DE69709276T2 - Gasgetriebener Gärungssystem - Google Patents
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Description
- Diese Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf Fermentationssysteme und genauer auf Fermentationssysteme, die durch ein injiziertes Gas wie z. B. Luft angetrieben werden.
- Fermentation ist eine durch einen lebenden Organismus oder ein Enzym wie z. B. Bakterien oder die in unizellularen Pflanzen auftretenden Mikroorganismen induzierte chemische Veränderung, welche die aerobe Zersetzung von Kohlenwasserstoffen beteiligt, um ein erwünschtes Produkt zusammen mit Kohlendioxid zu erzeugen. Der Sauerstoff für die Fermentation wird im allgemeinen durch die Zufuhr von Luft zu der Fermentationsbrühe bereitgestellt, die in einem Fermentationsbehälter enthalten ist. Fermentationssysteme werden für die Produktion einer großen Anzahl von Produkten wie z. B. Antibiotika, Impfstoffe, synthetische Biopolymere, synthetische Aminosäuren, und essbare Proteine verwendet.
- Es ist wichtig, dass die Inhalte in dem Fermentationsbehälter in Bewegung bleiben, um die effiziente Aufnahme von Sauerstoff, eine geeignete Verteilung von Nährstoffen und das kontinuierliche Fortschreiten der Fermentationsreaktion zum Erhalt eines guten Produktertrags sicherzustellen. Im allgemeinen wird eine derartige Bewegung oder Verrührung durch ein mechanisches Rührsystem bewerkstelligt. Mechanische Rührsysteme sind kompliziert, kostspielig und für Ausfälle anfällig, da sich bei fortschreitendem Fermentationsverfahren Produkt in dem Fermentationsbehälter aufbaut und die Dicke oder Viskosität der Fermentationsbrühe zunimmt.
- Hinsichtlich derartiger Probleme mit mechanisch verrührten Fermentierern sind gasbetriebene Fermentierer entwickelt worden, wobei die notwendige Bewegung der Fermentationsbrühe durch einen Aufstieg von in den Fermentationsbehälter eingespeisten Gasblasen bereitgestellt wird, um Sauerstoff für die Fermentation zuzuführen. Da dieses Gas üblicherweise Luft ist, werden solche gasbetriebenen Fermentierer im allgemeinen als luftbetriebene Fermentierer oder luftbetriebene Bioreaktoren bezeichnet, wobei derartige Vorrichtungen auch als Durchperlkolonnen bezeichnet werden. Die Luft bewirkt einen Aufstieg der Fermentationsbrühe in einem Bereich des Behälters und eine abwärtige Strömung der Brühe in einem anderen Bereich des Behälters, wodurch ein umwälzender Durchfluss von Fermentationsbrühe in dem Fermentationsbehälter ausgebildet wird.
- Es sind große Luftvolumina erforderlich, um einen luftbetriebenen Fermentierer oder eine Durchperlkolonne mit kommerziellen Abmessungen effektiv umzurühren, der/die eine Höhe von 15,2 bis 30,5 m (50 bis 100 Fuß) oder mehr aufweist. Bei ihrem Aufstieg in der Durchperlkolonne koaleszieren die Luftblasen und bilden größere Blasen. Aufgrund des hohen Volumens der in die Durchperlkolonne injizierten Luft ist die Koaleszenz schnell. Die Gasaufstiegsgeschwindigkeit nimmt sowohl mit der Blasengröße wie mit der Höhe in der Kolonne zu. Dies steigert den Auftriebsprozess und die Turbulenz innerhalb des Behälters. Die durch den schnellen Aufstieg von großvolumigen Luftblasen bewirkte heftige Umrührung wird als heterogener Strom bezeichnet. Dieser heterogene Strom verbessert nicht nur den Auftriebsprozess in dem Behälter, sondern dient auch einem verbesserten Strippen des von der Fermentation erzeugten Kohlendioxids aus der Fermentationsbrühe, was die Fermentationsrate erhöht.
