Verfahren und Einrichtung zur Begasung von Flüssigkeiten, insbesondere bei biologischen Prozessen
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Begasung von Flüssigkeiten, die einen sehr wirksamen Stoffaustausch des Gases mit der Flüssigkeit bei einem Mindestverbrauch an Energie gewährleisten. Unter Gas ist dabei jeder beliebige gasförmige Stoff, z. B. atmosphärische Luft, Kohlensäure, Wasserstoff, Sauerstoff usw., aber auch Dampf oder ein Dampfgemisch zu verstehen, wobei das Gas ferner mit festen oder flüssigen Teilchen beladen sein kann.
Bisher wurde das zu verteilende Gas meist in der Nähe des Bodens des die Flüssigkelit enthaltenden Gefässes, etwa durch ein Strahirohrsystem oder durch einen um eine senkrechte Achse rotierenden, flügelartigen Hohlkörper mit Austrittsöffnungen der Flüssigkeit zugeführt.
Die erwähnten Gasverteilvorrichtungen (Strahl- rohrsysteme und rotierende, flügelartige Hohlkörper) erzeugen neben feinen auch gröbere Blasen. Mit zunehmendem Durchmesser der Gasblasen wächst ihre Steiggeschwindigkeit, ihre stoffaustauschende Oberfläche vergrössert sich mit dem Quadrat, ihr Volu men dagegen mit der r dritten Potenz des Durchmes- sers. Dies führt dazu, dass kleine Gasblasen schon nach einer kurzen Verweilzeit innerhalb der zu bei gasenden Flüssigkeit an ihren wirksamen Stoffen verarmt sind und den Rest der Fiüssigkeitshöhe nur noch als Ballaststoffe durchsteigen, die nicht mehr am Stoffaustausch teilnehmen.
Grosse Gasblasen, die eine hohe Steiggeschwindigkeit und eine kleine Oberfläche im Verhältnis zu ihrem Volumen haben, entweichen hingegen an der Flüssigkeitsoberfläche, bevor auch nur ein geringer Teil ihrer wirksamen Stoffe in die Flüssigkeit übergegangen ist. Diese beiden Umstände haben zur r Folge, dass bei den beschriebenen Bega- sungsverfahren die Ausnutzung der zugeleiteten Gasmenge nur zu leine geringen Teil erfolgt.
Es ist auch schon bekannt, ein Stralhqrohrsystem oder eine rotierende Verteilvorrichtung in Form eines gelochten Rohres unterhalb oder innerhalb eines etwa zylindrischen, oben und unten offenen Hohlkörpers anzuordnen, der das die Flüssigkeit enthaltende Gefäss in einen Innenraum und einen ringförmigen Aussenraum unterteilt. Dabei wird die begaste, spezifisch leichtere Flüssigkeit im Innenraum durch die schwerere Flüssigkeit aus dem ringförmigen Aussenraum hochgedrückt, so dass sich infolge dieses als Mammutpumpenwirkung bekannten Effektes ein Flüssigkeitskreislauf einstellt. Dieses Verfahren ist für die Begasung bei der biologischen Abwasserreini gung vorgeschlagen worden, wobei die Flüssigkeit mit den wirksamen Stoffen des Gases gesättigt wird.
Die in der Flüssigkeit aufsteigenden Gasblasen treten nach teilweisem Verbrauch ihrer wirksamen Stoffe an der Flüssigkeitsoberfläche aus, während anfänglich gesättigte Flüssigkeit im Kreislauf zu, rückgeführt wird, so dass nach einem vollen Umlauf die Flüssigkeit wieder zur Begasungsstelle gelangt, wo die inzwischen verbrauchten wirksamen Stoffe erneuert werden.
Bei allen diesen Begasungsverfahren findet also der Stoffaustausch zwischen Gas und Flüssigkeit nur in der oberhalb der Gasverteilvorrichtung befindlichen Flüssigkeitssäule statt, die von den aufsteigenden Gasblasen durchsetzt wird. Bei grossem Bedarf an wirksamen Stoffen muss der gesamte Querschnitt des Gefässes bei im wesentlichen ruhender Flüssigkeitssäule begast werden.
