DE3544382A1 - METHOD FOR THE OXYGEN SUPPLY OF BIOREACTORS AND DEVICE FOR IMPLEMENTING THE METHOD AND USE OF THE DEVICE - Google Patents

METHOD FOR THE OXYGEN SUPPLY OF BIOREACTORS AND DEVICE FOR IMPLEMENTING THE METHOD AND USE OF THE DEVICE

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DE3544382A1 DE19853544382 DE3544382A DE3544382A1 DE 3544382 A1 DE3544382 A1 DE 3544382A1 DE 19853544382 DE19853544382 DE 19853544382 DE 3544382 A DE3544382 A DE 3544382A DE 3544382 A1 DE3544382 A1 DE 3544382A1
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Abstract

Process for supplying oxygen from fermentation plant in which the oxygen is introduced without bubbles through at least one pore-free plastic membrane with a flexible fabric reinforcement, and device for implementing the process and for its use. The oxygen required for performance of the bio-process is fed in completely or partly free of bubbles through at least one fabric-reinforced and pore-free plastic membrane mounted on support elements. For this purpose, gas exchangers (33) having plastic pore-free membranes (4) mounted on supports (32) are arranged in the fermentation plant, said membranes being reinforced with a flexible fabric (6).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Sauerstoffversor­ gung von Bioreaktoren und eine Vorrichtung zur Durchfüh­ rung des Verfahrens.The invention relates to a method for oxygen supply supply of bioreactors and a device for implementation procedure.

Bei Sauerstoff benötigenden biotechnologischen Verfahren führt die der O2-Versorgung dienende Luftdispergierung in der Wasserphase des Bioreaktors häufig zu Problemen durch die aufsteigenden Gasblasen, wie z. B. übermäßige Schaum­ bildung und hieraus resultierende unerwünschte Flotations­ effekte. Die Gasblasen und/oder die für die ausreichende Sauerstoffversorgung erforderlichen durch den Rührer oder die Gasblasen bedingten hohen Turbulenzen führen bei empfindlichen Zellen, die häufig menschlicher, tierischer oder pflanzlicher Herkunft sind, zu Zellschädigungen, Verringerung des Zellwachstums und Erhöhung der Zellster­ berate. Die hierdurch bedingte Anreicherung von toxischen Zell-Zerfallprodukten beeinträchtigt die Zellvermehrung zusätzlich. Auch bei der Züchtung von Mikroorganismen wie z.B. Pilzen, Hefen, Bakterien sind derartige negative Effekte möglich.In the case of biotechnological processes which require oxygen, the air dispersion used for the supply of O 2 in the water phase of the bioreactor frequently leads to problems due to the rising gas bubbles, such as e.g. B. excessive foam formation and resulting undesirable flotation effects. The gas bubbles and / or the high turbulence required for the sufficient oxygen supply caused by the stirrer or the gas bubbles lead to cell damage, reduction in cell growth and increase in cell death rates in sensitive cells, which are often of human, animal or vegetable origin. The resulting accumulation of toxic cell decay products also affects cell proliferation. Such negative effects are also possible in the cultivation of microorganisms such as fungi, yeasts, bacteria.

Die Schaumbildung kann derzeit nur durch zusätzliche technisch aufwendige Maßnahme wie den Einbau von mecha­ nischen Schaumbrechern und/oder den Einsatz von Anti­ schaummitteln verhindert oder in tolerierbaren Grenzen gehalten werden. Die Bekämpfung der Schaumbildung und der zusätzlichen häufigen Flotation von Biomasse und orga­ nischen Substanzen der Nährlösung als weitere negative Begleiterscheinungen der Blasenbelüftung können die Pro­ duktionskosten von Zellkulturen und biotechnologischen Endprodukten sehr stark erhöhen.The foam formation can currently only by additional technically complex measure such as the installation of mecha African foam breakers and / or the use of anti foaming agents prevented or within tolerable limits being held. The fight against foam formation and additional frequent flotation of biomass and orga niche substances of the nutrient solution as further negative Side effects of bladder ventilation can be the Pro production costs of cell cultures and biotechnological Increase end products very strongly.

