NL8403497A - Microbiological or enzymatic process - in circular reactor with plug flow and in-line mixers - Google Patents

Microbiological or enzymatic process - in circular reactor with plug flow and in-line mixers Download PDF

Info

Publication number
NL8403497A
NL8403497A NL8403497A NL8403497A NL8403497A NL 8403497 A NL8403497 A NL 8403497A NL 8403497 A NL8403497 A NL 8403497A NL 8403497 A NL8403497 A NL 8403497A NL 8403497 A NL8403497 A NL 8403497A
Authority
NL
Netherlands
Prior art keywords
measuring
tube
reactor
concentration
derived therefrom
Prior art date
Application number
NL8403497A
Other languages
Dutch (nl)
Original Assignee
Suiker Unie
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Suiker Unie filed Critical Suiker Unie
Priority to NL8403497A priority Critical patent/NL8403497A/en
Priority to IE278285A priority patent/IE58568B1/en
Priority to EP85201863A priority patent/EP0185407B1/en
Priority to DK519485A priority patent/DK170379B1/en
Priority to US06/796,919 priority patent/US4935348A/en
Priority to AT85201863T priority patent/ATE49995T1/en
Priority to NZ214155A priority patent/NZ214155A/en
Priority to DE8585201863T priority patent/DE3575742D1/en
Priority to AU49792/85A priority patent/AU590226B2/en
Priority to FI854458A priority patent/FI85983C/en
Priority to NO854536A priority patent/NO171117C/en
Priority to CA000495294A priority patent/CA1301101C/en
Priority to JP60257521A priority patent/JPH0687784B2/en
Publication of NL8403497A publication Critical patent/NL8403497A/en
Priority to US07/297,074 priority patent/US5073496A/en

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J19/2415—Tubular reactors
    • B01J19/2435—Loop-type reactors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/0053—Details of the reactor
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M23/00—Constructional details, e.g. recesses, hinges
    • C12M23/02—Form or structure of the vessel
    • C12M23/06—Tubular
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M27/00—Means for mixing, agitating or circulating fluids in the vessel
    • C12M27/02—Stirrer or mobile mixing elements
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M41/00—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P19/00—Preparation of compounds containing saccharide radicals
    • C12P19/04—Polysaccharides, i.e. compounds containing more than five saccharide radicals attached to each other by glycosidic bonds
    • C12P19/06—Xanthan, i.e. Xanthomonas-type heteropolysaccharides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P7/00—Preparation of oxygen-containing organic compounds
    • C12P7/40—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a carboxyl group including Peroxycarboxylic acids
    • C12P7/58—Aldonic, ketoaldonic or saccharic acids
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00049—Controlling or regulating processes
    • B01J2219/00051—Controlling the temperature
    • B01J2219/00074—Controlling the temperature by indirect heating or cooling employing heat exchange fluids
    • B01J2219/00076—Controlling the temperature by indirect heating or cooling employing heat exchange fluids with heat exchange elements inside the reactor
    • B01J2219/00085—Plates; Jackets; Cylinders
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00049—Controlling or regulating processes
    • B01J2219/00051—Controlling the temperature
    • B01J2219/00074—Controlling the temperature by indirect heating or cooling employing heat exchange fluids
    • B01J2219/00087—Controlling the temperature by indirect heating or cooling employing heat exchange fluids with heat exchange elements outside the reactor
    • B01J2219/00094—Jackets

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
  • Clinical Laboratory Science (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)

Abstract

In a method for carrying out a microbiological or enzymatic process in which reaction components are fed into a reactor constructed as an endless circulation tube and circulation current is brought about inside the tube, the reaction components are circulated in the tube by a plug flow and during this process are guided through one or more in-line mixers fitted inside the tube.

Description

f --l NO 32.755 'f --l NO 32.755 '

Aanvraagster noemt als uitvinders: Dr. Ir. N.M.G. Oosterhuis enThe applicant mentions as inventors: Dr. ir. Ir. N.M.G. Oosterhuis and

Dr. K. Koerts.Dr. K. Koerts.

Korte aanduiding: Werkwijze en inrichting voor het uitvoeren van een micro-biologisch of enzymatisch proces.Short designation: Method and device for carrying out a micro-biological or enzymatic process.

De uitvinding heeft in eerste instantie betrekking op een werkwijze voor het uitvoeren van een micro-biologisch of enzymatisch proces.The invention primarily relates to a method for performing a microbiological or enzymatic process.

