DE3905158A1 - Baukastensystem fuer bioreaktoren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Baukastensystem für Bioreaktoren nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

In derartigen Bioreaktoren werden mikrobiologische oder biochemische Prozesse zur Herstellung von Substanzen durchgeführt. Diese Prozesse lassen sich im wesentlichen folgendermaßen unterteilen:

Reaktionen, die in oder in Gegenwart von Mikroorganismen, wie Bakte­ rien, Pilzen, Hefen und Viren oder pflanzlichen und tierischen Zellen ablaufen und die der Herstellung insbesondere von Stoffwechselproduk­ ten dieser Organismen oder Zellen dienen. Als Beispiele hierfür seien Lebens- und Genußmittel (Sauermilch, Bier, Wein), Medikamente (Anti­ biotika) Methan- bzw. Biogas, Zerlegungsprodukte von Abfallstoffen (Gülle-Aufbereitung, Klärtechnik), extrazelluläre Enzyme, Kunststoffe usw. genannt.

• - Die Züchtung von Mikroorganismen oder Zellen, um diese selbst oder zumindest deren Zellinhalte zu gewinnen. Als Beispiele hierfür sei die Gewinnung von Bakterieneiweiß aus Abfallstoffen, die Züchtung von Hochleistungsstämmen von Mikroorganismen für die oben genannten Anwendungen, die Herstellung von Impfstoffen und intrazellulären En­ zymen usw. genannt.
• - Die Reaktionen in Abwesenheit von Mikroorganismen oder Zellen mit aus ihnen gewonnenen oder synthetisch herge­ stellten Enzymen als Reaktionskatalysator zur Herstellung bestimmter Substanzen oder auch zur gezielten Modifika­ tion von komplizierten organischen Substanzen.

Die Reaktionen werden je nach Anforderung aerob oder anaerob durchgeführt, wobei es wichtig ist, daß alle Teile des Bio­ reaktors, mit denen die darin enthaltenen Stoffe in Verbin­ dung kommen können, vor Beginn der Prozesse sterilisiert, zumindest aber septisch sind. Je nach Anforderung werden auch bestimmte (oftmals hochkonstante) Temperaturbereiche zwischen nahe 0°C und nahe 100°C gefordert. So vielfältig wie die möglichen gewünschten Reaktionen sind auch die An­ forderungen, die an die verwendeten Bioreaktoren gestellt werden. Wenn es sich lediglich um die Frage dreht, ob ein Prozeß prinzipiell funktioniert, so kann der verwendete Bioreaktor oftmals als sehr einfacher, geschlossener und kontaminationssicherer Behälter ausgeführt werden, in dessen Inhalt gerührt werden kann, der über Zu- und Abgänge verfügt, der sich temperieren läßt. Weiterhin soll der Behälter ste­ rilisierbar sein und mit den notwendigen Meßinstrumenten ausgestattet werden. Wesentlich schwieriger ist die Gestal­ tung des zu verwendenden Bioreaktors, wenn der Prozeß im Hinblick auf die Produktivität einer späteren Reaktionsfüh­ rung im technischen Maßstab untersucht bzw. optimiert werden soll. In diesem Fall muß zusätzlich zu den oben genannten Forderungen noch eine weitgehende Freiheit in der Gestaltung der Behältergeometrie sowie der Prozeßführung durch Einbau­ ten von Funktionselementen in den Reaktor gewährleistet sein, um optimale Bedingungen für den Prozeß erarbeiten zu können.

Es ist zwar z.B. aus der EP-A-02 37 666, der US 37 43 582 oder der FR-A-2 4 86 096 bekannt, Bioreaktoren für die Durchführung bestimmter Prozesse mit den im Oberbegriff des Patentanspruches 1 genannten Merkmalen herzustellen, um so eine Art Baukastensystem zur wahlweisen Vergrößerung oder Verkleinerung des entstehenden Reaktors zur Verfügung zu stellen, jedoch ist der Anwender dennoch an einen bestimmten Reaktortyp gebunden und kann die Funktionselemente zur Opti­ mierung des Prozesses nicht frei wählen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Baukastensystem der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß die einfache und kostengünstige Konstruktion im wesentlichen beliebig gestalteter Bioreaktoren, insbesondere hinsichtlich der zu verwendenden Funktionselemente ermöglicht wird. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß mindestens die Rohrschüsse um ihren Umfang verteilte Durchführungsmuffen aufweisen, die derart gestaltet sind, daß innerhalb der Rohrschüsse ange­ ordnete und deren Innenraum mindestens abschnittsweise un­ terteilende Funktionselemente mittels Halteelementen an den Rohrschüssen reversibel befestigbar sind.

Ein wesentliches Kriterium der Erfindung besteht also darin, daß im Inneren des Bioreaktors Funktionselemente anbringbar sind, die über die Durchführungsmuffen gehalten werden und die (gleichzeitig) von außen betätigbar bzw. mit einem Funktionsträger (Wärmetauschermedium, Begasungsmedium usw.) versorgt werden können. Die Rohrschüsse werden hierfür le­ diglich mit einer entsprechenden Anzahl von Durchführungs­ muffen versehen, die gleichzeitig dem Halt eines Funktions­ elementes oder der Durchführung von Rohren, Wellen oder dergleichen dienen und die bei Nichtgebrauch einfach verschlos­ sen werden. Die so in Serie kostengünstig herstellbaren Rohrschüsse können jederzeit wiederverwendet werden, ohne daß größere Arbeiten beim Umbau in einen anderen Reaktor­ typ anfallen.

Vorzugsweise umfassen die Durchführungsmuffen spannbare Abdichtelemente, durch welche zylindrische Körper, z.B. Haltestäbe oder Rohrleitungen mittels Gewindestücken fest­ setzbar sind. Die Durchführungsmuffen weisen vorzugsweise einen Stutzen mit einer konischen Innenbohrung auf, in wel­ cher ein Silikon-Stopfen mit entsprechend geformter Außen­ kontur sitzt. Wenn ein Rohr durchgeführt oder ein Halte­ element in der Durchführungsmuffe bzw. im Stutzen festge­ setzt werden soll, so weist der Stopfen ein konzentrisches Loch auf, das im wesentlichen dem Durchmesser des durchzu­ führenden Elementes angepaßt ist. Bei entsprechender Formung des Stopfens kann dieser bei Aufschrauben eines Überwurfs so verspannt werden, daß das durchzuführende Element fest im Stopfen fixiert ist.

Vorzugsweise sind in den Rohrschüssen Durchführungsmuffen verschiedener Durchmesser, vorzugsweise von zwei verschiede­ nen Durchmessern je nach durchzuführendem Element vorgesehen. Es ist auch möglich, lediglich groß dimensionierte Durch­ führungsmuffen und in diese einsetzbare Reduzier-Durchfüh­ rungsmuffen vorzusehen. Wenn die Durchführungsmuffen (bzw. einige der Durchführungsmuffen) eine im wesentlichen senk­ recht zum Rohrstutzen angebrachte Querbohrung umfassen, so können diese über ein darin bewegbar eingesetztes Ven­ tilelement als Ablaß-Elemente verwendet werden.

Zur Einführung von Meß-Sonden, insbesondere pH-Meß-Sonden, eignen sich solche Durchführungsmuffen, die schräg zur Wand des Rohrschusses eingesetzt sind, wie dies der korrekte Ein­ bau einer solchen Meß-Sonde erfordert. Da es hierbei insbe­ sondere auf die Neigung der Innenbohrung im Stopfen ankommt, kann auch hier wieder ein entsprechender Einsatz vorgese­ hen werden, der dann in eine an sich radial aus der Wand des Rohrschusses hervorstehende Durchführungsmuffe einsetz­ bar ist.

Vorzugsweise sind im Deckelelement und/oder im Bodenelement ebenfalls Durchführungsmuffen vorgesehen, wobei diese ins­ besondere für die Zu- und Abführung von Flüssigkeiten und Gasen dienen oder aber zur Durchführung von Rührwellen oder dergleichen verwendet werden.