Um die Schaumbildung und damit einhergehende Flotation von Zellen, Proteinen, Micro-Carriern und Zell-Zerfallproduk­ ten zu vermeiden, ist es bereits vorgeschlagen worden, den erforderlichen Sauerstoff über offenporige hydrophobe Membranen in den Reaktor einzutragen, wobei die Membranen als Schlauchmembranen ausgebildet werden. Bei diesem Reaktor muß die Membran bewegt werden, was den fertigungs­ technischen Aufwand erhöht und einen Einsatz bei größeren Bioreaktoren unwirtschaftlich macht. Darüberhinaus ge­ statten diese Schlauchmembranen aufgrund der geringen zulässigen O2-Partialdrücke nur eine begrenzte Sauerstoff­ eintragrate, da andernfalls an den Poren unerwünschte Gasblasen entstehen und aus den Poren austreten. Es ist auch schon vorgeschlagen worden, für die Züchtung von tierischen Zellen in Suspensions-und Monolayerkulturen in Fermentationsgefäßen die Zufuhr des Sauerstoffs über permeable Membranen durchzuführen, die aus einem gasdurch­ lässigen synthetischen Material wie Silicongummi bestehen, wobei die Membran als Schlauch ausgebildet sein kann. Diese Schlauchmembranen sind außerordentlich empfindlich gegen mechanische Einwirkungen, so daß ihr Einbau in den Bioreaktor sehr sorgfältig erfolgen muß, damit Beschädi­ gungen vermieden werden. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß nur geringe Sauerstoffeintragraten möglich sind, da andernfalls bei höheren O2-Partialdrücken von z.B. 1,5 bar Überdruck die Schlauchmembran reißt.In order to avoid foam formation and the associated flotation of cells, proteins, micro-carriers and cell decay products, it has already been proposed to introduce the required oxygen into the reactor via open-pore hydrophobic membranes, the membranes being designed as tubular membranes. In this reactor, the membrane has to be moved, which increases the manufacturing outlay and makes it uneconomical to use larger bioreactors. In addition, due to the low permissible O 2 partial pressures, these hose membranes only allow a limited oxygen entry rate, since otherwise undesired gas bubbles form on the pores and emerge from the pores. For the cultivation of animal cells in suspension and monolayer cultures in fermentation vessels, it has also already been proposed to carry out the supply of oxygen via permeable membranes which consist of a gas-permeable synthetic material such as silicone rubber, the membrane being able to be designed as a tube. These hose membranes are extremely sensitive to mechanical influences, so that their installation in the bioreactor must be done very carefully so that damage is avoided. Another disadvantage is that only low oxygen entry rates are possible, since otherwise the hose membrane will tear at higher O 2 partial pressures of, for example, 1.5 bar overpressure.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Sauerstoffversorgung von Bioreaktoren und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, die bei geringem mechanischem Aufwand eine hohe Sauerstoffeintrag­ rate ermöglicht ohne daß als Folge der Blasenbildung eine Flotation in dem Bioreaktor auftritt.The object of the invention is to provide a method for Oxygen supply from bioreactors and a device to implement the procedure, which at low mechanical effort and high oxygen input rate enables a without Flotation occurs in the bioreactor.

Erfindungsgem. erfolgt die Lösung der Aufgabe dadurch, daß der für die Durchführung des Bioprozesses erforderliche Sauerstoff insgesamt oder anteilsmäßig blasenfrei durch eine porenfreie Kunststoffmembran mit einer Gewebever­ stärkung in die Wasserphase eingetragen wird. Die Kunst­ stoffmembran kann als Schlauch- oder Flachmembran ausge­ bildet sein, wobei das Gewebe in die Kunststoffmembran eingebettet, auf der der Wasserseite zugewandten Fläche der porenfreien Kunststoffmembran oder aber auf der der Wasserseite abgewandten Fläche der porenfreien Kunststoff­ membran angeordnet sein kann.According to the invention. the problem is solved in that the one required to carry out the bioprocess Total or partial oxygen free of bubbles a non-porous plastic membrane with a fabric strengthening is entered in the water phase. The art  fabric membrane can be designed as a tubular or flat membrane forms, with the tissue in the plastic membrane embedded, on the surface facing the water side the non-porous plastic membrane or on the Surface of the non-porous plastic facing away from the water membrane can be arranged.