- Obgleich sich luftbetriebene Fermentierer bei einer Verwendung wie z. B. in der pharmazeutischen und feinchemikalischen Industrie als sehr vorteilhaft erweisen, können durch eine Sauerstoffverarmung der Fermentationsreaktion Produktionsprobleme bewirkt werden, und insbesondere bei der Verwendung von mehreren aktiven biologischen Agenzien, die viel Sauerstoff benötigen. Bezüglich der Frage, wie viel mehr Luft einem luftbetriebenen Bioreaktor zugeführt werden kann, ohne dessen Inhalte vollständig aus dem Reaktor hinauszublasen, liegen praktische Begrenzungen vor.
- Zur Begegnung dieses Produktionsproblems hat die Industrie die Injektion eines zusätzlichen oder ergänzenden Sauerstoff enthaltenden Gases in den luftbetriebenen Fermentierer verwendet, um der Fermentationsbrühe zusätzlichen Sauerstoff zuzuführen. Zur Vermeidung des Koaleszierens der Ergänzungsgasblasen mit den Luftblasen und der Aufhebung des Effekts der Ergänzungsinjektion wird das Ergänzungsgas in den luftbetriebenen Fermentierer mit einem Abstand von derjenigen Stelle eingeleitet, an der die Luft zugeführt wird. Des öfteren wird dieses Ergänzungsgas in den hinabströmenden Bereich des Behälters in die Fermentationsbrühe eingespeist, um sicherzustellen, dass es von den aufsteigenden Luftblasen weit entfernt bereitgestellt wird. Allerdings verringert ein derartiges Verfahren den Zirkulationseffekt in dem Behälter, da die Ergänzungsgasblasen in der hinunter strömenden Fermentationsbrühe versuchen aufzusteigen und somit eine unterbrechende Auswirkung auf den Zirkulationseffekt ausüben. Obwohl für die Fermentation zusätzlicher Sauerstoff bereitgestellt wird, reduziert dieses Verfahren den Auftriebsprozess und den Vorgang des Kohlendioxidstrippens, wobei beide Faktoren ebenso für eine hohe Produktionsrate notwendig sind.
- In EP-A-0 477 818 ist ein Verfahren für eine verbesserte Sauerstoffanreicherung in einem Fermentierer offenbart, das ein Einspeisen des Fermentierers über zwei getrennte Leitungen mit Luft bzw. mit zusätzlichem Sauerstoff aus einer getrennten Quelle aufweist. Der Ort der Sauerstoffinjektionsstelle ist ausgewählt, an einer von der entfernt Luftinjektionsstelle angeordneten Stelle zu liegen, um ein Vermischen und/oder Koaleszieren von Sauerstoffblasen mit Luftblasen zu minimieren.
- In den "Patent Abstracts of Japan", Vol. 013, Nr. 107 (C-576) ist ein Verfahren für eine erhöhte Sauerstoffzufuhr in einem Fermentiererbehälter offenbart, das die Bereitstellung einer Anordnung zum Zirkulieren einer Flüssigkeit in dem Behälter und zum Einspeisen von Sauerstoff in einer entgegengesetzten Richtung zu dem Durchfluss der zirkulierenden Flüssigkeit aufweist.
- Eine Aufgabe dieser Erfindung besteht daher in der Bereitstellung eines verbesserten gasbetriebenen Fermentations- oder Durchperlkolonnensystems, wobei ein Ergänzungsgas zur Zufuhr von zusätzlichem Sauerstoff für die Fermentation verwendet werden kann, während die bei konventionellen Ergänzungsgaszufuhrsystemen auftretenden nachteiligen Effekte vermieden werden.
- Die obigen und weitere Aufgaben, die sich dem Fachmann aus dieser Beschreibung ergeben, werden durch die vorliegende Erfindung gelöst, deren einer Aspekt in einem Verfahren zum Durchführen einer Fermentation gemäß Anspruch 1 besteht.
- Wie hier verwendet bezieht sich der Begriff "heterogener Strom" auf einen Strom mit einer ungleichförmigen Gasblasenverteilung, der durch das Vorhandensein von großen Blasen oder einer Blasenagglomeration gekennzeichnet ist. Ein heterogener Strom tritt nicht bei einer Oberflächengeschwindigkeit von weniger als 0,03 m/s auf.