Die Halteelemente werden vorteilhafterweise ebenfalls bau­ kastenartig aufgebaut. Hierzu eignen sich Stäbe, die mit Gewindeenden ausgestattet in Gewindeköpfe geschraubt wer­ den können, wobei dann die Gewindeköpfe wiederum über Schraub­ bolzen oder dergleichen mit den Funktionselementen verbun­ den werden. Vorteilhaft ist es hierbei, wenn die Gewinde­ köpfe zueinander senkrechte Gewindebohrungen aufweisen, da dann die Verbindung mit den beiden Teilen (Funktions­ element und Haltestab) besonders einfach ist.

Als Funktionselemente werden beim erfindungsgemäßen Bau­ kastensystem vorzugsweise Strömungsleitbleche, Wärmetauscher, Begasungselemente oder Siebeinsätze vorgesehen. Diese sind zumindest teilweise derart miteinander kombinierbar, daß z.B. aus einem Begasungselement, insbesondere einer Bega­ sungsdüse und einem rohrförmigen Element, das z.B. als Wärme­ tauscher ausgebildet sein kann, Umwälzeinrichtungen z.B. nach dem Mammut-Pumpen- oder dem Strahlpumpen-Prinzip ent­ stehen.

Vorzugsweise ist ein Mantel vorgesehen, der auf der Außen­ fläche der Rohrschüsse in Abstand zu diesen gehalten ist. Vorzugsweise ist der Mantel in drei oder mehr Wandabschnitte unterteilt, wobei die Wandabschnitte als Bogen-Elemente ausgeführt sind, deren einander zugewandte Ränder parallel zur Achse des Rohrschusses verlaufen. Diese Wandabschnitte können dann über Verbindungselemente (z.B. Schraubbolzen oder dergleichen) unter Aufpressen auf die Wandung des Rohr­ schusses miteinander verspannt werden. Die Montage und Auswechselbarkeit ist hierbei besonders erleichtert. Die Spalte zwischen den Wandabschnitten sind vorzugsweise so dimensioniert, daß die Außenseiten der Durchführungsmuffen leicht zugänglich in den Spalten sitzen. Jeder Rohrschuß ist vorzugsweise nur in den Bereichen mit Durchführungs­ muffen versehen, die nicht vom Mantel bzw. dessen Wandab­ schnitten bedeckt sind.

Die Abstandshaltung des Mantels gegenüber dem jeweiligen Rohrschuß wird vorteilhafterweise über streifenförmige Abstandshalter, insbesondere solche aus Silikonkautschuk bewerkstelligt, die eine Abdichtung zwischen Mantel und Außenwand des jeweiligen Rohrschusses gewährleisten. Diese streifenförmigen Abstandshalter sind nun so verlegt, daß sie einen, vorzugsweise mäanderförmig verlaufenden Kanal zwischen jedem Wandelement und der Außenfläche des dazuge­ hörigen Rohrschusses bilden. Durch diesen Kanal kann nun ein Wärmeträger-Medium (zum Heizen oder Kühlen) geleitet werden.

Weitere erfindungswesentliche Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung bevor­ zugter Ausführungsformen der Erfindung, die anhand von Ab­ bildungen näher beschrieben werden. Hierbei zeigen:

Fig. 1 einen (einfachen) Bioreaktor im Längsschnitt mit angebrachten Funktionselementen;

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung eines Rohr­ schusses mit darin befestigtem Leitrohr;

Fig. 3 und Schnitte durch zwei bevorzugte Ausführungsformen von Flansch-Verbindungen zwischen Rohrschüssen;

Fig. 5 bis 8 bevorzugte Ausführungsformen von Durchführungs­ muffen im Längsschnitt;

Fig. 9 eine große Durchführungsmuffe mit eingesetzter kleiner Reduziermuffe;

Fig. 10 eine schematisierte teilgeschnittene Darstellung eines Befestigungselementes;

Fig. 11 die Anbringungsweise eines Befestigungselemen­ tes an einem Leitrohr;

Fig. 12 einen Schnitt entlang der Linie XII-XII aus Fig. 11;

Fig. 13 eine Durchführungsmuffe im Längsschnitt mit eingesetztem Begasungsanschluß, der mittels Anstechtechnik eingebracht wurde;

Fig. 14 eine Durchführungsmuffe im Längsschnitt mit eingesetztem Ablaßhahn;

Fig. 15 eine in eine Durchführungsmuffe einsetzbare Meß-Sonde samt Halterungsrohr;

Fig. 16 eine Durchführungsmuffe mit eingesetzter Lage­ rung für eine Welle;

Fig. 17 einen Siebboden als Funktionselement;

Fig. 18 und 19 Begasungselemente;

Fig. 20 eine Anstechkanüle;

Fig. 21 eine Vorrichtung zum Ablassen kleiner Volumen­ ströme während der Sterilisation;

Fig. 22 und 23 den Ausschnitt eines Leitbleches in Vorder- bzw. Seitenansicht;

Fig. 24 einen Rohrschuß mit aufgesetztem Mantel in der Seitenansicht;

Fig. 25 eine Abwicklung der Innenansicht eines Mantelab­ schnittes nach Fig. 24; und

Fig. 26 einen horizontalen Schnitt durch den Rohrschuß mit aufgesetztem Mantel nach Fig. 24.

Wie aus Fig. 1 hervorgeht, umfaßt eine Möglichkeit eines aus dem erfindungsgemäßen Bausystem aufgebauten Bioreaktors zwei Rohrschüsse 10, 10′, die jeweils einen oberen Flansch 12 und einen unteren Flansch 13 aufweisen. Der unter Flansch 13 des oberen Rohrschusses 10 ist auf den oberen Flansch 12′ des unteren Rohrschusses 10′ unter Abdichtung aufge­ schraubt.

Auf dem oberen Flansch 12 des oberen Rohrschusses 10 ist ein Deckel 17 mit seinem Flansch 19 befestigt.

Auf dem unteren Flansch 13′ des unteren Rohrschusses 10′ ist ein konischer Rohrschuß 10′′ mit seinem oberen Flansch 12′′ befestigt. Der konische Rohrschuß 10′′ ist auf seiner Unter­ seite über einen gewölbten Boden 18 abgeschlossen, der mit seinem Flansch 19 am unteren Flansch 13′′ des konischen Rohr­ schusses 10′′ befestigt ist.

Die Rohrschüsse 10 und 10′′ sind in gleichen Winkelabständen und in gleicher Höhe (in ihrer Achsrichtung gesehen) mit Durchführungsmuffen 20 versehen, die Innenbohrungen 25 auf­ weisen, welche in einen Innenraum 15 (siehe Fig. 2) im Reaktor münden.

Im Zentrum des Deckels 17 ist ebenfalls eine Durchführungs­ muffe 20 vorgesehen, die eine Wellendurchführung 50 beinhal­ tet, durch welche eine Welle 51 hindurchgeführt ist, die an ihrem behälterinneren Ende ein Rührwerk 112 aufweist. Am anderen Ende der Welle 21 ist ein nicht gezeigter Elektro­ motor mit seiner Ausgangswelle angekoppelt. Der Elektromotor wird vorteilhafterweise ebenfalls über Halteelemente an (im Deckel 17 vorgesehenen, aber in Fig. 1 nicht gezeigten) Durchführungsmuffen 20 gehalten.

Im Inneren der Rohrschüsse 10, 10′ ist ein rohrförmiger Wärmetauscher 106 angebracht. Der Wärmetauscher 106 umfaßt einen Innenmantel 107 und einen Außenmantel 108, die vonein­ ander über Stege 109 unter Bildung eines Kanales verbunden sind. In den Anfang des Kanals, der vorzugsweise wendelförmig zwischen dem Innenmantel 107 und dem Außenmantel 108 ver­ läuft, münden eine Zuleitung 110 und eine Ableitung 111. Die Zuleitung 110 und die Ableitung 111 sind durch Durch­ führungsmuffen 20 nach außen geführt.