Der Vorteil der Mammutpumpenwirkung, der darin besteht, dass die Gasverteilvorrichtung auf eine kleinere Querschnittsfläche beschränkt werden kann, weil die Flüssigkeit durch den Kreislauf immer wieder der Begasungsstelle zugeführt wird, kann nur in jenen Fällen ausgenützt werden, wo die erzielte Sättigung der Flüssigkeit den Bedarf an wirksamen Stoffen während der Umlaufzeit der Flüssigkeit zu decken vermag.
In vielen Fällen, insbesondere bei der Hefegärung, ist nun aber der Verbrauch an wirksamen Stoffen durch Mikroorganismen so gross, dass der Bedarf während der Umlaufzeit der Flüssigkeit nicht aus der gesättigten Lösung gedeckt werden kann, weshalb in diesen Fällen der gewünschte biologische Prozess mit den bekannten, mit einer Mammutpumpenwirkung arbeitenden B egasungsverfahren nicht oder zumindest nicht in wirtschaftlich tragbarer Weise erreicht werden kann.
Die Erfindung beruht auf dem Gedanken, die bereits erläuterte Mammutpumpenwirkung nicht nur, wie an sich bekannt, dazu auszunützen, die Flüssigkeit im Kreislauf immer wieder an der Begasungsstelle vorbeizuführen, sondern auch dazu, einen wesentlichen Anteil der Gasblasen an dem Flüssigkeits zulauf teilnehmen zu lassen, so dass diese Gasblasen ihre wirksamen Stoffe während der r gesamten Um- laufzeit an die Flüssigkeit abgeben können.
Dazu ist es erforderlich, die Mammutpumpenwirkung so zu steigern, dass die Umlaufgeschwindigkeit der Flüssigkeit die Steiggeschwindigkeit des erwähnten Anteils an Gasblasen übertrifft, so dass diese Gasblasen von der umlaufenden Flüssigkeit bei der Abwärtsbewegung mitgenommen werden und die Verweilzeit der erwähnten Gasblasen daher auf jene Zeit ausgedehnt wird, die sie zu einem Umlauf in der Flüssigkeit benötigen. Eine dermassen forcierte Mammutpumpenwirkung ist mit den bisher üblichen feststehenden Strahlrohrsystemen oder relativ langsam rotierender Verteilvorrichtungen in Form gelochter Hohlkörper aber nicht erreichbar.
Das erfindungsgemässe Begasungsverfahren, bei dem das Gas der Flüssigkeit mittels einer rotierenden Verteilvorrichtung zugeleitet und die Flüssigkeit durch Mammutpumpenwirkung im Kreislauf geführt wird, ist dadurch gekennzeichnet, dass als rotierende Verteilvorrichtung eine einseitig offene Rinne verwendet und mit so hoher Geschwindigkeit in Rotation versetzt wird, dass das durch die Verteilvorrichtung zugeleitete Gas hinter der Rinne in der Flüssigkeit eine Vakuo ; ie aufbaut, durch Wirbelbildung zerteilt wird und im Wirbelzopf als Grob- und Feinblasen verteilt in die Flüssigkeit eintritt, und dass die Feinblasen an dem Flüssigkeitsumlauf teilnehmen, der von den über die Flüssigkeitsoberfläche entweichenden Grobblasen durch Mammutpumpenwirkung hervorgerufen wird.
Es wurde gefunden, dass mit Hilfe einer Verteilvorrichtung in Form einer einseitig offenen Rinne, über die Gas zugeleitet wird und die mit entsprechend hoher Geschwindigkeit rotiert, in der Flüssigkeit eine sogenannte Vakuole, d. h. ein von Flüssigkeit freier, stromlinienförmig begrenzter Gasraum erzeugt wird, der hinter der Rinne, anschliessend an deren konkave Seite, mit der Rinne mitrotiert. Das hintere Ende dieser Vakuole bildet einen Wirbelzopf, in dem das zugeführte Gas auf Grob- und Feinblasen verteilt in die Flüssigkeit eintritt. Eine solche Aufteilung des zugeführten Gases auf Grob- und Feinblasen ist neben einer ausreichenden Gesamtmenge des Gases Voraussetzung für die Arbeitsweise des erfindungsgemässen Verfahrens.
