DE3429355A1 - Verfahren und vorrichtungen zur durchfuehrung verfahrenstechnischer vorgaenge in gas-liquid-systemen (g-l-systemen) - Google Patents

Verfahren und vorrichtungen zur durchfuehrung verfahrenstechnischer vorgaenge in gas-liquid-systemen (g-l-systemen)

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DE3429355A1
DE3429355A1 DE19843429355 DE3429355A DE3429355A1 DE 3429355 A1 DE3429355 A1 DE 3429355A1 DE 19843429355 DE19843429355 DE 19843429355 DE 3429355 A DE3429355 A DE 3429355A DE 3429355 A1 DE3429355 A1 DE 3429355A1
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Description

  • Patentanmeldung
  • Verfahren und Vorrichtung zur Durchführung verfahrenstechnischer Vorgänge in Gas-Liquid-Systemen (G-L-Systemen) Stand der Technik G-L-Systeme finden in der Technik vielfältige Anwendungen, z.B.
  • bei Gaswäschen, Naßentstaubung; Trennung von Gasgemischen durch selektive Absorption; Verdampfung und Kondensation; Kristallisation; (bio-)chemischen G-L-Reaktionen.
  • Tn den meisten Fällen ist die G-Phase selbst an den Vorgängen durch Wärme- und Stoffübertragung zwischen G- und L-Phase beteiligt. Sie kann aber auch als "Inertgas" lediglich zur Durchmischung des L-Systems dienen, während das eigentliche Verfahren allein in der L-Phase stattfindet; z.B. Solventextraktion oder anaerobe Bioreaktion.
  • Unter dem Begriff G-L-Systeme sind hier auch solche mit erfaßt, die außer reinen oder molekular durchmischten G- und L-Phasen auch unlösliche dispergierte L-Phasen (Tropfen, Emulsionen) oder S (Solid)-Phasen (Suspensionen) sowie Aerosole enthalten.
  • Die Durchführung verfahrenstechnischer Vorgänge in G-L-Systemen erfolgt derzeit überwiegend in den in Bild 1 gezeigten Apparatetypen: Begaster Rührkessel (RK), Blasensäule (BS), begaste Schlaufenapparate (SA), Kombinationen daraus (z.B. SA mit BS darüber) sowie in Spezialapparaten für Sonderzwecke /1, 2/.
  • In RK findet undefinierte intensive Durchmischung aller Phasen im gesamten G-L-System statt; in BS undefinierte weniger intensive Durchmischung; in SA definierte und einstellbar intensive Durchmischung durch Einstellung der Geschwindigkeit des um ein Leitrohr definiert gelenkten Umlaufs.
  • Alle genannten gebräuchlichen Reaktortypen nähern sich demnach bei kontinuierlichem Betrieb (Fließbetrieb) in ihrem Misch- und Verweilzeitverhalten mehr oder weniger dem Idealkessel mit vollkommener Durchmischung an.
  • Beim Idealkessel liegen die Verweilzeiten t der Teilmengen bei t.aeoretischoo lange laufendem Betrieb im Bereich o c t #co; sie weichen also weitestmöglich von der mittleren Verweilzeitt aller Teilmengen ab. Für alle zeitabhängigen Vorgänge ergibt das die größte Uneinheitlichkeit der Teilmengen, also z.B.
  • unterschiedlichste Konzentrationen aller sich zeitlich ändernden Stoffe in den Teilmengen. Die mittlere Konzentration ist im Idealkessel in jedem Volumenelement gleich (vollkommene Durchmischung), also auch gleich der des Auslaufstroms. Das begrenzt den Umsatz z.B. von Reaktanden zu gewollten Reaktionsprodukten bei (bio-)chemischen Reaktionen, der möglichst weitgehend sein sollte /2/.
