Firma Heinrich Frings, Bonn (Deutschland)
Die Erfindung betrifft eine Belüftungsvorrichtung für Flüssigkeiten mit einem nahe am Boden eines mit der Flüssigkeit gefüllten Behälters angeordneten, um eine vertikale Welle rotierenden, hohlen und an seinem Umfang mit vier bis acht, in Radialebenen liegenden Luftaustrittsöffnungen versehenen Rotor, der an einer nach unten durch den Behälterboden geführten Antriebswelle befestigt ist und nach oben mit einer feststehenden Luftansaugleitung verbunden ist, wobei den Luftaustrittsöffnungen des Rotors senkrechte, mit gedachten Radialebenen des Rotors spitze Winkel einschliessende Flächen in Drehrichtung vorgelagert sind, und mit einem den Rotor umgebenden Stator mit zwischen zwei Flachringen befestigten senkrechten, jeweils von der radialen Richtung unter einem spitzen Winkel abweichenden Leitschaufeln.
Fast alle bekannten Belüftungsvorrichtungen arbeiten in Kombination mit einem Gebläse oder einem Kompressor, d. h. sie sind nur in der Lage, vorkomprimierte Luft in der Flüssigkeit zu verteilen. Es gibt nur wenige Belüftungsvorrichtungen, die die Luft selbsttätig ansaugen und in der zu belüftenden Flüssigkeit gleichmässig in feinen Blasen verteilen. Mit Hilfe einer bekannten Belüftungsvorrichtung der letzteren Art ist es möglich, Luft in einer Flüssigkeitssäule von 3,0 m Höhe mit einem spezifischen Energiebedarf von 1,2 bis 1,5 KWh/ 10 m3 gleichmässig zu verteilen. Es gelingt dabei, einen Behälter mit 3,0 m Durchmesser mit 50 m3 pro Stunde Luft auszulüften.
Um die Qualität einer Belüftung auch hinsichtlich der Feinheit der Luftblasen und der Gleich- mässigkeit ihrer Verteilung zu beurteilen, benutzt man am besten submerse Spritessiggärungen mit steigender Alkohol- und Essigsäurekonzentration. Infolge der grossen Empfindlichkeit der Essigbakterien gegen auch nur vorübergehenden Sauerstoffmangel, die mit ansteigender Alkohol- und Essigsäurekonzentration noch zunimmt, sind Leistung und Ausbeute einer solchen Gärung ein sicheres Mass für die Qualität der Belüftung. Mit einer Vorrichtung der vorgegebenen Art ist es möglich, in dem erwähnten Gärbehälter von 3,0 m Durchmesser eine submerse Spritessiggärung durchzuführen, bei der eine Konzentration der Essigsäure von 10 O/o erreicht wird und bei der die Säurezunahme pro Stunde 0,10 Oio Essigsäure beträgt.
Die Ausbeute liegt dabei bei 90 O/o.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den spezifischen Energiebedarf derartiger Belüftungsvorrichtungen wesentlich zu senken sowie die Grösse der Luftblasen zu verringern und deren Verteilung im Gärbehälter zu verbessern. Wegen der Flüchtigkeit von Alkohol und Essigsäure wird eine Ausbeute- und Leistungssteigerung erzielt, wenn eine derartige Belüftungsvorrichtung mit Hilfe der submersen Spritessiggärung getestet wird. Darüberhinaus gelingt es bei Verbesserung der Belüftung, die Konzentration der erzielten Essigsäure zu steigern. Weiters ist die Aufgabe gestellt, die Gärbehälter sowohl im Durchmesser als auch in der Füllhöhe zu vergrössern, ohne dabei den spezifischen Energiebedarf wieder zu erhöhen. Diese Forderung wird im Hinblick auf den Bau grösserer Belüftungsaggregate gestellt.
Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit einer erfindungsgemässen Belüftungsvorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die auf der Antriebswelle sitzende Rotornabe zu einem aufwärts in die Luftsaugleitung ragenden und gegen diese mit einer Labyrinthdichtung abgedichteten Hohlzylinder verlängert ist und dass die von den Luftaustrittsöffnungen, den vorgelagerten senkrechten Flächen und dem um den Rotor gedachten Rotationszylinder gebildeten Kammern nach oben und unten vom Rotorumfang her teilweise gedeckt sind, wobei wenigstens zwölf Leitschaufeln vorgesehen sind, deren Innenkanten vom Rotorumfang nur um ein die freie Rotorrotation noch ermöglichendes Mass abstehen, welche Leitschaufeln mit den durch die Innenkanten gelegten Radialebenen einen Winkel von 25 bis 30 einschliessen.
Um den spezifischen Energiebedarf zu senken, ist es notwendig, die durch den Rotor verursachte Flüssigkeitsbewegung genauestens zu kontrollieren und zu verhindern, dass Flüssigkeit in das Innere des Rotors ge langt. Um Letzteres zu erreichen, kann die auf der Antriebswelle sitzende Nabe zu einem aufwärts in die Luftansaugleitung ragenden Hohlzylinder verlängert sein, der gegen diese mit einer Labyrinthdichtung abgedichtet wird. Die vom Rotor geförderte Flüssigkeitsmenge wird durch die Grösse der Kammern bestimmt, welche von den Luftaustrittsöffnungen, den ihnen vorgelagerten senkrechten Flächen und dem um den Rotor gedachten Rotationszylinder gebiIdet werden.
Durch teilweise Bedeckung dieser Kammern vom Rotorumfang her ist es möglich, die geförderte Flüssigkeitsmenge zu verringern, ohne dadurch die angesaugte Luftmenge zu verkleinern, was zu einer Herabsetzung des spezifischen Energiebedarfes führt. Überdies ist eine Vergrösserung der Luftmenge ohne Veränderung der geförderten Flüssigkeitsmenge dadurch erzielbar, dass im Stator Leitschaufeln vorgesehen werden können, deren Innenkanten vom Rotorumfang nur um ein die freie Rotation noch ermöglichendes Mass abstehen. Vorzugsweise beträgt diese Distanz weniger als 1 mm. Eine Verbesserung der Luftverteilung kann dadurch erzielt werden, dass wenigstens zwölf Leitschaufeln vorgesehen werden, die rnit den durch die Innenkanten gelegten Radialebenen einen Winkel von 25 bis 350 einschliessen.
Die Anordnung der Leitschaufeln unter diesem Winkel ergibt einen guten und stauungsfreien Abtransport der vom Rotor gebildeten Luft- Flüssigkeitsmischung aus dem Bereich der Vorrichtung. Die aus dem Stator etwa radial austretende Luft-Flüssigkeitsmischung verteilt sich gleichmässig über den gesamten Behälterquerschnitt. Die Austrittsgeschwindigkeit richtet sich nach dem Durchmesser des zu belüftenden Behälters und wird von der Formgebung des Rotors bestimmt.
Die teilweise Bedeckung der Rotorkammern kann mittels eines oberen und eines unteren, am Rotor angeordneten Ringes erfolgen. Die Kammern des Rotors können aber auch durch die einwärts verbreiterten Flachringe des Stators oder durch an den Flachringen befestigte : Deckringe teilweise gedeckt werden.
Um das Einströmen der Flüssigkeit in den Rotor gleichmässig zu gestalten und eine Rotation der Behälterflüssigkeit zu verhindern, was zur gleichmässigen Belüftung beiträgt, können oberhalb des Rotors vier senkrechte, bis über die Luftaustrittsöffnungen radial einwärts ragende Stabilisierungsflächen angeordnet sein.
Durch die Konstruktion der Belüftungsvorrichtung bedingt, ändert sich die Ausstrahlungsgeschwindigkeit der feinsten Luftblasen mit dem Verhältnis der vom Rotor bewegten Flüssigkeitsmenge zur angesaugten Luftmenge. Zwecks gleichmässiger Auslüftung des Behälters muss dieses Verhältnis konstant gehalten werden. Es ändert sich aber in Abhängigkeit von der Höhe der Flüssigkeitssäule, in der die Luft verteilt werden muss.
