DE3727132A1 - Verfahren zur destabilisierung und zerstoerung von schaeumen mit thermischer energie - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Destabilisierung und Zerstörung von Schäumen mit thermischer Energie.

Das Problem der Schaumbildung tritt in vielen chemischen und biologischen Prozessen auf. Die Schaumbildungsraten (d.h. das pro Zeiteinheit gebildete Schaumvolumen) können in vielen Fäl­ len so hoch sein, daß die Prozeßführung ohne Schaumzerstörungs­ maßnahmen sehr stark erschwert wird.

Besonders bei Fermentationsprozessen kann es während des Mikro­ organismenwachstums zu einer starken Schaumbildung kommen. Die Schaumbildung wird bei aeroben Prozessen durch die notwendige Belüftung und das Rühren des Substrates, bei anaeroben Gärungs­ prozessen durch erzeugtes Gas, sowie durch Proteine, die als Stoffwechselprodukte der Mikroorganismen entstehen, bedingt. Proteine gehören zur Gruppe der Ampho-Tenside. Sie besitzen sowohl hydrophobe als auch hydrophile Gruppen innerhalb ihres Kettengerüstes. Dadurch wirken Proteine wie waschaktive Sub­ stanzen, die die Oberflächenspannung der Kulturbrühe herabset­ zen und so die Schaumbildung begünstigen.

Schaum läßt sich auf chemische, mechanische und thermische Weise bekämpfen.

Die Zudosierung chemischer Antischaummittel kann nur eingesetzt werden, wenn das erzeugte Produkt durch das Antischaummittel nicht geschädigt wird und wenn es sich leicht vom Produkt tren­ nen läßt. Chemische Antischaummittel können sich zudem negativ auf die Viskosität und den Sauerstofftransport im Reaktor aus­ wirken.

Mechanische Schaumzerstörer liefern bei hohen Schaumbildungs­ raten unbefriedigende Ergebnisse, aufgrund zu geringer Lei­ stungsfähigkeit.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Schaum effektiv zu zerstören ohne negative Beeinflussung des Produktionsprozes­ ses.

Diese Aufgabe wird erfindungsmäßig dadurch gelöst, daß Dampf oder ein heißes Gas entweder direkt in die Schaumschicht oder oberhalb der Schaumschicht eingeblasen wird. Durch die dabei übertragene Wärme werden die in den einzelnen Gasblasen ein­ geschlossenen Gasvolumia erwärmt und es kommt zu einer Ver­ größerung der Schaumblasen. Damit verbunden ist eine Abnahme der Dicke der innerlamellaren Flüssigkeitsschicht zwischen den einzelnen Schaumblasen. Ferner bewirkt die Temperaturer­ höhung eine Abnahme der Viskosität dieser Schicht der innerla­ mellaren Flüssigkeit. Aufgrund dieser physikalischen Vorgänge wird die Stabilität des Schaumes so stark herabgesetzt, daß die Schaumblasen entweder während der Wärmeübertragung von selbst platzen, oder durch die Einbringung mechanischer Ener­ gie leicht und effektiv zerstört werden können. Die mechanische Energie kann durch ein komprimiertes Gas, Ultraschall oder durch einen mechanischen Schaumschneider eingebracht werden.

Ob der Schaum allein durch die Einbringung thermischer Ener­ gie zerstört wird, oder ob der Schaum dabei nur destabili­ siert wird und durch Einbringung mechanischer Energie zer­ stört werden muß, ist abhängig von der Konsistenz des er­ zeugten Schaumes.

Erfindungsgemäß kann die Schaumhöhe über der Flüssigkeit auf zwei Arten reguliert werden:
1. durch taktweise Zufuhr thermischer Energie
2. durch kontinuierliche Zufuhr thermischer Energie.

Bei taktweiser Zufuhr der thermischen Energie wird diese ein­ gebracht, sobald der Schaum über der Flüssigkeit eine be­ stimmte Höhe erreicht hat. Dabei wird das gesamte Schaumvo­ lumen zerstört.

Bei kontinuierlicher Zufuhr der thermischen Energie wird pro Zeiteinheit genau soviel Schaum zerstört, wie an der Flüs­ sigkeitsoberfläche gebildet wird. So kann die Schaumhöhe auf einem konstanten Level gehalten werden.

Die kritische Höhe des Schaumlevels wird erfindungsgemäß mit Hilfe eines Niveaumessers (z.B. optisch mittels Differenzial­ photodiode) erfaßt. Dampf bzw. heißes Gas werden erfindungs­ gemäß durch Flachschlitz- oder Rundlochdüsen, welche über den Umfang und/oder den Deckel des entsprechenden Behälters ver­ teilt sind, gleichmäßig eingeblasen.

Funktionsprinzip des Verfahrens

Mit einer geeigneten Schaummeßsonde 1 wird die Höhe der Schaum­ krone über der Fermentationsbrühe gemessen. Als Meßmethoden können sowohl optische, als auch nach dem Leitfähigkeitsprinzip arbei­ tende Meßaufnehmer verwendet werden. Wird eine vorgegebene Schaum­ höhe überschritten, wird dies von der Schaumsonde 1 registriert und ein entsprechendes Signal an die Regelungseinheit 2 gesandt. Über die Regelungseinheit 2 werden am Dampferzeuger (bzw. Gaser­ hitzer) Stellventile geöffnet und Dampf (bzw. Heißgas) über Düsen 4 in den Kopfraum des Bioreaktors eingeblasen. Dadurch wird der Schaum über der Fermentationsbrühe zerstört und die Schaumhöhe sinkt unter den vorgegebenen kritischen Wert. Die Regelungseinheit 2 schließt darauf die Stellventile am Dampferzeuger 3.

Claims (10)

1. Verfahren zur Destabilisierung und Zerstörung von Schäumen, dadurch gekennzeichnet, daß durch Einbringung thermischer Energie die mechanische Festigkeit des Schaumes stark her­ abgesetzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einbringung der thermischen Energie durch Dampf erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einbringung der thermischen Energie durch ein erhitztes Gas erfolgt.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß nach erfolgter Destabilisierung des Schaumes durch thermische Energie der Schaum durch einen mechanischen Schaumzerstörer zerstört wird.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß nach erfolgter Destabilisierung des Schaumes durch thermische Energie der Schaum durch das Einblasen eines Gases zerstört wird.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeich­ net, daß nach erfolgter Destabilisierung des Schaumes durch Zufuhr thermischer Energie der Schaum durch Ultra­ schall zerstört wird.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1-6, dadurch gekennzeich­ net, daß die Einbringung der thermischen Energie kontinu­ ierlich erfolgt.

8. Verfahren nach den Ansprüchen 1-6, dadurch gekennzeich­ net, daß die Einbringung der thermischen Energie taktwei­ se erfolgt.

9. Verfahren nach den Ansprüchen 1-8, dadurch gekennzeich­ net, daß die kritische Schaumhöhe, bei der eine Zerstörung einsetzen soll über Niveaumeßeinrichtungen erfaßt wird.

10. Verfahren nach den Ansprüchen 1-9, dadurch gekennzeich­ net, daß Dampf bzw. erhitztes Gas über Flachschlitz- oder Rundlochdüsen, welche über den Umfang oder Deckel des ent­ sprechenden Behälters verteilt sind, gleichmäßig eingebla­ sen wird.