DE7032241U - Vorrichtung zum begasen von fluessigkeiten, insbesondere zur zumischung von gasen in fluessige naehrmedien bei fermentationsprozessen. - Google Patents

Description

Vorrichtung zum Begasen von FlUssigke jt en, insbesondere zur Zumjschunr von Gasen in flüssige Nährmeciien "bei Ferrcentat j onsuro^.ensen

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Begasen von Flüssigkeiten, insbesondere zur Zumischuug von Gasen, meist Luft, Sauerstoff und als Kohlenstoffquelle dienende Kohlenwasserstoffe, zu flüssigen Nährmedien bei Fernentationsprozessen. Solche Vorrichtungen bestehen aus einem zylindrischen Behälter mit einem im Innern koaxial angeordneten Leitzylinder und einem in Nähe eines Behälterendes angeordneten, als Schleuderpumpenlaufrad ausgebildetes Mischwerkzeug, das die Flüssigkeit aus dem Leitzylinder zusammen mit dem mittels Ringrohr oder Düse an die Saugseite des Laufrades herangeführte Gas ansaugt, die Flüssigkeit mit dem Gas, z.B. durch feine Öffnungen in einem das Schleuderpumpen-Laufrad umgebenden Rohr,- feinst vermischt und die nun mit dem Gas vermischte Flüssigkeit zwischen Behälterwand und Leitzylinder wieder an das-andere Ende des Behälters fördert, wo das Gemisch erneut durch den Leitzylinder zum Mischwerkzeug geführt wird. In speziellen Ausführungen sind im Innern des Lejfeylinders mehrere Mischwerkzeuge auf gemeinsamer Welle angeordnet und der ^L*ffiy%ty$fö#\f *f^lochtes Leitrohr ausge-

bildet. Solche Ausführungen steigern die Intensität der Mischung und vergrößern die wirksame Grenzfläche zwischen Gas und Flüssigkeit. Das überschüssige und verbrauchte Gas wird an dem dem Mischwerkzeug entgegengesetzten Ende aus dem Behälter geleitet, unter Einschaltung eines rotierenden Schaumabscheiders, der die vom Gas mitgeführte Flüssigkeit in deri Behälter zurück-befördert. Die üblichen Vorrichtungen der beschriebenen Art sind mit einem stehenden Behälter ausgeführt, das Mischwerkzeug ist in der Nähe des Bodens, die GasauHlaßöffnung mit Schaumabscheider am Deckel angebracht. Bei Anlagen mit sehr großem Behälter-

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inhalt,etwa 1oo nr und darüber werden die Behälter sehr hoch, weil zur guten Durchmischung zwecks gleichmäßiger Verteilung der flüssigen und gasförmigen Nährstoffe, der Luft und der Organismen, der Durchmesser des Behälters im Verhältnis zur Höhe nicht zu groß sein darf. Wenn aber dafür die Höhe des Behälters vergrößert wird, ergibt eich im Behälterunterteil, wo sich die Gaszuführung befindet, ein höherer hydrostatischer Druck. Dies hat zur Folge, daß das Gas, das bei geringer Behälterhöhe drucklos oder mit niedrigem Überdruck eingeführt werden kann, nun mit hohem Druck eingepreßt werden muß, was zusammen mit der erforderlichen Gasmenge Kompressoren mit hoher Antriebsleistung notwendig macht. So benötigt beispielsweise ein Fermentationsbehälter mit 1oo nr Inhalt für das Mischwerkzeug 18o PS, bedingt durch die Notwendigkeit innigster Gas-Flüssigkeitsdurchmischung ·, für den zur Luftzufuhr nötigen Kompressor werden noch zusätzlich 15o PS gebraucht. Könnte man mit einem geringeren hydrostatischen Druck von etwa 1,5 m (statt 9 m und mehr) auskommen, so könnte sich der Leistungsbedarf auf etwa 3o PS verringern.