Bei niedrigerer Flüssigkeitssäule erhöht sich die angesaugte Luftmenge. Da im praktischen Betrieb die Höhe der Flüssigkeitssäule häufig Änderungen unterworfen werden muss, kann die Belüftungsvorrichtung vorteilhaft mit einer ausserhalb des Behälters in der Luftleitung eingebauten Einrichtung zur Konstanthaltung einer einstellbaren Luftmenge bei verschiedenen Flüssigkeitshöhen ausgerüstet werden. Letztere kann aus einem mit einer Drosselstelle versehenen Raum, in dem eine durch ein Gestänge mit einer Drosselplatte und einer Gegenfeder verbundene Membran angeordnet ist, bestehen, derart, dass beim Auftreten eines stärkeren Sogs die Membran die Drosselplatte zur Drosselstelle hin und beim Nachlassen des Sogs die Feder die Drosselplatte von der Drosselstelle weg bewegt.
Mit Hilfe dieser Einrichtung kann bei verschiedenen Füllhöhen die angesaugte Luftmenge und damit auch das Verhältnis Flüssigkeit zu Luft im Rotor konstant gehalten werden, wodurch die Gleichmässigkeit der Belüftung auch bei variierenden Füllhöhen gewährleistet werden kann.
Der den Rotor antreibende Motor kann mit einer aufgeschrumpften verlängerten Welle versehen sein, auf welcher der Rotor direkt befestigt werden kann. Die Welle kann gegen den Behälter mittels einer Gleitringdichtung abgedichtet werden. Dadurch ergibt sich die Möglichkeit einer einwandfreien mechanischen thber- tragung grösserer Kräfte, was zur Herstellung grösserer Aggregate erforderlich ist.
Mit Hilfe einer Belüftungsvorrichtung gemäss der Erfindung gelingt es erstmals, einen Gärtank mit 3,90 Meter Durchmesser und 4,0 m Flüssigkeitssäule mit 200 m3/h Luft so feinblasig und gleichmässig auszulüften, dass die Versäuerungsleistung einer submersen Spritessiggärung auf 0,170/0 Essigsäurezunahme pro Stunde ansteigt. Dabei wird eine Ausbeute von 98 /o erzielt. Die Essigsäurekonzentration kann bis auf 13 O/o erhöht werden. Gleichzeitig wird der spezifische Energiebedarf auf 0,8 KWh pro 10 ma reduziert. Diese Zahlen zeigen den technischen Fortschritt, der durch diese Belüftungsvorrichtung erzielt werden kann.
Für die Testung einer grösseren Belüftungseinheit wurde die Hefeerzeugung ausgewählt. Gemäss der deutschen Patentschrift Nr. 1071024 benötigen die besten bekannten rotierenden Belüftungsvorrichtungen, die zu sätzlich ein Gebläse brauchen, zwischen 2,8 und 6,2 m3 Luft pro kg erzeugter Hefe mit 27 O/o Trockensubstanz.
Es gelingt mit Hilfe einer Belüftungsvorrichtung nach der Erfindung, die in der Lage ist, 1000 m3 pro Stunde anzusaugen und in einem Gärbottich feinst und gleichmässig zu verteilen, eine Hefeproduktion nach dem Zulaufverfahren durchzuführen, bei der in einer über 10 Stunden dauernden Gärperiode die Luft konstant gehalten wird und trotzdem im Durchschnitt nur 2,3 ma Luft pro kg erzeugter Hefe mit 27 O/o Trockensubstanz verbraucht werden.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen axonometrischen Teilschnitt der wesentlichsten Teile der Belüftungsvorrichtung,
Fig. 2 einen waagrechten Schnitt durch den Stator mit dem Rotor in Draufsicht,
Fig. 3 einen Schnitt durch einen zu belüftenden Behälter mit einer Belüftungsvorrichtung nach Fig. 1 und
Fig. 4 einen Schnitt durch die Vorrichtung zur Konstanthaltung der Luftmenge.