Weitere Merkmale der Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen beschrieben und nachstehend anhand der Zeich­ nungen näher erläutert. Es zeigtFurther features of the invention are set forth in the dependent Described claims and below with reference to the drawing nations explained in more detail. It shows

Fig. 1 bis 3 Ausführungsformen von Schlauchmembranen in schematischen Seitenansichten im Schnitt, Figs. 1 to 3 show embodiments of tubular membranes in schematic side views in section,

Fig. 4 bis 6 Ausführungsformen von Flachmembranen in schematischen Seitenansichten im Schnitt, FIGS. 4 to 6 show embodiments of flat membranes in schematic side views in section,

Fig. 7a einen Bioreaktor mit Flachmembranen in der Seitenansicht im Schnitt, Fig. 7a a bioreactor with flat membranes in the side view, in section,

Fig. 7b eine Doppelmembran des Bioreaktors nach Fig. 7 in einer vergrößerten Detailansicht, FIG. 7b is a double membrane of the bioreactor of FIG. 7 in an enlarged detail view,

Fig. 7c eine weitere Ausbildung eines Bioreaktors mit Flachmembranen in der Seitenansicht im Schnitt. Fig. 7c shows a further embodiment of a bioreactor with flat membranes in the side view in section.

Fig. 8 einen Bioreaktor mit Schlauchmembran in der Seitenansicht im Schnitt, Fig. 8 shows a bioreactor with tubular membrane in the side view, in section,

Fig. 9a und 9b die Anordnung von Schlauchmembranen in einer schematischen Draufsicht, Fig. 9a and 9b, the array of tubular membranes in a schematic plan view,

Fig. 9c eine weitere Anordnung von Schlauchmembranen in einer schematischen Seitenansicht in einem vergrößerten Ausschnitt. Fig. 9c a further arrangement of tubular membranes in a schematic side view in an enlarged section.

In Fig. 1 bis 3 sind als Schlauchmembranen ausgebildete Kunststoffmembranen 4 dargestellt, die z. B. aus einem ansich bekannten Siliconkunststoff oder mit Silicon be­ schichtetem Kunststoff bestehen können. Die Kunststoff­ membranen 4 sind mit einem Gewebe 6 verstärkt. Das Gewebe 6 kann in die Kunststoffmembran 4 eingebettet, auf der der Wasserseite 7 zugewandten Fläche 8 oder aber auf der der Wasserfläche 7 abgewandten Fläche 9 angeordnet sein. Das Gewebe 6 kann aus monofilen oder multifilen organischen oder anorganischen Fasern bestehen. Organische Fasern können solche aus Polyester, Polyamid, Teflon od. dgl. sein, während als anorganische Fasern Glasfasern oder Metallfasern verwendet werden können. Von besonderem Vorteil sind Fasern wie z. B. aus Polyester, die die zur Sterilisation erforderlichen Temperaturen ohne negative Beeinträchtigung ihrer meachnischen Eigenschaften ertragen können.In Fig. 1 to 3 designed as tubular membranes plastic membranes 4 are shown, the z. B. can consist of a known silicone plastic or be coated with silicone plastic. The plastic membranes 4 are reinforced with a fabric 6 . The fabric 6 can be embedded in the plastic membrane 4 , arranged on the surface 8 facing the water side 7 or else on the surface 9 facing away from the water surface 7 . The fabric 6 can consist of monofilament or multifilament organic or inorganic fibers. Organic fibers can be those made of polyester, polyamide, Teflon or the like, while glass fibers or metal fibers can be used as inorganic fibers. Of particular advantage are fibers such. B. made of polyester, which can withstand the temperatures required for sterilization without adversely affecting their mechanical properties.

In den Fig. 4 bis 6 sind schematisch ebenfalls porenfreie Kunststoffmembranen 3 dargestellt, die jeweils als Flach­ membran ausgebildet sind. Diese Kunststoffmembranen weisen ebenfalls Verstärkungen mit einem Gewebe 6 auf, das wie oben beschrieben ausgebildet und angeordnet ist.In Figs. 4 to 6 also nonporous plastic membranes 3 are schematically shown, each configured as a flat membrane. These plastic membranes also have reinforcements with a fabric 6 which is designed and arranged as described above.

