DE8809767U1

DE8809767U1 - Allgemein horizontaler Drehrohrreaktor mit Schüttkörperbett für biotechnologische Prozesse

Info

Publication number: DE8809767U1
Application number: DE8809767U
Authority: DE
Original assignee: Kernforschungsanlage Juelich GmbH
Current assignee: Forschungszentrum Juelich GmbH
Priority date: 1988-08-01
Filing date: 1988-08-01
Publication date: 1988-11-10

Description

Kernforschungsanlage Julien
Gesellschaft mit beschränkter Haftung

Beschreibung

Allgemein horizontaler Drehrohrreaktor mit Schüttkörperbett iür biotechnolo'jische Prozesse

Die Neuerung bezieht sich auf einen jllgemein horizontalen Drehrohrreaktor zur Durchführung biotechnologischer Prozesse, insbesondere zur Deviitrifikation von Wasser, mit einem 10 bis 35 % Freiraum lassenden Schüttkörperbei aus mit Biomasse bewachsenen Trägerkörpern; mit Flüssigkeitszu- und -ableitung und vorzugsweise Mitteln zur Ga: entnahme und ggf. -zuführung sowie mit einem Antriebssystem für kontinuierliche oder intermittierende Drehcder Schaukelbewegung um die Längsachse.

Ein solcher Drehrohrreaktor wird in der EP-A2-0237 039 sowie in der DE-Al 37 ic 328 beschrieben, auf die hier ausdrücklich Bezug genommen wird.

Bei der praktischen Realisierung solcher Drehrohrreaktoren in technischem Maßstabe treten mit zunehmender Größe Probleme durch zunehmende Toträume und Kanalbildungen im Schüttkörperbeti auf. Eine Möglichkeit, solchen Einflüssen zu begegnen, besteht in begrenzter Weise in der Erhöhung der Drehzahl, wodurch Kurzschlußströmungen (mit gefährlicher Ausschleppung hoher Nitrit/Nitratreste) vei hindert werden, jedoch sind in dieser Hinsicht Grenzen gesetzt, da der Biomasseabrieb mit der Drehgeschwindigkeit so weit zunehmen kann, daß die optimale Wirkung des Biokatalysators nicht mehr gewährleistet werden kann. T 1.916 GM
nö/ha

Hier Abhilfe zu schaffen, ist das Ziel der vorliegenden Neuerung .

Zu diesem Zweck ist der neuerungsgemäße Drehrohrreaktor gekennzeichnet durch mit dem Reaktormantel verbundene Strömungsumlenkscheiben senkrecht zur Reaktorachse mit einem Durchlaß innerhalb der Scheibenfläche entsprechend etwa 5 bis 20 % der Scheibenflächengröße, die das Reaktorvolumen insbesondere gleichmäßig unterteilen, mit einem Abstand zur Stirnwand bzw. untereinander in der Größenordnung des Reaktordurchmessers, und die am Scheibe &pgr;rand jeweils mit mindestens einer Gasdurchlaßöffnung in versetzter Anordnung gegenüber den Nachbarscheiben versehen sind mit einer freien Fläche, deren Durchmesser zwischen 1/100 bis 1/10 des Scheibendurchmessers liegt.

Durch die Strömungsumlenkscheiben erfährt die Strömung zusätzlich zu der durch die Rotation des Drehrohrreaktors aufgeprägten Komponente eine wiederkehrende Umlenkung und durch Querschnitts Verengung und Erweiterung bedingte Verlangsamung und Beschleunigung, die insgesamt zu einer durchgreifenden Erfassung des zur Verfügung stehenden Volumens und Vergleichmäßigung der Umsetzung im Reaktor führt.

Für die Wahl des Scheibenabstando" spielt der Filterwidcrstand der eingesetzten Füllkörper eine gewisse Rolle, und zwar werden die Abstände umso kürzer gewählt, je höher der Filterwiderstand ist.

Als Gasdurchlaßöffnung ist vorzugsweise jeweils nur eine Öffnung am Scheibenrand vorgesehen, die von Scheibe zu Scheibe um 180° versetzt angeordnet ist.

Für die Flüssigkeitszu- und abführung sind axiale Stutzen mit einer Perforation vorgesehen, deren Öffnungen möglichst groß sein sollen, so daß eine Strahlwirkung bei der Flüssigkeitszufuhr unterbleibt, jedoch selbstverständlich kleiner sein müssen als der Durchmesser der Füllkörper des Bettes. Vorzugsweise reicht der Flüssigkeitszufuhrstutzen maximal bis zum halben Scheibenabstand. Er kann axial verschieb!ich konzipiert sein, wobei sich die notwendige Länge aus der Forderung ergibt, daß eine "spritzfreie" Zufuhr der Flüssigkeit erreicht werden soll.

Förderlich sind über den Umfang gleichmäßig verteilte Radialrippen, deren Radialabmessungen im Bereich von 10 bis 20 % des Reaktordurchmesser liegen. Mindestens drei Rippen sind zweckmäßig, und c wurden beispielsweise Rippen von 15 cm erfolgreich bei einem Reaktor von 1 m Durchmesser benutzt.

Die Geschwindigkeit der Dreh- oder Schaukelbewegung kann der Biomassezunahme angepaßt gewählt werden, bei Anwendung des Drehrohrreaktors zur Denitrifizierung von Trinkwasser kann mit Geschwindigkeiten unter 1 pro 5 Min., insbesondere von etwa 1 pro 5 - 20 Hin. bei Reaktoren von ca. 1 m Durchmesser gearbeitet werden.

