CH650413A5 - Einrichtung zum erzeugen von reaktionen zwischen einem gas oder gasgemisch und einer fluessigkeit. - Google Patents

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CH650413A5
CH650413A5 CH9619/80A CH961980A CH650413A5 CH 650413 A5 CH650413 A5 CH 650413A5 CH 9619/80 A CH9619/80 A CH 9619/80A CH 961980 A CH961980 A CH 961980A CH 650413 A5 CH650413 A5 CH 650413A5
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Hideo Odagiri
Junichi Okutani
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Kyowa Hakko Kogyo Kk
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Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Eine solche Einrichtung ist ein Reaktionsgefäss, das allgemein zum Durchführen von einer Reaktion beim Mischen eines Gases oder Gasgemisches und einer Flüssigkeit, insbesondere zum Durchführen eines Gärvorganges, verwendet wird. Eine oben angeführte Einrichtung besitzt viele Vorteile gegenüber den bekannten Reaktionsgefässen mit einem Rührwerk, wie geringere Installationskosten, leichterer Unterhalt und eine grössere Rührwirkung pro Leistungseinheit. Anderseits ist es nachteilig, weil die Flüssigkeit in dem Hohlzylinder mit niedriger Geschwindigkeit zirkuliert und es ist schwierig, die in dem Hohlzylinder gebildeten Blasen zu entfernen.
In der japanischen Patentanmeldung Nr. 99 380-1973 ist eine verbesserte Einrichtung beschrieben, wobei in den Hohlzylinder ein koaxial zu diesem angeordnetes Zugrohr eingesetzt ist. In dieser Einrichtung wird sowohl auf der Aus-senseite und der Innenseite des Zugrohres Luft oder ein Gas eingeführt, wobei die Luft oder das Gas in den belüfteten Bereich aufsteigt und nach unten in den nicht belüfteten Bereich strömt, so dass die Rührwirkung in der Flüssigkeit im Hohlzylinder gesteigert werden kann. Die gebildeten Blasen werden durch die Strömung mitgerissen und verschwinden.
Zum Durchführen einiger Reaktionsvorgänge ist es notwendig, eine grössere Menge von Kulturnährmitteln als Reaktionsmittel zuzuführen. Wenn eine eingangs genannte Einrichtung zum Durchführen solcher Reaktionen verwendet wird, so schwankt der Pegel der Flüssigkeit in der Einrichtung in dem Mass, mit der die Menge ansteigt. Zum Durchführen von Reaktionen dieser Art, wurde in der japanischen
Patentschrift Nr. 55 780-1979 vorgeschlagen, eine Einrichtung mit einem Zugrohr zu verwenden, wobei die Höhe des Zugrohres einstellbar ist, um eine gleichbleibende Rührwirkung beibehalten zu können, auch dann, wenn die Menge 5 der Flüssigkeit im Hohlzylinder ändert. Diese bekannte Einrichtung enthält eine komplizierte Vorrichtung zum Ändern der Höhe des Zugrohres während der Reaktion.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine einfachere Einrichtung zu schaffen, die eine wirksame Zirkulation der io Flüssigkeit in dem Hohlzylinder ermöglicht.
Die erfindungsgemässe Einrichtung ist durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angeführten Merkmale gekennzeichnet.
Besondere Ausführungsbeispiele ergeben sich aus den 15 abhängigen Ansprüchen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend mit Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 die perspektivische Darstellung eines Ausfüh-20 rungsbeispieles der erfindungsgemässen Einrichtung,
Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Linie A-A' der Fig. 3 und
Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie B-B' der Fig. 2.
