CH517516A

CH517516A - Vorrichtung zum Begasen von Flüssigkeiten, insbesondere zur Zumischung von Gasen in flüssige Nährmedien bei Fermentationsprozessen

Info

Publication number: CH517516A
Application number: CH1352369A
Authority: CH
Inventors: Mueller Hans Ing Dr
Original assignee: Mueller Hans
Priority date: 1969-09-05
Filing date: 1969-09-05
Publication date: 1972-01-15

Description

Vorrichtung zum Begasen von Flüssigkeiten, insbesondere zur Zumischung von Gasen in flüssige Nährmedien bei Fermentationsprozessen
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Begasen von Flüssigkeiten, insbesondere zur Zumischung von Gasen, meist Luft, Sauerstoff und als Kohlenstoffquelle dienende Kohlenwasserstoffe, zu flüssigen Nährmedien bei Fermentationsprozessen. Solche Vorrichtungen bestehen aus einem zylindrischen Behälter mit einem im Innern koaxial angeordneten Leitzylinder und einem in Nähe eines Behälterendes angeordneten als Schleuderpumpenlaufrad ausgebildetes Mischwerkzeug, das die Flüssigkeit mit dem Gas, z.

B. durch feine Öffnungen in einem das Schleuderpumpen-Laufrad umgebenden Rohr, feinst vermischt und die nun mit dem Gas vermischte Flüssigkeit zwischen Behälterwand und Leitzylinder wieder an das andere Ende des Behälters fördert, von wo das Gemisch erneut durch den Leitzylinder zum Mischwerkzeug geführt wird. In speziellen Ausführungen sind im Innern des Leitzylinders mehrere Mischwerkzeuge auf gemeinsamer Welle angeordnet und der Leitzylinder als gelochtes Leitrohr ausgebildet. Solche Ausführungen steigern die Intensität der Mischung und vergrössern die wirksame Grenzfläche zwischen Gas und Flüssigkeit. Das überschüssige und verbrauchte Gas wird an dem dem Mischwerkzeug entgegengesetzten Ende aus dem Behälter geleitet, unter Einschaltung eines rotierenden Schaumabscheiders, der die vom Gas mitgeführte Flüssigkeit in den Behälter zurückbefördert.

Die üblichen Vorrichtungen der beschriebenen Art sind mit einem stehenden Behälter ausgeführt, das Mischwerkzeug ist in der Nähe des Bodens, die Gasauslassöffnung mit Schaumabscheider am Deckel angebracht. Bei Anlagen mit sehr grossem Behälterinhalt, etwa 100 m3 und darüber werden die Behälter sehr hoch, weil zur guten Durchmischung zwecks gleichmässiger Verteilung der flüssigen und gasförmigen Nährstoffe, der Luft und der Organismen, der Durchmesser des Behälters im Verhältnis zur Höhe nicht zu gross sein darf. Wenn aber dafür die Höhe des Behälters vergrössert wird, ergibt sich im Behälterunterteil, wo sich die Gaszuführung befindet, ein höherer hydrostatischer Druck.

Dies hat zur Folge, dass das Gas, das bei geringer Behälterhöhe drucklos oder mit niedrigem Über- druck eingeführt werden kann, nun mit hohem Druck eingepresst werden muss, was zusammen mit der erforderlichen Gasmenge Kompressoren mit hohem Kraftverbrauch notwendig macht. So benötigt beispielsweise ein Fermentationsbehälter mit 100 m3 Inhalt für das Mischwerkzeug 180 PS, bedingt durch die Notwendigkeit innigster Gasflüssigkeitsdurchmischung, für den zur Luftzufuhr nötigen Kompressor werden noch zusätzlich 150 PS gebraucht. Könnte man mit einem geringeren hydrostatischen Druck von etwa 1,5 m (statt 9 m und mehr) auskommen, so könnte sich der Kraftbedarf auf etwa 30 PS veringern.

Aufgabe der Erfindung ist, den Kraftbedarf solcher Vorrichtungen, ohne Beeinträchtigung der notwendigen Wirkungen, nämlich der Erzeugung und Aufrechterhaltung einer Feinstdurchmischung von Gas und Flüssigkeit zu verringern, indem die Gaszufuhr bei geringem Druck durchgeführt werden kann. Die Erfindung löst die Aufgabe dadurch, dass die Längsachse des Behälters horizontal gerichtet ist.

Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt, in Fig. 1 als Längsschnitt und in Fig. 2 als Querschnitt nach der Linie A - B der Fig. 1. Fig. 3 und 4 zeigen eine Variante, ebenfalls im Längs- bzw. Querschnitt.

In Fig. 1 ist mit 1 der Behälter einer Fermentationsanlage bezeichnet, Ider mit einem Doppelmantel 2 für Heizung oder Kühlung versehen ist und mit horizontaler Längsachse auf 4 Stützen ruht. Innerhalb des Behälters ist koaxial ein Zylinder 3 - hier ebenfalls mit Doppelmantel - eingebaut, der an einem Ende in einem um den Umfang eines vom Motor 4 angetriebenen Schleuderrades 5 feingelochten verengten Zylinderteil 6 übergeht, der hier zusammen mit dem Antriebsmotor 4 am Behälter befestigt ist. Nächst der dem Behälterinnern zugekehrten Saugseite des Schleuderrades 5 ist das mit Löchern versehene Ringrohr 10 an geordnet, das mit dem Zuluftrohr 9 in Verbindung steht. Vom inneren Zylinder 3 gegen die Behälterwand sind radial mehrere Leitflächen 11 angeordnet.