- Wie hier verwendet bezieht sich der Begriff "homogener Strom" auf einen Strom mit einer gleichförmigen Gasblasenverteilung und einer engen Blasengrößenverteilung, in dem keine beobachtbare Abwärtsströmung von Gas/Flüssigkeit auftritt. Ein homogener Strom tritt nicht bei einer Oberflächengeschwindigkeit von mehr als 0,05 m/s auf.
- Wie hier verwendet bezieht sich der Begriff "unterer Bereich" auf den unter der Mitte des Fermentationsbehälters liegenden Bereich des Fermentationsbehälters.
- Wie hier verwendet bezieht sich der Begriff "Oberflächengeschwindigkeit" auf den Quotienten des Volumengasstroms geteilt durch die Querschnittsfläche des Fermentationsbehälters oder des Strömungsrohrs, wenn ein Strömungsrohr in dem Fermentationsbehälter zur Anwendung kommt.
- Fig. 1 ist eine Querschnittsdarstellung des Fermentationssystems dieser Erfindung.
- Fig. 2 ist ein vereinfachter Aufriss einer Ausführungsform der Fermentationsvorrichtung dieser Erfindung.
- Fig. 3 ist eine Aufsicht einer in der Praxis dieser Erfindung nützlichen Ausführungsform der Injektoren.
- Fig. 4 ist eine Aufsicht einer in der Praxis dieser Erfindung nützlichen weiteren Ausführungsform der Injektoren.
- Die Erfindung wird ausführlich mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben werden. Nun auf die Fig. 1 Bezug nehmend enthält ein Fermentationsbehälter 1 eine Fermentationsbrühe, die mindestens einen Bestandteil enthält, der zur Erzeugung eines Produkts einer Fermentation unterzogen werden kann. Die Fermentationsbrühe weist im allgemeinen Wasser, einen nährenden oder fermentierbaren Bestandteil wie z. B. Stärkezuckersirup, Melasse und Glucose und ein biologisches Agens wie z. B. Bakterien, Pilze und Hefe auf. Die Fermentationsbrühe kann auch Zusätze wie z. B. antischäumende Agenzien, Nitrate, pH- Einstellungschemikalien und ähnliches beinhalten. Durch das Fermentationssystem dieser Erfindung herstellbare Produkte beinhalten Antibiotika wie z. B. Penicillin, Erythromycin und Tetracyclin, organische Chemikalien wie z. B. Ethanol, Sorbitol und Citronellol, organische Säuren wie z. B. Zitronensäure, Weinsäure und Milchsäure, Aminosäuren wie z. B. L-Lysin und Mononatriumglutamat, Polysaccharide wie z. B. Bierhefe und Xanthanlösung, Vitamine wie z. B. Ascorbinsäure und Riboflavin und andere Produkte einschließlich Enzyme, Insektizide, Alkaloide, Hormone, Pigmente, Steroide, Impfstoffe, Interferon und Insulin.
- Ein erstes Sauerstoff enthaltendes Gas, das im allgemeinen und vorzugsweise Luft ist wird durch einen ersten Injektor 2 in den unteren Bereich des Behälters 1 injiziert. Das Gas steigt durch den Behälter 1 in einer ersten Gruppe von ersten Blasen 3 auf. Das erste Sauerstoff enthaltende Gas, das im folgenden der Einfachheit halber auch als Luft bezeichnet wird, steigt innerhalb des Behälters 1 in einem heterogenen Strom mit einer Oberflächengeschwindigkeit auf, die vorzugsweise mehr als 0,05 Meter pro Sekunde (m/s) beträgt. Im allgemeinen liegt die Durchflussrate der Luft in den Fermentationsbehälter 1 in dem Bereich von 0,28 bis 11,3 Standardkubikmeter/Liter - Stunde (10 bis 400 Standardkubikfuß/Liter - Stunde). wobei sich Liter auf das Volumen des Reaktors oder Fermentationsbehälters bezieht. Der heterogene Strom der Luft bewirkt zusammen mit der großen Abmessung der aufsteigenden Luftblasen, dass die Fermentationsbrühe wie durch nach oben weisende Pfeile 4 dargestellt in dem Behälter 1 aufsteigt. Wenn die nach oben strömende Brühe die Oberseite des Behälters 1 erreicht, ändert sie ihre Richtung und fließt in dem Behälter 1 in einem Umwälzmuster nach unten, wie durch nach unten weisende Pfeile 5 gezeigt. Der turbulente heterogene Luftstrom und die sich umwälzende Fermentationsbrühe kombinieren sich, um die Sauerstoffübertragung von der Luft in die Fermentationsbrühe zu verbessern, die Fermentation anzutreiben, und um von der Fermentation erzeugtes Kohlendioxid von der Brühe abzuziehen.