Der Wärmetauscher 106 wird in erster Linie über Halteele­ mente 40 an den Rohrschüssen 10, 10′ gehalten, die stabförmig ausgebildet und mit ihrem einen Ende an Winkeln 45 des Wär­ metauschers 106 und Gewindeköpfe 42, andererseits in Durch­ führungsmuffen 20 befestigt sind. Die Dimensionierung des Wärmetauschers 106, insbesondere aber der dort angebrachten Winkel 45 zum Anflanschen der Halteelemente 40, ist derart gewählt, daß die Abstände denen der Durchführungsmuffen 10 in den Rohrschüssen 10, 10′ entspricht.

An einem unteren Bereich des unteren zylindrischen Rohr­ schusses 10′ ist durch die Bohrung 25 einer Durchführungs­ muffe ein Begasungsrohr 81 hindurchgeführt, das an seinem behälterinneren Ende eine nach oben ragende Begasungsdüse 79 aufweist. Die Anordnung ist hierbei derart getroffen, daß (bei nicht eingesetzter Welle 51 mit Rührwerk 112) beim Begasen eine Umwälzung des Behälterinhaltes nach dem Mammut- Pumpen-Prinzip erfolgt. Es ist bei einer anderen, hier nicht gezeigten bevorzugten Ausführungsform weiterhin im Bereich der Düse 79 ein Venturi-Rohr vorgesehen, in welches das aus der Düse 79 austretende Gas unter Mitnahme von Behälterin­ halt nach dem Strahlpumpen-Prinzip strömt.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich, ragen die Befestigungselemente 40 zusammen mit den Durchführungsmuffen 20 über die Außen­ wandung 11 der Rohrschüsse 10 hervor.

Der Bausatz umfaßt als "Gehäuseteile" vorzugsweise Rohr­ schüsse mit ca. 100, 150 und 200 mm, deren Längen jeweils im Verhältnis 1 : 1 hierzu stehen. Dadurch ergeben sich "qua­ dratische" Behältersegmente mit Inhalten von 0,8 l, 2,6 l und 6,3 l. Zu diesen Rohrschüssen werden vorzugsweise Über­ gangsstücke vorgesehen. Weiterhin werden (nicht gezeigte) Rohrkrümmer, sowie Kreuz- und T-Stücke und auch Schlammab­ setzer oder dergleichen vorgesehen. Es können somit ver­ zweigte Reaktorsysteme aufgebaut werden. Die Durchführungs­ muffen 20 dienen hierbei auch gleichzeitig zur Außen-Ver­ bindung der Reaktorabschnitte sowie zur Anbringung zusätz­ licher Aggregate an der Außenwand des Reaktors. Insbesondere werden die Längen der Einzelkomponenten so ausgebildet, daß die Ausdehnung des aufgebauten Systems in allen Richtungen ein ganzzahliges Vielfaches der Einzelbauteillänge beträgt.

Die Verbindung der Rohrschüsse bzw. der anderen Gehäuse-Bau­ teile miteinander geschieht über die Endflansche 12-13 an den Elementen, wie dies in den Fig. 3 und 4 näher er­ läutert wird. Hierbei ist es wichtig, daß eine Dichtung zwischen den Flanschen eine Abdichtung des Systems nach innen und außen garantiert. Die Flansche sind so ausgebildet, daß sich alle durchmessergleichen Teile (Rohrschüsse oder dergleichen) miteinander verbinden lassen, wobei eine einfa­ che und sichere Handhabung möglich ist. Dies kann beispiels­ weise durch die in Fig. 3 gezeigte Ausführungsform bewerk­ stelligt werden, bei welcher zwischen dem oberen Flansch 12 und dem unteren Flansch 13 eine Dichtung 38 aus Silikon­ kautschuk angeordnet ist, wobei die beiden Flansche 12 und 13 über einen Bolzen 39 miteinander verspannt werden. Die Zentrierung der Dichtung 38 erfolgt über die Bolzen 39.

Bei der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform der Erfindung ist anstelle einer einfach zwischen die Flansche 12 und 13 gelegten Dichtung 38 eine in den beiden Flanschen 12 und 13 der Innenseite des Rohrschusses zugewandte und die Wandung 11 mit einbeziehende Kerbe vorgesehen, in welche eine Dich­ tung 38 eingesetzt ist. In diesem Fall besteht die Dichtung 38 aus Polytetralfluoräthylen, das wesentlich härter als der zuvor erwähnte Silikonkautschuk ist. In diesem Fall übernimmt die Dichtung 38 die Zentrierung der Flanschpaarung.

Auf der einen Seite ist die in Fig. 3 gezeigte Lösung in­ sofern vorteilhaft, als sie hochelastisch ist und sich somit eventuellen Unebenheiten der Flanschoberfläche anpaßt. Ein Setzen der Dichtung ist nicht zu befürchten, so daß ein Nachziehen der Schrauben und die Nachkontrolle der Dichtung, z.B. nach der Sterilisation entfällt. Dadurch lassen sich geringfügige Fertigungstoleranzen ausgleichen, was besonders beim Aufbau von größeren, räumlich verzweigten Reaktorsyste­ men vorteilhaft ist. Schließlich sind auch die Materialko­ sten für Silikonkautschuk im Verhältnis zu Teflon relativ gering. Der Nachteil der in Fig. 3 gezeigten Dichtungsan­ ordnung liegt insbesondere darin, daß eine optimale Zen­ trierung der Flanschpaarung nicht möglich ist. Die sehr elastische Dichtung neigt bei zu festem Anziehen der Schraubverbindung zum Einquetschen in den Reaktorraum und zum Schiefziehen der Flanschverbindung, was höchstens durch unter die Muttern eingelegte Federn zu beseitigen wäre, die eine definierte Preßkraft auf die Dichtung ermöglichen.

Der Vorteil der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform der Flanschverbindung liegt insbesondere in der optimalen Zen­ trierung der Flanschpaarung aufgrund der Härte des verwen­ deten Materials, was allerdings eine genaue Bearbeitung der Nut und des Dichtringes voraussetzt. Darüber hinaus ist das verwendete Material gegenüber allen in der Biotech­ nologie vorkommenden Stoffe praktisch inert und sehr leicht zu reinigen. Die Nachteile der in Fig. 4 gezeigten Ausfüh­ rungsform liegen insbesondere darin, daß die Materialkosten des verwendeten Materials relativ hoch sind und bei zu ge­ ringer Anpreßkraft aufgrund der Härte des Materials leicht Undichtigkeiten auftreten, wenn die Oberflächengüte der Dichtflächen und der Dichtung nicht hoch genug ist. Schließlich neigt Polytetrafluoräthylen unter Druckbeanspruchung zum Setzen, so daß die Bolzen immer wieder nachgezogen werden müssen. Insgesamt erfordert die in Fig. 4 gezeigte Flansch­ dichtung durch die erforderliche hohe Bearbeitungsqualität einen erhöhten Fertigungsaufwand.

Im folgenden werden die für die Erfindung wichtigen Durch­ führungsmuffen anhand der Fig. 2 bis 9 näher beschrieben.

Die Durchführungsmuffen dienen zum druckdichten und konta­ minationssicheren Ein- und Durchführen von Einbauteilen, Son­ den, Rührern, der Befestigung von Einbauteilen bzw. Funk­ tionsteilen sowie der Durchführung von Meß-Sonden. Weiterhin dienen die Durchführungsmuffen 20 auch zur Befestigung von außen am Reaktor angebrachten Bauteilen oder zur Befesti­ gung des Reaktors selbst an einem Gestell.