Die Grobblasen, die eine hohe Steiggeschwindigkeit aufweisen, die Flüssigkeitssäule oberhalb der Gasverteilvorrichtung daher relativ rasch durchsetzen und an der Flüssigkeitsoberfläche austreten, müssen in einer solchen, durch die Anwendung einer offenen Gasverteilungsrinne gewährleisteten Menge vorhanden sein, dass die bereits erwähnte forcierte Mammutpumpenwirkung zustande kommt, die zu einer relativ hohen Umlaufgeschwindigkeit der Flüssigkeit führt. Anderseits muss aber durch Anwendung einer entsprechend hohen Drehzahl der Gasverteilungsrinne gewährleistet werden, dass sich im Wirbelzopf der entstehenden Vakuole so feine Gasblasen bilden, dass deren Steiggeschwindigkeit in der Flüssigkeit kleiner ist als die Umlaufgeschwindigkeit der Flüssigkeit.
Diese beiden Geschwindigkeiten addieren sich in der aufsteigenden Flüssigkeit, wogegen sie sich in der absteigenden Flüssigkeit subtrahieren, so dass die feinen Gasblasen mit der Differenzgeschwindigkeit absinken und ihre Verweilzeit in der Flüssigkeit entsprechend lang ist.
Vorzugsweise wird die Mammutpumpenwirkung derart eingeregelt, dass die Umlaufzeit der Feinblasen ungefähr gleich der Zeit ist, in der das darin enthaltene Gas verbraucht wird, so dass die Feinblasen angenähert im Zeitpunkt ihrer Erschöpfung zur Regeneration gelangen. Diese Regeneration erfolgt dabei dadurch, dass die an wirksamen Stoffen verarmten Gasblasen nach dem Umlauf wieder in eine Vakuole aufgenommen werden, die mit Frischgas gespeist wird.
Die verbrauchten Gasblasen können aber in einfacher Weise auch unmittelbar aus der Flüssigkeit entfernt werden. Dazu wird zweckmässig die Flüssigkeit unterhalb der rotierenden Verteilvorrichtung in Rotation gehalten, so dass die darin vorhandenen verbrauchten Feinblasen unter der Zentrifugalwirkung der Flüssigkeit nach innen gedrängt und zu Grobblasen zusammengeballt werden, worauf sie leicht aus der Flüssigkeit entfernt werden können.
Zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens dient eine Einrichtung, bei welcher sich in einem die zu begasende Flüssigkeit enthaltenden Gefäss ein den Umlaufweg der Flüssigkeit vorschreibender, beidseitig offener Hohlkörper und die rotierende Gasverteilvorrichtung befinden, wobei die rotierende Gasverteilvorrichtung vorzugsweise mehrflüglig ist.
Setzt man eine solche einseitig offene Rinne mit zunehmender Drehzahl in Rotation, so kann man, beispielsweise auf stroboskopischem Wege, bei Erreichen einer bestimmten Drehzahl zunächst die Ausbildung einer Vakuole hinter der Rinne feststellen.
Eine Begasung der Flüssigkeit findet dabei zunächst nur in der aufsteigenden Flüssigkeit statt. Bei weite- rer Drehzahlerhöhung bilden sich auch so feine Gasblasen, dass deren Steiggeschwindigkeit kleiner als die Umlaufgeschwindigkeit der Flüssigkeit infolge der Mammutpumpenwirkung ist, so dass diese Feinblasen am Umlauf teilnehmen. Der Beginn dieses Feinblasenumlaufes und damit der Übergang auf die erfindungsgemässe Verfahrensweise ist optisch erkennbar. Der Zustand der Feinblasen nach einem vollen Umlauf kann durch Entnahme von Gasproben unterhalb der rotierenden Gasverteilungsrinne und anschliessende Analyse ermittelt werden.
Durch Ände- rung der Rinnenbreite (Schattenfläche), der Höhenlage der rotierenden Rinne und deren Drehzahl kann die Mammutpumpenwirkung so eingeregelt werden, dass der überwiegende Anteil der umlaufenden Gasblasen, wie durch Analyse feststellbar, gerade im Zeitpunkt der Erschöpfung an wirksamen Stoffen den Umlauf beendet.
Zur Beeinflussung des Verlaufes der Flüssigkeits- strömung können ferner im Umlaufweg der Flüssig keit vor undloder ! hinter der rotierenden Gasverteilvorrichtung g feststehende Leitvorrichtungen vorge sehen sein.
