DE3246846C2 - Vorrichtung zum chemischen Entschäumen in einem Fermentator - Google Patents

Abstract

Die Vorrichtung (1) zum chemischen Entschäumen in einem Fermentator (2) hat einen Behälter (3) mit einem chemischen Entschäumungsmittel (4), der über ein Druckrohr (6) mit dem Fermentator (2) verbunden ist. Im Druckrohr (5) im Fermentator (2) ist auf einem vorgegebenen Stand des Schaums (8) eine Düse (11) zur Bildung eines Strahls (12) von Entschäumungsmittel (4) angeordnet, der durch eine Eintrittsöffnung (13) in eine Kammer (7) gelangt. Die Kammer (7) ist im Fermentator (2) oberhalb des Standes des Schaums (8) untergebracht. Der Strahl (12) aus Entschäumungsmittel (4) wird von der konkaven Wand (15) der Kammer (7) umgelenkt und über ein Abflußrohr (16) zwangsweise durch eine Druckluftpumpe (5), die in dem Abflußrohr (16) angeordnet ist, in den Behälter (3) für das chemische Entschäumungsmittel (4) abgesaugt. In diesem Behälter (3) ist am Abflußrohr (16) eine Düse (17) zur Bildung eines Strahls (18) aus chemischem Entschäumungsmittel (4) angeordnet, durch die das Entschäumungsmittel (4) in den Behälter (3) abgeführt wird. Die Gaszone (20) des Behälters (3) für das chemische Entschäumungsmittel (4) ist mit der Gaszone (19) des Fermentators (2) durch ein Rohr (21) verbunden, in dem ein Drosselventil (22) angeordnet ist, das den vorgegebenen Druck im Druckrohr (6) aufrechterhält.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum chemischen Entschäumen in einem Fermentator nach dem Oberbegriff des Patentanspruches.

Die Erfindung kann in der mikrobiologischen, medizinischen oder chemischen Industrie sowie bei der Durchführung von Forschungsarbeiten Anwendung finden.

Häufig ist die sich bei der Belüftung von organisches Material enthaltenden Stoffen ergebende nachhaltige Schaumbildung unerwünscht. Die Stabilität des Schaumes ist mit der Bildung von komplizierten Stoffen oder von Austauschprodukten der Mikroorganismen verbunden, die oft nicht identifiziert werden können. Bisher hat man die Bekämpfung der Schaumbildung rein empirisch durchgeführt.

Diese Schaumbildung hat den Nachteil, daß eine Kultur zusammen mit dem Schaum aus dem Fermentator durch eine öffnung für den Luftaustritt ausgetragen werden kann. Außerdem wird der KLa-Wert, d. h. die Wirksamkeit der Sauerstoffaufnahme, reduziert In den Chemostatkulturen, d. h. in den vollständig gerührten Kulturen, denen das Kulturnährmedium mit konstanter Geschwindigkeit zugeführt und denen die Kultur mit derselben Geschwindigkeit unter Beibehaltung des Gesamtvolumens entnommen wird, ändert sich der Gasgehalt, so daß das Volumen des Kulturnährmediums unkontrollierbar wird.

ίο Es ist bereits eine Regelvorrichtung für den Trennungsstand zwischen zwei flüssigen Medien in einem Behälter bekannt, die bei der Durchführung einer mikrobiologischen Synthese in einem Fermentator unter der Einwirkung von oberflächenaktiven Stoffen, also einem Entschäumungsmittel, verwendet wird (SU-PS 4 85 423). Die bekannte Regelvorrichtung hat ein Drosselventil, das im Fermentatorraum auf einem vorgegebenen Schaumstand angeordnet und über eine Rohrleitung mit einem Vergleichselement zur Steuerung der Zuführung des Entschäumungsmittels in den Fermentator verbunden ist. In einer anderen Rohrleitung, weiche das Vergleichselement mit dem Fermentator verbindet, ist eine Pumpe vorgesehen, mit deren Hilfe ein Durchpumpen des Gasgemisches durch den geschlossenen Kreislauf gewährleistet wird. Der Regelvorrichtung sind weiterhin ein Behälter mit einem Entschäumungsmittel und eine Rohrleitung mit einem Regelorgan zur Gewährleistung der Zuführung des Entschäumungsmittels aus dem Behälter in den Fermentator bei einer Ver-Stimmung des Vergleichselementes zugeordnet

Solange der Schaum im Fermentator die Öffnung des Drosselventils nicht berührt wird das Gasgemisch von der Pumpe durch das Drosselventil und das Vergleichselement gepumpt und wieder in den Fermentator zurückgeführt Das Vergleichselement ist dabei im Ruhe-ZüSiculu.

