DE4335311A1 - Begasungsrührsystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Begasungsrührsystem gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches. Es kommt bei Fermentationsreaktoren und Apparaten für andere Gas-Flüssigkeitsprozesse zur Anwendung.

Es ist bekannt, daß Gas-Flüssigkeitsprozesse in unterschiedlichen Apparaten durchgeführt werden. Rührapparate werden in der Regel dann eingesetzt, wenn neben einem intensiven Stoffübergang weitere Anforderungen wie Wär­ meabfuhr, homogene Verteilung eines feindispersen Feststoffes und eine in­ tensive Zirkulation und Vermischung des gesamten Apparateinhaltes gefordert werden. Dieses ist insbesondere für schlanke Apparate von großer Bedeu­ tung. Desweiteren ist für Fermentationsprozesse die Intensität der Scherbe­ anspruchung von Partikelstrukturen relevant.

Für Begasungsprozesse kommen neben einigen, im Anwendungsbereich be­ schränkten Sonderausführungen, häufig Scheibenrührer als Ein- oder Mehr­ rührervarianten zum Einsatz, die in einem weiten Anwendungsbereich gute Ergebnisse liefern. Nachteilig ist allerdings die hohe örtliche Dissipation und das Dissipationsverhältnis bei Stoffsystemen mit Scherkraftbegrenzung und der verzögerte Axialaustausch bei Mehrrührersystemen.

Für scherempfindliche Medien und Medienbestandteile kommen gewöhnlich großflächige, axialfördernde Rührer, einzeln oder mehrstufig, zur Anwendung. Auf Grund ungünstigen Überflutungsverhaltens scheitert ihr Einsatz aber bei höheren Begasungsintensitäten.

Durch die Erfindung sollen die genannten Nachteile beseitigt und ein Bega­ sungsrührsystem für eine universelle Anwendung entwickelt werden, wobei gleichzeitig relevante Grundoperationen, wie Homogenisieren und Wärmeüber­ tragung wirkungsvoll gewährleistet sein sollen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Begasungsrühreinrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst, weitere Ausgestaltungen sind aus den Ansprüchen 2 bis 5 ersichtlich.

Vergleichsuntersuchungen zeigen, daß das erfindungsgemäße Begasungsrühr­ system ein deutlich verbessertes Überflutungsverhalten besitzt und bei kon­ stantem spezifischen Leistungseintrag bis zu 66% mehr Gas dispergieren kann als der Standard-Scheibenrührer. Da die höchsten Werte der Effizienz der Gasdispergierung bei Rührsystemen unmittelbar oberhalb des Überflu­ tungspunktes liegen, werden auch die erreichbaren Effizienzwerte erhöht. Die Effizienzsteigerung wird neben der Erhöhung der Überflutungsmengen auch auf die verbesserte Axialvermischung mit reduziertem Leistungsbedarf und den Abbau von Differenzen der Gelöstgaskonzentration zurückgeführt. Auch der Stoffübergang konnte deutlich erhöht werden.

Das Begasungsrührsystem bewirkt durch die besondere Formgebung und Geometrie eine Reduzierung der Scherbeanspruchung, gleichbedeutend mit einer Steigerung der Maximaltropfengröße und einer Verringerung der Turbu­ lenzengröße und des Dissipationsverhältnisses. Damit ist das neue Begasungs­ rührsystem auch für Prozesse mit scherempfindlichen Strukturen geeignet. Aus Genanntem ergibt sich, daß die Erfindung in vielen Anwendungsberei­ chen, vordergründig bei fermentativen Prozessen einsetzbar ist.

An einem Ausführungsbeispiel in Verbindung mit einer Zeichnung soll das erfindungsgemäße Begasungsrührsystem näher erläutert werden.

In einem vertikalen Behälter 1, dessen Füllhöhe h größer 1,2mal Behälterin­ nendurchmesser D ist, befindet sich neben einer nicht dargestellten Gaszu­ führung und nicht dargestellten Bewehrungselementen zentrisch eine Rüh­ rerwelle 2, an deren unterem Ende ein Radialrührer in einer Höhe h_B von ca. 0,3mal Behälterinnendurchmesser D angebracht ist. Dieser Radialrührer 3 besteht aus einer Scheibe und vier bis sechs doppeltrapezförmigen, bis an die Nabe reichenden Blättern. Sein Durchmesser d_R beträgt 0,55 bis 0,65mal Behälterinnendurchmesser D und sein Scheibendurchmesser d_S 0,35 bis 0,5mal Radialrührerdurchmesser d_R.

In einem Abstand h_A von 1,0 bis 1,5mal Radialrührerdurchmesser d_R ist die Rührerwelle 2 noch mit einem neuentwickelten bekannten Axialrührer 4 be­ stückt, dessen Durchmesser d_A 0,45 bis 0,55mal Behälterinnendurchmesser D beträgt. Die angestellten drei bis sechs Blätter des Axialrührers 4, welche sich nach außen verjüngen, sind unter einem Winkel a von 15 bis 20° nach unten geneigt. Diese Neigung bringt Vorteile beim Füllen und Entleeren des Behälters 1. Der Hauptvorteil besteht im schonenden Durchtritt des Axialrüh­ rers 4 durch die Flüssigkeitsoberfläche, was eine starke Reduzierung der Radialkräfte gegenüber der normalen Ausführung zur Folge hat. Geringer Leistungseintrag und niedriges Drehmoment zeichnen diesen Rührer beson­ ders aus. Ebenfalls wie beim Radialrührer 3 sind die Kanten des Axialrührers 4 zwecks weiterer Verringerung der Scherbeanspruchung abgerundet.

Claims (4)

1. Begasungsrührsystem, eingebaut in einem schlanken vertikalen Behälter, gekennzeichnet durch

• - einen im Behälterbodenbereich an der Rührwelle (2) angebrachten Ra­ dialrührer (3) mit einem Durchmesser (d_R) von 0,55 bis 0,65mal Behäl­ terinnendurchmesser (D) in Form einer Scheibe und vier bis sechs dop­ peltrapezförmigen, bis an die Nabe gehenden Blättern
• - und einen in Abstand (h_A) zugeordneten Axialrührer (4) mit einem Durchmesser (d_A) von 0,45 bis 0,55mal Behälterinnendurchmesser (D) und drei bis sechs nach außen sich verjüngende Blätter, die gegenüber der Horizontalen um 15 bis 20° nach unten geneigt sind.

2. Begasungsrührsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe des Radialrührers (3) einen Durchmesser (d_S) von 0,35 bis 0,5mal Radialrührerdurchmesser (d_R) besitzt.

3. Begasungsrührsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (h_A) das 1 bis 1,5fache des Radialrührerdurchmessers (d_R) beträgt.

4. Begasungsrührsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Kanten der Blätter beider Rührer (3; 4) gerundet sind.