Der in Fig. 7a schematisch dargestellte Bioreaktor 1 be­ steht aus einem Reaktorgehäuse 10 mit einem bodenseitig angeordneten Rührer 11. In dem Reaktorgehäuse 10 ist ein Kunststoffmembranmodul 18 angeordnet, das aus Doppelmem­ branen 19 besteht. Jede Doppelmembran 19 ist aus zwei Flachmembranen 12, 13 gebildet, die mittels eines gas­ durchlässigen Abstandhalters 14 auf Distanz gehalten werden (Fig. 7b). Durch den durch die Flachmembranen 12, 13 gebildeten Kanal 20 wird der Sauerstoff eingebracht und kann durch die Flachmembranen 12, 13 in die Wasserseite 7 diffundieren. Der Abstandshalter 14 kann z. B. als Well­ band, Netz, Gewebe oder dergleichen ausgebildet sein. The bioreactor 1 shown schematically in FIG. 7a consists of a reactor housing 10 with a stirrer 11 arranged on the bottom. In the reactor housing 10 , a plastic membrane module 18 is arranged, the membrane 19 consists of Doppelmem. Each double membrane 19 is formed from two flat membranes 12 , 13 , which are kept at a distance by means of a gas-permeable spacer 14 ( FIG. 7b). The oxygen is introduced through the channel 20 formed by the flat membranes 12 , 13 and can diffuse through the flat membranes 12 , 13 into the water side 7 . The spacer 14 may e.g. B. as a corrugated band, mesh, tissue or the like.

Zwischen den Doppelmembranen 19 sind Abstandshalter 22 angeordnet. Diese verhindern, daß sich die Flachmembranen 12, 13 bei einer Beaufschlagung des Kanals 20 mit Gas durch den Gasdruck nach außen verformen. Diese Abstands­ halter 22 können ebenfalls als Wellband, Netz, Gewebe oder dergleichen ausgebildet sein. Das Kunststoffmembran­ modul 18 ist in seitlichen Wänden 23, 24 gehalten und in dem Reaktorgehäuse 10 auf einer netz- oder gitterartigen Auflage 31 abgestützt.Spacers 22 are arranged between the double membranes 19 . These prevent the flat membranes 12 , 13 from deforming outwards when the channel 20 is exposed to gas due to the gas pressure. This spacer 22 can also be designed as a corrugated tape, mesh, tissue or the like. The plastic membrane module 18 is held in side walls 23 , 24 and is supported in the reactor housing 10 on a mesh or grid-like support 31 .

In Fig. 7c ist ein weiterer Bioreaktor 1 a dargestellt, der sich von dem Bioreaktor 1 durch die Anordnung des Rührers unterscheidet. Der hier verwendete Rührer 25 ist horizon­ tal gelagert und weist stabförmige Rührelemente 26 auf, die zwischen den Außenseiten 27 der Flachmembranen 12, 13 der Doppelmembranen 19 angeordnet sind. Die Rührelemente 26 sind radial auf der Welle 28 des Rührers 25 gelagert, die durch die eine seitliche Wand des Reaktorgehäuses 10 durchgeführt ist. Um einen schnellen Ein- und Ausbau des Kunststoffmembranmoduls 18 zu ermöglichen, können dessen seitliche Wand 23 sowie die Doppelmembran 19 nicht näher dargestellte vertikale schlitzförmige Ausnehmungen 29, 30 aufweisen, die in Fig. 7c durch Bezugszeichen angedeutet sind. Bei einer Rotation des Rührers 25 wird ein beson­ ders hoher scherkraftarmer Sauerstoffeintrag aus den Doppelmembranen 19 erzielt.In Fig. 7c a further bioreactor 1 a is shown, which differs from the bioreactor 1 through the arrangement of the stirrer. The stirrer 25 used here is mounted horizontally and has rod-shaped stirring elements 26 which are arranged between the outer sides 27 of the flat membranes 12 , 13 of the double membranes 19 . The stirring elements 26 are mounted radially on the shaft 28 of the stirrer 25 , which is passed through the one side wall of the reactor housing 10 . In order to enable rapid installation and removal of the plastic membrane module 18 , its side wall 23 and the double membrane 19 can have vertical slot-shaped recesses 29 , 30 ( not shown in more detail), which are indicated in FIG. 7c by reference numerals. When the stirrer 25 rotates, a particularly high low-shear oxygen input from the double membranes 19 is achieved.