Die Belüftungsvorrichtung besteht aus einem nahe am Boden eines mit Flüssigkeit gefüllten Behälters 14 (Fig. 3) angebrachten, auf einer von unten durch die Behälterwand tretenden vertikalen Welle 17 montierten, nach oben mit einer feststehenden Luftansaugleitung 10 verbundenen hohlen Rotor 9 und einem den Rotor umgebenden Stator 6.
Der Rotor 9 besitzt sechs in radialen Ebenen angeordnete Luftaustrittsöffnungen 2 (Fig. 1). Die diesen in Drehrichtung vorgelagerten senkrechten Flächen 5 schliessen mit gedachten Radialebenen des Rotors spitze Winkel em. Oben und unten ist der Hohlkörper des Rotors durch sechszackige Flächen 1 geschlossen. Die Rotornabe ist nach oben zu einem in die Luftansaugleitung 10 ragenden und gegen diese mit einer Labyrinth dichtung 13 abgedichteten Hohlzylinder verlängert. Zur teilweisen Bedeckung der von den Luftaustrittsöffnungen 2 den vorgelagerten senkrechten Flächen 3 und dem um den Rotor 9 gedachten Rotationszylinder gebildeten Kammern trägt der Rotor aussen je einen oberen und einen unteren Ring 4 und 5.
Der Stator 6 besteht aus einem oberen und einem unteren Flachring 7 und 8 und sechzehn dazwischen befestigten Leitschaufeln 11. Die Innenkanten dieser Leitschaufeln 11 stehen vom Rotorumfang nur um ein die freie Rotorrotation noch ermöglichendes Mass ab; im vorliegenden Fall um 0,75 mm. Legt man durch die Innenkanten der Leitschaufeln Radialebenen, so schliessen die Leitschaufeln mit diesen einen Winkel von 30C ein. Der Stator 6 trägt oberhalb des Rotors 9 vier senkrechte, bis über die Luftaustrittsöffnungen radial einwärts ragende Stabilisierungsflächen 12, von denen in Fig. 1 die zwei vorderen aus Deutlichkeitsgründen nicht dargestellt sind.
Es ist leicht, sich vorzustellen und daher nicht gezeichnet, dass die Bedeckung der Rotorkammern auch erzielt werden kann, wenn man die Rotorringe 4 und 5 entfernt und dafür die Statorringe 7 und 8 einwärts verbreitert bzw. daran Deckringe befestigt.
Fig. 3 zeigt, dass der zu belüftende Behälter 14 bis zum Niveau 15 mit der zu belüftenden Flüssigkeit gefüllt ist. Der die Belüftungsvorrichtung antreibende Motor 16 ist an einem Bodenflansch des Behälters montiert.
Die durch Aufschrumpfen verlängerte Welle 17 ist gegen den Behälter 14 mit Hilfe einer Gleitringdichtung 18 abgedichtet. Der sich mit 1400 bis 1800 Umdr./min. drehende Rotor 9 erzeugt in seinem Hohlkörperteil einen Unterdruck, durch den Luft über die Luftansaugleitung 10 von aussen angesaugt wird. Ein Kreiselstrommesser 20 dient zur Anzeige der angesaugten Luft.. menge. Eine Einrichtung 19 dient zur Konstanthaltung der Luftmenge. Die Luft tritt durch die Öffnungen 2 (Fig. 1) aus dem Rotor aus. Die Flüssigkeit fliesst von oben und unten in die Rotorkammern ein und wird nach aussen gefördert. Die Mischung von Luft und Flüssigkeit tritt zwischen den Leitschaufeln 11 und dem oberen und dem unteren Flachring 7 und 8 des Stators nach aussen.
