DE3907710C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Begasungsgerät zur Begasung von Zellkulturen und Mikroorganismen in senkrecht stehenden Be­ hältern, sogenannten Turmreaktoren, wobei im unteren Bereich des Behälters eine Gaseinström- und Verteilungseinrichtung mit einem zentralen Kanal für das zuzuführende Medium lösbar angeordnet ist, deren Halterung aus einem in eine behälter­ seitige Muffe einsteckbaren Stutzen besteht, der zwei im Abstand übereinander angeordnete Dichtungen aufweist, zwischen denen ein nach außen hermetisch abgeschlossener Ringspalt gebildet ist, der einen Anschluß aufweist, mit welchem er an eine Dampfzuleitung od. dgl. zum Zwecke der Sterilisierung anschließbar ist.

Die Gaseinströmeinrichtungen können aus einem Ringverteiler, der mit über seinen Umfang angeordneten kleinen Gasaustritts­ öffnungen versehen ist, bestehen oder aus einer Düse, die einen Ringraum aufweist, welcher sich um eine zentrale Bohrung er­ streckt.

Diesen Gaseinströmeinrichtungen kommen verschiedene Aufgaben zu. Der Ringverteiler wird für sogenannte Airlift-Reaktoren ver­ wendet, bei denen eine Einstoffzufuhr vorgesehen ist. Die Düse mit Ringraum dient dagegen der Zweistoffzufuhr, wobei ein Medium durch die zentrale Bohrung und ein weiteres durch den Ringraum zugeführt wird.

Nachteilig bei den Halterungen der bekannten Anordnungen ist es, daß der Stutzen aufgrund der auf die beiden Dichtungen aufzu­ bringenden Vorspannung in die zugehörige Muffe nur mit relativ hohem Kraftaufwand einsetzbar und aus dieser entfernbar ist. Insbesondere fällt es schwer, die Verbindung genau zentrisch auszuführen, da schon geringe Verkantungen das Einsetzen verhindern können. Dies gilt insbesondere auch dann, wenn es sich bei den Dichtungen um O-Ringe handelt.

Aus diesem Grunde ist es üblich geworden, Gaseinström- und Verteilungseinrichtungen dieser Art mit Flanschen oder Deckeln des Behälters von vornherein zu verschweißen. Dies hat natürlich den erheblichen Nachteil, daß die Begasungs­ einrichtungen nicht leicht auswechselbar sind.

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, ein Begasungsgerät der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß die Gaseinström- und Verteilungseinrichtung leicht lösbar angeordnet ist und insbesondere leicht gegen Gaseinströmein­ richtungen anderer Art austauschbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Stutzen der Gaseinström- und Verteilungseinrichtung einen unteren auf die Muffe zuweisenden Ansatz reduzierten Durch­ messers aufweist, dessen Ende konisch ausgebildet ist und auf dessen Umfang sich die untere erste Dichtung befindet, wobei der Ansatz mit einem konischen Übergang an einen Flansch größeren Durchmessers anschließt, auf dessen Umfang die obere zweite Dichtung angeordnet ist, wobei die Muffe zwei den Durchmessern des Ansatzes und des Flansches ent­ sprechende Innenzylinder aufweist, zwischen denen ein ent­ sprechender konischer Übergang vorhanden ist und wobei die beiden Dichtungen einen solchen vertikalen Abstand zueinander haben, daß bei Einsetzen des Stutzens in die Muffe der Ansatz des Stutzens zentriert und die untere erste Dichtung in Ein­ griff gebracht ist, bevor die obere zweite Dichtung in Eingriff mit der Wandung des zugehörigen Innenzylinders kommt.

Mit dieser Anordnung wird erreicht, daß die jeweilige Gas­ einström- und Verteilungseinrichtung senkrecht von oben in die Muffe einsetzbar ist, wobei durch die konische Ausbildung von Stutzen und Flansch eine Selbstzentrierung erfolgt, wenn die Gaseinströmeinrichtung in die Muffe abgesenkt wird.

Da beide Dichtungen gleichzeitig nur im letzten Bereich des Hubes in Eingriff kommen, läßt sich die Gaseinströmeinrichtung relativ leicht und mit verringertem Kraftaufwand einsetzen und wieder entfernen. Dies bedeutet, daß sie leicht gegen Einrich­ tungen anderer Art in der oben beschriebenen Weise austausch­ bar ist.

