr 2 enthält eine Reihe von Prallwänden 25, die aus in Gruppen angeordneten, gelochten, profilierten Trägern gebildet sind. Die Prallwände 25 sind in der dargestellten Weise in Abständen senkrecht übereinander angeordnet. Das Steigrohr 2 enthält auch eine Verteilungseinrichtung, die dazu dient, der Kultur überall in dem Steigrohr einen limitierenden Nährstoff zuzuführen. Der limitierende Nährstoff wird durch eine große Zahl von Rohrgittern bzw. -rosten (z. B. 26) hindurch, in denen sich jeweils viele Öffnungen 27 befinden, zugeführt. Ein typischer Rohrrost 26 wird in der Detailzeichnung von Fig. 5 gezeigt. Der limitierende Nährstoff wird den Rohren 26 durch (in der Zeichnung nicht gezeigte) Verteilerrohre zugeführt, und die ganze Verteilungseinrichtung ist so angeordnet, daß sie zu der Reihe von Prallwänden 25 paßt.The riser pipe 2 contains a series of baffles 25 , which are formed from grouped, perforated, profiled beams. The baffle walls 25 are arranged vertically one above the other at intervals in the manner shown. The riser 2 also contains a distribution device which serves to supply a limiting nutrient to the culture everywhere in the riser. The limiting nutrient is supplied through a large number of pipe grids or grids (e.g. 26 ), in each of which there are many openings 27 . A typical tubular grate 26 is shown in the detail drawing of FIG. 5. The limiting nutrient is supplied to tubes 26 through manifolds (not shown in the drawing) and the entire manifold is arranged to match the row of baffles 25 .

Der in den Zeichnungen gezeigte Fermenter ist sehr geeignet für die großtechnische Herstellung von Einzellerprotein, insbesondere durch ein Verfahren wie das aus der GB-PS 13 70 892 bekannte Verfahren, bei dem Bakterien der Art Methylophilus methylotrophus in einem Medium gezüchtet werden, das Methanol als limitierende Kohlenstoffquelle enthält, die der Kultur durch Rohre 26 des Verteilungssystems zugeführt wird. Die Kultur wird aus dem Fermenter kontinuierlich entlang des Austrittsrohrs 23 entnommen, und von der entnommenen Kultur werden kontinuierlich Bakterienzellen abgetrennt und getrocknet, wobei als Produkt Einzellerprotein, ein nützlicher Bestandteil von Tierfuttern, gebildet wird. Der erfindungsgemäße Fermenter weist die folgenden Vorteile auf, wenn er in einem solchen Verfahren zur Herstellung von Einzellerprotein angewandt wird:The fermenter shown in the drawings is very suitable for the large-scale production of single-cell protein, in particular by a process such as the process known from GB-PS 13 70 892, in which bacteria of the species Methylophilus methylotrophus are grown in a medium which limits methanol as the methanol Contains carbon source which is supplied to the culture through pipes 26 of the distribution system. The culture is continuously withdrawn from the fermenter along the outlet tube 23 , and bacterial cells are continuously separated from the withdrawn culture and dried, producing as a product unicellular protein, a useful component of animal feed. The fermenter according to the invention has the following advantages when used in such a process for the production of single-cell protein:

1. There can be high transfer speeds of oxygen can be obtained in cultures, and as a result can by the associated fine Distribution of the nutrient used as a limiting nutrient Methanol has a high productivity of the microorganisms and achieved high utilization of the substrate will.
2. The absence of moving parts in the fermenter leads to a reduction in per unit mass of Product supplied energy compared to usual Fermenters and also for easier maintenance of sterility.
3. The fermentation system can scale easily be enlarged.
4. The fermenter enables the production of a product with a highly uniform quality.

Claims

1. Fermenter for the continuous circulation and aeration of a growing culture, in which a closed system is formed by a riser pipe and a downpipe, which are connected to one another and to a chamber located above their upper ends, with a feed pipe ( 17 ) for the feeding of a liquid into the system, an outlet pipe ( 23 , 24 ) for the removal of a liquid from the system, which is constructed in such a way that microorganisms can be prevented from entering the system along the pipe ( 23 ), a device ( 4 , 20 ) for introducing a gas into the riser pipe ( 2 ) and a device ( 5 ) containing a cyclone ( 6, 28 ) or connected to a cyclone for removing gas from the chamber ( 3 ), characterized by an inside the Distribution device ( 26, 27 ) located in the riser pipe ( 2 ) for supplying a limiting nutrient to the culture in the riser pipe On average at least one point per cubic meter of the riser pipe volume taken up by the culture and more than one baffle wall ( 25 ) positioned within the riser pipe and spaced vertically one above the other, the fixed part or parts of each baffle wall representing 30 to 80% of the occupy the inner cross-sectional area of the riser pipe.

2. Fermenter according to claim 1, characterized in that distribution devices ( 26, 27 ) are arranged within the riser pipe ( 2 ) at an average of at least 10 locations per cubic meter of the riser pipe volume occupied by the culture.

3. Fermenter according to claim 1 or 2, characterized in that the fixed part or parts of each baffle ( 25 ) in the riser ( 2 ) occupy 50 to 60% of the inner cross-sectional area of the riser.

4. Fermenter according to one of claims 1 to 3, characterized in that the baffle walls ( 25 ) located in the riser pipe ( 2 ) are formed from perforated, profiled supports.