Gebruikelijk is dat dergelijke reacties worden uitge-5 voerd in een van één of meer roerorganen voorzien vat. Gebleken is dat bij gebruik van een dergelijke reactor in de circulatietijd, dat is de tijd dat een vloeistofelementje nodig heeft om vanaf de roerder door het vat rondgevoerd en terug naar de roerder te worden gevoerd, een sterke spreiding optreedt. Deze spreiding heeft een ongunstige invloed op het 10 rendement van het proces, immers zullen de vloeistofdeeltjes met een relatief snelle circulatietijd te kort worden onderworpen aan de behandeling (onvolledige omzetting), terwijl vloeistofdeeltjes met een trage circulatietijd te lang aan de behandeling worden blootgesteld. In het geval van fermentatieprocessen wordt ter bevordering van de vermenigvul-15 diging van aërobe bacteriën en hun eventuele productvorming, vaak lucht aan het reactiemengsel toegevoerd dat bij toepassing van een geroerd vat een relatief hoge zuurstofconcentratie bij de roerder en een relatief lage zuurstofconcentratie bij de vatwand tot gevolg heeft. Deze nadelige verschijnselen worden versterkt naarmate de Theologische eigenschappen 20 van het mengsel veranderen. Om toch een zo volledig mogelijke omzetting te bereiken, zijn vaak zeer hoge energiekosten noodzakelijk, de energie wordt vooral gebruikt voor het roeren.It is usual for such reactions to be carried out in one vessel provided with one or more stirrers. It has been found that when such a reactor is used in the circulation time, that is, the time that a liquid element needs to circulate from the stirrer through the vessel and back to the stirrer, a strong spread occurs. This spread has an unfavorable influence on the efficiency of the process, since the liquid particles with a relatively fast circulation time will be subjected to the treatment too short (incomplete conversion), while liquid particles with a slow circulation time will be exposed to the treatment for too long. In the case of fermentation processes, to promote the multiplication of aerobic bacteria and their eventual product formation, air is often supplied to the reaction mixture which, when using a stirred vessel, has a relatively high oxygen concentration at the stirrer and a relatively low oxygen concentration at the vessel wall. has as a consequence. These adverse phenomena are intensified as the theological properties of the mixture change. To achieve the most complete conversion possible, very high energy costs are often necessary, the energy is mainly used for stirring.

Een ander probleem dat zich bij het uitvoeren van micro-biologische of enzymatische processen voordoet, is dat het vanaf 25 laboratoriumschaal op technische schaal vergroten (opschalen) van de apparatuur gepaard gaat met grote verandering van de condities waaronder het proces verloopt.Another problem that arises when performing micro-biological or enzymatic processes is that increasing the scale-up (scaling up) of the equipment from a laboratory scale on a technical scale involves great changes in the conditions under which the process proceeds.

Met de uitvinding wordt beoogd dat bij schaalvergroting van een micro-biologisch en/of enzymatisch proces de reactiecondities 30 onafhankelijk van de grootte van de reactor optimaal zijn en de gebruikte energie tot een minimum wordt beperkt.The object of the invention is that, with an increase in scale of a micro-biological and / or enzymatic process, the reaction conditions, regardless of the size of the reactor, are optimal and the energy used is kept to a minimum.

Volgens de uitvinding is de in de aanhef aangeduide werkwijze hiertoe gekenmerkt doordat reactiecomponenten worden toegevoerd in een circuiatiebuis zonder einde, doordat deze componenten in die buis 8403497 -2- « ï * i nagenoeg volgens een propstroom worden gecirculeerd en door één of meer binnen de buis aangebrachte in-lijn-mengers worden geleid, doordat op ten minste één plaats de concentratie van een reactiecomponent of een daarvan afgeleide waarde wordt gemeten en doordat aan de hand van die 5 meting de reactiesnelheid binnen kritische minimum en maximum grenzen wordt geregeld. Bij voorkeur wordt van statische mengers gebruik gemaakt.According to the invention, the method referred to in the preamble is to this end characterized in that reactants are fed into an endless circulation tube, because these components are circulated in said tube 8403497 -2- «ï * i almost according to a plug flow and through one or more inside the tube applied in-line mixers are guided by measuring the concentration of a reactant or a value derived therefrom in at least one place and by means of that measurement the reaction speed is controlled within critical minimum and maximum limits. Static mixers are preferably used.