Die Dichtungen sind zweckmäßigerweise O-Ringe, die in Nuten des Ansatzes bzw. des Flansches gehaltert sind.

Falls Dichtungen, insbesondere in Form von O-Ringen, eine erhöhte Vorspannung erzeugen, was zu einem verstärkten Kraftaufwand beim Einsetzen führt, kann im Bereich des unteren Ansatzes des Stutzens ein Diagonalsteg od. dgl. vorgesehen sein, der von unten von einem Haken od. dgl. übergreifbar ist, so daß im letzten Einschubbereich die Gaseinström- und Verteilungseinrichtung in ihren Sitz mittels einer Zugeinrichtung gezogen werden kann.

Zur Fixierung der Gaseinström- und Verteilungseinrichtung in ihrer Montagelage können eine oder mehrere Stell­ schrauben vorgesehen sein, die die Wandung der Muffe durchgreifen und einen Flansch am Stutzen hintergreifen oder in eine Ausnehmung im Stutzen od. dgl. eingreifen können. Zur Abdichtung können die Stellschrauben mit einem O-Ring versehen sein, der in einer Nut der jeweiligen Stellschraube gehaltert ist.

Der zwischen Stutzen und Muffe gebildete konische Ringspalt kann in an sich bekannter Weise mit einem Anschluß für ein Sterilisierungsmedium, beispielsweise für Dampf, versehen sein, so daß der Ringspalt sich nach dem Einsetzen der jeweiligen Gaseinströmeinrichtung mühelos sterilisieren läßt. Entsprechendes gilt für die Sterilisierung des Ringraumes in der Zweistoffdüse, falls eine solche Düse Verwendung findet.

Bei der Verwendung einer Zweistoffdüse ist der Ringraum der Düse mit dem Ringspalt zwischen den Konen des Stutzens und der Muffe verbunden, über welchen die Zufuhr des einen Mediums erfolgt, während die Zufuhr des anderen Mediums durch die zentralen Kanäle der Muffe und des Stutzens vorgenommen wird.

Die erfindungsgemäße Ausbildung kann zwar auch bei Behältern Verwendung finden, bei denen ein abnehmbarer unterer Deckel vorgesehen ist, da nach Abnahme des unteren Deckels die Gas­ einströmeinrichtung entfernt bzw. ausgewechselt werden kann. Dies bereitet jedoch Schwierigkeiten, weil am unteren Deckel in der Regel zahlreiche Anschlüsse, Leitungen od. dgl. vorge­ sehen sind, die die Abnahme des Deckels stören bzw. behindern.

Besonders vorteilhaft ist es daher, daß die erfindungs­ gemäße Anordnung ein Einsetzen der Gaseinström- und Ver­ teilungseinrichtung von oben ermöglicht.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungs­ beispielen in der Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung einen Turmreaktor, auf welchen die Erfindung Anwendung findet.

Fig. 2 zeigt im Teilschnitt eine als Ringverteiler ausgebildete Gaseinström- und Verteilungs­ einrichtung.

Fig. 3 zeigt im Schnitt eine Halterung für die Einrichtung nach Fig. 2 in Form einer behälterseitigen Muffe.

Fig. 4 zeigt eine Ausbildung der Gaseinströmein­ richtung in Form einer mit einem Ringspalt versehenen Düse, die in die Muffe gemäß Fig. 3 einsetzbar ist.

Der Turmreaktor 1 gemäß Fig. 1, der einen Durchmesser von etwa 2 m und eine Höhe von etwa 15 m haben kann, ist an seinem oberen Ende durch einen Deckel 2 verschlossen, wobei bei abgenommenem Deckel durch diesen eine im Bodenbereich 3 anzuordnende Gaseinström- und Verteilungseinrichtung 4 ab­ geseilt werden kann, um dort ihren Sitz einzunehmen.