Aufgabe der Erfindung ist, den Leistungsbedarf solcher großen Vorrichtungen, ohne Beeinträchtigung der notv/endigen Wirkungen, nämlich der Erzeugung und Aufreunterhaltung einer Feinstdurchmischung von Gas und Flüssigkeit, zu verringern, indem die Gaszufuhr bei geringem Druck durchgeführt werden kann. Die Erfindung löst die Aufgabe dadurch, daß bei Vorrichtungen der beschriebenen Art die Längsachse des Behälters horizontal gerichtet ist.

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Es hat sich zur Strömungsführung als zweckmäßig erwiesen, wenn zwischen der Behälterwand und dem innesn Leitzylinder mit Abstand in Umfan^srichtung mehrere zur Behälterlängsradiale achsparallele Leitwände vorgesehen sind, die den Raum zwischen Behälterinnenwand und Leitzylinder in mehrere achsparallele XaUUUoXTj üfitöx'teJ.J.6Üι deren Querschnitte trapezähnlichs Kreis— ringsektoren darstellen. Stattdessen können zwischen der Behälterinnenwand und dem inneren Leitzylinder Rohre angeordnet sein, durch welche die vom Mischwerkzeug geförderte Flüssigkeit geleitet wird. Schließlich ist es zusätzlich zweckmäßig, wenn das Miechwerkzeug an seinem Umfang von die Durchstömung unterteilenden Organen so umgeben ist, daß die achsparallelen Kammern oder Rohre zwischen Behälterinnenwand und Leitzylinder gleichmäßig mit Flüssigkeit durchströmt werden. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung nach der Erfindung ist vorgesehen, daß an dem zum Mischwerkzeug entgegengesetzten Ende des Behälters ein freier Raum vorhanden ist, in dessen Bereich in der Behälterwand ein Äbluftauslaß für überschüssiges und veiurauchtes Gas mit einem Schaumabschneider angeordnet ist.

Während der fortdauernden Umwälzung finden mikrobiologische (oder chemische) Umsetzungen statt, die entweder Wärme abgeben oder - zumindest beim Anlaufen - Wärmezufuhr erfordern. Daher ist eine weitere Vorbildung zweckmäßig, wonach der innere Leitzylinder doppelwandig als Wärmeaustauscher ausgebildet ist. Auch die Behälterwandung sollte als Wärmetauscher ausgebildet sein, z.B. dadurch,daß der Behälter doppelwandig konstuiert und mit einem Zufluß und Ablauf für ein Wärmefcauschmedium versehen ist. Wenn aber, was bei einer Reihe von Fermentationsprozessen der Fall ist, die hierdurch gebotene Wärmeauctauschfläche noch nicht ausreicht, v/eil die leraperatur der Heizflächen nicht über eine wärmeempfindlichkeit der betr. Organismen oder auch e'er Reaktionsprodukte bedingte Grenze erhöht werden darf« sind zusätzliche Wärmeaustauschfächer erforderlich.

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Nächst der dem Behälterinnern zugekehien Saugseite des Schleuderrades 5 ist ein mit Löchern versehenes Ringrohr 1o angeordnet, das mit einem Zuluftrohr 9 in Verbindung steht. Vom inneren Zylinder 3 gegen die Behälterwand sind radial mehrere achsparallele Leitwände 11 angeordnet. Da der innere Leitzylinder und die Leitflächen sich nicht über die ganze BehäLterlänge erstrecken, befindet sich an dem anderen Ende des Behälters ein freier r.aum, in den ein von einem Motor 13 angetriebener rotierender Schaumabscheider 14 hineinragt, der einem Ablaftrohr 12 vorgeschaltet ist.

