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Verfahren und Vorrichtung zur Durchführung
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chemischer oder biochemischer Reaktionen Die Erfindung betrifft ein
Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung chemischer oder biochemischer Reaktionen
unter Vermischen einer Flüssigkeit und gegebenenfalls eines Gases mit einem flüssigen
Reaktionsmedium nach dem Prinzip eines Umlaufreaktors durch Eindüsen der Flüssigkeit
und des Gases in einen im Reaktor für das flüssige Reaktionsmedium befindlichen,
sich in Eintrittsrichtung der Flüssigkeit erstreckenden, beidseits offenen Kanal.
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Es ist bekannt, Reaktionen zwischen Flüssigkeiten oder zwischen Gasen
und Flüssigkeiten in Umlaufreaktoren auszuführen.
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Dabei wird die Flüssigkeit in einem Reaktor durch einen Flüssigkeitstreibstrahl
umgewälzt. Als Treibflüssigkeit werden die an der Reaktion beteiligten Reaktanten
oder wird ein Teil des im Reaktor gebildeten Reaktionsgemisches verwendet.
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Bei einem Schlaufenreaktor wird der Treibstrahl dazu über eine Düse
mit hohem Impuls zugeführt. Der Treibstrahl ist in ein Impulsaustauschrohr gerichtet,
das konzentrisch innerhalb des Reaktors angeordnet ist. Im Impulsaustauschrohr findet
beim Aufsteigen der Treibflüssigkeit ein Impuls-
austausch mit dem
Reaktionsgemisch im Reaktor statt. Im konzentrischen Ringspalt um das Impulsaustauschrohr
strömt das mit der Treibstrahlflüssigkeit vermischte Reaktionsgemisch nach unten
zur Eindüsstelle des Treibstrahls zurück.
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Im Reaktor wird somit das Reaktionsgemisch zusammen mit der eingedüsten
Flüssigkeit in einer Schlaufe geführt. Die Energie des Treibstrahls kann auch zur
Zer- und Verteilung eines für die Reaktion erforderlichen Gases genutzt werden.
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Bekannte Schlaufenreaktoren bestehen somit im wesentlichen aus zwei
konzentrischen Rohren. Die Abmessungen dieser Rohre können zwar optimiert werden,
jedoch läßt sich das Reaktorvolumen nicht beliebig vergrößern. Sobald das Reaktorvolumen
eine bestimmte Grenze überschreitet verschlechtern sich sowohl der spezifische Energieeintrag
als auch die Strömungsverhältnisse, d.h. der Turbulenzgrad und die Durchmischung.
Werden chemische oder biochemische Reaktionen in bekannten Umlaufreaktoren durchgeführt,
so muß entweder ein begrenztes Volumen oder eine Verschlechterung von Reaktionsparametern
in Kauf genommen werden. Bestimmte Produktionsprozesse, so z.B. die großtechnische
Herstellung von Einzeilerprieein oder die Abwasserbehandlung, erfordern jedoch aus
wirtschaftlichen Gründen ein sehr großes Reaktorvolumen.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der
eingangs geschilderten Art anzugeben, nach dem chemische oder biochemische Verfahren
nach dem Prinzip eines Umlauf reaktors in technischem Maßstab und ohne Verschlechterung
des spezifischen Energieeintrages oder der Strömungsverhältnisse durchgeführt werden
können.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Flüssigkeit/das
Gas in mehrere Teilströme aufgeteilt und diese in mehrere parallel zueinander verlaufende
Kanäle
eingedüst werden, wobei in jeden Kanal wenigstens ein Teilstrom
eingeleitet wird, daß das aus jedem Kanal austretende Gemisch umgelenkt, mit aus
benachbarten Kanälen austretendem Gemisch zusammengeführt und in Zwischenräumen
zwischen den Kanälen in Gegenrichtung zur Strömungsrichtung innerhalb der Kanäle
zu einer der Eindüsstellen zurückgeleitet wird, so daß sich eine Zirkulation um
jede Kanalwand ergibt.
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Erfindungsgemäß wird das Reaktionsgemisch in einem Reaktorbehälter
in zahlreichen Flüssigkeitsschlaufen umgewälzt.
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Für die Ausbildung einer Flüssigkeitsschlaufe ist wenigstens ein Treibstrahl
erforderlich. Zur Strömungsführung sind erfindungsgemäß mehrere parallel zueinander
verlaufende Kanäle vorgesehen, in die jeweils wenigstens ein Treibstrahl eingedüst
wird. Nach dem Austritt aus den Kanälen strömt das Reaktionsgemisch in den Zwischenräumen
zwischen den Kanälen in Gegenrichtung zur Strömungsrichtung innerhalb der Kanäle.