Die Durchführungsmuffen 20 umfassen einen Stutzen 21, der über eine Schweißnaht 26 (oder eine entsprechende Lötung oder dergleichen) auf die Wandung 11 eines Rohrschusses 10 (oder eines Deckels bzw. Bodens) aufgebracht ist. Der Stutzen 21 weist eine sich nach außen, von der Wandung 11 fort er­ weiternde konische Innenbohrung 22 auf, die an der Wandung 11 in eine dort vorgesehene Bohrung 16 übergeht.

Auf seinem Außenende weist der Stutzen 21 ein Außengewinde 23 auf, auf das ein Überwurf 24 aufschraubbar ist. In die konische Bohrung 22 ist ein Dichtungsstopfen 27, vorzugs­ weise aus Silikonkautschuk einsetzbar, der eine korrespon­ dierend zur konischen Bohrung 22 geformte konisch zulau­ fende Außenfläche aufweist. Die axiale Länge des Stopfens 27 ist hierbei so dimensioniert, daß der Stopfen 27 mit seinem Außenende über den Oberrand des Stutzens 21 hervor­ steht und somit durch den Überwurf 24 in die konische Boh­ rung 22 des Stutzens 21 unter Abdichtung eindrückbar ist.

Bei der in Fig. 5 gezeigten Ausführungsform weist der Stopfen 27 eine zylindrische Innenbohrung 28 auf, durch welche ein zylindrischer Körper hindurchführbar ist. Der Überwurf 24 weist eine größer dimensionierte Bohrung 25 auf.

Wenn durch die Bohrung 28 ein zylindrisches Teil (eine Stange, ein Rohr oder dergleichen) durchgeführt ist und der Überwurf 24 fest angezogen wird, so wird dieses Teil auch bei höherem Reaktorinnendruck sicher gehalten. Es ist selbst­ verständlich möglich, zusätzlich noch weitere Einrichtungen zum Halten durchgeschobener Teile vorzusehen.

Bei der in Fig. 6 gezeigten Ausführungsform einer Durch­ führungsmuffe 20 ist senkrecht zur Achse der konischen Boh­ rung 22 eine aus zwei Teil-Bohrungen 30 und 31 bestehende Bohrung geführt, wobei der Stopfen 27 mit einer entsprechend angeordneten Bohrung 33 versehen ist. Die Querbohrungen 30 und 31 sind vorteilhafterweise mit Innengewinden 32 versehen.

Bei der in Fig. 7 gezeigten Ausführungsform einer Durch­ führungsmuffe 20 weist der Silikonstopfen 27 im Bereich der Wandung 11 eine Abschlußfläche 29 auf, so daß bei An­ ziehen des Überwurfes 24 eine Abdichtung bei gleichzeitig glatter Innenfläche des Behälterraumes erzielbar ist. Die Verwendbarkeit eines so ausgebildeten Stopfens 27 wird wei­ ter unten näher erläutert.

Bei der in Fig. 8 gezeigten Ausführungsform ist der Stutzen 21 unter einem Winkel zur Längsachse des Schusses 10 bzw. der Wandung 11 geneigt angesetzt. Diese Ausführungsform eignet sich insbesondere zur Einführung von Meß-Sonden, die einen derartigen geneigten Einbau erfordern.

Bei der in Fig. 9 gezeigten Variante der Erfindung, ist in die konische Innenbohrung 22 eines groß dimensionierten Stutzens 21 ein mit einer konischen Außenfläche versehenes Reduzierstück 34 eingesetzt, das gegenüber dem Stutzen 21 mittels Dichtungen 35 (O-Ringe) abdichtbar ist. Das Redu­ zierstück 34 weist eine Auflagefläche 36 auf, mit der es auf der Innenfläche des Überwurfes 24 in Kontakt gelangen kann. Beim Festziehen des Überwurfes 24 wird somit das Redu­ zierstück 34 in eine feste und dichte Verbindung mit dem Stutzen 21 gebracht.

Das Reduzierstück 34 weist weiterhin einen durch die Boh­ rung 25 im Überwurf 24 hervorstehenden Rohr-Abschnitt auf, der endseitig ein Außengewinde 23′ trägt, auf das ein wei­ terer Überwurf 24′ aufschraubbar ist. Schließlich ist das Reduzierstück 34 mit einer Bohrung 37 versehen, die zumin­ dest an ihrem, dem Stutzen 21 abgewandten Ende als konische Bohrung 22′ zum Einsetzen eines Stopfens 27 ausgebildet ist. Über diese Anordnung kann eine Reduzierung des abdichtbaren Innendurchmessers einer groß dimensionierten Durchführungs­ muffe erzielt werden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Halteelemente 40 wird, wie in den Fig. 10 und 11 gezeigt, ein Stab 41 verwendet, der mindestens an einem Ende mit einem Gewinde 41′ versehen ist. Mit diesem Gewindeende 41′ kann der Stab 41 in eine Gewindebohrung 42′ eines Gewindekopfes 42 einge­ schraubt werden. Der Gewindekopf 42 ist somit würfelförmig ausgebildet und mit einander kreuzenden Gewindebohrungen 42 versehen. Ein so mit einem Gewindekopf 42 versehener Haltestab 41 läßt sich nun leicht durch Einschrauben eines Bolzens 105 mit einem Längsband 103 mit Bohrungen 104 ver­ binden, das einen Mantel 102 eines Leitrohres 101 trägt. Die Anbringung der Längsbänder 103 ist hierbei derart, daß die Längsachse durch einen Stab 41 die Längsachse des Leit­ rohres 101 schneidet.

Derartige Leitrohre dienen zur Strömungsführung im Reaktor, wobei durch Anbringung einer Begasungsdüse (wie in Fig. 1 gezeigt) unter dem senkrecht angebrachten Leitrohr eine Um­ wälzung nach dem Mammut-Pumpen-Prinzip bewerkstelligt wird. Erfindungsgemäß umfaßt der Bausatz verschiedene Leitrohr­ durchmesser, die z.B. 1/3, 1/2 und 2/3 der drei verfügbaren Rohrschußdurchmesser bei frei wählbarer Länge aufweisen. Die Oberfläche der Leitrohre ist vorzugsweise poliert.

Wie bereits eingangs anhand von Fig. 1 gezeigt, wird bei einer bevorzugten Ausführungsform ein derartiges Leitrohr doppelwandig zur Bildung eines Wärmetauschers ausgebildet.

Im folgenden wird anhand von Fig. 13 eine vorteilhafte Verwendungsmöglichkeit des in Fig. 7 gezeigten Stopfens 27 mit Abschlußfläche 29 erläutert. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung handelt es sich darum, daß eine Kanüle 82 zum Zuführen von Gas unter sterilen Bedingungen in das Reaktor­ innere einführbar ist, wobei im Stopfen 27 ein Begasungs­ rohr 81 angebracht ist.

Im folgenden wird anhand von Fig. 14 eine Verwendungsmög­ lichkeit einer Durchführungsmuffe mit Querbohrung 30/31 nach Fig. 6 erläutert. Hierbei handelt es sich darum, daß die Durchführungsmuffe 20 zu einem Ablaß- oder Probenventil umfunktioniert wird. Dies wird dadurch bewerkstelligt, daß in die (zylindrische) Innenbohrung des Stopfens 27 ein Ab­ laßrohr 72 dicht aber noch verschiebbar eingesetzt ist, das an seiner bei der Wandung 11 liegenden Endfläche einen End­ verschluß 73 aufweist. Kurz hinter dem Endverschluß 73 ist das Ablaßrohr 72 mit Querbohrungen 74 versehen, die mit den Querbohrungen 30/31 und den Querbohrungen 33 im Stopfen 27 fluchten können.