Das Flüssigkeits-Luftgemisch wird durch den Stator in viele Segmente aufgeteilt, wodurch eine sehr gleichmässige Verteilung über den Querschnitt des Behälters 14 erreicht wird. Durch Wahl der Neigung der Flächen 3 gegen die Radialrichtung kann die Geschwindigkeit, mit der das Flüssigkeits-Luftgemisch nach aussen befördert werden soll, beeinflusst werden. Dadurch wird es möglich, Behälter verschiedener Durchmesser auszulüften.
In der Fig. 4 ist die Einrichtung 19 zur automatischen Konstanthaltung der Luftmenge bei verschiedenen Füllhöhen dargestellt. Diese Einrichtung besteht aus einem geschlossenen, mit einer Drosselstelle 30 versehenen Raum, der an die Luftansaugleitung 10 angeschlossen und in dem eine Membran 21 angeordnet ist, die durch ein Gestänge 22 mit einer Drosselplatte 23 und einer Gegenfeder 24 verbunden ist. Beim Auftreten eines stärkeren Sogs, wie es beim Absenken des Flüssigkeitsspiegels im Behälter der Fall ist, bewegt die Membran 21 die Drosselplatte 23 gegen die Drosselstelle 30, während beim Nachlassen des Sogs, wie es beim Steigen des Flüssigkeitsspiegels im Behälter auftritt, die Federkraft die Drosselplatte 23 von der Drosselstelle 30 weg bewegt.
Durch diese Veränderungen des Durchströmquerschnittes an der Drosselstelle 30 wird die angesaugte Luftmenge trotz Veränderung der Sogstärke konstant gehalten und damit die Gleichmässigkeit sowohl der Luftblasengrösse als auch der Verteilung derselben über den Behälterquerschnitt aufrechterhalten. Vorzugsweise wird jeder Behälter mit einem einzigen Rotor ausgerüstet. Wenn es aber notwendig ist, Behälter mit sehr grossen Durchmessern gleichmässig zu belüften, ist es in einfacher Weise möglich, diesen Behälter nicht nur mit einem, sondern mit mehreren Rotoren auszurüsten.
Vorzugsweise wird die Vorrichtung zur Belüftung von Gärflüssigkeiten oder Abwässern eingesetzt. Selbstverständlich ist es aber möglich, das Wasser durch jede andere Flüssigkeit und die Luft durch ein beliebiges anderes Gas zu ersetzen. Die Vorrichtung gestattet dann, beliebige Gas-Flüssigkeitsreaktionen mit grosser Reaktionsgeschwindigkeit durchzuführen. Diese Reaktionen können auch unter erhöhtem Druck ausgeführt werden.
Es muss dabei nur darauf geachtet werden, dass das Gas dem Inneren des Behälters unter dem gleichen Druck zugeführt wird. Durch die feine und gleichmässige Verteilung des Gases in der Flüssigkeit ist es auch vorteilhaft, die beschriebene Belüftungsvorrichtung beispielsweise zur Flotation von Feststoffen einzusetzen.
Schliesslich erscheint die Vorrichtung ohne jede Einschränkung überall dort anwendbar, wo eine gleichmässige und feine Verteilung eines Gases in einer Flüs- sigkeit vorteilhaft erscheint bzw. durchgeführt werden muss.
Um einen Behälter mit einem bestimmten Durchmesser gleichmässig zu begasen, ist im allgemeinen ein Rotordurchmesser erforderlich, der etwa den achten bis fünfzehnten Teil des Behälterdurchmessers beträgt. Die Grösse variiert mit der gewünschten Gasmenge. Da der spezifische Energiebedarf mit zunehmender Flüssigkeitssäule ansteigt, ist im allgemeinen eine Flüssigkeitssäule von 3 bis 4 m am wirtschaftlichsten. Aus besonderen Gründen kann dieser Wert jedoch auch unter- und überschritten werden.