Der in Fig. 8 dargestellte Bioreaktor 2 besteht ebenfalls aus einem Reaktorgehäuse 10 mit einem bodenseitig ange­ ordneten Rührer 11. In dem Reaktorgehäuse 10 sind jedoch als Schlauchmembranen ausgebildete porenfreie Kunststoff­ membranen 4 angeordnet. Die einzelnen Kunststoffmembranen 4 sind jeweils zu Schlauchringen 15 mit unterschiedlichem Durchmesser geformt und übereinander und ineinander im Abstand voneinander gestapelt. Zur Distanzhaltung und Lagefixierung dienen Stützen 16. Fig. 9a zeigt eine sche­ matische Draufsicht dieses so ausgebildeten Kunststoffmem­ branmoduls 21. Es ist auch möglich, die schlauchförmigen Kunststoffmembranen 4 in einer horizontalen Ebene jeweils spiralförmig auszubilden wie es Fig. 9b zeigt. Hierbei können jedoch unter Umständen ungleichmäßige mechanische Belastungen und Lufteintragsraten auftreten. Fig. 9c zeigt eine Abwandlung des Kunststoffmembranmoduls 21, bei der die einzelnen Schlauchringe 15 direkt aufeinanderliegen. Diese Ausführungsform entspricht annähernd einem Kunst­ stoffmembranmodul mit Flachmembranen, wobei die für den Lufteintrag wirksame Oberfläche durch die Wölbung der einzelnen Schlauchringe 15 vergrößert ist. Zwischen den Schlauchringen 15 (Fig. 9a) und in den spiralförmig ange­ ordneten Schlauchringen 17 (Fig. 9b) sind ebenfalls Ab­ standhalter 22 angeordnet.The bioreactor 2 shown in FIG. 8 also consists of a reactor housing 10 with a stirrer 11 arranged at the bottom. In the reactor housing 10 , however, non-porous plastic membranes 4 designed as tubular membranes are arranged. The individual plastic membranes 4 are each formed into hose rings 15 with different diameters and stacked one above the other and one inside the other at a distance from one another. Supports 16 serve to keep the distance and fix the position. Fig. 9a shows a specific matic plan view showing this thus formed Kunststoffmem branmoduls 21st It is also possible to form the tubular plastic membranes 4 in a horizontal plane as shown in FIG. 9b. However, uneven mechanical loads and air entry rates can occur under certain circumstances. Fig. 9c shows a modification of the plastics membrane module 21, in which the individual tubing rings 15 lie on one another directly. This embodiment corresponds approximately to a plastic membrane module with flat membranes, the effective surface for the air entry being increased by the curvature of the individual hose rings 15 . Between the hose rings 15 ( Fig. 9a) and in the spirally arranged hose rings 17 ( Fig. 9b) from 22 are also arranged.

Die je nach Typ des Bioreaktors und Anwendungsfall als Schlauch- oder Flachmembranmodule zur Anwendung kommenden Kunststoffmembranen zeichnen sich gegenüber bekannten unverstärkten Kunststoffmembranen durch erhebliche Vor­ teile aus. Durch die Gewebeverstärkung wird die Anwendung sehr hoher Sauerstoffpartialdrücke von über 10 bar in der Gasphase des jeweiligen Kunststoffmembranmoduls ermög­ licht. Da die Sauerstoffmenge (g), die pro Zeiteinheit (Stunde h) und Flächeneinheit (m2) eingetragen wird, proportional mit dem Sauerstoffpartialdruck in der Gasphase ansteigt, sind wesentlich höhere Sauerstoffeintragsraten als bisher bekannt möglich. Während nicht verstärkte Membransysteme z. B. auf der Basis dünnwandiger und ent­ sprechend empfindlicher Siliconschläuche mit einer Wand­ stärke von 0,2 mm bis ca. 0,5 mm Sauerstoffeintragsraten von etwa 1 bis 2 g O2/m2h ergeben, betragen die Sauerstoff­ eintragsraten bei demselben jedoch gewebeverstärkten Membranmaterial und bei ähnlichen Wanddicken je nach Durchmischung der Wasserphase 10 bis 30 g O2/m2h und mehr.The plastic membranes used depending on the type of bioreactor and application as hose or flat membrane modules are distinguished from known unreinforced plastic membranes by considerable advantages. The fabric reinforcement enables the use of very high oxygen partial pressures of over 10 bar in the gas phase of the respective plastic membrane module. Since the amount of oxygen (g) , which is entered per unit of time (hour h) and unit area (m 2 ), increases proportionally with the oxygen partial pressure in the gas phase, significantly higher oxygen input rates than previously known are possible. While not reinforced membrane systems such. B. on the basis of thin-walled and accordingly sensitive silicone hoses with a wall thickness of 0.2 mm to about 0.5 mm oxygen entry rates of about 1 to 2 g O 2 / m 2 h result, the oxygen entry rates for the same, however, tissue-reinforced Membrane material and with similar wall thicknesses, depending on the mixing of the water phase, 10 to 30 g O 2 / m 2 h and more.