Wenn der Schaum die öffnung des Drosselventils erreicht wird Schaum von der Pumpe gepumpt Dabei nimmt der Widerstand im Drosselventil stark zu. Es tritt eine Verstimmung des Vergleichselementes ein, das dem Regelorgan ein Steuersignal zum Einführen des Entschäumungsmittels in den Fermentator gibt Das dem Fermentator zugeführte Entschäumungsmittel zerstört den Schaum und befreit auf diese Weise die öffnung des Drosselventils vom Schaum. Dadurch wird der Widerstand im Drosselventil beseitigt. Das Vergleichselement wird wieder in die Anfangsstellung gebracht Dabei schließt sich das Regelorgan und beendet die Zuführung des Entschäumungsmittels in den Fermentator.

Dadurch, daß das Gas und der Schaum durch das Vergleichselement gepumpt werden, bilden sich dort Herde faulender Mikroorganismen, so daß der mikrobiologische Prozeß nicht aseptisch durchgeführt werden kann. Eine diskontinuierliche Zuführung des Entschäumungsmittels in den Fermentator schließt einen Mehrverbrauch von Entschäumungsmittel nicht aus, weil der Schaumbildungsproze3 nicht vorherbestimmbar ist. Da im Behälter das Entschäumungsmittel nicht gerührt wird, erfolgt eine Entmischung, so daß sich die Einwirkung des Entschäumungsmittels auf die Schaumschicht ändert.

Bekannt ist weiterhin eine Vorrichtung zum chemischen Entschäumen in einem Fermentator, die einen Behälter für ein chemisches Entschäumungsmittel aufweist, das in den Fermentator durch eine Druckluftpumpe über ein Druckrohr zugeführt wird, das den Behälter für das chemische Entschäumungsmittel mit dem Fer-

mentator verbindet Innerhalb des Fermentators ist auf einem vorgegebenen Schaumstand eine Düse angeordnet uiid über das Druckrohr mit dem Behälter für das chemische Entschäumungsmittel verbunden. Die Düse bildet einen Strahl von Entschäumungsmittel, der durch eine koaxial zu der Austrittsöffnung der Düse angeordnete Eintrittsöffnung in eine im Fermentator vorgesehene Kammer abgeführt wird, deren gegenüber eier Eintrittsöffnung angeordnete Wand konkav ausgebildet ist Dadurch wird der Strahl des Entschäumungsmittels umgelenk? und in den Behälter für das chemische Entschäumungsmittel über ein Abflußrohr zurückgeführt, das die Kammer mit dem Behälter für das chemische Entschäumungsmittel verbindet Die Vorrichtung hat außerdem ein Drosselventil, das den vorgegebenen Druck im Druckrohr aufrechterhält (US-PS 43 02 545).

Bei diener bekannten Vorrichtung ist die Druckluftpumpe im Druckrohr angeordnet Das Drosselventil und die Düse sind hintereinander in Bewegungsrichtung des chemischen Entschäunvjngsmitieis hinter der Druckluftpumpe im Druckrohr vorgesehen. Dies ermöglicht einen freien Abfluß des Entschäumungsmittels über ein Abflußrohr in den Behälter für das chemische Entschäumungsmittel unter der Einwirkung des Eigengewichtes. Dieser freie Abfluß des chemischen Entschäumungsmittels über das Abflußrohr in den Behälter für das chemische Entschäumungsmittel erzeugt einen Luftsog, was zur Bildung von Luftpolstern führt, die den Abfluß an chemischem Entschäumungsmittel aus der Kammer über das Abflußrohr in den Behälter für das chemische Entschäumungsmittel verringern. Dies führt zu einer Überfüllung der Kammer mit chemischem Entschäumungsmittel und verursacht ein willkürliches Ablassen von Entschäumungsmittel durch die Eintrittsöffnung der Kammer in den Fermentator. Durch den freien Abfluß des chemischen Entschäumungsmittels in den Behälter für das chemische Entschäumungsmittel wird das Entschäumungsmittel nicht intensiv genug gerührt, was zu seine* Entmischung sowie zu einem Verstopfen des Drosselventils und zu einem nicht steuerbaren Eintschäumungsprozeß führt. Außerdem werden durch den freien Abfluß des chemischen Entschäumungsmittels in den Behälter für das chemische Entschäumungsmittel bauliche und betriebliche Probleme hervorgerufen aufgrund des erforderlichen Durchgangsquerschnitts und der Höhe des Abflußrohrs in Abhängigkeit von der Viskosität des eingesetzten chemischen Entschäumimgsmittels.