Onder de reactiesnelheid van een bio-technologisch proces wordt verstaan de snelheid, waarmee een bepaalde graad van chemische omzetting bereikt wordt. Het kan daarbij gaan om de snelheid 10 van een bepaalde zuurstofopname, koolzuurproductie, warmteproductie, substraatverbruik, productvorming en dergelijke. In het algemeen geldt dat de reactiesnelheid toeneemt tot een bepaalde concentratie van een reactiecomponent (C-minimum kritisch) vervolgens min of meer constant blijft tot een bepaalde hogere concentratie van die component (C-maximum 15 kritisch) en tenslotte afneemt bij concentraties van die component die nog hoger zijn. Het zal duidelijk zijn dat het gunstig is dat tijdens het uitvoeren van een proces de concentratie van een component tussen de kritische minimum en maximum concentratiewaarden wordt gehouden. Door toepassing van de gesloten buis die geheel is gevuld met reactiecompo-20 nenten en waarin onder andere met behulp van in-lijn-mengers een propstroom wordt gehandhaafd, kan de concentratie van de component of van meer componenten tussen de kritieke waarden worden gehouden mits de reactiesnelheid met behulp van één of meer concentratiemetingen of metingen van daarvan afgeleide waarden in de hand wordt gehouden. In het 25 bijzonder komt de stroomsnelheid van de propstroom in aanmerking om te worden geregeld aan de hand van de meting of metingen van de concentratie van een component of een daarvan afgeleide waarde. Deze stroomsnelheid bepaald in feite de contacttijd tussen de verschillende reactiecompo-nenten, terwijl ook transportgrootheden (gas-vloeistof; vloeistof-vloei-30 stof; vast-vloeistof) door de stroomsnelheid worden bepaald.The reaction speed of a bio-technological process is understood to mean the speed at which a certain degree of chemical conversion is achieved. This may concern the rate of a certain oxygen uptake, carbon dioxide production, heat production, substrate consumption, product formation and the like. In general, the reaction rate increases to a certain concentration of a reaction component (C-minimum critical) then remains more or less constant to a certain higher concentration of that component (C-maximum 15 critical) and finally decreases at concentrations of that component that are even higher. It will be clear that it is advantageous that during the execution of a process the concentration of a component is kept between the critical minimum and maximum concentration values. By using the closed tube which is completely filled with reaction components and in which a plug flow is maintained, inter alia, with the aid of in-line mixers, the concentration of the component or more components can be kept between the critical values, provided that the reaction rate is controlled by means of one or more concentration measurements or measurements of values derived therefrom. In particular, the flow rate of the plug flow is eligible to be controlled by the measurement or measurements of the concentration of a component or a value derived therefrom. This flow rate actually determines the contact time between the different reaction components, while transport quantities (gas-liquid; liquid-liquid; solid-liquid) are also determined by the flow speed.

Behalve voor het regelen van de stroomsnelheid van de propstroom kan worden gekozen voor het regelen van de toevoersnelheid van een substraat, dit is een reactiecomponent die als voedingsstof wordt verbruikt. Ingeval van aërobe micro-biologische productvorming bestaat 35 één van de substraten uit luchtzuurstof. Het komt erop neer dat de concentratie van het substraat in de circulatiebuis direct achter de menger kleiner zal zijn dan de kritische maximumwaarde, terwijl direct voor de menger, dat wil zeggen aan het eind van de circulatiebaan, deze waarde groter moet zijn dan de kritische minimumwaarde. De reactiesnelheid kan 4-0 beheerst worden door bij een zorgvuldig gekozen omloopsnelheid van de 8403497 * -3- ft- propstroom aan de hand van metingen van de substraatconcéntratie meer of minder substraat toe te voeren. Voor het bereiken van energiebesparing verdient het echter de voorkeur om bij een zorgvuldig gekozen substraat-toevoer de reactiesnelheid te beheersen door regeling van de stroom-5 snelheid van de propstrooro aan de hand van metingen van de concentratie van een reactiecomponent of een daarvan afgeleide waarde. Overigens is niet uitgesloten dat de reactiesnelheid wordt beheerst door het tegelijkertijd regelen van de propstroomsnelheid en de toevoer van een reactiecomponent.Except for controlling the flow rate of the plug flow, it is possible to choose to control the feed rate of a substrate, this is a reactant which is consumed as a nutrient. In the case of aerobic micro-biological product formation, one of the substrates consists of air oxygen. The bottom line is that the concentration of the substrate in the circulation tube immediately behind the mixer will be less than the critical maximum value, while immediately before the mixer, i.e. at the end of the circulation path, this value must be greater than the critical minimum value . The reaction rate can be controlled 4-0 by supplying more or less substrate at a carefully chosen turnover rate of the 8403497 * -3-ft plug flow, based on measurements of the substrate concentration. However, in order to achieve energy savings, it is preferable to control the reaction rate with a carefully selected substrate feed by controlling the flow rate of the plug stream by measuring the concentration of a reactant or a value derived therefrom. Incidentally, it is not excluded that the reaction rate is controlled by simultaneously controlling the plug flow rate and the addition of a reaction component.

10 Van invloed op het proces zijn onder andere ook het aantal injectiepunten van substraat en de dimensionering van de statische mengelementen en het aantal daarvan. Deze liggen voor een bepaalde inrichting echter meestal vast en zijn daarom meestal ongeschikt om aan regeling te worden onderworpen.The number of substrate injection points and the dimensioning of the static mixing elements and the number thereof also influence the process. However, these are usually fixed for a particular device and are therefore usually unsuitable for regulation.

15 Wezenlijk voor het uitvindingseffect is dat zowel de optimalisatie van de reactor als de sturing van de procescondities wordt bepaald door de reactiekinetiek.It is essential for the invention effect that both the optimization of the reactor and the control of the process conditions are determined by the reaction kinetics.

Toepassing van statische mengers heeft het voordeel dat relatief weinig energie wordt verbruikt en dat het reactievolume betrek-20 kelijk klein kan zijn, terwijl de vloeistof zich als een propstroom beweegt.The use of static mixers has the advantage that relatively little energy is consumed and that the reaction volume can be relatively small, while the liquid moves as a plug flow.