- Ein zweites Sauerstoff enthaltendes Gas mit einer die des ersten Sauerstoff enthaltenden Gases übersteigenden Sauerstoffkonzentration wird durch einen zweiten Injektor 6 in den unteren Bereich des Behälters 1 injiziert. Vorzugsweise weist das zweite Sauerstoff enthaltende Gas eine Sauerstoffkonzentration von mindestens 30 Molprozent und am bevorzugtesten von mindestens 80 Molprozent auf. Das zweite Sauerstoff enthaltende Gas kann auch kommerziell reiner Sauerstoff mit einer Sauerstoffkonzentration von 99,5 Molprozent oder mehr sein. Der Einfachheit halber wird das zweite Sauerstoff enthaltende Gas im folgenden auch als Sauerstoff bezeichnet werden.
- Der Sauerstoff wird in den Behälter 1 nahe der Stelle injiziert, wo die Luft in den Behälter 1 injiziert wird. Das heißt, dass der zweite Injektor 6 mit dem Inneren des Fermentationsbehälters 1 nahe dem Ort in Verbindung steht, an dem der erste Injektor 2 mit dem Inneren des Behälters 1 in Verbindung steht. Zur Durchführung des Auftriebs- und Strippvorgangs ist der Sauerstoff nicht erforderlich, weshalb er als homogener Strom vorliegt.
- Der Sauerstoff wird bei einer Durchflussrate in den Behälter 1 injiziert, die im allgemeinen in dem Bereich von 0,0028 bis 0,566 Standardkubikmeter/Liter - Stunde (0,1 bis 20 Standardkubikfuß/Liter - Stunde) liegt. Der Sauerstoff steigt durch den Behälter 1 in einer Gruppe von zweiten Blasen 7 auf die im allgemeinen einen kleineren Durchmesser und ein größeres Verhältnis von Oberfläche zu Volumen als die ersten Blasen 3 aufweisen. Dies verbessert die Sauerstoffübertragung in die Fermentationsbrühe. Die Sauerstoffblasen 7 steigen durch die Formentationsbrühe innerhalb des Behälters 1 in einem homogenen Strom und vorzugsweise mit einer Oberflächengeschwindigkeit auf die weniger als 0,03 m/s beträgt und kleiner als die Oberflächengeschwindigkeit der aufsteigenden Luftblasen 3 ist. Ein wichtiger Aspekt dieser Erfindung besteht darin, dass das zweite Sauerstoff enthaltende Gas der in dem Fermentationsbehälter befindlichen Fermentationsbrühe nicht an einem Bereich zugeführt wird, wo die Fermentationsbrühe nach unten strömt. Stattdessen wird dieses zweite Sauerstoff enthaltende Gas vorzugsweise dort in die Fermentationsbrühe eingeleitet, wo diese aufsteigt.
- Die nach oben fließenden Sauerstoffblasen 7 strömen nahe zu den Luftblasen 3, aber aufgrund der homogenen Beschaffenheit ihres Durchflusses koaleszieren sie nicht wesentlich mit den Luftblasen. Somit strömt ein großer Anteil des in den kleinen Blasen 7 vorhandenen Sauerstoffs aus den Sauerstoffblasen heraus und in die Fermentationsbrühe hinein, um die Fermentation anzutreiben. Es ist zu erwarten, dass etwa 25 bis 75% des für die Fermentation erforderlichen Sauerstoffs von den Sauerstoffblasen und der Rest von den Luftblasen stammt. Wenn die Blasen die Oberseite des Reaktors erreichen, treten sie im allgemeinen zusammen mit gestripptem Kohlendioxid und anderen Gasen aus dem Reaktor aus.