Heinrich Frings Company, Bonn (Germany)
The invention relates to a ventilation device for liquids with a near the bottom of a container filled with the liquid, rotating around a vertical shaft, hollow and provided on its circumference with four to eight air outlet openings lying in radial planes, the rotor on a downward through the The drive shaft guided by the container bottom is attached and is connected to the top with a stationary air intake line, the air outlet openings of the rotor being in front of the air outlet openings of the rotor with vertical surfaces enclosing acute angles with imaginary radial planes of the rotor, and with a stator surrounding the rotor with vertical, fixed between two flat rings, guide vanes each deviating from the radial direction at an acute angle.
Almost all known ventilation devices work in combination with a blower or a compressor, i. H. they are only able to distribute pre-compressed air in the liquid. There are only a few ventilation devices that automatically suck in air and distribute it evenly in fine bubbles in the liquid to be aerated. With the aid of a known ventilation device of the latter type, it is possible to evenly distribute air in a liquid column 3.0 m high with a specific energy requirement of 1.2 to 1.5 KWh / 10 m3. It is possible to ventilate a container with a diameter of 3.0 m with 50 m3 of air per hour.
In order to assess the quality of ventilation with regard to the fineness of the air bubbles and the evenness of their distribution, it is best to use submerged spirits of vinegar with increasing alcohol and acetic acid concentrations. As a result of the great sensitivity of the vinegar bacteria to even a temporary lack of oxygen, which increases with increasing alcohol and acetic acid concentration, the performance and yield of such fermentation are a reliable measure of the quality of the ventilation. With a device of the specified type, it is possible to carry out a submerged spirit vinegar fermentation in the aforementioned fermentation tank with a diameter of 3.0 m, in which a concentration of acetic acid of 10% is achieved and in which the acid increase per hour is 0.10% acetic acid amounts.
The yield is 90%.
The invention is based on the object of substantially lowering the specific energy requirement of such ventilation devices and of reducing the size of the air bubbles and improving their distribution in the fermentation tank. Because of the volatility of alcohol and acetic acid, an increase in yield and performance is achieved when such an aeration device is tested with the aid of submerged spirit vinegar fermentation. In addition, if the ventilation is improved, it is possible to increase the concentration of the acetic acid obtained. Another task is to enlarge the fermentation tank both in diameter and in filling height without increasing the specific energy requirement again. This requirement is made with regard to the construction of larger ventilation units.
This object is achieved with a ventilation device according to the invention, which is characterized in that the rotor hub seated on the drive shaft is extended to a hollow cylinder protruding upwards into the air suction line and sealed against it with a labyrinth seal and that the upstream vertical surfaces from the air outlet openings and the chambers formed around the rotor imaginary rotary cylinder are partially covered up and down from the rotor circumference, with at least twelve guide vanes are provided, the inner edges of which protrude from the rotor circumference only by an amount that still allows free rotor rotation, which guide vanes with the guide vanes laid through the inner edges Radial planes enclose an angle of 25 to 30.
In order to reduce the specific energy requirement, it is necessary to precisely control the liquid movement caused by the rotor and to prevent liquid from entering the interior of the rotor. In order to achieve the latter, the hub seated on the drive shaft can be extended to form a hollow cylinder which protrudes upward into the air intake line and is sealed against it with a labyrinth seal. The amount of liquid conveyed by the rotor is determined by the size of the chambers which are formed by the air outlet openings, the vertical surfaces in front of them and the rotating cylinder around the rotor.
By partially covering these chambers from the circumference of the rotor, it is possible to reduce the amount of liquid conveyed without reducing the amount of air sucked in, which leads to a reduction in the specific energy requirement. In addition, an increase in the amount of air can be achieved without changing the amount of liquid conveyed by providing guide vanes in the stator, the inner edges of which protrude from the rotor circumference only by an amount that still enables free rotation. This distance is preferably less than 1 mm. The air distribution can be improved by providing at least twelve guide vanes which, with the radial planes formed by the inner edges, enclose an angle of 25 to 350.
The arrangement of the guide vanes at this angle results in a good and jam-free evacuation of the air-liquid mixture formed by the rotor from the area of the device. The air-liquid mixture emerging approximately radially from the stator is distributed evenly over the entire cross-section of the container. The exit speed depends on the diameter of the container to be ventilated and is determined by the shape of the rotor.