An dem Überwurf 24 ist ein Gelenkschenkel 75 befestigt, der einen Hebel 21 mittels eines Gelenkes 76 trägt. Der Hebel 71 weist ein Langloch 77 auf, in welchem ein Zapfen 78 sitzt, der wiederum am Ablaßrohr 72 befestigt ist. Bei einer Bewegung des Hebels 21 (siehe Pfeile in Fig. 14) kann somit das Rohr 72 in das Innere des Behälters so weit eingeführt werden, daß die Querbohrungen 74 mit dem Behälter­ inneren kommunizieren. In diesem Fall kann der Behälterin­ halt durch die Querbohrungen in das Innere des Rohres 72 eintreten und durch einen, auf das Rohrende aufgesetzten Schlauch abgeführt werden. Wenn das Rohr 72 dann wieder so zurückgezogen wird, daß der Endverschluß 73 bündig mit der Wandung 11 abschließt, kann eine Spülung der Anordnung über die Bohrungen 30, 31 und 33 stattfinden. Durch die Spül­ bohrungen läßt sich dann das gesamte Rohr innen totraumfrei ausspülen oder ausdampfen. Bei sehr kleiner Dimensionie­ rung des Rohres 72 kann der Hebelmechanismus unter Umstän­ den auch entfallen, wobei dann das Rohr 72 vorzugsweise ge­ gen ein vollständiges Herausziehen oder zu weites Hinein­ stoßen gesichert ist.

Wenn eine pH-Sonde eingeführt werden soll, so eignet sich die in Fig. 15 gezeigte Sondenanordnung 83. Bei dieser ist eine Sonde 84 in einem Halterohr 88 aufgenommen und diesem gegenüber über einen O-Ring 87 abgedichtet. An einem Ende weist das Rohr 88 eine Muffe 89 auf, über welche die Sonde 84 im Rohr 88 befestigt ist. Am anderen Ende ist das Rohr 88 über eine Verschlußplatte 35 verschlossen. Zwischen der Verschlußplatte 85 und dem O-Ring 87 ist eine Querbohrung 86 angebracht, über welche die empfindliche Tastspitze der Sonde 84 mit Flüssigkeit beaufschlagt werden kann. Die Funktion dieser Anordnung ist ähnlich der des Ablaßhahnes nach Fig. 14. Bei dieser Anordnung geht man so vor, daß man zur Benutzung der Sonde diese samt dem Halterohr 88 durch eine Durchführungsmuffe 20 in den Behälterinnenraum schiebt, so daß die im Behälter befindliche Flüssigkeit durch die Querbohrung 36 eintreten und die Tastspitze der Sonde 84 umspülen kann. Will man die Sonde wechseln, so zieht man das Halterohr 88 so weit aus der Durchführungs­ muffe 20, daß die Verschlußplatte 85 mit der Wandung 11 bündig abschließt. Sobald dies geschehen ist, kann die Muffe 89 gelöst und die Sonde 84 herausgenommen, gereinigt oder ausgetauscht usw. werden, ohne daß der Betrieb des Reak­ tors hierzu unterbrochen werden muß. Dieser Vorgang läßt sich beliebig oft wiederholen.

Will man eine drehende Welle (z.B. für ein Rührwerk oder der­ gleichen) in den Reaktorinnenraum einführen, so eignet sich eine Anordnung nach Fig. 16, die im folgenden näher beschrieben wird.

Wenn es sich darum dreht, daß eine Welle, z.B. für ein Rühr­ werk, eingebaut werden soll, so eignet sich eine in Fig. 16 gezeigte Anordnung, die in eine Durchführungsmuffe 20 einsetzbar ist. Die dort gezeigte Wellendurchführung 50 übernimmt die Abdichtung des Reaktorinnenraumes gegen Kon­ tamination von außen und verhindert umgekehrt auch absolut sicher jedes Entweichen von Mikroorganismen nach außen. Dies gilt insbesondere dann, wenn im Reaktor mit Überdruck gearbeitet wird. Neben den (nicht gezeigten) Filtersystemen gehört somit die Wellendurchführung zu den kritischen Bau­ teilen des Systems. Um diese Abdichtung nun zu erreichen, ist eine Gleitringdichtung 52 vorgesehen, von der in Fig. 16 lediglich das Außengehäuse sichtbar ist. Eine derartige Gleitringdichtung ist an sich bekannt und umfaßt vorzugs­ weise Hartmetall-Keramik- oder Hartmetall-Hartmetall-Dich­ tungswerkstoffe. Auf ein Gewindeende 53 dieser Gleitring­ dichtung 52 ist eine Lagerhülse 54 aufgeschraubt, in welcher die Welle 51 über zwei voneinander beabstandete Kugellager 55, 55′ gelagert ist.

Der Raum zwischen den beiden Rücken zu Rücken angeordneten Gleitringdichtungen (innerhalb des Bauteiles 52) wird vor­ zugsweise mit einer unter Druck stehenden chemisch und bio­ logisch inerten Spülflüssigkeit ausgefüllt. Dies kann ste­ riles Kondensat oder steril gefiltertes destiliertes Wasser oder auch durch Erhitzen sterilisiertes Silikonöl sein.

Die Spülflüssigkeit nimmt eventuell ein- oder austretende Organismen auf, so daß sie gefahrlos beseitigt werden können. Vorzugsweise ist der Außenmantel der Gleitringdich­ tung 52 (das Dichtungsrohr) über (nicht gezeigte) Bohrun­ gen mit der Querbohrung 30 in der Durchführungsmuffe 20 verbunden, so daß Spülflüssigkeit oder Dampf in den Zwischen­ raum zwischen den Dichtungen zum Sterilisieren einführbar ist. Da die Lager 55, 55′ getrennt von der Gleitringdich­ tung 52 und hinter dieser angeordnet sind, entstehen keine Schwierigkeiten mit der Spülflüssigkeit oder dem Sterili­ sierdampf hinsichtlich der Lager, der sonst in diese ein­ dringen und die Fettfüllung herausdrücken könnte.

Im folgenden werden einige weitere, im Reaktorinnenraum anbringbare Funktionselemente anhand der Fig. 17-19 und 22/23 näher beschrieben.

In Fig. 17 ist ein Siebeinsatz 43 gezeigt, der einen Sieb­ boden 44 mit regelmäßig verteilten Öffnungen umfaßt. Am Siebboden 44 sind randseitig senkrecht zum Siebboden ver­ laufende Winkel 45 vorgesehen, auf welche Muttern 46 zur Bildung von Gewindebefestigungen angeschweißt sind. Der so entstehende Siebeinsatz 43 kann mittels Stäben 41 mit ent­ sprechenden Gewindeenden 41′ leicht im Reaktor befestigt werden, wobei dann die vom Siebeinsatz 43 sich forterstrec­ kenden Enden der Stäbe 41 in Durchführungsmuffen 20 gehalten werden. Die Siebe sind aus biologisch und chemisch inertem Material gefertigt. Insbesondere werden derartige Siebein­ sätze zum Aufbau von Festbettreaktoren verwendet.

Begasungseinrichtungen dienen der Zufuhr von Gas in den Reaktorinnenraum. Beispiele hierfür sind die Versorgung mit und möglichst feinblasiger Einmischung von Luft oder Sauerstoff in die Kulturbrühe bei aeroben Prozessen oder das schonende Rühren scherempfindlicher Organismen durch (Inert-) Gasumwälzung nach dem Mammut-Pumpen-Prinzip.

Wie anhand von Fig. 1 bereits gezeigt, kann eine solche Begasungseinrichtung als Düse ausgebildet sein. In Fig. 18 ist ein Begasungstopf 56 gezeigt, der eine (obere) Loch­ membran 57 aufweist, die über einen randseitigen geschlosse­ nen Ring 58 auf einem Boden 58′ sitzt. Die so gebildete Anordnung umschreibt somit einen Innenraum, in den über eine bodenseitige, zentrisch angeordnete Gewindemuffe 59 Gas einführbar ist. Das Halten des Begasungstopfs 56 im Reak­ torinnenraum kann entweder mit Halteelementen gemäß der Konstruktion nach Fig. 17 oder aber über das (nicht gezeig­ te) Gaszuführungsrohr erfolgen, welches mit einem Gewinde­ ende in die Gewindemuffe 59 eingeschraubt und an seinem anderen Ende in einer Durchführungsmuffe 20 gesichert ist. Als Membran 57 eignen sich Lochbleche, Drahtsiebe, Sinterme­ talle, Keramik, poröse Kunstoffolien usw.. Die Membranen werden dann mit den materialgemäßen Verbindungsmethoden mit dem Ring 58 verbunden, z.B. eingeschweißt, eingelötet oder mit Silikonkautschuk geklebt.