  • Den anderen Extremfall im Gegensatz zum Idealkessel bildet das Idealrohr mit Pfropfenströmung (ohne Rückmischung) des G-L-Systems. Hier ist die Verweilzeit t aller Teilmengen ur.tereinander gleich und somit auch gleich ihrer mittleren Verweilzeit t . Für alle zeitabhängigen Vorgänge ergibt das vollkommene Einheitlichkeit aller Teilmengen z.B. hinsichtlich ihrer Konzentrationen an den beteiligten Stoffen. So ergibt sich der größtmögliche Umsatz aller am Verfahren beteiligten Stoffe und zwar von ihren Eintrittskonzentrationen bis hin zu den Austrittskonzentrationen, die sich aus Kinetik und Verweilzeit ergeben und beträchtlich günstiger als die jeweils mittleren Konzentrationen im Reaktor sind.
  • Das Realrohr bringt beträchtliche Abweichungen von der Pfropfenströmung des Idealrohrs durch Rückmischung insbesondere infolge von Strömungsprofil, Toträumen, Umlenkungen, Diffusion. Das begrenzt den mittleren Umsatz sowie seine Einheitlichkeit im Realrohr. Besonders stark wirkt sich Rückmischung aus bei G-L-Systemen in Blasensäulen, die im Prinzip einem Realrohr entsprechen. Aufsteigende Gasblasen bewirken aufgrund des Kontinuitätsprinzips an anderer Stelle des G-L-Systems Abwärtsströmungen, die Flüssigkeit und auch Gasblasen (v.a. kleinere) wieder mit nach unten ziehen. Das führt zu Konzentrationsverteilungen längs der Höhe, die vom Idealrohr mehr oder weniger abweichen.
  • Ebenso bewirkt der Schlaufenapnarat durch seine definiert gelenkte Rezirkulation eine intensive Rückmischung und damit weitgehende Annäherung an ideale Rührkesselcharakteristik /2/. Dem für die G-Phase entgegenzuwirken, ist eines der Ziele eines inzwischen erteilten Europäischen Patents /3/, z.B. gemäß Bild 2. Die dabei erzielbare Annäherung des einen SA umgebenden BS-Teils an das ideale Rohrverhalten ist jedoch begrenzt durch die vorbeschriebene Rückmischung von G-L-Systemen in BS. Das gilt auch für die ?Ausführung gemäß Bild 1 d s ist bekannt, daß man sich exakt berechenbar dem Verweilzeitverhalten des Idealrohrs mit Pfropfenströmung annähern kann durch eine Rührkesselkaskade (RKK), die gemäß Bild 3 aus n hintereinandergeschalteten RK besteht. Aus Bild 4 geht die Annäherung einer n - stufigen Kaskade an die stufenförmige "Sprungantwort" eines Idealrohrs hervor, die das Verweilzeitverhalten cennzcichnpt /2/.
  • Die technische Realisierung vielstufiger RKK ist jedoch hinsichtlich Investition und Betrieb sehr aufwendig.
  • iel und Beschreibung der vorliegenden Erfindung.
  • Ziel der vorliegenden Erfindung ist die definierte Annäherung es Verweilzeitverhaltens aller Phasen einer G-L-Strömung an das im Idealrohr und damit auch die Verbesserung des Umsatzes nd seiner Einheitlichkeit bei verfahrenstechnischen Vorgängen durch eine vielstufige Kaskade, die technisch-wirtschaftlich günstig auch mit großem Volumen und vielen Stufen n zu verwirklichenist. Ferner soll durch Kombination dieser neuartigen Kas-Rade mit anderen Reaktortypen eine gezielt optimale Anpassung les Verfahrens und der Apparatur an verschiedenartige Anforderungen von Verfahrensabschnitten unterschiedlicher Prozesse erreicht werden.
  • Die Wirkungsweise dieses neuen Kaskadenverfahrens beruht auf der natürlichen Auftriebskraft von Gasen in Flüssigkeiten.
  • Bild 5 erläutert das Verfahren, hier durchgeführt in einem turmartigen rechteckigen Behälter 1, in dem Leitbleche 2 vorzugsweise leicht ansteigend wechselweise an zwei gegenüberliegenden wänden über die Tiefe des Behälters angeordnet sind. Der Gasstrom V~ (offener Pfeil) wird unten durch den Gaseintrittsstutzen 3 außermittig auf der Seite zugeführt, von der das unterste Leitblech ausgeht. Der Gasstrom steigt durch seinen Auftrieb steil aufwärts und wird von dem Leitblech zu der Auslaßöffnung 4 geführt. Die einseitig aufsteigende G-Strömung verursacht auf der anderen Seite eine Abwärtsströmung der L-Phase (geschlossener Pfeil), die auch sehr kleine G-Blasen mitnehmen kann. So bildet sich durch Airlift- oder Mammutpumpenwirkung ein L-Wirbel in der untersten Kammer der Kaskade aus.