Beim Betrieb der Vorrichtung wird die aus Nährsubstrat und Mikroorganismenkultur bestehende Flüssigkeit in den Behälter eingefüllt, zu kontinuierlichem Betrieb durch den Zuleitungsstutzen 7 eingeleitet und beim Auslaufstutzen 8 ausgeführt. Das Gas (Luft, Sauerstoff, auch Nährgas) wird mit Ventilator in die Leitung 9 eingedrückt und darauf die Motoren 4 und 13 eingeschaltet. Durch die Rotation des Schleuderrades 5 wird die Flüssigkeit zusammen mit dem aus den Öffnungen des Ringrohrs strömenden Gas axial angesaugt und durch die Öffnungen des gelochten Zylinderteiles 6 geschleudert, wodurch eine feirstblasige Mischung von Gas und Flüssigkeit erreicht wird. Durch " die bis unmittelbar an den verengten Zylinderteil 6 herangeführten Leitwända 11 wird die vom Schleuderrad radial ausgeworfenen Mischung gleichmäßig auf die durch die Leitwerkο gebildeten Kammern verteilt. Durch jede dieser Kammern strömt das Gas-Flüssigkeitsgemisch gegen den am anderen Behälterende vorhandenen Raum, von woes durch den Leitzylinder 3 wirkenden Sog wieder der aus Ringrohr , Schleuderrad und Lochzylinder bestehenden Mischvorrichtung zugeführt wird. Die überschüssigen und verbrauchten Gase strömen durch das Abluftrohr 12 ab, nachdem sie durch den dort angebrachten rotierenden Schaumabscheider 14 von mitgerissener Flüssigkeit befreit wurden.

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Um diese zu schaffen, ist vorgesehen, daß in den Raum zwischen B^ehälterinnenwand und Leitzylinder in Längsrichtung des Behälters als Wärmeaustauscher v/irkende Hohlkörper angeordnet sind . Die als Wärmeaustauscher wirkende' Hohlkörper könner. als Rohre ausgebildet sein. Es können aber auch cie Leitwände, sofern diese vorgesehen sind, doppelwandig ausgebildet ein. Um diese Teile gut reinigen zu können, werden die eis V'ärmeaus tauscher wirkenden Hohlkörper zweckmäßig zusammen mit dem Leitzylinder an einem der Behälterdeckel befestigt, der beispielsweise durch Plansch mit Schrauben oder Bajonettring lösbar verbunden ist, sodaß nach Lösen der Verbindungsmittel der Deckel abgehoben v/erden kann und durch Herausaeien der gesamten Innenkonstruktion diese Teile, insbesondere die Außenflächen der als Wärmeaustauscher wirkenden Hohlkörper zwecks Reinigung zugänglich sind.

Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten von Ausgestaltungen der Erfindung sind anhand einer von Zeichnung an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt:

Figur 1 im Längsschnitt und

Figur 2 im Querschnitt nach der Linie A-B der Fig. 1

eine erste Ausführungsform der Erfindung Figur 3 im Längsschnitt und
Figur 4 im Querschnitt eine andere Ausführangsform der Vorrichtung nach der Erfindung.

Die Vorrichtung für Begasen von Flüssigkeiten in einer Fernientationsanlage nach Fig. 1 und 2 weist°2iffen/Behälter auf, der mit einem Doppelmantel 2 für Heizung oder Kühlung versehen ist und mit horizontaler Längsachse auf 4 Stützen ruht. Innerhalb des Behälters ist koaxial ein Leitzylinder 3 hier ebenfalls mit Doppelmantel_yeingebaut, der an einem Ende in einen um den Umfang eines von einem Motor·4 angetriebenen Schleuderrades 5 feingelochten verengten Zylinderteil 6 übergeht, der hier zusammen mit dem Antriebsmotor 4 am Behälter 1 befestigt ist.