De uitvinding kan onder andere worden toegepast bij de fermentatiebereiding van polysacchariden uit water, glucose en voedings-zouten met lucht als substraat en onder invloed van aërobe bacteriën. Een 25 andere toepassing is de bereiding van gist uit water, glucose en voedings-zouten en een weinig gist. Ook de bereiding van lipase (met oliezuur als substraat), de oxidatie van etheen door miero-organismen, de bereiding van SCP (single cell protein) onder gebruikmaking van in water gedispergeerde paraffine behoort tot de mogelijkheden.The invention can be used, inter alia, in the fermentation preparation of polysaccharides from water, glucose and nutrient salts with air as a substrate and under the influence of aerobic bacteria. Another application is the preparation of yeast from water, glucose and food salts and a little yeast. The preparation of lipase (with oleic acid as substrate), the oxidation of ethylene by miero-organisms, the preparation of SCP (single cell protein) using paraffin dispersed in water are also possible.

30 In plaats van de concentratie van een reactiecomponent zelf kan een daarvan afgeleide waarde worden gemeten, waarvoor afhankelijk van het proces onder andere in aanmerking komen de pH, de zuurstof-druk, de temperatuur en dergelijke.Instead of the concentration of a reactant itself, a value derived therefrom can be measured, for which, depending on the process, among other things, the pH, the oxygen pressure, the temperature and the like can be taken into consideration.

De uitvinding betreft tevens een reactor voor het uit-35 voeren van micro-biologische of enzymatische processen. Volgens de uitvinding is deze reactor gekenmerkt door een circulatiebuis zonder einde in ten minste een gedeelte waarvan een statische menger is aangebracht, middelen voor de circulatie van in de buis toegevoerde reactiecomponenten, ten minste één meetelement voor het meten van de concentratie van één of vomeer reactiecomponenten of een daarvan afgeleide waarde, regelmiddelen 8403497 ·· * -4- voor het regelen van de reactiesnelheid afhankelijk van de gemeten waarde. Bij voorkeur omvat de reactor een circulatiepomp waarbij de regelmiddelen de pompsnelheid afhankelijk van de gemeten waarde kunnen regelen voor het regelen van de reactiesnelheid.The invention also relates to a reactor for carrying out micro-biological or enzymatic processes. According to the invention, this reactor is characterized by an endless circulation tube in at least a part of which a static mixer is arranged, means for the circulation of reactants fed into the tube, at least one measuring element for measuring the concentration of one or more reactants or a value derived therefrom, control means 8403497 ·· * -4- for controlling the reaction rate depending on the measured value. Preferably, the reactor comprises a circulation pump, wherein the control means can control the pump speed depending on the measured value for controlling the reaction speed.

5 Om het proces tussen kritische minimale en maximale reactiesnelheden te kunnen regelen zal de reactor op twee plaatsen van meetelementen zijn voorzien voor het meten van de in hoofézaak maximale -en de in hoofdzaak minimale concentratie van een daarvan afgeleide waarde.In order to be able to control the process between critical minimum and maximum reaction rates, the reactor will be provided with measuring elements at two locations for measuring the substantially maximum and the substantially minimal concentration of a value derived therefrom.

10 Een practische uitvoering van de reactor omvat een verticale stijgbuis, een verticale daalbuis en twee horizontale verbin-dingsbuizen waarbij ten minste in de stijgbuis één of meer statische mengers zijn aangebracht. Voorts is in de onderste horizontale buis een , circulatiepomp aangebracht terwijl een substraattoevoerorgaan in het 15 ondereinde van de stijgbuis uitmondt. Een substraatafvoerorgaan mondt in het boveneinde van de daalbuis uit. Een meetorgaan voor het meten van de maximale substraatconcentratie of een daarvan afgeleide waarde is aangebracht in het boveneinde van de stijgbuis en een meetorgaan voor het meten van de minimale substraatconcentratie of een daarvan afgeleide 20 waarde is aangebracht in het ondereinde van de daalbuis.A practical embodiment of the reactor comprises a vertical riser, a vertical lowering tube and two horizontal connecting tubes, at least one or more static mixers being arranged in the riser at least. Furthermore, a circulation pump is arranged in the lower horizontal tube, while a substrate supply member opens into the lower end of the riser. A substrate discharge member opens into the top end of the downcomer. A measuring means for measuring the maximum substrate concentration or a value derived therefrom is arranged in the upper end of the riser and a measuring means for measuring the minimum substrate concentration or a value derived therefrom is arranged in the lower end of the downcomer.

De uitvinding zal nu aan de hand van de figuren, waarin een uitvoeringsvoorbeeld min of meer schematisch is weergegeven, nader worden toegelicht.The invention will now be explained in more detail with reference to the figures, in which an exemplary embodiment is shown more or less schematically.

Figuur 1 toont een zij-aanzicht, met een klein gedeelte 25 in doorsnede, van de reactor volgens de uitvinding.Figure 1 shows a side view, with a small section in section, of the reactor according to the invention.