The rotor chambers can be partially covered by means of an upper and a lower ring arranged on the rotor. The chambers of the rotor can, however, also be partially covered by the inwardly widened flat rings of the stator or by cover rings attached to the flat rings.
In order to make the inflow of the liquid into the rotor evenly and to prevent a rotation of the container liquid, which contributes to the even ventilation, four vertical stabilizing surfaces can be arranged above the rotor that protrude radially inward beyond the air outlet openings.
Due to the design of the ventilation device, the emission speed of the finest air bubbles changes with the ratio of the amount of liquid moved by the rotor to the amount of air drawn in. This ratio must be kept constant for the purpose of even ventilation of the container. However, it changes depending on the height of the liquid column in which the air has to be distributed.
If the liquid column is lower, the amount of air drawn in increases. Since the height of the liquid column often has to be changed in practical operation, the ventilation device can advantageously be equipped with a device built into the air line outside the container for keeping an adjustable amount of air constant at different liquid heights. The latter can consist of a space provided with a throttle point in which a membrane connected by a linkage with a throttle plate and a counter spring is arranged, so that when a stronger suction occurs, the membrane moves the throttle plate towards the throttle point and when the suction drops Spring moves the throttle plate away from the throttle point.
With the help of this device, the amount of air sucked in and thus also the ratio of liquid to air in the rotor can be kept constant at different filling heights, whereby the evenness of the ventilation can be guaranteed even with varying filling heights.
The motor driving the rotor can be provided with a shrunk-on elongated shaft on which the rotor can be fastened directly. The shaft can be sealed against the container by means of a mechanical seal. This results in the possibility of a perfect mechanical transmission of larger forces, which is necessary for the production of larger units.
With the help of an aeration device according to the invention, it is possible for the first time to ventilate a fermentation tank with a diameter of 3.90 meters and a liquid column of 4.0 m with 200 m3 / h of air so fine-bubble and evenly that the acidification performance of a submerged spirit vinegar fermentation is 0.170 / 0 acetic acid increase per hour increases. A yield of 98% is achieved. The acetic acid concentration can be increased up to 13%. At the same time, the specific energy requirement is reduced to 0.8 KWh per 10 ma. These numbers show the technical advancement that can be achieved with this ventilation device.
Yeast production was selected for testing a larger ventilation unit. According to German patent specification No. 1071024, the best known rotating ventilation devices, which also need a fan, require between 2.8 and 6.2 m3 of air per kg of yeast produced with 27% dry matter.
With the help of a ventilation device according to the invention, which is able to suck in 1000 m3 per hour and distribute it finely and evenly in a fermentation vat, it is possible to carry out a yeast production according to the feed method, in which the air is constant in a fermentation period of over 10 hours is maintained and yet on average only 2.3 ma air per kg of yeast produced with 27% dry matter is consumed.
The device according to the invention is explained in more detail below with reference to an exemplary embodiment shown in the drawing. Show it:
1 shows an axonometric partial section of the most important parts of the ventilation device,
2 shows a horizontal section through the stator with the rotor in plan view,
3 shows a section through a container to be ventilated with a ventilation device according to FIGS. 1 and
4 shows a section through the device for keeping the amount of air constant.
The ventilation device consists of a close to the bottom of a liquid-filled container 14 (Fig. 3), mounted on a vertical shaft 17 protruding from below through the container wall, connected upwards to a fixed air intake line 10 and a hollow rotor 9 surrounding the rotor Stator 6.
The rotor 9 has six air outlet openings 2 arranged in radial planes (FIG. 1). The vertical surfaces 5 upstream of these in the direction of rotation close acute angles em with imaginary radial planes of the rotor. The hollow body of the rotor is closed at the top and bottom by six-pointed surfaces 1. The rotor hub is extended up to a protruding into the air intake line 10 and sealed against this with a labyrinth seal 13 hollow cylinder. To partially cover the chambers formed by the air outlet openings 2, the upstream vertical surfaces 3 and the imaginary rotary cylinder formed around the rotor 9, the rotor has an upper and a lower ring 4 and 5 on the outside.