Da einerseits durch di3 Abflußrohr das chemische Entschalungsmittel abströmt und andererseits der Druck im Fjrmentator una im Behälter für das chemische Entschäumungsmittel ausgeglichen werden muß, wird die Betriebssicherheit der Vorrichtung vermindert. Wenn der Druck im Fermentator z. B. durch eine Verminderung der Luftzuführung für die Belüftung abnimmt, fängt der Druck an, sich durch Überströmen von Luft durch das Abflußrohr aus dem Behälter für das chemische Entschäumungsmittel in den Fermentator auszugleichen, wodurch ein nicht gewolltes Ablausen von chemischem Entschäumungsmittei eintritt. Durch die Anordnung des Drosselventils im Druckrohr hinter der Druckluftpumpe wird ein Überdruck im Druckrohr erzeugt, was Abdichtungsprobleme ergibt und einen verfahrensgerechten Betrieb der Druckluftpumpe erschwert.

Der Erfindung liegt dif Aufgabe zugrunde, die Vorrichtung zum chemischen Entschäumen in einem Fermentator der eingangs genannten Art konstruktiv so auszubilden, daß eine Ableitung des chemischen Entschäumungsmittels in den Fermentator ohne die Einwirkung des Schaumes auf den Strahl des Entschäumungsmittels ausgeschlossen und ein Rühren des chemischen Entschäumungsmittels im Behälter für das chemische Entschäumungsmiltel ohne eine Entmischung möglich ist, wobei verhindert wird, daß chemisches Enlschäumungsmittel über das Abflußrohr in den Fermentator bei einer eventuellen Änderung des Druckes im Fermentator gelangt, um die Betriebssicherheit der Vorrichtung zu verbessern.

Diese Aufgabe wird mit den im Patentanspruch angegebenen Mitteln gelöst

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum chemischen Entschäumen in einem Fermentator hat den Vorteil, daß eine Ableitung des chemischen Entschäumungsmittels in den Fermentator ohne die Einwirkung des Schaumes auf den Strahl des Entschäumungsmittels ausgeschlossen ist, daß das chemische Entschäurrnngsmittel im Behälter für das chemische EntschäumuKgsinitte! ohne eine Entmischung gerührt werden kann, daß das chemische Entschäumungsmittel bei einer eventuellen Änderung des Druckes im Fermentator über das Abflußrohr nicht in den Fermentator gelangen kann, daß die Betriebszuverlässigkeit der Vorrichtung verbessert ist, teures Entschäumungsmittel sparsam ohne Mehrverbrauch verwendet werden kann, ihr wirksamer Einsatz in Fermentatoren von verschiedenem Volumen, einschließlich industrieller Fermentatoren, möglich ist, und der Verbrauch an Entschäumungsmittel während der Fermentation geregelt werden kann, ohne daß ein ungewolltes Ablassen des Entschäumungsmittels in den Fermentator eintritt

Die erfindungsgemäße Vorrichtung sorgt für einen selbststeuerbaren Prozeß der Überwachung und des Entschäumen auf dem vorgegebenen Stand durch Einwirkung von chemischem Entschäumungsmittel unter gleichzeitiger Regelung des Volumens des chemischen Entschäumungsmittels, das für das Entschäumen verbraiicht wird, in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit der Schaumbildung und der Schaumbeständigkeit gegenüber der Einwirkung des verwendeten chemischen Entschäumungsmittels.

Die zwangsläufige Absaugung des Eutschäurnungsmittels und die Anordnung des Drosselventils im die Gaszonen verbindenden Rohr gestatten es außerdem, das Arbeitsorgan der Vorrichtung, nämlich die Kammer, die Düse, das Druckrohr und das Abflußrohr, in Form eines zylindrischen Stabes auszuführen, der sich einfach in den Fermentator durch seinen Deckel einführen läßt und auf einem beliebigen vorgegebenen Stand bzw. Pegel angeordnet werden kann.