Auf diese Weise werden mehrere Flüssigkeitsschlaufen gebildet. Mit wachsendem Reaktorvolumen
nimmt die Zahl der Flüssigkeitsschlaufen zu.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, das Prinzip eines Strahldüsenreaktors
bzw. eines Strahlschlaufenreaktors von kleinen auf größere Reaktorvolumina zu übertragen.
Dabei bleiben der spezifische Energieeintrag (kW/m3) und die Strömungsverhältnisse,
d.h. der Turbulenzgrad in die Durchmischung (Re-Zahl), die bei kleinen Umlaufreaktoren
erzielt werden, erhalten.
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Diese Eigenschaften bieten bei den oben angesprochenen Prozessen der
Einzelproteinherstellung oder der Abwasserbehandlung wirtschaftliche Vorteile bzw.
ermöglichen erst einen wirtschaftlichen Betrieb.
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Chemische und biochemische Prozesse sind stets mit einem
Energieumsatz
verknüpft. Bei exothermen Reaktionen ist es nach einer vorteilhaften Ausgestaltung
zweckmäßig, die Kanalwände zu kühlen, um so die Reaktionswärme abzuführen und die
Temperatur im Reaktor auf möglichst konstantem Niveau zu halten. Beim erfindungsgemäßen
Verfahren wird somit Reaktionswärme am Entstehungsort abgeführt. Diese Maßnahme
hat z.B. bei Fermentationsprozessen, bei denen die Fermentationsflüssigkeit aus
dem Fermenter abgeleitet und in einem Kreislaufsystem geführt wird, Vorteile: So
entfällt ein zusätzlieher Wärmetauschbehälter und die damit verbundene Verrohrung.
Der Strömungswiderstand im Kreislauf wird dadurch verringert, so daß der Druckabfall
im Kreislaufsystem geringer ist. Von besonderer Bedeutung ist jedoch, daß die Verweilzeit
der Fermentationsflüssigkeit im unbegasten Teil des Fermentationskreislaufs, d.h.
außerhalb des Fermenters, kurz ist und den Mikroorganismen daher optimale Wachstumsbedingungen
geboten werden.
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Für den Fall, daß das Gemisch im Reaktor über die Kanalwände nicht
ausreichend gekühlt werden kann, ist es in einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
Verfahrens vorteilhaft, das in den Zwischenräumen strömende Gemisch zusätzlich zu
kühlen.
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Grundsätzlich ist es möglich, die einzudüsende Flüssigkeit im Boden
des Reaktors in vertikaler Richtung nach oben einzudüsen. Soll jedoch ein gasförmiges
Medium in den Reaktor eingebracht und durch den eingedüsten Flüssigkeitsstrahl zerteilt
und anschließend verteilt werden, so kann es nach dem Aufsteigen des Gas-Flüssigkeitsgemisches
zu einer unerwünschten Trennung der gasförmigen und der flüssigen Phase kommen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung wird daher beim erfindungsgemäßen Verfahren die
Flüssigkeit in Richtung der Schwerkraft eingeleitet. Dabei wird eingedüstes Gas
in jedem Fall bis zum Reaktorboden mitge-
rissen, umgelenkt und
erst anschließend in den Zwischenräumen zwischen den Kanälen emporgeleitet. Dabei
ist die Strecke, auf der das eingedüste Gas in Kontakt mit der Flüssigkeit bzw.
dem flüssigen Reaktionsmedium steht, wesentlich länger als bei einer Eindüsung entgegen
der Schwerkraft.
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Ein gasförmiges Medium wird nach einer vorteilhaften Variante des
erfindungsgemäßen Verfahrens besonders gut in einem Reaktor dispergiert, wenn es
seitlich in den eingedüsten Flüssigkeitsstrahl eingeleitet wird.
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Falls das gesamte Volumen eines Kanals nicht von einem Treibstrahl
erfaßt und in Bewegung versetzt werden kann, ist es in einer weiteren Ausgestaltung
des erfindungsgemäßen Verfahrens vorteilhaft, in diesen Kanal mehrere Treibstrahle,
d.h. mehrere Teilströme einzuleiten. Die Zahl der Teilströme ist dabei so zu bemessen,
daß das gesamte Volumen eines Kanals erfaßt wird.