In Fig. 19 ist ein Begasungsring 60 gezeigt. Dieser Bega­ sungsring 60 umfaßt einen geschlossenen Rohrring 62, der an einer Seite Austrittsöffnungen 63 aufweist. Weiterhin ist der Begasungsring 60 mit einer Gaszuleitung 61 versehen, die auch (gegebenenfalls zusätzlich) zum Halten des Bega­ sungsringes 16 im Reaktorinneren dienen kann und mit ihrem Zuführungsende durch eine Durchführungsmuffe 20 durch die Wandung 11 des Reaktors hindurchgeführt ist. Der so ent­ stehende Begasungsring dient zur Erzeugung einer ringförmi­ gen, aufwärts gerichteten Gas-Flüssigkeitsströmung zwischen einem zentralen Leitrohr und der Reaktorwandung. Innerhalb des Leitrohres strömt die Flüssigkeit dann abwärts zurück. Entsprechend dieser Funktion müssen die mittleren Durch­ messer der Begasungsringe einige Zentimeter größer sein als das Leitrohr (siehe Fig. 11/12).

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Gaszufuhr zu den Begasungseinrichtungen mittels Schnell­ kupplungen, die konstruktiv abhängig von der Art ausgelegt sind, in welcher der Reaktor sterilisiert werden soll.

Um z.B. in Zusammenhang mit den zuvor gezeigten Begasungs­ einrichtungen oder auch mit Rührwerken oder dergleichen eine bestimmte Strömung zu erreichen oder gerade bestimmte Strömungen zu verhindern, eignen sich Strömungsstörbleche, wie sie in den Fig. 22 und 23 gezeigt sind. Diese um­ fassen Blechstreifen, die mit Winkeln 48 versehen sind, auf welchen wiederum Muttern 49 befestigt (angeschweißt) sind. Die so entstehenden Störbleche werden mittels Stangen 41 (mit Gewindeende 41′) in Durchführungsmuffen befestigt und können z.B. zur Störung einer gleichmäßigen kreisenden Strö­ mung verwendet werden, wie sie beim Rühren mit einem zentra­ len Rührwerk entstehen. Vorzugsweise umfaßt das Baukasten­ system Blechstreifen verschiedener Breite, z.B. 20-50 mm mit frei wählbarer Länge. Die Winkel 48 mit daran ange­ brachten Muttern 49 sind entsprechend dem Abstand der Durch­ führungsmuffen 20 in den Rohrschüssen 10 auf den Blechen angebracht.

Ein Problem bei Bioreaktoren besteht, wie oben ausgeführt, im Einhalten der Sterilitätsbedingungen. Immer dann, wenn Flüssigkeit oder Gas zu- bzw. abgeführt werden soll, tritt der Innenraum des Reaktors mit der Umwelt in Verbin­ dung, so daß eine Kontaminationsgefahr (gegebenenfalls auch der Umwelt durch den Reaktorinhalt) gegeben ist. Es eignet sich nun die eingangs angedeutete Anstichtechnik, bei welcher eine Kanüle 67 (Fig. 20) zum Entnehmen eines Stoffes durch die Abschlußfläche 29 eines Stopfens 27 in einer Durchführungsmuffe 20 (siehe Fig. 7) durchgestochen wird. Eine solche Kanüle 67 umfaßt ein Kanülenrohr 68, das an seinem angeschärften Ende mit einem Stopfen und kurz vor diesem mit einer Querbohrung 69 versehen ist. Mit ei­ ner solchen Kanüle 67 ist eine Probenentnahme bei Substra­ ten geringer Viskosität problemlos. Hierbei ist die Kanüle 67 vorzugsweise so geformt, daß sie auf eine Standard- Spritze paßt.

Bei einer Methode der Sterilisation wird der Reaktorinhalt während einer bestimmten Zeitdauer auf ca. 121°C gehalten. In diesem Fall muß dann ein kleiner Volumenstrom des heißen Reaktorinhaltes abgelassen werden. Hierzu kann eine Ablaß­ vorrichtung 64 verwendet werden, wie sie in Fig. 21 ge­ zeigt ist. Diese umfaßt eine Schnellkupplung 65, 65′, deren eines Teil mit einem Rohrstutzen durch eine Durchführungs­ muffe 20 hindurch in den Reaktorinnenraum geführt ist. Das andere Schnellkupplungsteil 65′ ist mit einem Feinventil 66 verschließbar, so daß abzulassender Reaktorinhalt in ein Auffanggefäß dosiert abgelassen werden kann. Beim Sterili­ sieren wird somit in dem Auffanggefäß ein Wasser-Dampfge­ misch aufgefangen.

Ein weiteres wesentliches Problem beim Betreiben von Bio­ reaktoren besteht, wie eingangs angedeutet darin, daß der Reaktorinhalt auf ein genau einstellbares Temperaturniveau gebracht und dort gehalten werden muß. Die durch Abstrah­ lung und/oder Konvektion sowie Reaktionsprozesse verloren­ gehende Wärme muß ersetzt bzw. durch exotherme Prozesse entstehende Wärme muß abgeführt werden. Darüber hinaus muß zum Sterilisieren die Möglichkeit bestehen, den Reak­ torinhalt sowie den Innenraum des Reaktors und die einge­ bauten Teile auf 121°C zu erwärmen, um so eine sichere Sterilität vor Prozeßbeginn zu erreichen. Zur Übertragung der Wärme können nun Wärmetauscher dienen, wie sie bereits anhand von Fig. 1 erläutert wurden. Selbstverständlich sind auch hier nicht gezeigte Wärmetauscher, bestehend aus wendelförmigen Rohren usw. möglich, die dann wieder über die Durchführungsmuffen 20 gehalten werden.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfin­ dung ist zum Zwecke der Wärmetauschung bzw. Konstanthaltung der Reaktorinnentemperatur ein Mantel 90 vorgesehen, der im folgenden anhand der Fig. 24 bis 26 näher beschrieben wird. Im Gegensatz zu bisher üblichen Anordnungen, bei wel­ chen ein Doppelmantel auf die Rohrschüsse aufgeschweißt wurde, wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Mantel 90 vorgeschlagen, der in einzelne Wandabschnitte 91, 91′ und 91′′ unterteilt ist. Die Unterteilung erfolgt hierbei derart, daß die Wandabschnitte 91 Zylinder-Sektorabschnitte bilden, wo­ bei diese Sektorabschnitte jeweils an ihren geradlinig verlaufenden Rändern mit Flanschen 99 versehen sind, die Bohrungen tragen, so daß jeweils zwei Sektorabschnitte mit­ einander über Spannbolzen 100 verbindbar sind. Die Wand­ abschnitte 91 des Mantels werden vorzugsweise aus dem gleichen Rohrmaterial wie der dazugehörige Rohrschuß 10 gefertigt, auf welchen der Mantel 90 aufgebracht werden soll. Die Fertigung erfolgt derart, daß ein solches Rohr­ stück passender Länge durch Längsschnitte aufgetrennt wird. Durch das Freiwerden innerer Spannungen weitet sich das aufgeschnittene Rohr so auf, daß der Radius sich um einen gewissen Betrag vergrößert. Um nun die Wandabschnitte 91 in Abstand zur Wandung 11 des betreffenden Rohrschusses 10 zu halten, sind auf der Innenfläche der Wandabschnitte 91 Silikonstreifen 92 bis 95 aufgeklebt. Die zum Wandab­ schnitt 91 randseitigen Silikonstreifen 92 bis 94 dienen hierbei zur Abdichtung des Zwischenraumes 96 zwischen der Rohrschuß-Wandung 11 und dem Wandabschnitt 91, die Silikon­ streifen 95 bestimmen einen Strömungsweg, der - wie in Fig. 25 gezeigt - mäanderförmig über den Wandabschnitt 91 des Mantels 90 verläuft. In den Anfang und in das Ende des so gebildeten Strömungskanales münden eine Einlaßlei­ tung 97 und eine Auslaßleitung 98, die in den Fig. 24 und 25 angedeutet sind und die an Strömungskreisläufe an­ schließbar sind.