Figuur 2 toont een langsdoorsnede van een detail.Figure 2 shows a longitudinal section of a detail.

De weergegeven reactor bestaat uit een circulatiebuis zonder einde en een stijgbuis 1, een daalbuis 2, een bovenste horizontaal verbindingsstuk 3 en een onderste horizontaal verbindingsstuk 4. Het 30 geheel wordt ondersteund door een gestel 5.The reactor shown consists of an endless circulation tube and a riser 1, a downcomer 2, an upper horizontal connecting piece 3 and a lower horizontal connecting piece 4. The whole is supported by a frame 5.

De stijgbuis 1 omvat een aantal in-lijn-mengers, bij voorkeur uitgevoerd als statische mengers 6 die reactiecomponenten zonder aangedreven roerorganen kunnen mengen door het verdelen van de hoofdstromen, het van plaats verwisselen van de deelstromen en het weer ver-35 enigen van de deelstromen. Statische mengers zijn onder andere beschreven in de Nederlandse octrooiaanvragen 75.02953, 77.00090 en 80.04240. De voorkeur verdienen Sulzer SMV of SMX mengers. Zoals uit figuur 2 blijkt is elke statische menger omgeven door een koel/verwarmingsmantel 7 waarin via stompen 8 en 9 een warmtedrager kan worden toe- respectievelijk afge-40 voerd. Ook in de daalbuis kunnen statische mengereenheden zijn aangebracht, 8403457 t ·- -5- en uitgevoerd zijn met een koel/verwarmingsmantel.The riser 1 comprises a number of in-line mixers, preferably designed as static mixers 6, which can mix reactants without powered stirrers by dividing the main streams, exchanging the substreams and re-unifying the substreams . Static mixers are described, inter alia, in Dutch patent applications 75.02953, 77.00090 and 80.04240. Sulzer SMV or SMX mixers are preferred. As can be seen from figure 2, each static mixer is surrounded by a cooling / heating jacket 7 in which a heat carrier can be supplied or removed via stubs 8 and 9, respectively. Static mixing units, 8403457 t -5- and fitted with a cooling / heating jacket, may also be installed in the downcomer.

In het onderste horizontale gedeelte 4 is een circula-tiepomp 11 opgenomen, bijvoorbeeld uitgevoerd als tandwielpomp.A circulating pump 11 is incorporated in the lower horizontal part 4, for example designed as a gear pump.

De reactor werkt in het algemeen portiegewijs hoewel 5 continue toe- en afvoer van reactiecomponenten niet is uitgesloten. De reactor wordt eerst geheel gevuld met de vloeibare en eventueel vaste reactiecomponenten. Vervolgens wordt voor het teweegbrengen van een propstroom de pomp 11 ingeschakeld en wordt een van de substraten, dat in het geval van aërobe microbiële productieprocessen, lucht is, toege-10 voerd via de pijp 12. In de statische mengers vindt een innige menging van de reactiecomponenten plaats. De componenten worden door de (aërobe) bacteriën gedeeltelijk geconsumeerd, waardoor de bacteriën zich vermenigvuldigen en eventueel een product uitscheiden.The reactor generally operates batchwise, although continuous supply and removal of reactants is not excluded. The reactor is first completely filled with the liquid and optionally solid reactants. Subsequently, to produce a plug flow, the pump 11 is switched on and one of the substrates, which in the case of aerobic microbial production processes, is air, is supplied through the pipe 12. Intensive mixing of the static mixers takes place in the static mixers. reaction components. The components are partly consumed by the (aerobic) bacteria, causing the bacteria to multiply and possibly excrete a product.

Volgens de uitvinding wordt de concentratie van een 15 reactiecomponent of een daarvan afgeleide waarde op één of meer plaatsen gemeten en wordt de reactiesnelheid aan de hand van de meting geregeld.According to the invention, the concentration of a reaction component or a value derived therefrom is measured in one or more places and the reaction speed is controlled on the basis of the measurement.

In figuur 1 bevinden zich meetelectroden 13, 14 respectievelijk aan het boveneinde van de stijgbuis 1 en aan het ondereinde van de daalbuis 2.In Figure 1, measuring electrodes 13, 14 are located at the top end of the riser 1 and at the bottom end of the riser 2, respectively.