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Ein zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeigneter Reaktor
besteht im wesentlichen aus einem Reaktorbehälter, in den Zuführungen für gasförmiges
Medium und flüssiges Medium münden, sowie aus Einbauten zur Strömungsführung des
flüssigen Reaktionsmediums in Schlaufenform, sowie einem Ausgang. Erfindungsgemäß
sind nun innerhalb eines derartigen Reaktors mehrere Wände parallel, im wesentlichen
vertikal und mit Abstand zueinander angeordnet, von denen jeweils zwei Wände einen
Kanal bilden, wobei bei jedem zweiten Kanal wenigstens eine parallel zu den Wänden
und in das Kanalinnere orientierte Einrichtung zur Zuführung von Flüssigkeit und
gegebenenfalls eine Einrichtung zur Zuführung von Gas angeordnet ist und wobei die
Wände oberhalb des Reaktorbodens mit Abstand zu diesem sowie unterhalb der Reaktordecke
mit Abstand zu dieser enden.
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Diese Anordnung gewährleistet, daß in zwei aufeinanderfolgenden Kanälen
entgegengesetzte Strömungsrichtungen vorliegen. Sind die Einrichtungen zur Zuführung
von Flüssigkeit und Gas oberhalb der Wände angeordnet, so entsteht in jedem Kanal,
der sich unter einer derartigen Einrichtung befindet, eine abwärts gerichtete Strömung
(Abströmkanal). In den diesem Kanal benachbarten Kanälen ist die Strömung vertikal
nach oben gerichtet (Aufströmkanäle). Durch die erfindungsgemäße Anordnung der Wände
wird das Flüssigkeits-Gas-Gemisch des Abströmkanals nach dem Austritt aus diesem
Kanal in zwei Ströme geteilt, von denen der eine in den einen benachbarten Aufströmkanal,
der andere in den anderen benachbarten Aufströmkanal über die Spalte zwischen den
Wänden und dem Reaktorboden fließt. Für eine gleichmäßige Strömung innerhalb aller
Kanäle ist erforderlich, daß die Summe der Querschnittsflächen aller Abströmkanäle
der Summe aller Querschnittsflächen der Aufströmkanäle gleicht. Vorteilhafterweise
sind die Querschnittsflächen aller Kanäle - mit Ausnahme der den Reaktorbehälter-Seitenwänden
benachbarten Kanäle - gleichgroß. Nachdem Durchströmen der Aufströmkanäle wird wenigstens
ein Teil des Flüssigkeits-Gas-Gemisches erneut in einen Abströmkanal gezogen, ein
anderer Teil kann aus dem Reaktorbehälter abgezogen werden.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Reaktors
werden die Wände nach dem Prinzip eines Kreuæstromwärmetauschers von Kühlrohrschlangen
im wesentlichen senkrecht durchsetzt. Die zur Strömungsführung im Reaktor eingebauten
Wände dienen hierbei als Rippenfläche für die Kühlrohre. Die Kühlrohre, die als
lockeres, quer angeströmtes Rohrbündel zu sehen sind, bewirken eine zusätzliche
Verwirbelung und somit die Erhöhung des Gaseintrages.
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In einer Variante sind die Wände eines erfindungsgemäßen Reaktors
mit Vorteil als Kühlplatten ausgebildet, in die jeweils eine Zufuhr- und eine Abfluß
leitung für ein Kühlfluid münden.
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Gemäß einer anderen Variante hat es sich als vorteilhaft erwiesen,
wenn die im Reaktor angeordneten Wände einen Taschenwärmetauscher bilden.
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Bei allen möglichen Anordnungen der Wände innerhalb eines erfindungsgemäßen
Reaktors können die Wände nach weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen sowohl ebene
Flächen als auch gewellte Flächen sein. Die zuletztgenannte Variante wird bevorzugt,
wenn im Reaktor eine möglichst große Wärmetauschfläche erforderlich ist.
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Werden bei der chemischen oder der biochemischen Reaktion besonders
große Reaktionswärmemengen gebildet, so ist es in einer Weiterbildung eines erfindungsgemäßen
Reaktores vorteilhaft, wenn in einem oder mehreren Kanälen zwischen den Kanälen
mit Flüssigkeitszuführung Wärmetauscher angeordnet sind.