  • Er sorgt für Durchmischung insbesondere der L-Phase, so daß sich diesbezüglich in der Kammer Rührkesselcharakteristik ergibt. Das Gas durchströmt hingegen die Kammer überwiegend mit Rohrcharakteristik.
  • Das gleiche wiederholt sich mit alternierendem Seitenwechsel in allen darüber befindlichen Kammern. Resultierend entsteht so eine n - stufige innere Wirbelkaskade (WK) in einem rechteckigen turmartigen Apparat, wobei die Wirbel in jeder Kammer durch den natürlichen Aufstieg der G-Phase (Airlift) angetrieben werden. Rückmischung von einer Kammer zur anderen findet weder für die L- noch für die G-Phase statt. Das führt mit zunehmender Stufenzahl der Kaskade zu der gewollten Annäherung an das Idealrohr, das gekennzeichnet ist durch L- 1Q##.
  • Da das Gas auch innerhalb einer Kammer praktisch nicht rezirkuliert, durchströmt es die Gesamtkaskade vom Eintritt bei 3 (Vg) bis zum Austritt bei 7 (mg) effektiv mit weitgehender Annäherung an ideale Rohrcharakteristik.
  • Für die L-Phase ist in der Regel stufenweise Durchmischung in den Teilvolumina der Kammern erwünscht, um hier Turbulenz, hohe Stoff- und Wärmeübertragung, Durchmischung und Temperaturkonstanz zu bewirken.
  • Der L-Strom VLX bzw. (val) kann am Fuß bzw. am Kopf der Kaskade z.B. bei 5 bzw. 6 zugeführt und bei 7 bzw, 8 als VLM bzw. zu. (VL») abgeführt werden, so daß sich Gleich- bzw. Gegenstrom zwischen L- und G-Phase ergibt. Die L-Zuführung und -Abführung sollte vorteilhafterweise der L-Bewegung in der betreffenden Kammer fördernd angepaßt werden.
  • Das gleiche Verfahren läßt sich in runden turmartigen Behältern durchführen, wobei gemäß Bild 6 das Gas aus einer Kammer in die darüber befindliche alternierend innen und außen aufsteigt.
  • Das bewirkt, wie zuvor beschrieben, durch Airlift angetriebene L-Ri.ngwirbel in der dargestellten Weise.
  • Alternativen zu der Ausführung gemäß Bild 6a. sind als Beispiele für viele Möglichkeiten in Bild 6b. und c. dargestellt. In Ausführung b. steigt der Gasstrom nur in der Mitte, in Ausführung c. nur am Rand der Wirbelkaskade (WK) auf. Diese wie andere Ausführungsvarianten lassen sich für jede WK-Form bei Wahrung des erfindungsgemäßen Prinzips anwenden. Je nach G- und L-Durchsatz, Viskosität und Koaleszenzverhalten kann die optimal entsprechende Ausführungsart gewählt werden.
  • Zur Redispergierung koaleszierter Gasblasen und Tropfen sowie agglomerierter Partikel können Siebe, Lochbleche oder ähnliches jeweils am unteren Gaseintritt 4 in die Wirbelkammer beitragen (s.Bild 5).
  • Soll der L-Umlauf und/oder die G-Dispergierung und ggf. auch Dispergierung von S-Agglomeraten oder koaleszierten nichtlöslichen L-Tropfen in der WK erhöht werden, so lassen sich zuzusätzlich L-Strahlen 10 hoher Geschwindigkeit (z.B. wL w20 m/s) injizieren, wie Bild 6a. als Beispiel zeigt.