Fig. 2 zeigt im Teilschnitt eine Ausführungsform dieser Gas­ einström- und Verteilungseinrichtung 4, die einen Verteiler­ ring 5 aufweist, der mit über seinen Umfang angeordneten kleinen Gasaustrittsöffnungen 6 versehen ist. Der Innenraum des Verteilerringes 5 ist an einen zentralen Kanal 31 eines Stutzens 7 angeschlossen, der gleichzeitig den Träger für den Verteilerring 5 bildet. Der Stutzen 7 ist in eine behälterseitige Muffe 8 (vgl. Fig. 3) einführbar. Hierzu weist der Stutzen 7 der Gaseinströmeinrichtung 4 einen unteren auf die Muffe 8 (vgl. Fig. 3) zuweisenden Ansatz 9 reduzierten Durchmessers auf, dessen Ende 10 konisch ausge­ bildet ist. Auf dem Umfang des Ansatzes 9 befindet sich eine Dichtung in Form eines O-Ringes 11, die in einer Nut 12 gehaltert ist. An den Ansatz 9 schließt nach oben ein konischer Übergang 13 zu einem Flansch 14 an, auf dessen Umfang eine zweite Dichtung 15 angeordnet ist, die ebenfalls in einer Nut 16 gehaltert ist. Die beiden Dichtungen 11 und 15 können O-Ringe sein.

Der so ausgebildete Stutzen 7 greift im montierten Zustand in die behälterseitige Muffe 8 ein, die mit zwei den Durch­ messern des Ansatzes 9 und des Flansches 14 entsprechenden Innenzylindern 17 und 18 versehen ist, zwischen denen ein konischer Übergang 19 vorgesehen ist, dessen Öffnungswinkel dem Winkel des konischen Überganges 13 zwischen dem Ansatz 9 und dem Flansch 14 entspricht. Hierbei ist die Höhe A des Innenzylinders 17 kleiner als die Länge des Ansatzes 9, so daß im eingesteckten Zustand des Stutzens zwischen den beiden Konusflächen 13 und 19 ein Ringspalt gebildet wird, der mit einer Leitung 20 für die zuzuführende Luft oder für den zuzu­ führenden Dampf zur Sterilisierung in Verbindung steht. Die Größe des Ringspaltes hängt außerdem von den Bauhöhen des konischen Überganges 19 und des oberen Innenzylinders 18 in der Muffe 8 ab.

Im übrigen haben die beiden Dichtungen 11 und 15 (vgl. Fig. 2) einen vertikalen Abstand D zueinander, der größer ist als der Abstand E zwischen der oberen Außenkante des oberen Innen­ zylinders 18 und der oberen Kante des unteren Innenzylinders 17. Dadurch wird bei einem Einsetzen des Stutzens 7 in die Muffe 8 der Ansatz 9 des Stutzens im unteren Innenzylinder 17 zentriert und die untere erste Dichtung 11 in Eingriff gebracht, bevor die obere zweite Dichtung 15 in Eingriff mit der zugehörigen Muffenwandung 18 kommt. Um insbesondere das Eingreifen der zweiten oberen Dichtung 15 in ihren zugehörigen Innenzylinder 18 zu erleichtern, ist die Muffe 8 im Bereich ihrer oberen Außen­ kante mit einem weiteren Eintrittskonus 21 versehen.

Zur Fixierung der Gaseinströmeinrichtung 4 in ihrer Montage­ lage können eine oder mehrere Stellschrauben 22 vorgesehen sein, die einen Flansch am Stutzen 7 hintergreifen oder in eine Ausnehmung im Stutzen 7 od. dgl. eingreifen können. Zur Abdichtung können die Stellschrauben 22 mit einem O-Ring 23 versehen sein, der in einer Nut in der jeweiligen Stellschraube gehaltert ist.

Bei dem Ringverteiler 5 der Gaseinströmeinrichtung 4 handelt es sich um eine besondere Art der Einstoffzufuhr. Ein beson­ derer Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung besteht nun aber darin, daß die verschiedensten Gaseinströmeinrichtungen in ein und demselben Reaktor Verwendung finden können, wenn sie nur einen in den Außenabmessungen gleichen Stutzen 7 aufweisen. Ein Beispiel dafür zeigt Fig. 4. Dort ist eine Zweistoffdüse 24 vorgesehen, an welche der entsprechend modifizierte Stutzen 7 anschließt, dessen äußere Abmessungen dem zuvor beschriebenen Stutzen entsprechen. Die Zweistoffdüse 24 weist einen Ring­ raum 25 für die Zufuhr des einen Stoffes auf, der eine zentrale Bohrung 26 für die Zufuhr des anderen Stoffes umgibt. Der Ringraum 25 steht mit dem Konus 13 und damit mit dem nach dem Einsetzen des Stutzens zwischen den beiden Konen 13 und 19 gebildeten Ringspalt und dem zugehörigen Anschluß 20 in Ver­ bindung, während die zentrale Bohrung 26 und der daran an­ schließende Kanal 27 mit dem zentralen Kanal 28 (vgl. Fig. 3) der Muffe 8 in Verbindung steht. Dieselbe Muffe 8 kann also für Einstoff- und Zweistoffzufuhr Verwendung finden.