Falls die Absonderung der an Wirkstoffen verarmten Gasblasen in der bereits erläuterten Weise unter Ausnützung der Zentrifugalwirkung erfolgt, ist es zweckmässig, zur Förderung dieser Wirkung im Umlaufweg der Flüssigkeit vor der rotierenden Gasverteilvorrichtung einen Rührer anzuordnen. Dabei können die Gasverteilvorrichtung und der Rührer auf einer gemeinsamen Antriebswelle sitzen.
Für die durch die Zentrifugalwirkung der Flüssigkeit zusammengebalken, verbrauchten Gasblasen kann im Umlaufweg der Flüssigkeit vor der rotierenden Gasverteilvorrichtung im mittleren Bereich der Flüssigkeitsströmung eine Abzugsvorrichtung vorgesehen werden. Zweckmässig ist diese Abzugsvorrichtung für das verbrauchte Gas als ein mit wesentlich höherer Drehzahl als die Gasverteilvorrichtung g um- laufender offener Hohlkörper ausgebildet, der mit einer als gasableitendes Rohr dienenden, hohlen Antriebswelle verbunden ist. Die hohle Antriebswelle der Gasverteilvorrichtung kann nach oben und die hohle Antriebswelle des gasableitenden Hohlkörpers nach unten aus dem Gefäss herausgeführt sein.
Die notwendige starke Gaszufuhr zu der rotierenden Gasverteilvorrichtung macht die Verwendung möglichst weiter Zuleitungsrohre erforderlich. Wenn für die Gaszufuhr die hohle Antriebswelle der Gasverteilvorrichtung verwendet wird, sollte diese einen grossen Durchmesser haben, und es ergeben sich dann im Hinblick auf die hohe Drehzahl der Gasverteilvorrichtung Schwierigkeiten bei der Abdichtung dieses rotierenden Rohres. Um diese Schwierigkeiten zu umgehen, wird zweckmässig ein feststehendes Gaszuleitungsrohr angewendet, das von oben her bis nahe zur hohlen Nabe der rotierenden Gasverteilvorrichtung in das Begasungsgefäss hineiniragt, und die hohle Nabe wird dabei mit einem in die Nabe mündenden Rohrstutzen versehen, der mit Spiel in das feststehende Gaszuleitungsrohr ragt.
Zwischen dem mit der hohlen Nabe mitrotierenden Rohrstutzen und dem feststehenden Gaszuleitungsrohr ergibt sich dann eine hydraulische Abdichtung durch die Flüssigkeit.
Die hohle Nabe der Gasverteilvorrichtung wird zur Vermeidung einer störenden Wirbelbildung bei deren Rotation zweckmässig aussen kugelig gestaltet.
Da nach dem erfindungsgemässen Verfahren und mit den beschriebenen Vorrichtungen, z. B. bei der Hefeerzeugung sehr konzentrierte Maischen verarbeitet werden können, entstehen grosse Wärmemengen; um diese Wärmemengen abzuführen, wird der im Begasungsgefäss befindliche, oben und unten offene Hohlkörper, der die Umlaufströmung leitet, zweckmässig als Kühler, z. B. in Form einer wendelartigen Kühlrohrleitung, ausgebildlet.
Die Erfindung wird nachfolgend ausführlich anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausfü rungsbeispiele beschrieben:
Fig. 1 stellt in einem Achsschnitt ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Vorrichtung dar.
Fig. 2 und 3 zeigen Querschnitte längs der Linien 1-1 bzw. II-II in Fig. 1.
Fig. 4 stellt einen schematischen Achssehnitt durch eine zweite Vorrichtung dar.
Fig. 5 ist ein Querschnitt nach der Linie V-V in Fig. 4.
Fig. 6, 7 und 8 sind Achsschnitte durch weitere Vorrichtungen.
Fig. 9 zeigt eine andere Ausführungsform der Vorrichtung, die hinsichtlich der Gaszufuhr und der Kühlung verbessert ist
Fig. 10 stellt ein Detail der Vorrichtung nach Fig. 9 im Querschnitt dar.
Fig. 11 ist schliesslich ein Detail einer Variante der Ausführungsform nach Fig. 9.
In n den Fig. 1, 4 und 6 bis 8 bedeutet die Schraf- fur von rechts oben nach links unten das Vorhandensein von Flüssigkeit mit frischem Gas, die zum Teil unterbrochene kreuzweise Schraffur das Vorhandensein von Flüssigkeit mit teilweise verbrauchtem Gas, die Schraffur von links oben nach rechts unten das Vorhandensein von Flüssigkeit mit verbrauchtem Gas und schliesslich bedeuten die nicht schraffierten Be reiche unter dem Flüssigkeitsniveau das Vorhandensein von Flüssigkeit ohne Gas.
