DE3727132A1 - Method for destabilizing and destroying foams by thermal energy - Google Patents

Method for destabilizing and destroying foams by thermal energy

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Abstract

To destabilize and destroy foams, as are formed, in particular, in chemical and biological processes, thermal energy is introduced into the foam volume and as a result the mechanical strength of the foam is decreased. The thermal energy can be transmitted by steam or by a hot gas. The foam bubbles burst either during the heat transfer or they can easily and effectively be destroyed mechanically.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Destabilisierung und Zerstörung von Schäumen mit thermischer Energie.The invention relates to a method for destabilizing and Destruction of foams with thermal energy.

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.The problem of foam formation occurs in many chemicals and biological processes. The foaming rates (i.e. the foam volume formed per unit of time) can in many cases len be so high that the process control without foam destruction measures is made very difficult.

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.Especially during fermentation processes, it can happen during the micro organism growth lead to a strong foaming. The Foaming is caused by the necessary in aerobic processes Aeration and stirring of the substrate, for anaerobic fermentation processes by generated gas, as well as by proteins, which as Metabolic products of the microorganisms arise conditionally. Proteins belong to the group of amphoteric surfactants. You own both hydrophobic and hydrophilic groups within their Chain frame. As a result, proteins act like washing-active sub punch, which reduces the surface tension of the culture broth zen and thus promote foam formation.

Schaum läßt sich auf chemische, mechanische und thermische Weise bekämpfen.Foam can be chemical, mechanical and thermal Fight Wise.

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.Chemical anti-foaming agents can only be added when the product produced by the anti-foaming agent is not damaged and if it is easy to separate from the product leaves. Chemical anti-foaming agents can also be negative on the viscosity and the oxygen transport in the reactor Act.

Mechanische Schaumzerstörer liefern bei hohen Schaumbildungs­ raten unbefriedigende Ergebnisse, aufgrund zu geringer Lei­ stungsfähigkeit.Mechanical foam destroyers deliver with high foam formation advise unsatisfactory results due to insufficient lei endurance.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Schaum effektiv zu zerstören ohne negative Beeinflussung des Produktionsprozes­ ses.The invention has for its object to effectively foam destroy without adversely affecting the production process 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.This object is achieved according to the invention in that steam or a hot gas either directly into the foam layer or is blown in above the foam layer. By doing it The heat transferred will be the one in the individual gas bubbles closed gas volumia heated and there is a Ver enlargement of the foam bubbles. This is associated with a decrease the thickness of the inner lamellar liquid layer between the individual foam bubbles. It also causes the temperature increase a decrease in the viscosity of this layer of the inner layer mellar fluid. Because of these physical processes the stability of the foam is reduced so much that the foam bubbles either during the heat transfer from itself burst, or by introducing mechanical energy can be easily and effectively destroyed. The mechanical Energy can be obtained through a compressed gas, ultrasound or by a mechanical foam cutter.

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.Whether the foam is just by introducing thermal energy gie destroyed, or whether the foam is only destabili and is broken down by the introduction of mechanical energy must be disturbed depends on the consistency of the he produced foam.

Erfindungsgemäß kann die Schaumhöhe über der Flüssigkeit auf zwei Arten reguliert werden:
1. durch taktweise Zufuhr thermischer Energie
2. durch kontinuierliche Zufuhr thermischer Energie.
According to the invention, the foam height above the liquid can be regulated in two ways:
1. by supplying thermal energy in cycles
2. by continuously supplying thermal energy.

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.When the thermal energy is supplied in cycles, it becomes one brought as soon as the foam over the liquid a be agreed height has reached. The entire foam vo lumen destroyed.

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.With continuous supply of thermal energy, pro Unit of time destroyed as much foam as on the rivers liquid surface is formed. So the foam height can be kept at a constant level.

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. The critical height of the foam level is according to the invention Using a level meter (e.g. optically using a differential photodiode) detected. Steam or hot gas are fiction according to by flat slot or round hole nozzles, which over the Ver volume and / or the lid of the corresponding container parts are blown in evenly.  

Funktionsprinzip des VerfahrensPrinciple of operation of the process

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.The height of the foam crown above the fermentation broth is measured with a suitable foam measuring probe 1 . Optical as well as working on the conductivity principle can be used as measuring methods. If a predetermined foam height is exceeded, this is registered by the foam probe 1 and a corresponding signal is sent to the control unit 2 . Via the control unit 2 on the steam generator (or gas heater) control valves are opened and steam (or hot gas) is injected via nozzles 4 into the head space of the bioreactor. This destroys the foam above the fermentation broth and the foam height drops below the specified critical value. The control unit 2 then closes the control valves on the steam generator 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.1. A method for destabilizing and destroying foams, characterized in that the mechanical strength of the foam is greatly reduced by the introduction of thermal energy. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einbringung der thermischen Energie durch Dampf erfolgt.2. The method according to claim 1, characterized in that the Thermal energy is introduced by steam. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einbringung der thermischen Energie durch ein erhitztes Gas erfolgt.3. The method according to claim 1, characterized in that the Introduction of thermal energy through a heated Gas occurs. 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.4. The method according to claims 1-3, characterized in that after the foam has been destabilized by thermal energy of the foam through a mechanical Foam destroyer is destroyed. 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.5. The method according to claims 1-3, characterized in that after the foam has been destabilized by thermal energy of the foam by blowing one Gas is destroyed. 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.6. The method according to claims 1-3, characterized net that after destabilization of the foam by supplying thermal energy the foam through Ultra sound is destroyed. 7. Verfahren nach den Ansprüchen 1-6, dadurch gekennzeich­ net, daß die Einbringung der thermischen Energie kontinu­ ierlich erfolgt. 7. The method according to claims 1-6, characterized net that the introduction of thermal energy continu is done.   8. Verfahren nach den Ansprüchen 1-6, dadurch gekennzeich­ net, daß die Einbringung der thermischen Energie taktwei­ se erfolgt.8. The method according to claims 1-6, characterized net that the introduction of thermal energy tactaktwei se is done. 9. Verfahren nach den Ansprüchen 1-8, dadurch gekennzeich­ net, daß die kritische Schaumhöhe, bei der eine Zerstörung einsetzen soll über Niveaumeßeinrichtungen erfaßt wird.9. The method according to claims 1-8, characterized net that the critical foam height at which destruction is to be detected using level measuring devices. 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.10. The method according to claims 1-9, characterized net that steam or heated gas over flat slot or Round hole nozzles, which over the circumference or cover of the ent speaking container are distributed evenly will.
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