In einem Hohlzylinder 1 ist eine aus einer Anzahl Platten 25 2 gebildete Zugvorrichtung koaxial angeordnet. Im untersten Bereich des Hohlzylinders 1 sind Rohre 3 zum Zuführen eines Gases oder Gasgemisches vorhanden. Die Grösse und die Form der Zugvorrichtung kann der Grösse des Hohlzylinders und der Art der durchzuführenden Reaktion ange-30 passt werden. Im allgemeinen umfasst die Zugvorrichtung zwei bis dreissig Platten 2, vorzugsweise vier bis sechzehn Platten 2. Die Höhe der Platten ist so gewählt, dass die oberen Enden der Platten 2 sich etwas unterhalb des Flüssigkeitsspiegels der Flüssigkeit in dem Hohlzylinder befinden, 35 wenn die Gas- oder Gasgemischzuführung abgeschaltet ist. Die Platten 2 überlappen einander, so dass die gesamte Oberfläche aller Platten etwa dem 1,1- bis 4fachen Wert der scheinbaren Oberfläche der Zugvorrichtung bzw. Plattenanordnung entspricht. Der Abstand zwischen benachbarten, 40 sich überlappenden Abschnitten der Platten ist einstellbar und von der Viskosität der Nährflüssigkeit und dem Durchmesser des Hohlzylinders abhängig. Vorzugsweise beträgt der Abstand zwischen sich überlappenden Abschnitten 1 bis 25 cm.
45 Die Platten können quadratisch, rechteckig, rhombisch oder trapezförmig sein oder irgend eine andere geeignete Form aufweisen. Die Querschnittsform jeder Platte 2 kann gestreckt, bogenförmig oder kombiniert gestreckt und gebogen sein. Wie aus der Fig. 2 ersichtlich ist, ist der Querschnitt so jeder Platte 2 gekrümmt, vorzugsweise ein Teil eines Kreises. Der Krümmungsradius der Bogenstücke der Platten entspricht einem Wert, der zwischen dem Radius des Hohlzylin-ders 1 und dem Radius desjenigen Kreises liegt, auf welchem die Mittelpunkte der Querschnittsflächen der Platten ange-55 ordnet sind. Der Durchmesser des genannten Kreises entspricht im allgemeinen dem 0,65- bis 0,75fachen Wert des Durchmessers des Hohlzylinders 1.
Die Anordnung der Platten 2 kann eine hohle, rohrför-mige Struktur aufweisen und die Dicke der Platten 2 ist nicht 60 kritisch und es ist nicht notwendig, dass sie gleichmässig ist. Die Platten können aus verschiedenen Materialien hergestellt sein, wobei die Materialien von der Art der durchzuführenden Reaktion in dem Hohlzylinder 1 abhängig ist. Im allgemeinen können Materialien verwendet werden, aus wel-65 chen die Innenflächen der Reaktionsgefässe bestehen, wie Eisen, rostfreier Stahl oder Kunststoff.
Die Platten 2 können im Hohlzylinder ähnlich wie Leitbleche befestigt sein. Obwohl die Plattenanordnung allge
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mein eine zylindrische Form aufweist, die koaxial in dem Hohlzylinder 1 angeordnet ist, kann diese Anordnung auch die Form eines oben offenen Kegelstumpfes aufweisen oder auch eine Kombination von einer zylindrischen und einer kegelstumpfförmigen Form aufweisen, die koaxial in dem Hohlzylinder 1 angeordnet ist. Die oben beschriebene Plattenanordnung kann auch in Kombination mit einem bekannten Zugrohr verwendet werden, oder es können auch zwei oder mehr ineinander geschachtelte Plattenanordnungen verwendet werden.
Ausgezeichnete Wirkungen können durch die Benützung der oben beschriebenen Plattenanordnung erzielt werden. Beispielsweise ermöglicht sie eine hohe Blasenbrechungswirkung, hervorgerufen durch eine starke Strömung der Flüssigkeit in dem Hohlzylinder 1. Der Aufbau ist sehr einfach und es wird keine zusätzliche Bedienung von aussen benötigt.