Anhand der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung zum chemischen Entschäumen in einem Fermentator schematisch im Längsschnitt gezeigt ist, wird die Erfindung näher erläutert.

Die Vorrichtung 1 zum chemischen Entschäumen in einem Fermentato: 2 weist einen Behälter 3 für das chemische Entschäumungsmittel 4 auf, das dem Fermentator 2 durch eine Druckluftpumpe 5 über ein Druckrohr 6 zugeführt wird, das den Beh?!te>· 3 für das chemische Entschäumungsmittel 4 mit dem Fermentator 2 verbindet.

Die Vorrichtung 1 hat eine innerhalb des Fermentators 2 angeordnete Kammer 7, die oberhalb des Schaumes 8 vorgesehen ist, der sich während der Fermentation im Kulturnährmedium 9 bildet, das durch ein Rührwerk 10 des Fermentators 2 gerührt wird. Auf einem

vorgegebenen Stand des Schaumes 8 ist eine Düse 11 angeordnet, die über ein Druckrohr 6 mit dem Behälter 3 für das chemische Entschäumungsmittel 4 verbunden ist. Die Düse 11 transportiert chemisches Entschäumungsmittel in die Kammer 7 durch eine Eintrittsöffnung 13, die koaxial zu der Austrittsöffnung 14 der Düse 11 angeordnet ist. Die Wand 15 der Kammer 7, die gegenüber der Eintrittsöffnung 13 angeordnet ist, ist konkav ausgebildet, um den Strahl des Entschäumungsmittels 4 umzulenken und in den Behälter 3 für das chemische Entschäumungsmittel 4 über ein Abflußrohr 16 abzuführen, das die Kammer 7 mit dem Behälter 3 verbindet.

Die Druckluftpumpe 5 ist im Abflußrohr 16 für ein zwangsweises Absaugen des chemischen Entschäumungsmittels 4 aus der Kammer 7 angeordnet. Am Abflußrohr 16 ist im Behälter 3 für das chemische Entschäumungsmittel 4 eine Düse 17 zur Bildung eines Strahls 18 des chemischen Entschäumungsmittels 4 angeordnet, das so über das Abflußrohr 16 in den Behälter 3 für das chemische Entschäumungsmittel abgeleitet wird.

Die Gaszone 19 des Fermentators 2, die sich oberhalb der Schaumzone befindet, ist mit der Gaszone 20 des Behälters 3 für das chemische Entschäumungsmitte! 4, die sich oberhalb des Entschäumungsmittels 4 befindet, über ein Rohr 21 verbunden, in dem ein Drosselventil 22 angeordnet ist, das zur Stabilisierung eines vorgegebenen Druckes im Behälter 3 für das chemische Entschäumungsmittel 4 bei dem Ablassen und der Abführung des chemischen Entschäumungsmittels 4 aus dem Behälter durch die Druckluftpumpe 5 und zur Konstanthaltung eines vorgegebenen Druckes im Druckrohr 6 dient.

Die Rohre 6, 16 und 21 sind im Behälter 3 für das chemische Entschäumungsmittel 4 durch einen Gummistopfen 23 gehalten und in den Fermentator 2 durch dessen Deckel 24 eingeführt.

Die Vorrichtung 1 zum chemischen Entschäumen in einem Fermentator 2 arbeitet folgendermaßen:

Der Behälter 3 ist mit chemischem Entschäumungsmittel 4 gefüllt und luftdicht durch den Gummistopfen 23 verschlossen. Die Düse 11 der Vorrichtung 1 ist in der Gaszone 19 des Fermentators 2 auf einem vorgegebenen Stand des Schaums 8 positioniert Nach dem Einschalten der Druckluftpumpe 5 wird über das Drosselventil 22 ein Druck im Behälter 3 für das chemische Entschäumungsmittel 4 eingestellt, das unter der Einwirkung dieses Druckes über das Druckrohr 6 der Düse 11 zugeführt wird. Beim Ausströmen aus der Austrittsöffnung 14 der Düse bildet es einen Strahl 12, der frei, ohne die Wände der Eintrittsöffnung 13 der Kammer 7 zu berühren, in die Kammer 7 gelangt und auf die konkave Wand 15 prallt. Das davon umgelenkte Entschäumungsmittel 4 wird zwangsläufig durch die Druckluftpumpe 5 über das Abflußrohr 16 zurück in den Behälter 3 abgesaugt Beim Ausströmen des Entschäumungsmittels aus der Düse 17 bildet es einen Strahl 18, der auf das chemische Entschäumungsmittel 4 einwirkt das sich im Behälter 3 befindet und es intensiv rührt, wodurch eine Entmischung verhindert wird. Der mit Hilfe der Druckluftpumpe erzeugte Oberdruck im Behälter 3 für das chemische Entschäumungsmittel 4 wird über das auf das überströmende Gas wirkende Drosselventil 22 beibehalten, das in der Rohrleitung 21 sitzt die die Gaszone 19 des Fermentators 2 mit der Gaszone 20 des Behälters 3 für das chemische Entschäumungsmittel 4 verbindet