Die Durchmischung der Wasserphase 7, die auch den Sauerstoffeintrag der Kunststoffmembranen mit Gewebeverstärkung beeinflußt, kann durch einen oder mehrere Rührer 11 und/oder durch eine externe Umwälzpumpe erfolgen, die in den Abbildungen nicht näher dargestellt ist. Eine zusätzliche Bewegung wie z.B. Rotation führt zu einer weiteren Verbesserung des Sauerstoffeintrags und damit der Reaktorumsatzleistung. Die Rotation kann hierbei gleichbleibend oder als Hin- und Herbewegung und/oder Auf- und Abbewegung ausgebildet sein.The mixing of the water phase 7 , which also influences the oxygen input of the plastic membranes with tissue reinforcement, can be carried out by one or more stirrers 11 and / or by an external circulation pump, which is not shown in the figures. An additional movement, such as rotation, leads to a further improvement in the oxygen input and thus the reactor conversion performance. The rotation can be constant or can be designed as a back and forth movement and / or up and down movement.

Die durch die Gewebeverstärkung erzielte Verbesserung der mechanischen Stabilität der Kunststoffmembranen 3, 4, 5 führt zusätzlich zu einer vollkommen problemlosen Hand­ habung der jeweiligen Membran. Die Gefahr einer mecha­ nischen Beschädigung, die bei unverstärkten dünnwandigen Membranen stets gegeben ist und den Bau von Sauerstoff­ eintragsmodulen auf Membranbasis im technischen Maßstab erschwert, ist bei den gewebeverstärkten Kunststoffmem­ branen 3, 4, 5 weitgehend beseitigt.The improvement achieved by the fabric reinforcement of the mechanical stability of the plastic membranes 3 , 4 , 5 also leads to a completely problem-free handling of the respective membrane. The risk of mechanical damage, which is always present with unreinforced thin-walled membranes and complicates the construction of membrane-based oxygen entry modules on an industrial scale, is largely eliminated in the fabric-reinforced plastic membrane branches 3 , 4 , 5 .

Der blasenfreie und damit auch zwangsläufig schaumfreie Sauerstoffeintrag über nicht bewegte oder bewegte nicht poröse Kunststoffmembranen 3, 4, 5 mit einer Gewebever­ stärkung ist prinzipiell für die Sauerstoffversorgung aller in der Biotechnologie eingesetzten Reaktortypen geeignet. Neben dem Einsatz in Rührkessel- und Schlaufen­ reaktoren ist die Verwendung gewebeverstärkter Kunststoff­ membranen 3, 4, 5 als Membranmodul in jeweils auf den Anwendungsfall zugeschnittener Modulform wie Schlauch­ modul, Flachmembranmodul, Wickelmodul mit Schläuchen bzw. Flachmembranen besonders auch für die Durchführung von biotechnologischen Umsetzungen im Flüssig- Fest- Wirbel­ schicht- und Fließbettreaktoren vorteilhaft.The bubble-free and therefore also necessarily foam-free oxygen input via non-moving or moving non-porous plastic membranes 3 , 4 , 5 with a tissue reinforcement is in principle suitable for the oxygen supply of all reactor types used in biotechnology. In addition to the use in stirred tank and loop reactors, the use of fabric-reinforced plastic membranes 3 , 4 , 5 as membrane module in a module shape tailored to the application, such as a hose module, flat membrane module, winding module with hoses or flat membranes, is particularly useful for carrying out biotechnological implementations in the Liquid, solid, fluidized bed and fluidized bed reactors are advantageous.