  • Siebe oder perforierte Lenkbleche 9 in Bild 5 können die G-Führung zum Eintritt 4 in die darüber liegende Wirbelkammer verbessern und den Einzug von Gasblasen in den L-Wirbel mindern.
  • Wenn sich in den Ein- und Auslaßöffnungen der Wirbelkammern Siebe oder ähnliches befinden, können hier auch suspendierte Feststoffe (z.B. Katalysatoren, Adsorbentien) oder Partikel mnt fixierten Zellen oder Enzymen zurückgehalten werden. Bei nachlassender Aktivität können sie z.B. über Stutzen 11 (Bild 6) (mit Verdrängerkörper) ausgewechselt werden.
  • Alle festen Partikel oder Tropfen, die in dem G-L-System dispergiert sind, können aber auch die WK entsprechend ihrer Dichtedifferenz zur L-Phase durchlaufen, beispielsweise aufwärts bei 4 und abwärts über Spalte 12 (Bild 6).
  • Falls Gas nur oder zusätzlich zum Wirbelantrieb dienen soll, z.B. Inertgas zusätzlich zu dem sich bildenden Gas bei anaeroben Bioreaktionen, so kann es auch in kleine elastische Kapseln definierter Größe eingeschlossen sein, was Koaleszenz und Einzug kleiner Blasen in den Flüssigkeitsumlauf verhindert.
  • Die Kapseln können zusätzlich außen einen biologischen Rasen bilden zur Zell- oder Enzymfixierung. Natürlich sind die Maschenweiten der Siebe bei 4 ggf. darauf abzustimmen. In einem Fallrohr können die Gaskapseln wieder an den Eintritt der WK zurückgeführt und z.B. über Schnecken- oder Mohnopumpen wieder eingebracht werden.
  • Anstelle kleiner Gaskapseln können auch nicht mischbare spezifisch leichtere Flüssigkeiten oder Feststoffe oder einstellbare Kombinationen aller Phasen frei oder in Umhüllungen aufsteigen und die Umläufe in den Kammern antreiben.
  • Eine weitere Ausführung einer WK zeigt Bild 7. Hier ist, wie ein Vergleich von Bild 7a.mit Bild 6 verdeutlicht, jede runde Wirbelkammer wie beim Schlaufenapparat mit einem konzentrischen Leitrohr 13 (oder auch mehreren) versehen, das die Wirbel definiert lenkt.
  • Das gleiche zeigt Bild 7b. im Vergleich mit Bild 5 für eine rechteckige WK mit Leitblechen 14. In beiden Fällen erhält man Schlaufenkaskaden (SK) mit definiert gelenkter UmlauSströmung in jeder Kammer, die auch hier durch das aufsteigende Gas (Airlift) angetrieben wird.
  • Diese Leitrohre oder -bleche 13 und 14 können ebenso wie Mantel 1, Leitrohre 2 und sonstige Einbauten doppelwandig ausgeführt werden und als zusätzliche Heiz- oder Kühleinrichtungen wirken. Sie können aber auch als Doppelmembran oder als Membranträger oder mit perforierten Wänden zu fein verteilter Zufuhr von Stoffen, z.B. Substrat bei Bioreaktoren dienen oder zum selektiven Abzug von Stoffen, die beispielsweise zu Produktinhibierung führen, wie EtOH bei alkoholischer Gärung. Außerdem eignen sich diese Leitrohre auch zur Zell- und Enzymfixierung an ihren Oberflächen oder z.B. als Festbetten in den von ihnen gebildeten zwangsdurchströmten Teilräumen der Kammern.
  • Schließlich können die Kammern der Kaskade auch einzeln oder als Teilkaskaden in beliebiger Form nebeneinander angeordnet werden, wobei ebenfalls erfindungsgemäß die Wirbelbildung in den Kammern durch aufsteigendes Gas oder aufsteigende spezifisch leichtere Stoffe beliebiger Art erzeugt wird.
  • Als Beispiel für Kombinationen einer Wirbelkaskade mit anderen Apparatetypen zeigt Bild 8, eine Schlaufe mit aufgesetzter runder Wirbelkaskade. Das konische Übergangsstück bewirkt als "Entgasungskopf" /2/ verminderten Einzug von Gasblasen in die Abwärtsströmung der Schlaufe.