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Weitere Ausführungsformen können fvr die Ausgestaltung der Leitflächen gewählt werden. So kann die fli^sikeit vom Mischwerkzeug auch in Eohre geleitet werden, wodurch eine gleichzeitige Kühlung durch Yfärmeaustausch mit einer die Rohre umströmenden Flüssigkeit möglich ist. Durch die Erfindung ist ar Leintungs- unrl Energiebedarf der Vorrichtung gegenüber bekanntem gleichen Rauminhalts erniedrigt. Der im Bereich der Gaseinleitung wirkende hydrostatische Druck entspricht dem Radius des Behälters, also 1,5 m Vi^rS bei einem Fermenter von 5 m Durchmesser. Das Gas kann daher mit niedrigem Druck eingeführt oder ausgesaugt v/erden, da das Schleuderrad einen starken Axialsog ausübt. Der für die Gaszufuhr erforderliche Energiebedarf vermindert sich hierdurch und die V/irtschaftlichlceit der Fermentierung ist erheblich verbessert.

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Claims (1)

1\ Vorrichtung zum Begasen von Flüssigkeiten, insbesondere

ir Zumischung von Gasen in flüssige Nährmedien "bei Fermentationsprozessen, welche einen koaxial zu einer zylindrischen Behälterinnenv/and angeordneten Leitz5'linder und in der Nähe des einen Endes des Behälters ein rotierendes Mischwerkzeug enthält, das die Flüssigkeit aus dem Leitzylinder und das zum Mischwerkzeug herangeführte Gas axial ansaugt, die Flüssigkeit und das Gas innig durchmischt und das Gemisch.in den Raum zwischen Behälterinnenwand und Leitzylinder gsgen das andere Ende des Behälters fördert, dadurch gekennzeichnet , daß die Längsachse des Behälters (1) horizontal gerichtet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzei net, daß zwischen der Behälterwand (1) und dem inneren Leitzylinder (5) mit Abstand in Umfangsrichtung mehrere zur Behälterlängs/radiale achsparallele Leitwände (11) vorgesehen sind, die den Raum zwischen Behälterinnenwand und Leitzylinder in mehrere achsparallele Kammern unterteilen, deren Querschnitte trapezähnliche Kreisringsektoren darstellen.

3· Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß zwischen der Behälterinnenv/and und der, inneren Leitzylinder (3) Rohre angeordnet sind, durch welche die vom Mischwerkzeug (5) geförderte Flüssigkeit geleitet wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3> dadurch gekennzeichnet , daß das Mischwerkzeug (5) an seinem Umfang von die Durchströmung unterteilenden Organen so umgeben ist, naß die achsparallelen Kammern oder Rohre zwischen Behälterinnenwand und Leitzylinder (3) gleichmäßig mit Flüssigkeit durch-

strömt werden.

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5· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet , daß an dem zum Mischwerkzeug (5) entgegengesetzten Ende des Behälters (1) ein freier Baum vorhanden ist, in dessen Bereich in der Behälterwand ein Abluftauslaß (12) für überschüssiges und verbrauchtes Gas mit einem Schaumabsch-eider (14) angeordnet ist.

Verrichtung nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gegenzeichnet , daß der innere Leitzylinder (3) doppelwandig als Wärmeaustauscher ausgebildet ist.

7· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-6. dadurch gekennzeichnet , daß in dem Raum zwischen Behälterinnenwand und Leitzylinder (3) in Längsrichtung des Behälters (ι) als Wärmeaustauscher wirkende Hohlkörper angeordnet sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7 , äaöurch gekennzeichnet , daß die als Wärmeaustauscher wirkenden Hohlkörper als Rohre ausgebildet sind.

9· Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitwände (11) als Wärmeaustauscher wirkende Hohlkörper doppelwandig ausgebildet sind.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7-9» dadurch gekennzeichnet, daß die als Wärmeaustauscher wirkenden Hohlkörper zusammen mit dem Leitzylinder (3) an einem der Behälterdeckel befestigt sind und nach Lösen der diesen Deckel mit dem Behälter (1) verbindenden Mittel aus dem Behälter herausziehbar sind,

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