Um die Gaseinström- und Verteilungseinrichtung auch bei durch die Dichtungen 11 und 15 bedingten größerem Kraftaufwand in ihren Sitz bringen zu können, ist im Bereich des unteren Ansatzes 9 des Stutzens 7 ein Diagonalsteg 29 (vgl. Fig. 2 und 4) vorgesehen, der den zentralen Kanal 27 in diesem Bereich übergreift. Über diesen Diagonalsteg 29 kann ein Haken od. dgl. gelegt werden, so daß gegebenenfalls mittels einer gesonderten Zugeinrichtung die Gaseinströmeinrichtung auf ihren Sitz in Richtung des Pfeiles 30 gezogen werden kann.

Claims (7)

1. Begasungsgerät zur Begasung von Zellkulturen und Mikro­ organismen in senkrecht stehenden Behältern, sogenannten Turmreaktoren, bei welchem im unteren Bereich des Behälters eine Gaseinström- und Verteilungseinrichtung mit einem zentralen Kanal für das zuzuführende Medium lösbar angeordnet ist, deren Halterung aus einem in eine behälter­ seitige Muffe einsteckbaren Stutzen besteht, der zwei im Abstand übereinander angeordnete Dichtungen aufweist, zwischen denen ein nach außen hermetisch abgeschlossener Ringspalt gebildet ist, der einen Anschluß aufweist, mit welchem er an eine Dampfzuleitung od. dgl. zum Zwecke der Sterilisierung anschließbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Stutzen (7) der Gaseinström- und Verteilungseinrichtung einen unteren auf die Muffe zuweisenden Ansatz (9) reduzierten Durchmessers aufweist, dessen Ende (10) konisch ausgebildet ist und auf dessen Umfang sich die untere erste Dichtung (11) befindet, wobei der Ansatz (9) mit einem konischen Übergang (13) an einen Flansch (14) größeren Durchmessers anschließt, auf dessen Umfang die obere zweite Dichtung (15) angeordnet ist, wobei die Muffe (8) zwei den Durchmesser des Ansatzes (9) und des Flansches (14) entsprechende Innenzylinder (17, 18) aufweist, zwischen denen ein entsprechender konischer Über­ gang (19) vorhanden ist und wobei die beiden Dichtungen (11, 15) einen solchen vertikalen Abstand (D) zueinander haben, daß bei Einsetzen des Stutzens (7) in die Muffe (8) der Ansatz (9) des Stutzens (7) zentriert und die untere erste Dichtung (11) in Eingriff gebracht ist, bevor die obere zweite Dich­ tung (15) in Eingriff mit der Wandung des zugehörigen Innen­ zylinders (18) kommt.

2. Begasungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungen (11, 15) O-Ringe sind, die in Nuten (12, 16) des Ansatzes (9) bzw. des Flansches (14) gehaltert sind.

3. Begasungsgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß im Bereich des unteren Ansatzes (9) des Stutzens (7) ein Diagonalsteg (29) od. dgl. vorgesehen ist, der von unten von einem Haken od. dgl. übergreifbar ist.

4. Begasungsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Fixierung der Gasein­ ström- und Verteilungseinrichtung (4) in ihrer Montage­ lage eine oder mehrere Stellschrauben (22) vorgesehen sind, die die Wandung der Muffe (8) durchgreifen und einen Flansch am Stutzen (7) hintergreifen oder in eine Ausnehmung im Stutzen (7) od. dgl. eingreifen.

5. Begasungsgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellschrauben (22) mit einem O-Ring (23) ver­ sehen sind, der in einer Nut der jeweiligen Stellschraube (22) gehaltert ist.

6. Begasungsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen Stutzen (7) und Muffe (8) gebildete konische Ringspalt mit einem Anschluß (20) für ein Sterilisierungsmedium versehen ist.

7. Begasungsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Verwendung einer Zweistoffdüse (24) der Ringraum (25) der Düse mit dem Ringspalt zwischen den Konen (13, 19) des Stutzens (7) und der Muffe (8) verbunden ist, über welchen die Zufuhr des einen Mediums erfolgt, während die Zufuhr des anderen Mediums durch die zentralen Kanäle (28, 31) der Muffe (8) und des Stutzens (7) vorgenommen wird.