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Verfahren und Vorrichtung zur Durchführung der oxydativen Gärung von
Alkoholen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Durchführung der oxydativen Gärung
von Alkoholen unter besonderer Berücksichtigung der Belüftung.
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Die Belüftung von oxydativen Gärvorgängen wurde bisher allgemein mit
unvorbehandelter Luft vorgenommen. So wurde beispielsweise gemäß der deutschen Patentschrift
528 67o der Fesselgärraum dadurch mit dem zur Oxydation benötigten Sauerstoff
versorgt, daß die umgebende Luft angesaugt und den Bakterien durch Rohre zugeführt
wurde.
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Neuere Erfahrungen und Forschungen haben jedoch ergeben, daß eine
derartige Luftverwendung mit großen Nachteilen verbunden sein kann. Zum Beispiel
kann in der kalten Jahreszeit eine unerwünschte Unterkühlung der unteren Spanschichten
oder sonstigen Füllkörperschichten eintreten, die die Aktivität der Bakterien besonders
stark herabsetzt, weil diese an relativ höhe Temperaturen gewöhnt sind.
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Ferner hat sich gezeigt, daß in der Praxis häufig vorkommende giftige,
die Gärung hemmende Gasbeimischungen störend mit der Luft in den Fesselgärraum eingebracht
werden. Solche Fälle'können jederzeit eintreten. Es sind Vergiftungen bekanntgeworden,
unter anderem durch Schornsteinabgase, Autoabgase, Sieldunst, Anstrich-,und Lösungsmittel
usw. Es wurde festgestellt, daß diese eine besonders schädliche Wirkung ausüben,
wenn sie gasförmig
mit der zugeführten Luft den Bakterien beigebracht
werden. Ihre giftige Wirkung ist jedoch, wie Versuche ergaben, stark abgeschwächt
oder aufgehoben, wenn sie in dem Gärgut gelöst oder gebunden sind.
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Auch die Inkonstanz der Gärvorgänge in Abhängigkeit von meteorologischen
Vorgängen ist bei der bisherigen Belüftungsart nicht zu vermeiden.
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Diese oben aufgezeichneten Mißstände, an etwa rooo Essigbildnern studiert
und beobachtet, forderten dringend eine Beseitigung. In ausgedehnten Forschungsarbeiten
wurden verschiedene Wege der Behebung dieser Störquellen versucht, und es ergab
sich als Notwendigkeit, die zugeführte Luft einer Vorbehandlung zu unterwerfen.
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Die für die Luftreinigung auf anderen Gebieten verwendeten Mittel
und Einrichtungen erwiesen sich für diesen Sonderzweck als ungeeignet.
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Eigene Entwicklungsarbeiten führten dann zu vorliegendem Verfahren
der Luftvorbehandlung in Anlehnung an das in der deutschen Patentschrift 5a8 67o
beschriebene Verfahren zur Essigerzeugung, welches sich jedoch auch bei jedem anderen
Verfahren mit Fesselgärraum anwenden läß-t.
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In Abkehr von der bisherigen Technik wird: die Luft nicht über den
Sammelraum und von unten durch den durchlochten Böden direkt in die Füllkörpersäule
des Fesselgärapparates eingeblasen.
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Erfindungsgemäß wird die Luft, die während des Gärprozesses benötigt
wird, zunächst in einem Behandlungsgefäß, welches Gärflüssigkeit enthält, vor-,
behandelt. Die so vorbehandelte Luft wird dann in das Füllmaterial des Fesselgärapparates
eingeführt und über dieses Füllmaterial verteilt. Zu diesem Zweck kann neben dem
oder den Fesselgärapparaten bisheriger Bauart ein geeigneter druckfester, als Behandlungsgefäß
dienender Behälter aufgestellt und mit dem Fesselgärapparat kommunizierend verbunden
werden. Das Behandlungsgefäß kann auch in dem Fesselgärraum untergebracht oder der
Sammelraum desselben als Behandlungsgefäß ausgestaltet werden.
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Die Zuführung und Verteilung der Luft in dem Behandlungsgefäß kann
sowohl durch flächige Porenplatten oder ähnlich wirkende Geräte als auch durch einzelne
Verteiler erfolgen, indem entweder die Luft dem Behandlungsgefäß gleichmäßig über
den ganzen Querschnitt verteilt, z. B. durch Porenplatten oder rotierende Luftverteiler,
oder nur an einzelnen Punkten oder Stellen des Querschnittes z. B. durch einzelne
Düsen zugeführt wird. Diese Hilfsmittel sind in der Gärungsindustrie z. B. für die
Hefegewinnung an sich bekannt.