- Bei fortschreitender Fermentationsreaktion und Produktaufbau innerhalb des Fermentationsbehälters erhöht sich die Dicke oder Viskosität der Fermentationsbrühe auf bis zu 800 Centipoise (eps) oder mehr. Die Erfindung weist einen besonderen Nutzen auf, wenn die Viskosität der Fermentationsbrühe 10 eps überschreitet und insbesondere wenn sie mindestens 100 eps beträgt, da der Unterschied in den Gasdurchflusscharakteristika, d. h. homogener gegenüber heterogener Strom, in einer Fermentationsbrühe mit hoher Viskosität besonders effektiv ist, um die zwei Gasblasengruppen bei ihrem Aufstieg durch den Fermentationsbehälter ohne ein Koaleszieren getrennt voneinander zu halten. Im allgemeinen wird das Fermentationsverfahren ein Batch-Verfahren sein und nach der Vervollständigung des Verfahrens wird das Produkt von dem Fermentationsbehälter abgezogen, getrennt, und im allgemeinen weiter verarbeitet.
- Die Fig. 2 und 3 illustrieren eine bevorzugte Ausführungsform der Fermentationsvorrichtung dieser Erfindung. Die Bezugszeichen in den Figuren sind für gleiche Elemente die Gleichen. Nun auf die Fig. 2 und 3 Bezug nehmend ist ein Fermentationsbehälter 20 eine zylindriche Kolonne mit einer Höhe oder Länge in Längsrichtung, die im allgemeinen in dem Bereich von 3,05 bis 30,5 m (10 bis 100 Fuß) liegt, und einem im allgemeinen in dem. Bereich von 0,3 bis 5,1 m (12 bis 200 inch) liegenden Durchmesser aufweist. Falls erwünscht kann, wie in Fig. 2 dargestellt, der Fermentationsbehälter 20 eine Kühlschlange 21 um seinen Innenumfang aufweisen, um die Temperatur der Fermentationsbrühe innerhalb erwünschter Grenzwerte zu halten. Der Fermentationsbehälter 20 ist im allgemeinen aus Metall wie z. B. rostfreiem Stahl gefertigt.
- In dem unteren Bereich der Fermentationskolonne 20 unterhalb der Kühlschlange 21 ist eine Lufteinperlanordnung 22 vorgesehen, die einen Ring mit sechs in gleichem Abstand angeordneten Injektoren oder Düsen 23 aufweist und mit einer Luftquelle 24 in Verbindung steht. Eine Sauerstoffeinperlanordnung 25 ist nahe zu der Einperlanordnung 22 etwas oberhalb und innerhalb des Umfangs der Einperlanordnung 22 vorgesehen. Die Einperlanordnung 25 weist einen Ring mit zwölf in gleichem Abstand angeordneten Injektoren oder Düsen 26 auf, die kleiner als die Düsen 23 sind, und die Anordnung ist mit einer Quelle von Sauerstoff enthaltendem Gas 27 mit einer Sauerstoffkonzentration von 30 Molprozent oder höher verbunden. Luft und Sauerstoff werden durch die Einperlanordnungen 22 bzw. 25 in die Kolonne 20 injiziert und perlen durch die in der Kolonne 20 enthaltene Fermentationsbrühe auf die zuvor beschriebene Weise auf.
- Fig. 4 illustriert eine weitere im Rahmen der Erfindung nützliche Ausführungsform der Injektoren, wobei die Luft durch eine einzelne zentrale Düse 30 injiziert und der Sauerstoff durch eine Einperlanordnung 31 injiziert wird, die ein Ring ist, der die Düse 30 ringförmig umgibt. Die Einperlanordnung 31 ist vorzugsweise an dem gleichen Pegel wie die Düse 30 vorgesehen, obgleich sie auch etwas über oder unter der Injektionsstelle der Düse 30 angeordnet werden kann. Die Einperlanordnung 31 weist einen Ring mit einer Mehrzahl von in gleichem Abstand angeordneten Injektoren oder Düsen 32 auf und steht mit einer Quelle von Sauerstoff enthaltendem Gas in Verbindung. Die Düsen 32 sind jeweils kleiner als die mit einer Luftquelle in Verbindung stehende Düse 30.