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Ist die Querschnittsfläche eines Abströmkanals klein, so reicht eine
Flüssigkeitszuführung aus. Bei großen Querschnittsflächen, insbesondere bei Querschnitten
großer Länge und geringer Breite ist es zweckmäßig, wenn über jedem zweiten Kanal
zwei oder mehrere Einrichtungen zur Zuführung von Flüssigkeit angeordnet sind, die
im wesentlichenparallel zu den zugehörigen Kanalwänden liegen, und gegebenenfalls
zwei oder mehrere Einrichtungen zur Zuführung von Gas im Bereich der Düsen angeordnet
sind.
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Auf diese Weise kann eine schlaufenförmige Umwälzung des Gas-Flüssigkeitsgemisches
im gesamten Bereich eines Kanals
sichergestellt werden. Es ist
zweckmäßig, alle Einrichtungen zur Zuführung von Flüssigkeit bzw. Gas über jeweils
eine gemeinsame Sammelleitung zu beaufschlagen.
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Sind die Wände eines erfindungsggemäßen Reaktors als Wärmetauscher
ausgebildet, so richtet sich die erforderliche Wärmetauschfläche nach der Wärmemenge,
die aus dem Reaktor abzuführen ist. In einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung wird
die Zahl der Wände so bemessen, daß sich ein Wert für die spezifische Heizfläche
bis zu 25 m2/m3 Reaktorvolumen ergibt.
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Grundsätzlich kann der Reaktorbehälter aus allen Materialien gefertigt
werden, die die Reaktion nicht beeinflussen.
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Besonders eignen sich Kunststoff-oder Stahlbehälter. In einer günstigen
Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Reaktors kann der Reaktorbehälter aus Beton
hergestellt und mit einer Innenauskleidung versehen werden.
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Eine besonders einfache Handhabung des Reaktors ergibt sich, wenn
die Wände und Wärmetauscher bzw. die als Wärmetauscher gefertigten Wände zu einem
Einsatz angeordnet sind, der dem Reaktorbehälter entnehmbar ist. Derartige Einsätze
können außerhalb des Reaktors vorgefertigt werden und sind besonders einfach zu
entnehmen und zu reinigen bzw. auszutauschen.
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Dabei hat es sich als zweckmäßig erwiesen, wenn der Reaktorbehälter
durch einen Deckel verschließbar ist, in dem die Einrichtungen für die Zufuhr von
Flüssigkeit und gegebenenfalls Gas befestigt sind.
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Da bei der großtechnischen Herstellung von Einzellerproteinen aus
wirtschaftlichen Gründen ein besonders großes Reaktorvolumen anzustreben ist, ist
die Anwendung des erfindungsgemäßen
Verfahrens und des erfindungsgemäßen
Reaktors auf derartige Fermentationen besonders vorteilhaft.
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Im folgenden sollen anhand schematischer Skizzen Ausführungsbeispiele
eines erfindungsgemäßen Reaktors erläutert werden. Der Reaktor dient dabei als Fermenter,
in dem z.B.
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Einzellerproteine durch Züchtung von Hefe hergestellt werden sollen.
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Es zeigen: Figur 1 einen erfindungsgemäßen Fermenter mit Kühlplatten,
Figur 2 einen schematisch dargestellten Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Fermenter,
Figur 3 einen erfindungsgemäßen Fermenter, bei dem die Wände als Rippenflächen eines
quer angeströmten Rohrbündels dienen.
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In Figur 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Fermenters
schematisch dargestellt. Der Fermenterbehälter 1 besitzt rechteckigen Querschnitt.
Parallel zu den kleineren Seitenflächen des Behälters sind mehrere, beispielsweise
40 Wände 2 mit gleichem Abstand zueinander vertikal derartig angeordnet, daß zwischen
Fermenterboden 3 und den unteren Enden der Wände 2 bzw. zwischen der Fermenterdecke
4 und dem oberen Ende der Wände 2 jeweils ein Spalt freibleibt (siehe Figur 2).
Die Wände 2 sind als Wärmetauscherlemente, in diesem Ausführungsbeispiel als Kühlplatten
ausgeführt. In jede Kühlplatte mündet eine Zufuhrleitung 5 und eine Abflußleitung
6 für eine Kühlflüssigkeit.
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Sämtliche Zufuhrleitungen 5 und Abfluß leitungen 6 sind an eine gemeinsame
Sammelleitung für die Zufuhr 7 und den
Abfluß 8 der Kühlflüssigkeit
angeschlossen.