Deze meetelectroden zijn verbonden met een regeleenheid 20 15 die de pomp 11 zodanig stuurt dat de reactiesnelheid binnen kritische minimale en maximale grenzen komt te liggen. In het bijzonder zal de meetelectrode 13 worden gebruikt om na menging de hoogste concentratie aan substraat vast te stellen terwijl het doel van meetelectrode 14 is om de laagste concentratie aan substraat te bepalen. Voor het bereiken 25 van een optimale reactiesnelheid zal de propstroomsnelheid door de pomp zo worden ingesteld dat de concentratie van het substraat steeds binnen een maximale en minimale kritische waarde komt te liggen. Een en ander houdt concreet in dat indien de meetelectrode 13 vaststelt dat de hoogste concentratie aan substraat boven de kritische maximale waarde komt te 30 liggen, de pompsnelheid zal worden verlaagd, terwijl als door meetelectrode 14 wordt gemeten dat de laagste substraatconcentratie onder de kritische minimumwaarde komt te liggen de pompsnelheid zal worden verhoogd.These measuring electrodes are connected to a control unit 20 which controls the pump 11 in such a way that the reaction speed is within critical minimum and maximum limits. In particular, the measuring electrode 13 will be used to determine the highest concentration of substrate after mixing, while the purpose of the measuring electrode 14 is to determine the lowest concentration of substrate. To achieve an optimum reaction rate, the plug flow rate through the pump will be adjusted so that the concentration of the substrate is always within a maximum and minimum critical value. All this means in concrete terms that if the measuring electrode 13 determines that the highest substrate concentration exceeds the critical maximum value, the pumping speed will be reduced, while if measuring electrode 14 measures that the lowest substrate concentration falls below the critical minimum value. the pump speed will be increased.

Ingeval van de aërobe microbiële productieprocessen, 35 is luchtzuurstof een van de substraten. Deze zuurstof wordt met behulp van de aërobe bacteriën geconsumeerd. Na menging zal overtollig gas moeten worden afgescheiden hetgeen geschiedt bij de vloeistof-gasscheider 16 die van het hydrocycloontype is.In the case of the aerobic microbial production processes, air oxygen is one of the substrates. This oxygen is consumed with the help of the aerobic bacteria. After mixing, excess gas will have to be separated, which is done at the liquid-gas separator 16 which is of the hydrocyclone type.

De meetelectroden meten de concentratie van het sub-40 straat of een andere reactiecomponent zelf of een waarde die een directe 840349? -6- functie is van die concentratie waardoor afhankelijk van het proces onder andere in aanmerking komen de pH, de zuurstofdruk,, de temperatuur en de druk'.The measurement electrodes measure the concentration of the substrate or other reactant itself or a value that is a direct 840349? -6- is a function of that concentration, so that depending on the process, among other things, the pH, the oxygen pressure, "the temperature and the pressure" are eligible.

De reactor omvat tussen de statische mengers nog 5 tussenstukken 17 via welke bepaalde componenten kunnen worden toegevoerd.The reactor comprises 5 intermediate pieces 17 between the static mixers, via which certain components can be supplied.

In de weergegeven uitvoering wordt de pompsnelheid geregeld om de reactie een optimaal verloop te laten hebben. Niet uitgesloten is dat de pompsnelheid constant is en dat de toevoersnelheid van substraat en/of andere reactiecomponenten wordt geregeld aan de hand van 10 metingen van concentraties of daarvan afgeleide waarden. Er kan op meer plaatsen geïnjecteerd worden en het aantal injectiepunten kan aan de hand van genoemde metingen worden gevarieerd. Ook regeling van de pro-ductafvoersnelheid behoort tot de mogelijkheden.In the illustrated embodiment, the pump speed is controlled to allow the reaction to proceed optimally. It is not excluded that the pumping speed is constant and that the feeding speed of substrate and / or other reaction components is controlled on the basis of measurements of concentrations or values derived therefrom. It is possible to inject in more places and the number of injection points can be varied on the basis of the measurements mentioned. Control of the product discharge speed is also an option.

De beschreven reactor in de vorm van een gesloten buis 15 met statische mengers, meetelectroden en een regeleenheid voor het optimaliseren van de reactiesnelheid is toepasbaar voor vele verschillende micro-biologische en/of enzymatische processen. Belangrijke voordelen van de reactor zijn dat de condities waaronder de reactie plaats vindt, onafhankelijk van de grootte van de reactor kunnen worden geoptimaliseerd 20 en dat het energieverbruik tot een minimum kan worden beperkt. Het opschalen van een proces wordt vergemakkelijkt doordat het procesverloop in de reactor goed te beschrijven en daardoor te modelleren is.The described reactor in the form of a closed tube 15 with static mixers, measuring electrodes and a control unit for optimizing the reaction speed is applicable for many different micro-biological and / or enzymatic processes. Important advantages of the reactor are that the conditions under which the reaction takes place can be optimized independently of the size of the reactor and that energy consumption can be minimized. Scaling up a process is facilitated because the process flow in the reactor is easy to describe and can therefore be modeled.

De reactor is in het bijzonder geschikt voor de productie van stoffen die de rheologie van het medium sterk beïnvloeden 25 (bijvoorbeeld microbiële polysacchariden). Dit omdat de stroming goed gedefinieerd is en door variatie van de vloeistofstroomsnelheid het hydrodynamische regime constant gehouden kan worden.The reactor is particularly suitable for the production of substances that strongly influence the rheology of the medium (eg microbial polysaccharides). This is because the flow is well defined and the hydrodynamic regime can be kept constant by varying the liquid flow rate.