Bei der Anwendung des neuerungsgemäßen Drehrohrreaktors für die Denitrifizierung kann das zulaufseitige Abteil zwischen Stirnwand und erster Strömungsumlenkscheibe zur weitgehenden Verminderung des Sauerstoffgehalts im Flüssigkeitszulauf dienen. Bei der Zufuhr eines Energielieferanten, wie insbesondere von Ethanol, wird dann der Verbrauch zur Sauerstoffreduzierung mit berücksichtigt.

Für die Effektivität der Vorrichtung spielt die Füllkörperaröße eine nicht unerhebliche Rolle: Relativ feines Material

von wenigen mm Durchmesser wird dabei gegenübar gröberem Material favorisiert.

Durch Optimierung und Anpassung von Scheibenabstand, Trägerkörpergröße, Drehgeschwindigkeit und Verweilzeit werden beachtliche Abbauleistungen insbesondere bei dor Denitrifikation errreicht:

So kann in einem Reaktor von e-cwa?,Sm Durchmesser und drei Abteiler., die durch Strömungsumlenkscheiben mit einem Scheiben&tgr;bstand von ca. 80 cm gebildet werden, bei Drehgeschwindigkeiten von ca. 1 pro 20 Min. und Teilchengroßen vor; ~12-t6 mm eine Abbauleistung von etwa 3,1 m /h mit Nitiatminderung von 60 mg/1 auf 10 mg/1 erreicht wer-

3 den, die ohne Scheiben nur bei 1,5 m /h liegt. Nitrit ist im Aulauf nicht mehr nachweisbar ( < 0 , 0 5 mg/1). Dabei wird durch die angegebenen Nitratreste eine sonst drohende Bildung von Schwefelwasserstoff verhindert.

Ein Beispiel für die Scheibenanordnung in einem Drehrohrreaktor ist in der beigefügten Zeichnung schematisch angegeben :

Wie man sieht, wird der Drehrohrreaktor 1 mit Stirnseiten 2, 3 durcii Scheiben 4, 5 unterteilt unter Ausbixdung der "Abteile d, 7 und 8. Der Strömungsverlauf wird etwa durch die Pfeile angegeben. Die Form der Scheiben 4 bzw. 5 ist in der Zeichnung unten rechts ersichtlich: eine mittlere Bohrung 9 überspannt etwa 1/3 des gesamten Scheibendurchmessers und am i^heibenrand befindet sicr. eine Aussparung 10 als Gasdurchlaßöffnung, deren D'^ciwnosser etwa 10 bis 50 mm ausmacht.

Diß Flüssigkeit gelangt in den Reaktor über den Zulaufstutzen 11 mit Bohrungen 12, und über den Stutzen 13 wi die behandelte Flüssigkeit abgegeben. Im Raum über der
Schüttung sammelt sich das Gas, das über eine Leitung
14 abgeführt wird. Diese Leitung befindet sich ortsfest hinter einer zusätzlichen Abschirms-heibe 15.

Claims

I ·&Bgr; · ■ · ·■ " Kernforschungsanlage Julien Gesellschaft mit beschränkter Haftung Schutzansprüche

1. Allgemein horizontaler Drehrohrreaktor zur Durchführung biotechnologischer Prozesse, insbesondere zur Denitrifikation von Wasser, mit einem 10 bis 35 % Freiraum lassenden Schüttkörperbett aus mit Biomasse bewachsenen Trägerkörpern;
mit Flüssigkeitszu- und -ableitung und vorzugsweise Mitteln zur Gasentnahme und ggf. -zuführung sowie mit einem Antriebssystem für kontinuierliche oder intermittierende Dreh- oder Schaukelbewegung um die Längsachse,
gekennzeichnet durch
mit d°m Reaktormantel (1) verbundene Strömungsumlcnkscheiben (4, 5) senkrecht zur Reaktorachse mit einem Durchlaß (9) innerhalb der Scheiben-

t: fläche entsprechend etwa 5 bis 20 % der Schei-

§ benf lächengröße , die das Reaktorvolumsn i.:sbe-

j: sondere gleichmäßig unterteilen, mit einem Ab-

^; stand zur Stirnwand (2, 3) bzw. untereinander

'" in der Größenordnung des Reaktordurchmessers,

r und die am Scheibenrand jeweils mit mindestens

= einer Gasdurchlaßöffnung (10) in versetzter

Anordnung gegenüber den Nachbarscheiben versehen sind, mit einer freien Fläche, deren Durchmesser zwischen 1/100 bis 1/10 des Scheibendurchmessers liegt.

2. Drehrohrreaktor nach Anspruch 1,
gekennzeichnet durch

je eine jeweils um 180° gegenüber der Nachbarscheibe versetzte Gasdurchlaßöffnung (10).

PT 1.916 GM

3. Drehrohrreaktor nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch axiale Flüssigkeitszufuhr- und -ablaufstutzen (11, 13) mit möglichst großen Durchlaßöffnungen (12), deren Durchmesser kleiner ist als der Durchmesser der Füllkörper.

4. Drehrohrreaktor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Axialabmessung des Zufuhrstutzens (11) bei maximal 50 % des Scheibenabstands liegt.

5. Drehrohrreaktor nach einem der vorangehenden Ansprüche,

gekennzeichnet durch zumindest drei über den Umfang gleichmäßig verteilte Radialrippen mit Radialabmessungen im Bereich von 10 - 20 % des Reaktordurchmessers.

6. Drehrohrreaktor nach einem der vorangehenden Ansprüche,

gekennzeichnet durch eine Drehgeschwindigkeit unter 1 pro 5 Min., insbesondere bei etwa 1 pro 5-20 Min.