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Diese Verfahrensführung vermeidet die oben angeführten Nachteile und
erreicht darüber hinaus noch folgende Vorteile: Die vorbehandelte Luft führt den
Bakterien, beispielsweise in dem unteren Teil einer Füllkörpersäule des Fesselgärraumes,
in dem Behandlungsgefäß aufgenommenes Gärgut in gasförmiger Verteilung zusätzlich
zu, so daß die untere Bakterienschicht, welche bei der bekannten Verfahrensführung
in der Gärgutversorgung bei sonst optimalen Gärbedingungen benachteiligt war, in
erhöhtem Umfange für den Gärprozeß herangezogen wird. Die hierdurch erzielte Leistungssteigerung
ist außerordentlich.
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Die Erfindung kann auch in der Weise ausgeübt werden, daß das Behandlungsgefäß
bei geeigneter Dimensionierung auch zu einer Oxydation des in ihm enthaltenen Gärsubstrates
durch die an sich bekannte submerse Gärung benutzt wird. Die Kombination des Behandlungsgefäßes
mit einem nachgeschalteten Fesselgärraum bringt bei Oxydation von Gärsubstrat in
dem Behandlungsgefäß den Vorteil mit sich, daß die für diese Oxydation benötigten
relativ großen Luftmengen in der Spansäule des Fesselgärraumes von mitgerissenen
Alkohol- und Säureresten besonders wirkungsvoll befreit werden können, so daß sich
die sonst notwendige umständliche und teuere Behandlung der Abluft erübrigt. Versuche
haben die wirtschaftliche Überlegenheit dieses Rückgewinnungsverfahrens mittels
einer Füllkörpersäule bei Durchführung einer Submersgärung im Behandlungsgefäß ergeben.
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Dieser optimale Effekt läßt sich jedoch noch erheblich verstärken,
wenn man gemäß der Erfindung statt der bekannten kontinuierlichen Belüftung eine
hierfür besonders entwickelte oszillierende oder modulierte Belüftung anwendet.
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Diese Belüftungsart besteht darin, daß die zuzuführende Luft nach
Druck und Menge, beispielsweise gemäß einer sinusförmigen Kurve, unter Ver-@vendung
eines entsprechenden Gerätes variiert wird, etwa durch bekannte geeignete Steuerungsorgane
in der Luftzuführung, z. B. durch rotierend-Blenden oder sich öffnende und schließende
Ventile. Will man aus besonderen Gründen kontinuierlich, d. h. gleichmäßig, belüften,
so kann dies jederzeit durch Ausschaltung dieses Steuerungsorgans geschehen.
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Durch die stetig schwankende Luftversorgung wird einmal die Bakterientätigkeit
aktiviert. Außerdem ergibt sich ein bei geringerer Gesamtluftmenge besonders guter
Kondensationseffekt, da sich die Druckmaxima infolge des Widerstandes der Füllkörpersäule
nur langsam ausgleichen.
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Gleichzeitig ergeben sich erwünschte Nebeneffekte in der Flüssigkeitsbewegung
der kondensierenden Füllkörpersäule. Die Flüssigkeit wird dort im Rhythmus der Druckschwankungen
durch Komprimieren aufwärts bewegt und dann wieder durch Entspannen abwärts bewegt.
Hierdurch wird die allgemeine Versorgung mit Gärsubstrat bzw. dessen Verteilung
in der Spansäule erheblich verbessert.
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Bei Benutzung des Behandlungsgefäßes für die Submersgärung hat es
sich als günstig erwiesen, dem im Behandlungsgefäß befindlichen Gärsubstrat feinverteiltes
Holzmehl oder ähnliches Material zuzuführen, wodurch der Gärprozeß wesentlich stabilisiert
und von Störungen unabhängig wird, da diese Stoffe Sauerstoff absorbieren und eine
gewisse Menge von Bakterien sich auf ihnen ansiedelt, die nach Störungen, z. B.
durch Stromausfall, das Vermehrungsmaterial für die neue Bakterienentfachung abgeben.
Um bei Störungen oder Betriebsunterbrechungen des Fesselgärraume, das Behandlungsgefäß
allein
als Gärgerät betreiben zu können, kann es zweckmäßig sein, diesen mit einem eigenen
Kühler und bzw. oder Kondensator zu versehen oder auf die Kühl- bzw. Kondensationsanlage
eines anderen Fesselgärrarames umschaltbar einzurichten.
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Bei Benutzung des Behandlunggefäßes für die Submersgärung in Verbindung
mit einem Fesselgärraum ist eine außerordentliche Betriebssicherheit dadurch gegeben,
daß die Bakterien der Füllkörpersäule jederzeit das Material für die neue Belebung
einer submersen Gärung im Behandlungsgefäß nach eingetretener Störung abgeben können.