  • Alle Wirbelkaskaden haben i.w. folgende Vorteile: 1. Erzeugung von L-Umlaufströmungen (Durchmischung) in allen Kammern der Kaskade durch aufsteigende Gase oder spezifisch leichtere Teilchen, jedenfalls ohne bewegte Teile (Rührer) und Wellendichtungen: Dichtheit, Sterilität; geringe Energiekosten.
  • 2. Vielstufige Wirbelkaskade mit übereinander angeordneten Wirbelkammern in hohen turmartigen Apparaten oder mit nebeneinander angeordneten Kammern oder Teilkaskaden beliebiger Form mit einfachen festen Leiteinrichtungen: Geringe Investitions- und Wartungskosten.
  • >. Weitgehende Annäherung an Rohrcharakteristik durch sehr vielstufige Kaskade (n41~0): Hoher und gleichmäßiger "Umsatz" bei zeitabhängigen verfahrenstechnischen Prozessen.
  • 4. Nutzung des zur Durchführung des verfahrenstechnischen Vorgangs erforderlichen aufsteigenden Gases oder spezifisch leichterer Flüssigkeit und Feststoffe in der L-Phase: Wirbelbildung ergibt sich als kostenloser Nebeneffekt, da Gas oder spezifisch leichtere Stoffe sowieso unten zugeführt werden müssen und von selbst aufsteigen.
  • 5. Nutzung aller Bauteile für zusätzliche Wärme- und Stoffübertragung (z.B. selektiver Produktabzug) sowie für Fixierung von Zellen und Enzymen: Verbesserung von Umsatz und Selektivität; größere Ausführungen; besseres Stabilitätsverhalten /4, 5/.
  • 6. Zurückhalten partikelfixierter Zellen und Enzyme in den Kammern durch deren Abgrenzung mit Sieben oder ähnlichem: Ermöglichung und Verbesserung enzymatisch katalysierter Reaktionen bei kontinuierlichem Betrieb.
  • 7. Gleich- oder Gegenstrombetrieb insbesondere für G- und L-Phase: Anpassung an geforderte Konzentrationsdifferenzen.
  • 8. Kombination mit beliebigen anderen Apparatetypen: Gezielte Anpassung des Verfahrens und der Vorrichtung an geforderte Betriebsbedingungen.
  • /1/ Blenke, H.: Loop Reactors. Adv. Biochem. Engng. 13(1979) 121-214 /2/ Blenke, H.: Biochemical Loop Reactors. Biotechnology; Vol. 3 (1984/85) /3/ Blenke, H.: Verfahren und Vorrichtung zur Durchführung von (bio-)chemischen Reaktionen in einem Gas/Flüssigsystem. Europ. Patent Nr. 0 007 489 vom 10.11.8; /4/ Blenke, H.: Einflüsse von Bauform und Wärmeübertragung auf Grenzleistung und Stabilitätsverhalten chemischer Reaktoren. Chem.Ing.Techn. 3 (1967) 109-116 /5/ Blenke, H.; Prinzing P.: Wirtschaftlich optimale Auslegung chemischer Reaktoren. Chem.Ing.tech. 41 (1969) 5 und 6, 233-238 Bild 1. Übliche Apparatetypen für Gas-Liquid-Systeme (G-L-Systeme): a. Begaster Rührkessel (RK); b. Blasensäule (BS); c. Schlaufenapparate (SA), links mit Mammutantrieb (MSA), rechts mit zusätzlichem L-Strahlantrieb (SSA); die Kombination von SSA und darüber BS.
  • Bild 2. SSA mit darum angeordneter BS, derart, daß die L-Phase den SSA mit Rührkesselcharakteristik und die BS mit Rohrcharakteristik durchläuft, die G-Phase hingegen beide Teile mit Rohrcharakteristik.
  • Bild 3. Rührkesselkaskade für G-L-Systeme zur Annäherung an Rohrcharakteristik.
