NO144950B - Fremgangsmaate til forbedring av stofftransport i flytende medier. - Google Patents

Description

Oppfinnelsens gjenstand er en fremgangsmåte til forbedring av stofftransport i flytende medier, som f.eks. i gassbehandlede . væsker, suspensjoner, emulsjoner og/eller dis-persjoner, spesielt fermentasjonsvæsker.

For gjennomføring av reaksjoner i flytende fase

er det nødvendig å transportere de nødvendige reaksjonsdeltagere ved blanding og/eller omrøring^til stedene for reak-sjonsforløp og å fjerne reaksjonsproduktene. Ved gassformede reaksjonsdeltagere må gassen innbringes i den flytende fase og ved hjelp av gass-væskegrensesjiktet transporteres til reak-sjonsstedet. For katalytiske reaksjoner er transportveien bestemt; ved fordeling av de katalytisk virksomme stoffer; ved fermenteringen ved fordelingen av cellene.

Det er kjent å gjennomføre ovennevnte reaksjoner

i røreverkskar, sirkulasjonsreaktorer, blåsesøyler eller fri-strålereaktorer. Ved høye omsetninger oppnår de for oppnåelse av de høye transporthastigheter nødvendige mekaniske drivytel-ser pr. m 3 væske 5 kilowatt og mer. Tilsvarende må det også bortføres store varmeenergier. Reaktorer med rørverksdrev rommer alltid bare relativt store delvolum av flytende reak-sjonsblanding og formår bare ved refleksjon av rørestrømmen videre å oppdele delvolumina. Suspenderte katalysatorer eller mikroorganismer med deres mikroskopiske partikkelstørr-else tillater ikke avvikende bevegelser. For å sikre høy stofftransportgrad er det imidlertid nødvendig med en intens blanding av de minste områder av en reaktor. Høyere dreie-tall ved gassbehandlede rørverksbeholdere fører imidlertid til separeringseffekter ved det opptredende sentrifugalfelt.

Videre er det kjent såkalte virvelsjiktfremgangsmåter med høyere faststofftettheter og fremgangsmåter, hvori mikroorganismer-vokser opp på partikler. Uheldig er at ved virvelsjiktfremgangsmåter blokkeres en stor del av reaksjons-rommet ved faststoffet, at ved mikroorganismer som vokser på partikler kreves en ekstra adskillelse og det kan bare an-vendes slike mikroorganismer som har tilstrekkelig vedheng-ning til faststoffoverflaten.

Oppfinnelsens oppgave består i å tilveiebringe

en fremgangsmåte hvorved stofftransporten i flytende medier kan gjennomføres ved minimalt energioppbud og bedre fordeling av den innbragte energi.

For løsning av oppgaven er det funnet eh fremgangsmåte til forbedring av stofftransporten i flytende medier ved hjelp av inerte faststoffpartikler, hvis spesifikke vekt er større enn det flytende mediums, idet fremgangsmåten er karakterisert ved at faststoffpartiklene tilsettes mediet i mengder på 0,1-10 volum-% og mediet holdes i en slik bevegelse at faststoff partiklene svever.

Derved har det vist seg spesielt fordelaktig at det flytende medium føres i et lukket kretsløp og å velge den spesifikke vekt av faststoffpartiklene 1,1-20 ganger større enn mediet og å begrense den midlere partikkeldiameter til 0,1-40 mm.

For å sikre høye transportgrader er det nødvendig med en intens sammenblanding av de minste områder av en reaktor. Tilsetningen av faststoffpartikler av 0,1-40 mm midlere diameter og en tetthet som er 1,1-20 ganger større enn for det flytende mediet bevirker en til den makroskopiske strøm-ningsbevegelse overleiret differenshastighet, som bevirker en indre gjennomblanding av makroskopisk frembragte delvolumina. For oppnåelse av den nødvendige stofftransport til-fredsstiller en faststofftilsetning på 0,1-10 volum-% av reaktorinnholdet. Reaktorformen er uten interesse for anvend-else av faststoffpartikler så lenge det unngås strømnings-fattige steder i nærheten av bunnen.