Beim Rühren des Kulturnährmediums 9 durch das Rührwerk 10 findet ein Aufschäumen des Nährmediums statt. Der Schaum steigt über die Austrittsöffnungen 14 der Düse 11 hinaus und kommt mit dem Strahl 12 des chemischen Entschäumungsmittels 4 in Berührung. In diesem Augenblick wird der Strahl 12 des chemischen Entschäumungsmittels 4 unter der Einwirkung der Kohäsionskräfte abgelenkt. Er gelangt nicht mehr in die Eintrittsöffnung 13, sondern wird in den Schaum 8 geworfen. Dabei wird der Schaum zerstört, wodurch der Schaumpegel absinkt. Der Strahl 12 wird schließlich nicht mehr vom Schaum 8 gebremst und gelangt wieder ungehindert durch die Eintrittsöffnung 13 in die Kammer 7, wo das Entschäumungsmittel 4 umgelenkt und im geschlossenen Kreislauf in den Behälter 3 zurückgeführt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Vorrichtung zum chemischen Entschäumen in einem Fermentator mit einem Behälter mit einem chemischen EntschäumungsmitteL das dem Fermentator durch eine Druckluftpumpe über ein Druckrohr zugeführt wird, das den Behälter für das chemische Entschäumungsmittel mit dem Fermentator verbindet, mit einer innerhalb des Fermentators auf einem vorgegebenen Schaumstand angeordneten und über das Druckrohr mit dem Behälter für das chemische Entschäumungsmittel verbundenen Düse zur Bildung eines Strahls aus Entschäumungsmittel, mit einer für die Abführung des Entschäumungsmittels im Fermentator vorgesehenen Kammer, deren Eintrittsöffnung koaxial zu der Austrittsöffnung der Düse angeordnet ist, wobei die gegenüber der Eintrittsöffnung angeordnete Wand der Kammer konkav ausgebildet ist, um den Strahl des Entschäumungsmittels rückzustrahien und in den Behälter für das chemische Entschäumungsmittel über ein Abflußrohr abzuführen, das die Kammer mit dem Behälter für das chemische Entschäumungsmittel verbindet, und mit einem Drosselventil, das einen vorgegebenen Druck im Druckrohr auffechterhält, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckluftpumpe (5) im Abflußrohr (16) für ein zwangsweises Absaugen des chemischen Entschäumungsmittels (4) aus der Kammer (7) angeordnet ist, daß am Abflußrohr in dem Behälicr (3) für das chemische Entschäumungsmittel (4) eine weitere Düse (17) zur Bildung eines Strahls (18) des ehemischen Entschäumungsmittels (4) angeordnet ist, das über d-s Abflußrohr (16) in den Behälter (3) für das chemische Entschäumungs-

   IIIILIGI \t) CIUgClCIlVL Tviiu, UaU Wu ttwiwwo i-vimi \*-lJ

   vorgesehen ist, das die Gaszone (19) des Fermentators (2) mit der Gaszone (20) des Behälters (3) für das chemische Entschäumungsmittel (4) verbindet, und daß das Drosselventil (22) in dem weiteren Rohr (21) zur Stabilisierung eines vorgegebenen Druckes im Behälter (3) für das chemische Entschäumungsmiüel (4) beim Ablassen und Abführen des chemischen Entschäumungsmitteis (4) aus dem Behälter durch die Druckluftpumpe (5) und zur Konstanthaltung des vorgegebenen Druckes im Druckrohr (6) angeordnet ist.