Bei allen dargestellten Ausführungsbeispielen von erfindungsgemässen Begasungsvorrichtungen ist das die zu begasende Flüssigkeit enthaltende Gefäss a durch ein zentrales Einsatzrohr b, das z. B. bis zum Gefässboden reicht und an seinem unteren Ende Öffnungen b1 aufweist, in zwei kommunizierende Abteile aufgeteilt. Innerhalb des zentralen Rohres b befindet sich an einer irgendwie in Umdrehung versetzten und bei f gelagerten Hohlwe31e c, die durch eine einseitig offene Rinne, etwa mit Halbkreisprofil, gebildete rotierende, z. B. zweiflügelige Gasverteil vorrichtung e, der über eine Nabe d aus der Hohlwelle c Gas zugeführt wird. Hinter dieser rotierenden Rinne bildet sich eine gaserfüllte, aber flüssigkeitsfreie, mitrotierende Vakuole aus.
An der Berührungsstelle der Vakuole mit der umgebenden Flüssigkeit setzt eine Zerteilung des zugeleiteten Gases durch Wirbelbildung ein, und diese Zerteilung des Gases führt insbesondere in dem der Vakuole folgenden Wirbelzopf zum Eintritt von Grob-und Feinblasen in die Flüssigkeit. Die im Zylinder b oberhalb der Gasverteilvorrichtung e befindliche Flüssigkeit wird demnach mit groben und feinen Gasblasen durchsetzt und hat zufolge ihres Gehaltes an groben Blasen ein geringeres spezifisches Gewicht als die Flüssigkeit im Ringraum alb des Behälters, die, wie aus dem Nachfolgenden hervorgeht, nur noch feine Blasen enthält.
Infolge des Unterschiedes im spezifischen Gewicht tritt eine Mammutpumpenwirkung ein, die einen Umlauf der Flüssigkeit in Richtung der eingezeichneten Pfeile zur Folge hat. Die einsetzende Umlaufbewe, gung der Flüssigkeit bewirkt an der Flüssigkeitsoberfläche eine Sonderung der Gasblasen in solche, deren Steiggeschwindigkeit grösser, und in solche, deren Steiggeschwindigkeit kleiner als die Umlaufgeschwindigkeit der Flüssigkeit ist.
Die groben Gasblasen, deren Entstehen bei keiner mit vertretbarem Energieaufwand arbeitenden Verteilvorrichtung vermieden werden kann und deren Wirksamkeit für den Begasungsvorgang gering ist, werden über der Flüssigkeitsoberfläche abgegeben.
Dadurch werden diese Gasblasen hauptsächlich zur Erzielung einer Mammutpumpenwirkung nutzbar gemacht, so dass die zu ihrer Erzeugung aufgewendete Kompressions und Verteilungsarbeit nicht verloren ist, sondern der Umwälzung der Flüssigkeit dient.
Die feineren Gasblasen, deren Steiggeschwindig- keit geringer als die Umlaufgeschwindigkeit der Flüssigkeit ist, werden durch den Flüssigkeitsstrom im äusseren Ringraum alb gegen den Gefässboden mitgeführt. Ihre Absolutgeschwindigkeit ist gleich der Umlaufgeschwindigkeit der Flüssigkeit minus der Biasensteiggeschwindigkeit. Hierdurch wird erreicht, dass diese feineren Blasen eine lange Verweilzeit innerhalb der Flüssigkeit haben. Die Verweilzeit ist hierbei umgekehrt proportional dem Blasendiurchmes- ser, wodurch eine weitgehende Ausnutzung der zum Begasungsvorgang herangezogenen Blasen aller Grö ssen gewährleistet wird.
Nachdem das Flüssigkeits Gasgemisch den äusseren Ringraum alb gegen den Gefässboden zu nach unten durchströmt hat, tritt es durch die im zentralen Rohr b befindlichen Öffnungen b1 wieder in das Rohr b ein. Die Flüssigkeit, die nun die an wirksamen Stoffen schon verarmten Gasblasen mit sich führt, steigt im zentralen Rohr b wieder nach oben.
Die an wirksamen Stoffen verarmten Gasblasen werden nun entweder regeneriert oder aber ausgeschieden und durch neu gebildete ersetzt.