  • Bild 4. Übergangsfunktionen S (g) für Rührkesselkaskade (n = 1 - 33) und Idealrohr (n =ovo) Bild 5. Wirbelkaskade (WK) mit Mammutantrieb aller L-Umlaufströmungen, angeordnet in einem rechteckigen turmartigen Apparat.
  • Bild 6. Wirbelkaskaden (WK) mit Mammutantrieb aller L-Umlaufströmungen, angeordnet in einem runden turmartigen Apparat.
  • Bild 7. Schlaufenkaskade für runden Apparat (a.) und rechteckigen (b.).
  • Bild 8. Wirbelkaskade (WK) entsprechend Bild 6a auf einem Schlaufenapparat (SA) entsprechend Bild 1 c. mit zwischengeschaltetem "Entgasungskopf" zur Verminderung der in den Ringraum des SA eingezogenen Gasblasen.

Claims (22)

  1. Patentansprüche 1. Verfahren zum Durchführen von verfahrenstechnischen Grundoperationen und (bio-)chemischen Reaktionen in Flüssig- oder Gas-Flüssig-Systemen mit Kaskaden bestehend aus mehreren hintereinander geschalteten Kammern, dadurch gekennzeichnet, daß Gas und/oder andere spezifisch leichtere Stoffe in Teilbereichen der Kammern aufsteigen und dadurch in anderen Teilbereichen der Kammern abwärts gerichtete Strömung der Flüssigkeit bewirken, die zu freien oder gelenkten mlaufströmungen der Flüssigkeit in den Kammern führt, an denen auch fein dispergierte andere Stoffe teilnehmen können (Bilder 5 bis 7).
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die durch aufsteigendes Gas erzeugte Umlaufströmung der Flüssigkeit für diese in den Kammern zu Annäherung an Rührkesselcharakteristik, in der Gesamtkaskade durch mehrfache Hintereinanderschaltung der Kammern jedoch zu Annäherung an Rohrcharakteristik führt, während die Aufwärtsströmung des Gases für dieses in jeder Kammer und damit auch in der Gesamtkaskade praktisch Rohrcharakteristik aufweist.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Kammern Feststoffpartikel, Katalysatoren, Trägerstoffe mit fixierten Zellen und/oder Enzymen auswechselbar zurückgehalten bzw. fest angeordnet werden (z.B. als Festbett) und damit bei kontinuierlichem Betrieb ihr "Austragen" verhindert und hohe Produktivität erreicht wird.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß in den Kammern verfahrensfördernde Stoffe zugeführt und/oder verfahrenshemmende Stoffe abgeführt werden.
  5. 5. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß Bauteile in der Kaskade, insbesondere die Leiteinrichtungen, zusätzlich zur Wärmeübertragung in der Kaskade beitragen.
  6. ~ s Æ w w v w 6. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit und darin dispergierte Stoffe durch die Gesamtkaskade oder Teile davon im Gleichstrom oder im Gegenstrom zum aufsteigenden Gas geführt werden.
  7. 7. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß koaleszierte Gasblasen oder nicht lösliche Tropfen oder agglomerierte Partikel in der Kaskade durch Siebe, Lochplatten, Flüssigkeitsstrahlen, Turbulenz der Wirbelströmung oder ähnliches mehrfach redispergiert werden, um die Phasengrenzflächen für Stoff- und Wärmeübertragung zu vergrößern.
  8. 8. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß diese Kaskaden mit weitgehender Annäherung an Rohrcharakteristik für alle durchströmenden Phasen und Umlaufantrieb in den Kammern durch aufsteigendes Gas oder andere spezifisch leichtere Stoffe wie gezeichnet und beschrieben, kombiniert werden mit vor-, nach- oder zwischengeschalteten anderen Verfahrensweisen.
  9. 9. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammern der Kaskade übereinander angeordnet sind zu einer turmartigen Wirbel-oder Schlaufenkaskade beliebigen Querschnitts (Bilder 5 bis 8).
  10. 10. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in rechteckigen Kaskaden die Kammern oben Leitbleche 2 aufweisen, die vorteilhafterweise aufwärts gerichtet sind und das einseitig in den Kammern aufsteigende Gas zu einer Austrittsöffnung (oder mehreren) leiten, durch die es in die darüberliegende Kammer eintritt (Bild 5).