- Wie oben erwähnt besteht ein wichtiger Aspekt dieser Erfindung darin, dass der zweite Injektor in der Nähe derjenigen Stelle mit dem Inneren des Fermentationsbehälters in Verbindung steht, wo der erste Injektor mit dem Inneren des Fermentationsbehälters in Verbindung steht. Wenn das Injektorsystem konzentrische Einperlringe aufweist, wie z. B. in Fig. 3 dargestellt, kann diese nahe Verbindung dadurch beschrieben werden, dass r in dem Bereich von 0,25 A bis 0,5 A liegt, wobei r der Radius des Sauerstoffeinperlrings und A der Radius des Lufteinperlrings ist. Wenn das Injektorsystem eine zentrale Luftdüse und einen Sauerstoffeinperlring aufweist, wie z. B. in Fig. 4 illustriert, kann diese nahe Verbindung dadurch beschrieben werden, dass r in dem Bereich von 0,5 R bis 0,75 R liegt, wobei r der Radius des Sauerstoffeinperlrings und R der Radius des Fermentationsbehälters ist.
- Durch die Verwendung dieser Erfindung ist jetzt eine effektive Bereitstellung von Ergänzungssauerstoff für eine mit Gasauftrieb versehene Fermentationsbrühe möglich, um eine hohe Fermentationsrate auf rechtzuerhalten und um den Produktertrag ohne eine Behinderung des Gasauftriebsprozesses zu erhöhen. Obwohl die Erfindung ausführlich mit Bezug auf bestimmte bevorzugte Ausführungsformen beschrieben worden ist, versteht sich für den. Fachmann, dass weitere Ausführungsformen der Erfindung vorliegen, die in den Rahmen der Ansprüche fallen. Zum Beispiel kann der Fermentationsbehälter weitere Einbauten wie z. B. Ablenkplatten oder ein Strömungsrohr, d. h. einen an beiden Enden offenen und in Längsrichtung ausgerichteten Zylinder enthalten, der in Abstand von der Oberseite und dem Boden des Fermentationsbehälters angeordnet ist. Bei der Verwendung eines Strömungsrohrs ist es bevorzugt, dass die Gasinjektoren so vorgesehen werden, dass sowohl die Luft- wie die Sauerstoffblasen innerhalb des Strömungsrohrs nach oben strömen.
Claims (12)
1. Verfahren zur Durchführung einer Fermentation, wobei im Zuge des Verfahrens:
(A) ein erstes Sauerstoff enthaltendes Gas in einen Behälter an einer Stelle unterhalb der Mitte
des Behälters injiziert wird, wobei der Behälter eine Fermentationsbrühe enthält, die einen
Bestandteil aufweist, der einer Fermentation unterzogen werden kann;
(B) das erste Sauerstoff enthaltende Gas in einer Gruppe von ersten Blasen nach oben durch den
Behälter in einem heterogenen Strom geleitet wird, der eine Aufwärtsströmung der
Fermentationsbrühe bewirkt, wobei der heterogene Strom eine ungleichförmige Verteilung von
Gasblasen aufweist;
(C) ein zweites Sauerstoff enthaltendes Gas mit einer Sauerstoffkonzentration, welche diejenige
des ersten Sauerstoff enthaltenden Gases übersteigt, in dem Behälter an einer Stelle
unterhalb der Mitte des Behälters und nahe jener Stelle injiziert wird, wo das erste Sauerstoff
enthaltende Gas in den Behälter injiziert wird, und das zweite Sauerstoff enthaltende Gas in
einer Gruppe von zweiten Blasen nach oben durch den Behälter in einem homogenen Strom
mit einer gleichförmigen Gasblasenverteilung geleitet wird; und
(D) Sauerstoff von sowohl dem ersten Sauerstoff enthaltenden Gas als auch dem zweiten
Sauerstoff enthaltenden Gas benutzt wird, um eine Fermentation des besagten Bestandteils
auszuführen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem das erste Sauerstoff enthaltende Gas Luft ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem das zweite Sauerstoff enthaltende Gas eine
Sauerstoffkonzentration von mindestens 30 Molprozent aufweist.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bei welchem der heterogene Strom des ersten Sauerstoff enthaltenden
Gases eine Oberflächengeschwindigkeit, d. h. einen Quotienten des Volumengasstroms geteilt
durch die Querschnittsfläche des Behälters, von mehr als 0,03 m/s hat.
5. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem der homogene Strom des zweiten Sauerstoff
enthaltenden Gases eine Oberflächengeschwindigkeit, d. h. einen Quotienten des Volumengasstroms geteilt
durch die Querschnittsfläche des Behälters, von weniger als 0,05 m/s hat.
6. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem der Durchmesser der Blasen in der zweiten Gruppe von
Blasen kleiner als der Durchmesser der Blasen in der ersten Gruppe von Blasen ist.
7. Vorrichtung zum Ausführen einer Fermentation mit:
(A) einem Fermentationsbehälter (20);
(B) einem ersten Injektor (22, 30), der mit dem Inneren des Fermentationsbehälters an einer
Stelle unterhalb der Mitte des Behälters in Verbindung steht, um ein erstes Sauerstoff
enthaltendes Gas in den Fermentationsbehälter zwecks Durchleiten durch den Fermentationsbehälter
in einem heterogenen Strom zu injizieren, wobei der heterogene Strom eine
ungleichförmige Verteilung von Gasblasen aufweist:
(C) einem zweiten Injektor (25, 31), der mit dem Inneren des Fermentationsbehälters in
Verbindung steht, um ein zweites Sauerstoff enthaltendes Gas mit einer Sauerstoffkonzentration,
welche diejenige des ersten. Sauerstoff enthaltenden Gases übersteigt, in den
Fermentationsbehälter zu injizieren, so dass dieses vertikal in Längsrichtung durch den
Fermentationsbehälter in einem homogenen Strom mit einer gleichförmigen Gasblasenverteilung strömt;
(D) wobei der zweite Injektor mit dem Inneren des Fermentationsbehälters an einer Stelle
unterhalb der Mitte des Behälters und nahe dort kommuniziert, wo der erste Injektor mit dem
Inneren des Fermentationsbehälters kommuniziert.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, ferner versehen mit einem längs innerhalb des
Fermentationsbehälters (20) ausgerichteten Strömungsrohr, wobei sowohl der erste Injektor (22, 30) als auch der
zweite Injektor (25, 31) mit dem Inneren des Fermentationsbehälters so in Verbindung stehen, dass
der in Längsrichtung erfolgende senkrecht Durchstrom sowohl des ersten Sauerstoff enthaltenden
Gases als auch des zweiten Sauerstoff enthaltenden Gases innerhalb des Strömungsrohrs erfolgt.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7, bei welcher der erste Injektor (22) einen ersten Einperlring aufweist,
der über eine Mehrzahl von Düsen (23) verfügt, und wobei der zweite Injektor (25) einen zweiten
Einperlring aufweist, der einen kleineren Durchmesser als der erste Einperlring hat und der
konzentrisch zu dem ersten Einperlring ausgerichtet ist, wobei der zweite Einperlring eine Mehrzahl
von Düsen (26) aufweist, die kleiner als die Düsen des ersten Einperlrings sind.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, bei welcher der Radius des zweiten Einperlrings (25) im Bereich des
0,25 bis 0,5-fachen des Radius des ersten Einperlrings (22) liegt.
11. Vorrichtung nach Anspruch 7, bei welcher der erste Injektor (30) eine zentral innerhalb des
Fermentationsbehälters angeordnete Düse aufweist, und der zweite Injektor (31) einen innerhalb des
Fermentationsbehälters konzentrisch zu der zentral angeordneten Düse angeordneten Einperlring
aufweist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, bei welcher der Radius des zweiten Einperlrings (25) im Bereich
des 0,5 bis 0,75-fachen des Radius des Behälters (20) liegt.
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