Da der innere Zylinder und die Leitflächen sich nicht über die ganze Behälterlänge erstrecken, befindet sich an dem anderen Ende des Behälters ein freier Raum, in den der vom Motor 13 angetriebene rotierende Schaumabscheider 14 hineinragt, der dem Abluftrohr 12 vorgeschaltet ist.

Beim Betrieb der Vorrichtung wird die aus Nährsubstrat und Mikroorganismenkultur bestehende Flüssigkeit in den Behälter eingefüllt, zu kontinuierlichem Betrieb durch den Zuleitungsstutzen 7 eingeleitet und beim Auslaufstutzen 8 ausgeführt. Das Gas (Luft, Sauerstoff, auch Nährgas) wird mit Ventilator in die Leitung 9 eingedrückt und darauf die Motoren 4 und 13 eingeschaltet. Durch die Rotation des Schleuderrades 5 wird die Flüssigkeit zusammen mit dem aus den Öffnungen des Ringrohres 10 strömenden Gas axial angesaugt und durch die Öffnungen des gelochten Zylinderteiles 6 geschleudert, wodurch eine feinstblasige Mischung von Gas und Flüssigkeit erreicht wird. Durch die bis unmittelbar an den Zylinder 6 herangeführten Leitflächen 11 wird die vom Schleuderrad radial ausgeworfene Mischung gleichmässig auf die durch die Leitflächen gebildeten Kammern verteilt.

Durch jede dieser Kammern strömt das Gas-Flüssigkeitsgemisch gegen den am anderen Behälterende vorhandenen Raum, von wo es durch den im Innenrohr wirkenden Sog wieder aus Ringrohr, Schleuderrad und Lochzylinder bestehenden Mischvorrichtung zugeführt wird. Die überschüssigen und verbrauchten Gase strömen durch den Auslassstutzen 12 ab, nachdem sie durch den dort angebrachten rotierenden Schaumabscheider 14 von mitgerissener Flüssigkeit befreit wurden.

In Fig. 3 und 4 ist eine Variante der Vorrichtung dargestellt, bei der die Luft nicht durch ein Ringrohr, sondern durch eine Düse 15 an das Mischwerkzeug herangeführt wird und der Schaumabscheider ist einer besonderen Auskröpfung 16 des Behälters untergebracht ist. Weiter ist hier ein Rohr 17 vorgesehen, welches aus der Mitte des Innenzylinders 3 unmittelbar zum Schaumabscheider und Gasauslass führt, damit sich im Innenrohr, besonders bei langsamerer Umwälzung, absondernde Gasblasen sogleich ausgeleitet werden.

Weitere Ausführungsformen können für die Ausgestaltung der Leitflächen gewählt werden. So kann die Flüssigkeit vom Mischwerkzeug auch in Rohre geleitet werden, wodurch eine gleichzeitige Kühlung durch Wärmeaustausch mit einer die Rohre umströmenden Flüssigkeit möglich ist.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch die Erfindung gelöst. Der im Bereich der Gaseinleitung wirkende hydrostatische Druck entspricht dem Radius des Behälters, also 1,5 m WS bei einem Fermenter von 3 m Durchmesser. Das Gas kann daher mit niedrigem Druck oder drucklos eingeführt werden, da das Schleuderrad einen starken Axialsog ausübt.

Der für die Gaszufuhr erforderliche Kraftbedarf vermindert sich hierdurch und die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens wird erheblich verbessert.

Claims

PATENTANSPRUCH

Vorrichtung zum Begasen von Flüssigkeiten, insbesondere zur Zumischung von Gasen in flüssige Nährmedien bei Fermentationsprozessen, welche einen koaxial zur zylindrischen Behältenvand angeordneten Leitzylinder und in der Nähe eines Behälterendes ein rotierendes Mischwerkzeug enthält, das die Flüssigkeit aus dem Leitzylinder und das zum Mischwerkzeug herangeführte Gas axial ansaugt, die Flüssigkeit und das Gas innig durchmischt und das Gemisch in den Raum zwischen Behälterwand und Leitzylinder gegen das andere Ende des Behälters fördert, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsachse des Behälters horizontal gerichtet ist.

UNTERANSPRÜCHE 1. Vorrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Behältenvand und dem inneren Leitzylinder Flächen angeordnet sind, die zum Behälterquerschnitt radial verlaufen und den Raum zwischen Behälterwand und Leitzylinder in mehrere achsparallele Kammern unterteilen, deren Querschnitte trapezähnliche Kreisringsektoren darstellen.

2. Vorrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Behälterwand und dem inneren Leitzylinder Rohre angeordnet sind, durch welche die vom Mischwerkzeug geförderte Flüssigkeit geleitet wird.

3. Vorrichtung nach Patentanspruch und Unteranspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an dem zum Mischwerkzeug entgegengesetzten Ende des Behälters ein freier Raum vorhanden ist, in dessen Bereich in der Behälterwand eine Auslassöffnung für überschüssiges und verbrauchtes Gas mit einem Schaumabscheider angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der innere Leitzylinder doppelwandig als Wärmeaustauscher ausgebildet ist.

5. Vorrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Mischwerkzeug an seinem Umfang von die Druckströmung unterteilenden Organen so umgeben ist, dass die Teilräume zwischen Behälterwand und Leitzylinder gleichmässig mit Flüssigkeit durchströmt werden.