Die Strömung und die Rührwirkung der Flüssigkeit in dem Hohlzylinder, in welchem sich die oben beschriebene Plattenanordnung befindet, ist nachstehend beschrieben. Wenn Luft durch ein im untersten Bereich des Hohlzylinders 1 angeordnetes Rohr 3 eingeführt wird, so entsteht im Bereich zwischen der Plattenanordnung und dem Hohlzylinder 1 (welcher Bereich nachstehend als Aussenbereich bezeichnet wird) eine Aufwärtsströmung der Flüssigkeit im Aussenbereich, während im Innern der Plattenanordnung die Flüssigkeit nach unten strömt. Ein Teil der entlang des Aussenbereiches nach oben strömenden Flüssigkeit tritt zwischen den Platten 2 hindurch in das Innere der Plattenanordnung ein. Durch die Plattenanordnung wird der Aussenbereich vom Innenbereich getrennt, wobei eine Saugwirkung entsteht. Wenn die Flüssigkeit zwischen den Platten 2 hindurch in das Innere der Plattenanordnung strömt, wird der Flüssigkeit eine Rotationsbewegung um die Mittelachse der Einrichtung erteilt, so dass sich eine Kreiselströmung in der Flüssigkeit bildet, wie dies durch die Pfeile in der Fig. 2 dargestellt ist.
Sobald sich die Flüssigkeit der inneren Wand des Hohlzylinders 1 nähert, hat sie durch die Zentrifugalkraft die Tendenz, nach oben zu steigen. Dieser Effekt, in Kombination mit dem Druckabfall der zwischen den Platten 2 hin-durchfliessenden Flüssigkeit und dem Aufsteigen des Gases oder Gasgemisches, ergibt eine Wirbelbildung. Dieser Wirbel verhindert, dass die Flüssigkeit gegen das Zentrum im unteren Teil der Plattenanordnung fliesst und unterstützt den Flüssigkeitsstrom in Richtung des Zentrums auf der Oberfläche der Flüssigkeit. Der Wirbel verlagert die an der Oberfläche der Flüssigkeit gebildeten Blasen, wobei die Blasen effektvoll aufgebrochen werden, wodurch eine Verlagerung und eine Rührwirkung erzielt wird.
Eine Einrichtung mit der oben beschriebenen Plattenanordnung wird in vorteilhafter Weise zu irgend einer Reaktion verwendet, wobei ein Gas oder ein Gasgemisch mit einer Flüssigkeit gemischt wird, insbesondere zum Fermentieren einer Flüssigkeit mittels eines aeroben Mikroorganismus. Die oben beschriebene Einrichtung wird beispielsweise in einem Gärvorgang verwendet zur Erzeugung von Aminosäuren, organischen Säuren, Nukleinsäuren, Antibiotikum, Enzymen, usw.
Gewisse spezifische Verwendungsbeispiele der oben beschriebenen Einrichtung sind nachstehend näher beschrieben.
Beispiel 1
In diesem Beispiel werden in einem 2-1-Erlenmeyer-Kolben 300 ml eines Nährmediums mit einem pH-Wert von 7,3, enthaltend 40 g/1 Glukose, 2 g/1 KH2P04, 0,5 g/1 MgS04 • 7H20,10 mg/1 MnS04 • 4H20,10 mg/1 FeS04 •
7H20,50 ng/1 Biotin, 100 jag/1 Thiamin-hydrochlorid, 50 ml/1 Hydrolysat von Sojabohnenmehl und 3 g/1 Harnstoff mit dem Mikroorganismus Corynebacterium glutamicum ATCC 21 543 geimpft und während 24 h unter Schütteln bei 30 °C gezüchtet.
Dann werden 31 der so erhaltenen Kultur in einem 300-1-Fermenter, enthaltend 1501 eines Mediums gleicher Zusammensetzung wie das vorstehend beschriebene Nährmedium, überführt und unter Belüftung und Rühren während 24 h bei 30 °C gezüchtet.