Die Einrichtung nach den Fig. 1 bis 3 arbeitet nach dem Regenerierungsverfahren. Hierbei sind oberhalb und unterhalb der rotierenden Gasverteilungsrinne e vom Zylinder b radial nach innen ragende, feststehende Leitbleche g2, g1 vorgesehen, die eine Mitrotation der Flüssigkeit im Zylinder b, ausgenommen unmittelbar im Bereich der Rinne e, verhindern. Das Gasflüssigkeitsgemisch steigt daher im zentralen Rohr b nach oben, bis es in den Bereich der rotierende. n Gasverteilungsrinne e gelangt. In der Rotationsebene der Rinne e bzw. der mit dieser umlaufenden Vakuolen werden die verbrauchten Blasen in die Vakuolen aufgenommen und es findet ein Konzentrationsausgleich zwischen verbrauchtem und neu zugeführtem Gas statt.
Mit auf diese Weise regenerilerten Gasblasen wiederholt sich der beschriebene Umlaufzyklus.
Für den Fall, dass eine Ableitung der an Wirkstoffen erschöpften oder verarmten Gasblasen aus der Flüssigkeit und eine neuerliche Begasung erfolgen soll, weist das zentrale Rohr b gemäss Fig. 4 keine bremsenden Einbauten unterhalb der rotierenden Gasverteilungsrinne e auf. Die im zentralen Rohr b befindliche Flüssigkeit ss kommt dann durch die Rotation der Rinne e ebenfalls in Umdrehung. Durch die Flüssigkeitsrotation wird bewirkt, dass die verbrauchten Gasblasen gegen die Hohlwelle c zu zusammen- gedrängt werden (Zentrifugenwirkung), sich dort zu groberen Blasen vereinigen und sodann entlang der Hohlwelle durch die Flüssigkeit über deren Oberfläche entweichen.
Innerhalb des zentralen Rohres b entsteht hierdurch ein peripher liegender, von verbrauchten Gasblasen freier, aber von aufsteigender Flüssigkeit verfüllter Ringraum. Dieser Ringraum wird durch die Vakuole a (Fig. 5) der Gasverteilungsrinne e mit frischen Gasblasen versorgt. In diesem Falle ordnet man die offenen Rinnenteile e2 des Verteilkörpers e gemäss Fig. 5 vorzugsweise nur in der Nähe der Wand des Zylinders b an, damit das frische Gas im wesentlichen in den gasfreien Flüssigkeitsring übertritt.
Die zentrifugierende Wirkung kann verstärkt werden, wenn man gemäss Fig. 6 unterhalb der roter renden Gasverteilungsrinne e an der Hohlwelle c einen Blattrührer h anbringt, so dass die Mitrotation der Flüssigkeit unterhalb der Rinne e intensiver erfolgt. Erst im Bereich der Rinne e wird die Rotation der Flüssigkeit durch Aufhaitevorrichtungen gt, g., bekannter Bauart (Leitbleche) aufgehalten.
Die Ableitung der verbrauchten Gasblasen kann noch verstärkt werden, wenn man gemäss Fig. 7 unterhalb der rotierenden Gasverteilungsrinne e einen zweiten, durch eine Hohlwelle c1 über eine Hohlnabe d, angetriebenen, rascher laufenden, kleinen Hohlflügel es anordnet. Die durch die Rotation der Flüssigkeit in der Gefässmitte zusammengedrängten Gasblasen werden im Bereich des kleinen Flügels e1 in die ihm folgende Vakuole aufgenommen. Der Innendruck der Vakuole ist gleich dem statischen Druck der Flüssigkeit, vermindert um den dynamischen Druck, der sich bei Umströmung des rotierenden Flügels e1 durch die Flüssigkeit ergibt, ist jedoch auf jeden Fall grösser als der atmosphärische Druck.
Wird der kleine rotierende Entgasungsflügei e, durch eine koaxial zur Hohlwelle c angeordnete Hohlwelle c1 mit der freien Atmosphäre verbunden, so wird das in seiner Vakuole gesammelte und komprimierte Gas in das Freie abgegeben. Durch geeignete Anordnung dieses Hilfsflügels e1 kann erreicht werden, dass nur weitgehend von verbrauchten Gasblasen befreite Flüssigkeit dem Gasverteilkörper e zuströmt.