8 4 Ö 3 4 9 78 4 Ö 3 4 9 7

Claims (7)

1. Werkwijze voor het uitvoeren van een micro-biologisch en enzymatisch proces, met het kenmerk, dat reactiecomponenten worden toegevoerd in een circulatiebuis zonder einde, dat deze componenten in die buis nagenoeg volgens een propstroom worden gecirculeerd en door 5 één of meer binnen de buis aangebrachte in-lijn-mengers worden geleid, dat op ten minste één plaats de concentratie van een reactiecomponent of een daarvan afgeleide waarde wordt gemeten en dat aan de hand van die meting de reactiesnelheid binnen kritische minimale en maximale grenzen wordt geregeld overeenkomstig de kinetiek van het proces.1. Method for carrying out a micro-biological and enzymatic process, characterized in that reactants are fed into an endless circulation tube, that these components are circulated in that tube substantially according to a plug flow and through one or more inside the tube applied in-line mixers are guided, that the concentration of a reactant or a value derived therefrom is measured in at least one place and that, on the basis of that measurement, the reaction speed is controlled within critical minimum and maximum limits in accordance with the kinetics of the process. 2. Werkwijze volgens conclusie 1, m e t het ken merk. dat de reactiesnelheid wordt geregeld met behulp van het regelen van de stroomsnelheid van de propstroom in de circulatiebuis.2. Method according to claim 1, characterized in that it is characterized. that the reaction rate is controlled by controlling the flow rate of the plug flow in the circulation tube. 3. Werkwijze volgens conclusie l,met het kenmerk, dat de reactiesnelheid wordt geregeld met behulp van het regelen 15 van de toevoer van reactiecomponenten in de circulatiebuis.3. A method according to claim 1, characterized in that the reaction speed is controlled by controlling the supply of reactants in the circulation tube. 4·. Reactor voor het uitvoeren van micro-biologische of enzymatische processen, gekenmerkt door een circulatiebuis zonder einde in ten minste een gedeelte waarvan een in-lijn-menger is aangebracht, middelen voor de circulatie van in de buis toegevoerde 20 reactiecomponenten, ten minste één meetelement voor het meten van de concentratie van één of meer reactiecomponenten of een daarvan afgeleide waarde, regelmiddelen voor het regelen van de reactiesnelheid afhankelijk van de gemeten waarde.4 ·. Reactor for carrying out micro-biological or enzymatic processes, characterized by an endless circulation tube in at least a part of which an in-line mixer is arranged, means for the circulation of reactants fed into the tube, at least one measuring element for measuring the concentration of one or more reactants or a value derived therefrom, control means for controlling the reaction rate depending on the measured value. 5. Reactor volgens conclusie 4·, met het ken-25 m e r k, dat de reactor een circulatiepomp omvat en dat de regelmiddelen de pompsnelheid afhankelijk van de gemeten waarde kunnen regelen voor het regelen van de reactiesnelheid.Reactor according to claim 4, characterized in that the reactor comprises a circulation pump and that the control means can control the pump speed depending on the measured value for controlling the reaction speed. 6. Reactor volgens conclusie 4· of 5, met het kenmerk, dat de reactor op ten minste één plaats van meetelementen 30 is voorzien voor het metén van de in hoofdzaak maximale en de in hoofdzaak minimale concentratie van een reactiecomponent of een daarvan afgeleide waarde.Reactor according to claim 4 or 5, characterized in that the reactor is provided in at least one location with measuring elements 30 for measuring the substantially maximum and the substantially minimum concentration of a reactant or a value derived therefrom. 7. Reactor volgens één van de conclusies 4· tot en met 6, met het kenmerk, dat de reactor een verticale stijgbuis, 35 een verticale daalhuis en twee horizontale verbindingsbuizen bevat, dat ten minste in de stijgbuis één of meer statische mengers zijn aangebracht, dat de circulatiepomp in de onderste horizontale buis is aangebracht, dat een substraattoevoerorgaan in het ondereinde van de stijgbuis uitmondt, 8403497 " 1 V -8- dat een substraatafvoerorgaan in het boveneinde van de daalhuis uitmondt, dat een meetorgaan voor het meten van de maximale substraatconcentratie of een daarvan afgeleide waarde is aangebracht in het boveneinde van de stijgbuis en een meetorgaan voor het meten van de minimale substraatcon-5 centratie of een daarvan afgeleide waarde is aangebracht in het ondereinde van de daalbuis. S 4 0 3 4 9 7Reactor according to any one of claims 4 to 6, characterized in that the reactor comprises a vertical riser, a vertical lower housing and two horizontal connecting tubes, which at least one or more static mixers are arranged in the riser, that the circulation pump is arranged in the lower horizontal tube, which opens a substrate feeder in the lower end of the riser, 8403497 "1 V -8-, which opens a substrate discharge member in the upper end of the lower housing, which is a measuring member for measuring the maximum substrate concentration whether a value derived therefrom is provided in the top end of the riser and a measuring means for measuring the minimum substrate concentration or a value derived therefrom is provided in the bottom end of the downcomer.
NL8403497A 1984-11-15 1984-11-15 Microbiological or enzymatic process - in circular reactor with plug flow and in-line mixers NL8403497A (en)