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Durch die Wände 2 wird das Innere des Fermenterbehälters 1 in mehrere,
im Ausführungsbeispiel in 41 Kanäle unterteilt.
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Jeder zweite Kanal 9 ist ein Abströmkanal. Das heißt, über diesen
Kanälen ist jeweils wenigstens eine Eindüsvorrichtung 11 für die Zuführung von Flüssigkeit
bzw. Gas angeordnet. Im Ausführungsbeispiel sind über jedem Abströmkanal 9 ca. 20
Eindüsvorrichtungen 11 angeordnet, die parallel zu den Wänden 2 orientiert, in einer
Reihe hintereinander und mit etwa gleichen Abständen zueinander angeordnet sind.
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Zwischen zwei Abströmkanälen sowie zwischen den Fermenterbehälterseitenwänden
und den dazu benachbarten Wänden 2 befinden sich Aufströmkanäle 10. Flüssigkeit
wird dem Fermenter über eine Speiseleitung 12 zugeführt. Von der Speiseleitung 12
zweigen einerseits einige Versorgungsleitungen 13,über die Flüssigkeit direkt in
den Fermenterbehälter 1 geleitet wird, und andererseits Zweigleitungen 14 ab. über
je eine Zweigleitung 14 werden alle Düsenanordnungen 11, die über einem Abströmkanal
aufgereiht sind, mit Flüssigkeit versorgt.
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Sowohl von den Düsenanordnungen 11 als auch von den Zweigleitungen
14 sind nur diejenigen über den beiden ersten Abströmkanälen 9 dargestellt, während
die übrigen nur schematisch angedeutet sind.
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Im Ausführungsbeispiel soll Sauerstoff als gasförmiges Medium in den
Fermenter eingeleitet werden. Dazu dient eine Sauerstoffversorgungsleitung 15. Uber
diese Leitung wird in jeden aus einer Düse 11 austretenden Flüssigkeitsstrahl Sauerstoff
eingedüst.
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Gemäß Figur 1 münden in eine Seitenwand des Behälters in dessen Kopfbereich
mehrere an eine Sammelleitung 16 ange-
schlossene Leitungen 17,
über die Flüssigkeit bzw. Flüssigkeits-Gasgemisch aus dem Fermentationsbehälter
1 abgezogen werden kann.
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Erfindungsgemäß wird beispielsweise eine Hefe-Suspension von einer
nichtdargestellten Umlaufpumpe über Leitung 12 zum Fermenter 1 gepumpt. Die Hefe-Suspension
kann vor dem Eintritt in den Fermenter mit Nährstoffen angereichert werden. Die
Nährstoffzugabe kann aber auch an den Flüssigkeitsdüsen 11 erfolgen. Ein Teil der
Hefe-Suspension fließt über die Versorgungsleitungen 13 direkt in den Fermenter
1. Der andere Teil der Hefe-Suspension wird über die Zweigleitungen 14 zu den (im
Ausführungsbeispiel ca. 400) Düsen 11 geleitet und über diese in die unter den Düsen
11 liegenden, mit Hefe-Suspension gefüllten Abströmkanäle 9 als Treibstrahl ein-gedüst.
In den Abströmkanälen wird der Impuls des Treibstrahles an die Suspension übertragen,
so daß eine abwärts gerichtete Strömung hervorgerufen wird. Beim Austritt aus einem
Abströmkanal 9 wird die Flüssigkeit bzw. das Flüssigkeits-Gasgemisch in einen zum
links benachbarten und einen zum rechts benachbarten Aufströmkanal strömenden Teilstrom
aufgeteilt, umgelenkt und zusammen mit dem entsprechenden Teilstrom aus dem jeweils
nächsten Abströmkanal 9 zusammen geführt. In den Aufströmkanälen 10 herrscht somit
eine zur Strömung in den Abströmkanälen entgegengesetzt gerichtete Strömung. Am
oberen Ende der Aufströmkanäle wird wenigstens ein Teil der Flüssigkeit bzw. des
Flüssigkeits-Gasgemisches erneut von einem der Treibstrahle erfaßt und in einen
Abströmkanal 9 gezwungen. Auf diese Weise bilden sich um jede Wand 2 Schlaufen aus.
Die in einer Schlaufe umlaufende Menge beträgt dabei ein Vielfaches der Treibstrahlmenge.
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Erfindungsgemäß wird die Hefe-Suspension über Versorgungsleitung 15
mit dem für ein optimales Hefewachstum erforderlichen Sauerstoff versorgt. Bei der
Fermentation handelt
es sich um einen exothermen Prozeß. Die Reaktionswärme
wird über die als Wärmetauscher ausgebildeten Wände 2 abgeführt.