Insbesondere dann, wenn die Silikonstreifen eine relativ niedrige Dicke aufweisen, ist die eingangs erwähnte Fer­ tigung der Wandabschnitte 91 aus Rohrschuß-Halbzeug möglich.

Die aufgeklebten Sllikonstreifen sollten aus Silikonkaut­ schuk geringer Härte bestehen, damit kleine Unebenheiten in der Wandung 11 des Rohrschusses 10 ausgleichbar sind.

Es ist zum einen möglich, Durchbrüche für Durchführungs­ muffen in den Wandabschnitten 91 vorzusehen. Bei einer an­ deren bevorzugten Ausführungsform werden diese Durchbrüche gleichzeitig durch die Spalte zwischen den Wandabschnitten 91 gebildet.

Vorzugsweise ist der Mantel 90 außenseitig durch eine auf­ geklebte Silikonkautschuk-Schaumstoffschicht oder eine Isolierschicht aus Glasgewebe und eine darüber aufgeklebte oder gespannte Moosgummi-Schicht isoliert.

Dadurch, daß der Mantel 90 aus einzelnen Wandabschnitten 91 gefertigt ist, kann eine nachträgliche Montage auf ei­ nem bereits vorhandenen Reaktor leicht erfolgen. Die Her­ stellung ist hierbei sehr kostengünstig. Ein weiterer we­ sentlicher Vorteil des zuvor beschriebenen Mantels besteht darin, daß die Strömungsbahn eines Wärmetauschermediums durch einfache aufgeklebte Silikonstreifen definierbar ist. Der Benutzer kann nun denjenigen Längenabschnitt des mit einem Mantel 90 versehenen Rohrschusses 10 bestimmen, der beheizt werden soll. Dies ist z.B. dann der Fall, wenn ein Reaktor nur bis zu einer geringen Höhe befüllt aber auf relativ hohe Temperatur gebracht werden soll. In einem solchen Fall kommt es nämlich leicht zu einer Überhitzung derjenigen Rohrschußabschnitte, die nicht mit Reaktorin­ halt bedeckt sind, was durch die erfindungsgemäße Lösung leicht (im Gegensatz zum bisherigen Stand der Technik) vermeidbar ist.

Aus der nachfolgenden Tabelle "Auswahl möglicher Reaktor­ typen" geht hervor, daß mit dem erfindungsgemäßen Bauka­ stensystem unter Zugrundelegung lediglich sehr weniger Ein­ zelteile eine Vielzahl von Reaktortypen herstellbar ist. Hierbei ist in der beiliegenden Tabelle, deren Offenba­ rungsinhalt für sich alleine als erfinderisch beansprucht wird, lediglich auf die Möglichkeit unverzweigter Reaktor­ systeme Bezug genommen. Selbstverständlich können mit dem erfindungsgemäßen System auch verzweigte Reaktortypen bei Bedarf hergestellt werden. In der Tabelle bedeutet in der Spalte "Prinzip" der Buchstabe o "oben" und der Buchstabe u "unten".

Wie sich aus obigen Ausführungen ergibt, kommt es beim er­ findungsgemäßen Baukastensystem darauf an, daß Sätze von Reaktor-Außengehäuseteilen miteinander verbindbar und Funktionselemente innerhalb dieser Außenwände einsetzbar sind, wobei die Durchführungsmuffen 20 zum einen zu einem Hindurchführen von Leitungen, Wellen oder dergleichen durch die Wandung 11 der Rohrschüsse 10 oder des Deckels usw. dienen, zum anderen aber auch gleichzeitig zum Befe­ stigen von Funktionselementen bezüglich der Wandung des Reaktors Verwendung finden. Bezugszeichenliste

 10 Rohrschuß
 11 Wandung
 12 Oberer Flansch
 13 Unterer Flansch
 14 Flanschendfläche
 15 Innenraum
 16 Bohrung
 17 Deckel
 18 Boden
 19 Flansch
 20 Durchführungsmuffe
 21 Stutzen
 22 Konische Innenbohrung
 23 Außengewinde
 24 Überwurf
 25 Bohrung
 26 Verbindung
 27 Stopfen
 28 Bohrung
 29 Abschlußfläche
 30 Querbohrung
 31 Querbohrung
 32 Gewinde
 33 Stopfenbohrung
 34 Reduzierstück
 35 O-Ring
 36 Auflage
 37 Zylindrische Bohrung
 38 Dichtung
 39 Bolzen
 40 Halteelement
 41 Stab
 41′ Gewindeende
 42 Gewindekopf
 42′ Gewindebohrung
 43 Siebeinsatz
 44 Siebboden
 45 Winkel
 46 Mutter
 47 Strömungsleitblech
 48 Winkel
 49 Mutter
 50 Wellendurchführung
 51 Welle
 52 Gleitringdichtung
 53 Gewindeende
 54 Lagerhülse
 55 Wälzlager
 56 Begasungstopf
 57 Lochmembran
 58 Ring
 58′ Boden
 59 Gewindemuffe
 60 Begasungsring
 61 Gaszuleitung
 62 Rohrring
 63 Austrittsöffnung
 64 Ablaßvorrichtung
 65 Schnellkupplung
 66 Feinventil
 67 Entnahmekanüle
 68 Rohr
 69 Querbohrung
 70 Ablaßhahn
 71 Hebel
 72 Ablaßrohr
 73 Endverschluß
 74 Querbohrung
 75 Gelenkschenkel
 76 Gelenk
 77 Langloch
 78 Zapfen
 79 Düse
 80 Begasungsanschluß
 81 Begasungsrohr
 82 Kanüle
 83 Sondenanordnung
 84 Sonde
 85 Verschlußplatte
 86 Querbohrung
 87 O-Ring
 88 Halterohr
 89 Muffe
 90 Mantel
 91 Wandabschnitt
 92 Oberring
 93 Unterring
 94 Seitenstreifen
 95 Führungsstreifen
 96 Zwischenraum
 97 Einlaß
 98 Auslaß
 99 Flansch
100 Spannbolzen
101 Leitrohr
102 Mantel
103 Längsband
104 Bohrung
105 Bolzen
106 Wärmetauscher
107 Innenmantel
108 Außenmantel
109 Steg
110 Zuleitung
111 Ableitung
112 Rührwerk

Claims (35)

1. Baukastensystem für Bioreaktoren, umfassend miteinander verbind­ bare Rohrschüsse mit endseitigen Flanschen und an diese anflansch­ bare Deckelelemente und Bodenelemente, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens die Rohrschüsse (10, 10′, 10′′) um ihren Umfang verteilte Durchführungsmuffen (20) aufweisen, die derart gestal­ tet sind, daß innerhalb der Rohrschüsse (10) angeordnete und de­ ren Innenraum mindestens abschnittsweise unterteilende Funktions­ elemente (43, 47, 50, 56, 60, 64, 67, 70, 80, 83, 101) mittels Halteelementen (40) an den Rohrschüssen (10) reversibel befe­ stigbar sind.

2. Baukastensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchführungsmuffen (20) spannbare Abdichtelemente (27) umfassen, die derart ausgebildet sind, daß Körper, insbesondere zylindrische Körper wie Haltestäbe (41), Rohrleitungen (81) oder dergleichen in den Durchführungs­ muffen (20) unter Abdichtung festsetzbar sind.

3. Baukastensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchführungsmuffen (20) einen hülsenförmigen Stutzen (21) mit endseitigem Gewinde (23) umfassen, auf das ein Überwurf (24) zum Spannen aufschraubbar ist.

4. Baukastensystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stutzen (21) eine nach außen sich erweiternde konische Bohrung (28) aufweist, in die ein Stopfen (27) mit entsprechend geformter Außenkontur einsetzbar ist.

5. Baukastensystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Stopfen (27) eine vorzugsweise konzentrische Boh­ rung (28) zur Bildung eines Abdichtelementes aufweist.

6. Baukastensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß die Durchführungsmuffen (20) mit verschiedenen, vor­ zugsweise mit zwei verschiedenen Durchmessern vorgesehen sind.

7. Baukastensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in die Durchführungsmuffen (20) Stopfen (27) dicht einsetzbar sind, die eine mittels einer Kanüle (67) oder dergleichen durchstoßbare geschlossene Wand (29) aufwei­ sen (Fig. 7, 13, 20).

8. Baukastensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchführungsmuffen (20) einen hülsenförmigen Stutzen (21) mit einer konzentrischen Bohrung (22) und mindestens einer zu dieser im wesentlichen senkrecht an­ gebrachten Querbohrung (30, 31) umfassen, und daß in die konzentrische Bohrung (27) ein Ventilelement (72-74) um­ fassend ein endseitig abgeschlossenes Rohr (72) mit ei­ ner Querbohrung (74) derart bewegbar eingesetzt ist, daß die Querbohrung (74) und damit das Innere des Rohres (72) mit dem Behälterinneren verbindbar oder diesem gegenüber abdichtbar ist (Fig. 6, 14).

9. Baukastensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Durchführungsmuffen (20) eine Innenbohrung (22) aufweist, die derart zur Achse des be­ treffenden Rohrschusses (10) geneigt ist, daß eine Meß­ sonde, insbesondere eine pH-Meß-Sonde (83) unter einem geeigneten Winkel in den Innenraum (15) einführbar ist.

10. Baukastensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Durchführungsmuffen (20) derart ausgebildet ist, daß eine Wellendurchführung (50) als Funktionselement dicht einsetzbar ist (Fig. 16).

11. Baukastensystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellendurchführung (50) eine Gleitringdichtung (52) umfaßt, die in der Durchführungsmuffe (20) dicht gehalten ist und aus der eine Welle (51) für ein Rühr­ werk (112) oder dergleichen in den Innenraum (15) her­ vorsteht.

12. Baukastensystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß auf der, der Welle (51) gegenüberliegenden Stirnsei­ te der Gleitringdichtung (52) eine Lagerhülse (54) mit Lagern (55, 55′) zur kippfreien Lagerung der Welle (51) anbringbar ist.

13. Baukastensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Durchführungsmuffen (20) derart ausgebildet ist, daß eine Ablaßvorrichtung (64) mit einem Einlaß-Rohrstutzen dicht einsetzbar ist, der mit dem In­ nenraum (15) kommuniziert (Fig. 21).

14. Baukastensystem nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablaßvorrichtung (64) eine Schnellkupplung (65, 65′) umfaßt, über welche ein (Fein-) Ventil (66) mit dem Einlaß-Rohrstutzen verbindbar ist.

15. Baukastensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteelemente (40) Stäbe (41) umfassen, die an den Funktionselementen (43, 47, 56, 60, 101, 106) fest­ setzbar sind (Fig. 2).

16. Baukastensystem nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteelemente (40) Gewindeköpfe (42) umfassen, die einerseits mit Gewindeenden (41′) der Stäbe (41), andererseits über Schraubbolzen (105) oder dergleichen mit den Funktionselementen verbindbar sind (Fig. 11).

17. Baukastensystem nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewindeköpfe (42) mindestens zwei sich im wesent­ lichen senkrecht schneidende Gewindebohrungen (42′) auf­ weisen (Fig. 10).

18. Baukastensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Funktionselemente mindestens ein Strömungsleit­ blech (47) umfassen (Fig. 22, 23).

19. Baukastensystem nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Strömungsleitblech (47) ein daran angebrachtes Gewindeelement (Mutter 49) umfaßt, über welches das Strömungsleitblech (47) mit einem Halteelement (40) ver­ bindbar ist.

20. Baukastensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Funktionselemente einen Wärmetauscher (106) um­ fassen (Fig. 1).

21. Baukastensystem nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (106) mit einer Zuleitung (110) und einer Ableitung (111) zum Zu-/Abführen eines Wärmeträgers versehen ist, die derart angeordnet sind, daß sie durch Durchführungsmuffen (20) hindurchführbar sind.

22. Baukastensystem nach einem der Ansprüche 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet daß der Wärmetauscher (106) rohrförmig ausgebildet und zu den Rohrschüssen (10, 10′) konzentrisch einsetzbar ist.

23. Baukastensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Funktionselemente ein Begasungselement (56, 60, 69) umfassen, das über eine durch eine Durchführungsmuffe (20) durchführbare Anschlußleitung mit einem Begasungsme­ dium versorgbar ist.

24. Baukastensystem nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußleitung derart an das Begasungselement (Begasungstopf 56) anschließbar ist (Gewindemuffe 59), daß dieses mit einer im wesentlichen horizontal liegen­ den Begasungsfläche (Lochmembran 57) über die durch eine (im Bodenelement 18 angebrachte) Durchführungsmuffe (20) hindurchgeführte Anschlußleitung fixierbar ist (Fig. 18).

25. Baukastensystem nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß das Begasungselement einen Begasungsring (60) mit ei­ nem Rohrring (62) und darin angebrachten Austrittsöffnun­ gen (63) umfaßt (Fig. 19) .

26. Baukastensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Funktionselemente einen Siebeinsatz (43) umfassen, der den Innenraum (15) mindestens abschnittsweise unter­ teilend in einen Rohrschuß (70) einsetzbar ist (Fig. 17).

27. Baukastensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrschüsse (10) derart ausgebildet sind, daß sie auf der Außenfläche mit einem zu dieser in Abstand gehal­ tenen Mantel (90) umhüllbar sind (Fig. 24, 26).

28. Baukastensystem nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (90) in mindestens zwei, vorzugsweise drei Wandabschnitte (91) parallel zur Achse des Rohrschusses (10) unterteilt ist.

29. Baukastensystem nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandabschnitte (91) über Verbindungselemente (99, 100) unter Aufpressen auf die Wandung (11) des Rohr­ schusses (10) miteinander verspannbar sind.

30. Baukastensystem nach einem der Ansprüche 28 oder 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandabschnitte (91) derart dimensioniert sind, daß zwischen ihnen Spalte verbleiben, und daß die Durch­ führungsmuffen (20) im Bereich der Spalte angeordnet sind.

31. Baukastensystem nach einem der Ansprüche 27 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (90) gegenüber der Wandung (11) des be­ treffenden Rohrschusses (10) über Dichtelemente (94, 95) gehalten ist.

32. Baukastensystem nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet daß die Dichtelemente (94, 95) streifenförmig ausgebil­ det und derart angeordnet sind, daß der Zwischenraum (96) zwischen Mantel (90) und Wandung (11) des Rohr­ schusses (10) in einen Kanal unterteilt ist, durch den ein Wärmeträger-Medium hindurchführbar ist, wobei an ei­ nem Ende des Kanales ein Einlaß (97) und am anderen Ende ein Auslaß (98) im Mantel (90) angebracht sind (Fig. 25).

33. Baukastensystem nach einem der Ansprüche 31 oder 32, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtelemente (94, 95) aus Kunstharz, insbesonde­ re aus Silikonkautschuk niedriger Härte bestehen.

34. Baukastensystem nach einem der Ansprüche 27 bis 33, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (90) mit einer Isolierschicht hohen ther­ mischen Widerstandes versehen ist.

35. Baukastensystem nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierschicht auf der Außenseite des Mantels (90) angebracht ist.