Am Wesen der Erfindung wird nichts geändert, wenn man gemäss Fig. 8 die rotierende Gasvertei lungsrinne e' so gross macht, dass sie durch das zentrale Rohr b' in den Ringraum alb' hineinreicht und diesen bestreicht. In diesem Falle werden die offenen Rinnenteile so angeordnet, dass sie im äusseren Ring- raum liegen und dieser daher begast wird. Der durch diese Massnahme ausgelöste Vorgang entspricht dem vorher beschriebenen, nur r dass der Umlauf dler Flüs- sigkeit, wie in Fig. 8 durch Pfeile angedeutet, entgegengesetzt gerichtet ist. Die Brems- bzw.
Leitbleche gt, g'. erstrecken sich in diesem Falte von der Aussen- wand des Zylinders b' bis zur Gefässwand a und sind unter- und oberhalb der Gasverteilungsrinne e' angeordnet. Die groben Blasen entweichen im Ringraum alb' über die Oberfläche der Flüssigkeit.
Die rotierende Gasverteilungsrinne e' wird vorzugsweise nur so weit unterhalb der Flüssigkeitsoberfläche angeordnet, dass die resultierende Mammutpumpenwirkung einen entsprechenden Umlauf der Flüssigkeit bewirkt. Dadurch ist die für das Gas aufzuwendende Kompressionsarbeit wesentlich geringer als bei der üblichen Anordnung der Gasverteilvorrichtung in der Nähe des Gefässbodens.
Beim Ausführnngsbeispiel nach Fig. 9 wird für die Gaszufuhr zu der rotierenden Gasverteilvorrichtung e nicht die Antriebswelle c verwendet, sondern ein feststehendes Gaszuleitungsrohr k, das von oben her in das Begasungsgefäss a bis in die Nähe der hohlen Nabe d der Gasverteilvorrichtung e reicht.
Das feststehende Rohr k ist oben abgeschlossen und mit einem seitlichen Zuleitungsstutzen k, versehen.
Wie der Detailschnitt nach Fig. 10 genauer erkennen lässt, ist an die hohle Nabe d oben ein Hohlstutzen d2 angesetzt, der mit Spiel in das untere, gegebenenfalls gemäss Fig. 10 erweitere Ende des Rohres k eingreift. Da die Gasverteilvorrichtung in einem gewissen Grade saugend wirkt, die zu begasende Flüssigkeit daher im Innern des Zuleitungsrohres k, d. h. im Ringspalt zwischen den Rohrteilen k und d2 etwas aufsteigt, ergibt sich an dieser Stelle im Betrieb automatisch ein hydraulischer Verschluss der Gaszutei- tung. Das durch das Rohr k einströmende Gas kann daher nur über die rotierende Gasverteilvorrichtung e in die Flüssigkeit gelangen.
Die Antriebswelle der rotierenden Gasverteilvorrichtung, die als Hohlwelle dargestellt ist, aber auch als Vóllwelle ausgebildet sein kann, durchsetzt koaxial das Gaszuleitungsrohr k und ist bei m am Boden der Hohlnabe d befestigt, z. B. angeschweisst. Es braucht nun nur noch diese relativ dünne Welle oben bei n, z. B. mit Hilfe von Stopfbuchsen, abgedichtet zu werden. Die Nabe d trägt unten einen Lagerzapfen o, der in einem Lagerbock p gelagert ist.
Bei der abgeänderten Ausführung nach Fig. 11 ist ebenfalls ein feststehendes Gaszuleitungsrolhr k vorgesehen, welches das Gas über einen Rohrstutzen d2 der Hohlnabe d zuleitet. In diesem Falle erfolgt aber der Antrieb der Gasverteilvorrichtung e von unten her. Die Antriebswelle c' ist an einem Lagerbock p gelagert und trägt an ihrem unteren, mittels Stopfbuchsen durch den Boden des Gefässes a geführten Ende z. B. eine Riemenscheibe.
Die hohle Nabe d ist samt den Befestigungsflan- schen e3 für die Gasverteilungsrinnejn e bei den Aus führungsbeispielen nach den Fig. 9 bis 11 aussen kugelförmig ausgebildet, damit bei der Rotation der Nabe keine Wirbelbildung auftritt.