Beim Flüssig- Fest- Wirbelschicht- bzw. Fließbettreaktor befinden sich die Mikroorganismen entweder als biologi­ scher Belag auf einem feinkörnigen festen Träger wie z. B. Sand mit einem Durchmesser von z.B. 0,5 mm oder ohne zusätzlichen Träger nur aus Bakterienmasse bestehend, in Pelletform, in einem permanenten Schwebezustand, der durch den aufwärtsgerichteten Strom der Nährlösung erzeugt wird. Erfaßt das jeweilige Kunststoffmembranmodul, das in diesem Fall vorteilhaft als Schlauchmodul bzw. Schlauchwickel­ modul ausgebildet ist, gleichmäßig die gesamte Wirbel­ schicht, wird eine Schaumbildung verhindert und zusätzlich noch eine schonende und über die gesamte Wirbelschicht gleichmäßige den Umsatz der Mikroorganismen steigernde Sauerstoffversorgung ermöglicht. Auch beim Wirbelschicht­ und Fließbettreaktor, bei denen der Sauerstoffeintrag der Kunststoffmembranen mit Gewebeverstärkung weitgehend durch die Membrandimensionen und den Sauerstoffpartialdruck bestimmt wird, bewirkt eine kontinuierliche Hin- und Herbewegung der Membranen bzw. des Membranmoduls in der horizontalen und/oder vertikalen Richtung eine Verbesse­ rung des Sauerstoffeintrags.With the liquid, solid, fluidized bed or fluidized bed reactor the microorganisms are either biological shear coating on a fine-grained solid support such. B. Sand with a diameter of e.g. 0.5 mm or without additional carrier consisting only of bacterial mass, in Pellet shape, in a permanent state of limbo, which by the upward flow of nutrient solution is generated. Detects the respective plastic membrane module that in this Case advantageous as a hose module or hose reel is module-shaped, evenly the entire vertebra layer, foam formation is prevented and additionally still a gentle one and over the entire fluidized bed evenly increasing the turnover of the microorganisms Allows oxygen supply. Even with the fluidized bed and fluid bed reactor, in which the oxygen input of the Plastic membranes with fabric reinforcement largely through the membrane dimensions and the oxygen partial pressure is determined, causes a continuous back and forth Movement of the membranes or the membrane module in the horizontal and / or vertical direction an improvement tion of oxygen input.

Claims (16)