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Zu diesem Zweck wird eine Kühlflüssigkeit, z.B. Wasser, über die Zufuhrsammelleitung
7 und die Zufuhrleitungen 5 in die Innenräume der Wände 2 eingeleitet. Die im indirekten
Wärmetausch mit der Hefe-Suspension erhitzte Kühlflüssigkeit wird über Abfluß leitungen
6 in die Abflußsammelleitung 8 geleitet.
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Zur Abtrennung der gezüchteten Hefe wird Hefe-Suspension über Leitungen
16 und 17 aus dem Fermenter entnommen und zu einer geeigneten, nichtdargestellten
Trennvorrichtung geleitet. Die verbleibende Flüssigkeit wird von der Umlaufpumpe
erneut in den Fermenter 1 eingeleitet.
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In Figur 2 ist ein erfindungsgemäßer Fermenter im Querschnitt dargestellt.
Die Wände 2 sind vertikal angeordnet und lassen Spalten zur Decke und zum Boden
des Fermenterbehälters 1 frei. Durch Pfeile sind die Strömungsrichtungen in den
einzelnen Kanälen 9, 10 angedeutet. Uber den Abströmkanälen sind die Eindüsvorrichtungen
11 für die Hefe-Suspension dargestellt, die über Zweigleitungen 14 beaufschlagt
werden.
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In diesem Ausführungsbeispiel umgeben die Versorgungsleitungen 13,
über die der Rest der im Kreislauf geführten Hefe-Suspension in den Fermenter geleitet
wird, die Düsen 11 konzentrisch. Sauerstoff aus der Sauerstoffversorgungsleitung
15 wird über seitlich an den Düsen 11 angeordnete Düsen 18 in den Flüssigkeitsstrahl
aus jeder Düse 11 eingedüst. Der Sauerstoff wird dabei vorteilhafterweise schräg
oder senkrecht zur Strömungsrichtung der Flüssigkeit in diese eingedüst. Die aus
dem Fermenter 1 abzuführende Hefe-Suspension wird über die Leitungen 17, die in
den Deckel des Fermenterbehälters münden, und die Sammelleitung 16 entnommen. Die
Anordnung der Leitungen 17 im Kopfbereich ist wesentlich, da bei einer Entnahme
im Bodenbereich des Fermentersdie
Gefahr besteht, daß eine Entmischung
des Flüssigkeits-Gas-Gemisches erfolgt und sich im Xopfbereich eine Gasblase bildet.
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Gestrichelt ist in Figur 2 ein Zusatzwärmetauscher in einem der Auf
strömkanäle dargestellt. Zusätzwärmetauscher können in jedem Auf strömkanal angeordnet
und ähnlich wie die Wände 2, z.B. als Kühlplatten, ausgebildet sein.
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In Figur 3 ist eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Fermenters schematisch dargestellt. Dabei bilden die Wände 2 die Rippenflächen eines
Rohrbündelwärmetauschers.
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Die Wände 2 bzw. Rippenflächen werden von einer Rohrschlange 20 im
wesentlichen senkrecht durchsetzt. Durch diese Rohrschlange wird z.B. Kühlwasser
geleitet. Durch Pfeile sind die Richtungen der einzudüsenden Flüssigkeit und der
Strömungen zwischen den Wänden 2 angedeutet.
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Zusammenfassend kann festgestellt werden, daß durch das erfindungsgemäße
Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung chemische und biochemische Verfahren
nach dem Prinzip eines Umlaufreaktors in technischem Maßstab durchgeführt werden
können, wobei die durch den Treibstrahl erzeugte spezifische Energiedichte sowie
die von herkömmlichen Reaktoren kleineren Maßstabs bekannten Umwälz- und Mischbedingungen
beibehalten werden. Im Reaktorbehälter ist ein Wärmetauscher integriert, so daß
bei Reaktionen, in deren Verlauf der Reaktorinhalt begast und in einem Kreislauf
geführt wird, das unbegaste Volumen außerhalb des Reaktors relativ klein und der
Strömungswiderstand dieses Kreislaufs gering ist.
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Da der Uberdruck im Behälter z.B. bei Fermentationen gering ist (z.B.
kleiner als 0,5 bar) kann der Reaktor auch als Behälter mit rechteckigem Querschnitt
ausgeführt sein.