  11. 11. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß in rechteckigen Kaskaden die Leitbleche 2 wechselweise an gegenüberliegenden oder angrenzenden Wänden oder an der gleichen Wand der Kaskade angeordnet sind (Bild 5).
  12. 12. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in runden Kaskaden die Leitbleche gemäß Bild 6a welchselweise so angeordnet sind, daß sie das aufsteigende Gas alternierend innen bzw. außen der darüberliegenden Kammer zuführen.
  13. 13. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in runden Kaskaden die Leitbleche einheitlich so angeordnet sind, daß sie das Gas innen oder außen der darüber liegenden Kammer zuführen (Bilder 6a.und c.) oder in beliebigen Kombinationen verschiedener Leitblechanordnungen.
  14. 14. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in rechteckigen Kaskaden in jeder Kammer mindestens ein Leitblech 14 (Bild 7 b.) angeordnet ist, das die von aufsteigendem Gas und/oder spezifisch leichteren Stoffen angetriebenen Flüssigkeitsumlaufströmung definiert lenkt im Sinne einer Schlaufencharakteristik.
  15. 15. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in runden Kaskaden in jeder Kammer mindestens ein Leitrohr 13 angeordnet ist, das die wie zuvor angetriebene Flüssigkeitsumlaufströmung definiert lenkt im Sinne einer Schlaufenströmung, wobei die Durchmesser der Leitrohre in den Kammern verschieden groß sein können je nach Ein- und Austrittsort der Gasströmung (Bild 7 a.).
  16. 16. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Ansprüchen 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß in den Durchtrittsöffnungen für das Gas Siebe, Lochplatten oder ähnliches oder nach oben gerichtete Flüssigkeitsstrahldüsen 10 angeordnet sind, die zur Primär- oder Redispergierung von Gasblasen, Tropfen oder Feststoffagglomeraten führen.
  17. 17. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Ansprüchen 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitbleche für die aufsteigenden spezifisch leichteren Stoffe auch Öffnungen 12 (Bild 6) enthalten, um spezifisch schwerere Stoffe nach unten austreten zu lassen.
  18. 18. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Ansprüchen 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß alle Öffnungen der Kammern so mit Sieben oder ähnlichem versehen sind, daß Feststoffpartikel, Katalysatoren, Trägerstoffe mit fixierten Zellen und/oder Enzymen in den Kammern zurückgehalten bzw. fest angeordnet werden (z.B. als Festbett) und über geeignete verschließbare öffnungen wie Stutzen 11 (mit Verdrängerkörper) bzw. über verschließbare Öffnungen 12 von Zeit zu Zeit ausgewechselt bzw. abgelassen werden können.
  19. 19. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Ansprüchen 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß Inertgas, das nicht stofflich am Verfahren beteiligt ist, sondern nur oder zusätzlich die Umläuft in den Kammern antreiben soll, ebenso wie jeder andere spezifisch leichtere Stoff in kleine elastische Kapseln eingeschlossen wird; wobei die Kapseln nach Abzug am Kopf der Kaskade wieder unten z.B.
    mit Schnecken- oder Mohnopumpen zugeführt werden.
  20. 20. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Ansprüchen 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiteinrichtungen doppelwandig ausgeführt werden, ggf. auch als Doppelwandmembrane, um in feiner örtlicher Aufteilung dem System Stoffe zuzuführen oder selektiv zu entziehen.
  21. 21. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Kammern der Kaskade oder übereinander angeordnete Teilkaskaden nebeneinander angeordnet werden, wobei es sich um Einzelapparate oder -aggregate oder um eine gemeinsame Unterbringung in einem Gesamtapparat handeln kann.
  22. 22. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Ansprüchen 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß jede Wirbel-oder Schlaufenkaskade wie bezeichnet und beschrieben mit jedem anderen Apparatetyp so kombiniert wird, daß jener der Kaskade vor-, nach- oder zwischengeschaltet ist, wobei die Apparate getrennt oder in einem Gesamtapparat z.B. gemäß Bild 8 vereinigt sein können.
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