Von der so erhaltenen zweiten Kultur werden 1201 in einen mit einem Rührwerk ausgerüsteten Fermenter und ein gleicher Mengenanteil in eine zylindrische Bläschensäule überführt, wobei der Fermenter wie auch die Bläschensäule je 12001 eines Fermentationsmediums mit einem pH-Wert von 7,5 mit einem Gehalt von 160 g/1 Glukose, 0,5 g/1 KH2P04,0,5 g/1 MgS04 ■ 7H20,10 mg/1 FeS04 • 7H20, 50 Hg/1 Biotin, 100 ng/1 Thiamin-hydrochlorid und 10 ml/1 Hydrolysat von Sojabohnenmehl enthalten. Die Züchtung erfolgt unter den in Tabelle 1 angegebenen Bedingungen. Der pH-Wert der Kultur wird mit Ammoniakgas auf 7,0 gestellt und gehalten.
Der Sprudelzylinder und der Fermenter entsprechen den nachstehenden Spezifikationen:
Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Einrichtung, auch Sprudelzylinder genannt:
Durchmesser: 80 cm
Höhe: 4 m Plattenanordnung:
Durchmesser 56 cm
Höhe: 3 m
Anzahl Platten: 4 Abmessungen jeder Platte: 3m x 50 cm
Abstand zwischen den Platten: 1 cm Plattenkrümmung: gleich wie diejenige des Zylinders Fermenter:
Durchmesser: 1,2 m
Höhe: 1,8 m
Tabelle 1
Fermentationsbedingungen Sprudel- Fermenter zylinder
Temperatur, °C 30 30
Fermentationsdauer, h 30 39
Belüftung, N m3/min 2,0 1,2
Rührtourenzahl, U/min - 130
Konzentration der Zellen g/1 20 , 22
Lysinausbeute (HCl), g/1 54,2 49,2
Beispiel 2
Beispiel 1 wurde mit der Ausnahme wiederholt, dass im Fermentationsmedium anstelle von Glukose 160 g/1 Zucker-rohr-Industrieendmelasse, berechnet als Glukose, verwendet wurden. Die Fermentationsbedingungen und die erhaltenen Resultate sind in Tabelle 2 zusammengefasst.
Tabelle 2
Fermentationsbedingungen Sprudel- Fermenter zylinder
Fermentationsdauer, h 32 40
Konzentration der Zellen, g/1 20,5 21,0
Lysinausbeute (HCl), g/1 53,9 48,4
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
S
1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

650413 PATENTANSPRÜCHE
1. Einrichtung zum Erzeugen von Reaktionen zwischen einem Gas oder Gasgemisch und einer Flüssigkeit, mit einem vertikal angeordneten Hohlzylinder (1) und Mitteln (3) zum Zuführen des Gases oder Gasgemisches im unteren Bereich des Hohlzylinders, dadurch gekennzeichnet, dass im Hohlzylinder eine Anzahl gleichmässig angeordneter Platten (2) vorhanden sind, dass jede Platte einen äusseren und einen inneren von unten nach oben verlaufenden Abschnitt aufweist, und dass der äussere Abschnitt den inneren Abschnitt der einen benachbarten Platte und der innere Abschnitt den äusseren Abschnitt der anderen benachbarten Platte überlappt.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtoberfläche aller Platten der Plattenanordnung 1,1 bis 4mal die scheinbare Oberfläche der Plattenanordnung ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt der Platten bogenförmig ist.
4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Platten vertikal in dem Hohlzylinder angeordnet sind.
5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt der Platten bogenförmig ist.
6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelpunkte der bogenförmigen Querschnittsflächen der Platten auf einem Kreis mit einem Durchmesser angeordnet sind, der das 0,65- bis 0,75fache des Durchmessers des Hohlzylinders ist.
7. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Plattén so angeordnet sind, dass sie eine kegel-stumpfige Anordnung bilden.
CH9619/80A 1979-12-25 1980-12-29 Einrichtung zum erzeugen von reaktionen zwischen einem gas oder gasgemisch und einer fluessigkeit. CH650413A5 (de)

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