Priority Applications (14)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NL8403497A NL8403497A (en) 1984-11-15 1984-11-15 Microbiological or enzymatic process - in circular reactor with plug flow and in-line mixers
IE278285A IE58568B1 (en) 1984-11-15 1985-11-07 Method and device for the carrying out of a microbiological or enzymatic process
DE8585201863T DE3575742D1 (en) 1984-11-15 1985-11-12 METHOD AND SYSTEM FOR CARRYING OUT A MICROBIOLOGICAL OR ENZYMATIC METHOD.
DK519485A DK170379B1 (en) 1984-11-15 1985-11-12 Process and reactor for performing microbiological or enzymatic processes
US06/796,919 US4935348A (en) 1984-11-15 1985-11-12 Method for the carrying out of a microbiological or enzymatic process
AT85201863T ATE49995T1 (en) 1984-11-15 1985-11-12 METHOD AND EQUIPMENT FOR CARRYING OUT A MICROBIOLOGICAL OR ENZYMATIC PROCESS.
NZ214155A NZ214155A (en) 1984-11-15 1985-11-12 Microbiological or enzymatic processes carried out in endless circulation tube
EP85201863A EP0185407B1 (en) 1984-11-15 1985-11-12 Method and device for the carrying out of a microbiological or enzymatic process
AU49792/85A AU590226B2 (en) 1984-11-15 1985-11-12 Method and device for the carrying out of a microbiological or enzymatic process
FI854458A FI85983C (en) 1984-11-15 1985-11-13 PROCESSING OVER APPARATUS FOR USING MICROBIOLOGICAL ELLERY ENZYMATISK PROCESS.
NO854536A NO171117C (en) 1984-11-15 1985-11-14 APPARATUS FOR CARRYING OUT A MICROBIOLOGICAL OR ENZYMATIC PROCESS AND USING THEREOF
CA000495294A CA1301101C (en) 1984-11-15 1985-11-14 Method and device for the carrying out of a microbiological or enzymatic process
JP60257521A JPH0687784B2 (en) 1984-11-15 1985-11-15 Method and apparatus for performing microbiological or enzymatic treatment
US07/297,074 US5073496A (en) 1984-11-15 1989-01-13 Apparatus for controlling and performing a microbiological or enzymatic plug flow process

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NL8403497 1984-11-15
NL8403497A NL8403497A (en) 1984-11-15 1984-11-15 Microbiological or enzymatic process - in circular reactor with plug flow and in-line mixers

Publications (1)

Publication Number Publication Date
NL8403497A true NL8403497A (en) 1986-06-02

Family

ID=19844777

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
NL8403497A NL8403497A (en) 1984-11-15 1984-11-15 Microbiological or enzymatic process - in circular reactor with plug flow and in-line mixers

Country Status (1)

Country Link
NL (1) NL8403497A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
FI85983B (en) PROCESSING OVER APPARATUS FOR USING MICROBIOLOGICAL ELLERY ENZYMATISK PROCESS.
US4426450A (en) Fermentation process and apparatus
Ju et al. Improved scale-up strategies of bioreactors
US4207180A (en) Gas-liquid reaction method and apparatus
EP1183326B1 (en) U-shape and/or nozzle-u-loop fermentor and method of carrying out a fermentation process
WO2001018263A1 (en) Method and apparatus for achieving enhanced oxygen mass transfer in slurry systems
EP0418187B1 (en) Method and apparatus for performing a fermentation
Kazemzadeh et al. Mass transfer in a single-use angled-shaft aerated stirred bioreactor applicable for animal cell culture
FI128860B (en) Bioreactors for growing micro-organisms
JP2022536668A (en) Methods for controlling fermentation processes
SU967278A3 (en) Method and apparatus for contacting gas and liquid
NL8601495A (en) METHOD AND REACTOR VESSEL FOR THE FERMENTATION PREPARATION OF POLYSACCHARIDES, IN PARTICULAR XANTHANE.
NL8403497A (en) Microbiological or enzymatic process - in circular reactor with plug flow and in-line mixers
EP0057659A2 (en) Draft tube type reactor with centrally arranged auxiliary agitator
RU2585666C1 (en) Device for cultivation of methane-oxidising microorganisms
EP0608386B1 (en) A method for continuously recovering microbial fermentation products and/or cellular substance
CN221693615U (en) Continuous production device of 3, 3-diamino diphenyl sulfone
CN112481072B (en) Citric acid fermentation system and process
Kadzinga Venturi aeration of bioreactors
Orhan et al. Mass Transfer Characteristics of a Fermentation Broth and İnvestigation of Bacillus amyloliquefaciens Growth in a Cocurrent Downflow Contacting Reactor (CDCR)
NL8500602A (en) Microbiological or enzymatic process - in circular reactor with plug flow and in-line mixers
JPS5835118B2 (en) Two-zone method for biological treatment of wastewater

Legal Events

Date Code Title Description
A1B A search report has been drawn up
BT A document has been added to the application laid open to public inspection
BV The patent application has lapsed