The stator 6 consists of an upper and a lower flat ring 7 and 8 and sixteen guide vanes 11 fastened between them. The inner edges of these guide vanes 11 protrude from the rotor circumference only by an amount that still enables free rotor rotation; in the present case by 0.75 mm. If radial planes are laid through the inner edges of the guide vanes, the guide vanes form an angle of 30C with them. Above the rotor 9, the stator 6 carries four vertical stabilizing surfaces 12 which protrude radially inward beyond the air outlet openings, of which the two front ones are not shown in FIG. 1 for reasons of clarity.
It is easy to imagine, and therefore not shown, that the rotor chambers can also be covered if the rotor rings 4 and 5 are removed and the stator rings 7 and 8 are widened inward or cover rings are attached to them.
FIG. 3 shows that the container 14 to be ventilated is filled with the liquid to be ventilated up to level 15. The motor 16 driving the ventilation device is mounted on a bottom flange of the container.
The shaft 17, which is lengthened by being shrunk on, is sealed off from the container 14 with the aid of a mechanical seal 18. The speed with 1400 to 1800 rev / min. The rotating rotor 9 generates a negative pressure in its hollow body part, by means of which air is drawn in from the outside via the air intake line 10. A centrifugal flow meter 20 is used to display the amount of air sucked in. A device 19 is used to keep the amount of air constant. The air exits the rotor through the openings 2 (Fig. 1). The liquid flows into the rotor chambers from above and below and is conveyed to the outside. The mixture of air and liquid passes between the guide vanes 11 and the upper and lower flat rings 7 and 8 of the stator to the outside.
The liquid-air mixture is divided into many segments by the stator, whereby a very even distribution over the cross-section of the container 14 is achieved. By choosing the inclination of the surfaces 3 against the radial direction, the speed at which the liquid-air mixture is to be conveyed to the outside can be influenced. This makes it possible to ventilate containers of different diameters.
4 shows the device 19 for automatically keeping the amount of air constant at different filling levels. This device consists of a closed space provided with a throttle point 30, which is connected to the air intake line 10 and in which a membrane 21 is arranged, which is connected by a rod 22 to a throttle plate 23 and a counter spring 24. When stronger suction occurs, as is the case when the liquid level in the container falls, the membrane 21 moves the throttle plate 23 against the throttle point 30, while when the suction drops, as occurs when the liquid level in the container rises, the spring force of the throttle plate 23 moved away from the throttle point 30.
As a result of these changes in the flow cross-section at the throttle point 30, the amount of air sucked in is kept constant despite the change in the suction strength, thus maintaining the evenness of both the air bubble size and the distribution thereof over the container cross-section. Preferably each container is equipped with a single rotor. If, however, it is necessary to evenly ventilate containers with very large diameters, it is possible in a simple manner to equip this container with not just one but with several rotors.
The device is preferably used for aeration of fermentation liquids or waste water. Of course, it is possible to replace the water with any other liquid and the air with any other gas. The device then allows any gas-liquid reactions to be carried out at high reaction rates. These reactions can also be carried out under increased pressure.
It only has to be ensured that the gas is supplied to the interior of the container under the same pressure. Due to the fine and uniform distribution of the gas in the liquid, it is also advantageous to use the aeration device described, for example for the flotation of solids.
Finally, the device appears to be applicable without any restriction wherever a uniform and fine distribution of a gas in a liquid appears to be advantageous or has to be carried out.
In order to evenly gas a container with a certain diameter, a rotor diameter is generally required which is approximately eighth to fifteenth of the container diameter. The size varies with the desired amount of gas. Since the specific energy requirement increases with increasing liquid column, a liquid column of 3 to 4 m is generally the most economical. For special reasons, however, this value can also be fallen below or exceeded.