Fremgangsmåten skal forklares nærmere under hen-visning til tegningen, hvor det er vist fremgangsmåteforløpet skjematisk. I den sylindriske eller koniske reaktor 1 befinner det seg det flytende medium som pumpes rundt ved hjelp av en sirkulasjonspumpe 3 over ledning 2. Derved forlater mediet reaktoren 1 ved 7 og trer igjen inn i denne ved 12. Over ledning 5 innføres oksygenholdig gass i reaktoren 1. Faststoffet kan tilsettes over avluftsstussen 6. På figuren er det vist faststoff ved kvadrater 10 og prosessgass ved hjelp av kuler 11. Ved den slyngeformede bevegelse av de flytende medier holdes faststoffpartiklene 10 svevende. Derved oppstår mellom hver faststoffpartikkel og det flytende medium et differ-enshastighetsfelt som virker meget fordelaktig på gjennombland-ingen av det flytende medium. Gassbobler som stiger opp gjennom det flytende mediet og slår an mot de svevende faststoffpartikler oppfordres til indre konveksjon og svinges i det rundt faststoff partiklene dannede hastighetsfelt til fornyelse av deres grenseflate. Begge effekter bevirker en stadig forbedring av stoffovergangen gassformet-flytende samt i tilfelle av fermen-tering fra væske til cellene. Før overløpet 7 kan det innbygges en skilleinnretning for faststoffpartiklene som ikke er vist. Til bortføring av prosessvarme kan det i ledning 2 være inne-bygget en varmeutveksler 4. Ved kontinuerlig drift uttas en delstrøm over ledning 8 og over ledning 9 tilføres tilsvarende mengder friskt flytende medium.

Eksemgel_l.

For fremstilling av Candia Lipolytica (ATCC 20383) ble 2000 liter av et næringsmedium som inneholdt n-parafin,

NH-^, fosfater og andre salter, sammen med 20 kg polyetylen-tereftalat av ca. 3 mm korndiameter fylt i en fermenterer med en diameter på 1 meter og en høyde på 2,5 meter og over en ledning sirkulert NW 100. Den anvendte pumpeytelse utgjorde

3 3

0,8 kW/m tilsvarende en volumstrøm på 14 0 m /time. Videre ble det i fermentereren innført 72 m^/time luft av 1 bar.

Etter en fermenteringstid på 36 timer forelå det

27 g tørrmasse pr. liter næringsmedium. Fordoblingstiden utgjorde 4 timer.

I en rørverksfermenterer av lignende størrelse

(1200 diameter x 2500 høyde) ville under ellers like betingelser for fremstilling av 27 g pr. liter tørrmasse kreve 7,8 kW/m 3 av mekanisk drivytelse.

Eksemgel_2.

For oksygenanrikning av vann blir 2000 liter oksygenfritt vann pumpet gjennom en reaktor som omtalt i eksempel 1 og gassbehandlet med 120 Nm 3 luft pr. time av 1,2 bar. Uten tilsetning av faststoff oppnås en volumetrisk oksygenoverføringskoeffisient k .a = 320 h ^.

I nærvær av 20 kg polyetylentereftfalat med ca. 3 mm korndiameter ble det under ellers like betingelser opp-nådd en k .a = 400 h

Claims (3)

1. Fremgangsmåte til forbedring av stofftransporten i flytende medier ved hjelp av inerte faststoffpartikler, hvis spesifikke vekt er større enn det flytende mediets, karakterisert ved at faststoffpartiklene tilsettes mediet i mengder på 0,1-10 volum-% og mediet holdes i en slik bevegelse at faststoffpartiklene svever.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det flytende mediet føres i et lukket kretsløp.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den spesifikke vekt av faststoffpartiklene er 1,1-20 ganger større enn for mediet og den midlere partikkeldiameter utgjør 0,1-40 mm.