1. Verfahren zur Sauerstoffversorgung von Bioreaktoren, dadurch gekennzeichnet, daß der für die Durchführung des Bioprozesses erforderliche Sauerstoff insgesamt oder anteilsmäßig blasenfrei durch eine porenfreie Kunststoffmembran mit einer Gewebeverstärkung in die Wasserphase eingetragen wird.1. method for supplying oxygen to bioreactors, characterized in that the implementation total oxygen required for the bioprocess or proportionally free of bubbles due to a non-porous Plastic membrane with a fabric reinforcement in the Water phase is entered. 2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Sauerstoff über eine im Reaktor feststehende oder bewegte Kunststoffmembran mit Gewebeverstärkung in die Wasserphase eingetragen wird.2. The method according to claim 1, characterized in that that the oxygen over a fixed in the reactor or moving plastic membrane with fabric reinforcement is entered in the water phase. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeich­ net, daß zur Minimierung der Schaumbildung und Flota­ tionseffekte der im Bioreaktor erforderliche Sauer­ stoff zum einen Teil durch eine ansich bekannte Bla­ senbelüftung und zum anderen Teil blasenfrei über eine oder mehrere porenfreie Kunststoffmembranen mit Ge­ webeverstärkung in die Wasserphase eingetragen wird. 3. The method according to claim 1 and 2, characterized net that to minimize foaming and flota effects of the acid required in the bioreactor fabric partly through a well-known bla ventilation and on the other hand bubble-free via one or several non-porous plastic membranes with Ge web reinforcement is entered in the water phase.   4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3 dadurch gekennzeich­ net daß als Bioreaktor ein Rührkessel, Schlaufen- Fließbett- oder Wirbelschichtreaktor verwendet wird.4. The method according to claim 1 to 3 characterized net that as a bioreactor a stirred tank, loop Fluid bed or fluidized bed reactor is used. 5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4 , dadurch gekennzeich­ net, daß die Sauerstoffzufuhr ausschließlich oder zusätzlich über porenfreie Kunststoffmembranen mit Gewebeverstärkung in einem Rezirkulationswasserstrom eines Rührkessels, Schlaufen-, Fließbett- oder Wirbel­ schichtreaktors erfolgt.5. The method according to claim 1 to 4, characterized in net that the oxygen supply exclusively or additionally with non-porous plastic membranes Tissue reinforcement in a recirculation water stream a stirred tank, loop, fluidized bed or vortex layer reactor takes place. 6. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß der Sauerstoffeintrag über porenfreie Kunststoffmembranen mit Gewebeverstärkung im Bioreaktor zur Züchtung empfindlicher Bakterien­ kulturen und Zellkulturen menschlicher, tierischer und pflanzlicher Herkunft erfolgt.6. Application of the method according to claim 1 to 5, because characterized in that the oxygen input over non-porous plastic membranes with fabric reinforcement in the bioreactor for growing sensitive bacteria cultures and cell cultures of human, animal and of vegetable origin. 7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Bioreaktor (1, 2) porenfreie Kunststoffmembranen (3, 4, 5) angeordnet sind, die mit einem Gewebe (6) ver­ stärkt sind.7. Device for performing the method according to claim 1 to 6, characterized in that in the bioreactor ( 1 , 2 ) non-porous plastic membranes ( 3 , 4 , 5 ) are arranged, which are reinforced with a fabric ( 6 ) ver. 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewebe (6) in die porenfreie Kunststoffmembran (3, 4, 5) eingebettet ist.8. The device according to claim 7, characterized in that the fabric ( 6 ) in the non-porous plastic membrane ( 3 , 4 , 5 ) is embedded. 9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewebe (6) auf der der Wasserphase (7) zuge­ wandten Fläche (8) der porenfreien Kunststoffmembran (3, 4, 5) angeordnet ist. 9. The device according to claim 7, characterized in that the fabric ( 6 ) on the water phase ( 7 ) facing surface ( 8 ) of the non-porous plastic membrane ( 3 , 4 , 5 ) is arranged. 10. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewebe (6) auf der der Wasserphase (7) abge­ wandten Fläche (9) der porenfreien Kunststoffmembran (3, 4, 5) angeordnet ist.10. The device according to claim 7, characterized in that the fabric ( 6 ) on the water phase ( 7 ) abge facing surface ( 9 ) of the non-porous plastic membrane ( 3 , 4 , 5 ) is arranged. 11. Vorrichtung nach Anspruch 7 bis 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Gewebe (6) aus monofilen oder multi­ filen organischen Fasern besteht.11. The device according to claim 7 to 10, characterized in that the fabric ( 6 ) consists of monofilament or multi-filen organic fibers. 12. Vorrichtung nach Anspruch 7 bis 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Gewebe (6) aus anorganischen mono­ filen oder multifilen Fasern besteht.12. The device according to claim 7 to 10, characterized in that the fabric ( 6 ) consists of inorganic monofilaments or multifilament fibers. 13. Vorrichtung nach Anspruch 7 bis 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die porenfreie Kunststoffmembran (3, 5) als Flachmembran ausgebildet ist.13. The apparatus of claim 7 to 12, characterized in that the non-porous plastic membrane ( 3 , 5 ) is designed as a flat membrane. 14. Vorrichtung nach Anspruch 7 bis 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die porenfreie Kunststoffmembran (4) als Schlauchmembran ausgebildet ist.14. The apparatus according to claim 7 to 12, characterized in that the non-porous plastic membrane ( 4 ) is designed as a tubular membrane. 15. Anwendung der Vorrichtung nach Anspruch 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß mittels der porenfreien Kunststoffmembran (3, 4, 5) mit Gewebeverstärkung in einem Bioreaktor (1, 2) der Sauerstoffeintrag und gleichzeitig/oder die Entfernung des durch die Bio­ prozesse entstandenen Kohlendyoxids oder anderer leichtflüchtiger Stoffwechselendprodukte erfolgt.15. Use of the device according to claim 7 to 14, characterized in that by means of the non-porous plastic membrane ( 3 , 4 , 5 ) with tissue reinforcement in a bioreactor ( 1 , 2 ) the oxygenation and at the same time / or the removal of the processes caused by the bio Carbon dioxide or other volatile metabolic end products. 16. Anwendung der Vorrichtung nach Anspruch 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Wasserphase im Bioreaktor (1, 2) gelösten gegebenenfalls unerwünschte Substanzen über die porenfreie Kunststoffmembran (3, 4, 5) mit Gewebeverstärkung abgeführt werden.16. Use of the device according to claim 7 to 14, characterized in that the undesirable substances dissolved in the water phase in the bioreactor ( 1 , 2 ) are removed via the non-porous plastic membrane ( 3 , 4 , 5 ) with tissue reinforcement.
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