Fig. 9 zeigt noch eine weitere zweckmässige Massnahme. Hierbei ist nämlich der die Umiaufströmung leitende Hohlkörper als Kühler ausgebildet, und' zwar in Form einer wendelartigen Kühlwasserleitung b,, die mit Zur und Ablaufleitungen b2 und b3 verbunden und gegen den Boden des Gefässes a durch Stützen b4 abgestützt ist.
Die Erfindung eignet sich für beliebige Begasungen, hat aber besondere Bedeutung für die Massenzüchtung von Mikroorganismen durch Zufuhr von Sauerstoff zu in einem Nährsubstrat suspendierten Organismen, z. B. zu Maischen bei der HeèlerzeuW gung. Zugleich mit der Versorgung des Nährsubstrates mit Sauerstoff führen die Gasblasen die als Stoffwechselprodukt gebildete Kohlensäure ab.
Zur Erläuterung der mit dem erfindungsgemässen Begasungsverfahren auf dem Gebiete der Hefeerzeu- gung erzielbaren Vorteile sei nachfolgend ein praktisch erprobtes Ausführungsbeispiel der Erfindung zahlenmässig erläutert und mit einem unter ähnlichen Arbeitsbedingungen geführten bekannten Begasungsverfahren verglichen.
In einem Hefezüchtungsbottich mit einem Durchmesser von 2,5 m und einer-Zyqginderhöhe von 3 m (Bruttovolumen 14,7 ma) wurde ein Ring mit einem Durchmesser von 1,77 m und einer Ringhöhe von 0,8 m im Bodenabstand von 0,44 m koaxial angeordnet. Innerhalb des Ringes befand sich in einem Bodenabstand von 0,64 m eine erfindungsgemässe Gasverteilvorrichtung, die aus zwei diametral gegen überliegendlen, einseitig offenen Rinnen bestand, deren radiale Länge 0,8 m betrug. Diese Gasverteilvorrichtung wurde mit einer 30 0wo Trockensubstanz) pro Liter. Die Endfüliung des Behälters betrug
10000 Liter.
Die gesamte, während der Gärung zugeführte Luftmenge betrug 13600 Nms, wobei der mittlere Kompressionsdruck 1,022 m Wassersäule war.
Im Vergleich dazu wurde in dem gleichen Behäl ter im Bodenabstand von 0,2 m ein normaler, flügelartiger, gelochter Hohlkörper als Gasverteilvorrich- tung mit einer Drehzahl von 138 Ulmin (Umfangsgeschwindigkeit 14,5 mlsec) betrieben. Dabei wurde in 13 stündiger Gärzeit 1040 Liter Melasselösung, entsprechend 400 kg Melasse, eingebracht. Die Stellhefenzugabe betrug, bezogen auf Hefe mit 30 /o Trockensubstanz, 80 kg. Der aus der eingebrachten Melasselüsung resultierende Hefezuwachs von 340 kg ergab zusammen mit der Stellhefe eine Gesamthefeernte von 420 kg. Der Bottich wurde auf gleiches Endvolumen gefüllt.
Der gesamte Luftbedarf betrug 2720 Nm bei einem mittleren Kompressionsdruck von 1,752 m Wassersäule.
Vergleicht man die beiden Beispiele, denen jeweile optimale Betriebsbedingungen zugrunde gelegt worden sind, so ist erkennbar, d'ass das erfindungs- gemässe Verfahren im gleichen Bottich bei angenähert gleicher Gärzeit eine Hefeernte von 2700 kg gegenüber 420 kg beim bekannten Verfahren und einem Hefezuwachs von 1700 kg gegenüber 340 kg ergibt. Dabei ist der Gesamtleistungsbedarf, der sich aus Kompressionsleistung für das Gas und Antriebsleistung des Gasverteilers zusammensetzt, je kg neu gebildeter Hefe beim erfindungsgemässen Verfahren um etwa 4(E;O/o geringer als beim bekannten Verfahren.
Ein Vergleich des erfindungsgemässen Verfahrens mit dem bekannten, die Mammutpumpenwirkung ausnutzenden Verfahren ist nicht möglich, weil dieses bekannte Verfahren für die Hefe erzeugung nicht angewendet werden kann. Die blosse Sättigung der Flüs sigkeit würde nämlich nicht t ausreichen, um den ho- hen Sauerstoffbedarf der Mikroorganismen auch in dem absteigenden Teil der Flüssigkeit (Würze) zu decken, so dass in diesem Teil eine fermentative Gä rung auftreten würde.