DE1457065C3

DE1457065C3 - Verfahren und Vorrichtung zum Er zeugen einer Ruhrwirkung sowie einer Zirkulation in einer Flüssigkeit in einem Garbehalter fur aerobe Garung

Info

Publication number: DE1457065C3
Application number: DE1457065A
Authority: DE
Inventors: Louis Alfred Auguste Paris Lefrancois
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1963-08-12
Filing date: 1964-08-04
Publication date: 1973-11-15
Also published as: DE1457065A1; DE1457065B2; FR1373751A; US3405920A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen einer Rührwirkung sowie einer Zirkulation in einer Flüssigkeit in einem Gärbehälter für aerobe Gärung durch über den Umfang gleichmäßiges Einblasen von komprimiertem Gas in die Flüssigkeit im unteren Behälterteil, so daß das Flüssigkeits-Gas-Gemisch jeweils mit unterschiedlicher Geschwindigkeit in einem ringförmigen Mantelraum nach oben steigt und in einem zentralen Innenraum absinkt.

Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens, bestehend aus einem vertikalen, oben mit einer öffnung versehenen Fermentationsbehälter, in dem koaxial zur Bildung eines ringförmigen Mantelraumes ein Behältermantel angeordnet ist, dessen Höhe geringer ist als die des Fermentationsbehälters und dessen unteres Ende im Abstand zum Boden des Fermentationsbehälters angeordnet und nach innen gezogen ist.

Es ist bereits bekannt, in einem zylindrischen Behälter koaxial in einem bestimmten Abstand zum Boden einen sich leicht nach oben konisch erweiternden Mantel anzuordnen, der oben und unten offen ist. Zwischen der Behälterinnenwand und der Mantelwand sind durchlöcherte Leitbleche im Abstand voneinander angeordnet Oberhalb des Bodens ist an der Behälterinnenwand eine Ringleitung für die Zuführung des Gases unter Druck angeordnet, aus der radial mit Öffnungen versehene Stäbe zum Mantel hin vorstehen. In diesen Behälter wird Zuckersaft eingebracht, dessen Spiegel oberhalb des koaxialen Mantels liegt. Durch Einblasen eines Gases wie Kohlensäure zur Saturierung des Zuckersaftes durch die aus der Ringleitung radial abstehenden, mit Löchern versehenen Stäben bildet sich ein Flüssigkeits-Gas-Gemisch, das. infolge der Leitbleche langsam in Form einer schraubenförmigen Strömung aufsteigt, wobei besonderer Wert darauf gelegt wird, daß ein Entmischen von Gas und Flüssigkeit verhindert und die Bildung von feinstverteilten Gasbläschen gefördert wird. Einer Schaumbildung soll auf alle Fälle entgegengewirkt werden. Da während des Aufwärtsweges eine bestimmte Entmischung eintritt, ist oberhalb der Mantelkante das spezifische Gewicht des Zuckersaftes größer, so daß sich innerhalb des Mantels eine gegen den Behälterboden gerichtete Strömung ausbildet, so daß man insgesamt in dem Behälter eine Zirkulation erhält (deutsche Patentschrift

" 735 006).

Da bei diesem Verfahren die Aufwärtsströmung sehr langsam erfolgt und eine Schaumbildung bewußt vermieden wird, eignet sich dieses Verfahren für die aerobe Gärung in Gärbottichen nicht.

Weiterhin ist ein Behälter zur Züchtung von Mikroorganismen bekannt, in dem koaxial ein weiterer Behälter angeordnet ist, dessen Höhe geringer ist als die des Außenbehälters. Zwischen dem äußeren und innerem Behälter wird ein ringförmiger Mantelraum

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gebildet, der nach; unten in einen sich erweiternden beschriebenen Art zeichnet sich dadurch aus*, daß

Kanal mündet, der zwischen den Böden von Innen- das nach innen gezogene Ende des Behältermantels

und Außenbehälter, die unterschiedliche Konizität mit der Gaszuführungsleitung einen schmalen Ring-

aufweisen, gebildet wird. In einem vertikalen Verbin- spalt bildet, in den die Ausblasöffnungen des Gaska-

düngskanal, der mittig im Boden des Innenbehälters 5 nals münden.

vorgesehen ist, dreht sich eine Pumpeneinrichtung Zweckmäßigerweise ist bei dem erfindungsgemämit kaplanschaufelärtigen Flügeln, die das Flüssig- ßen Gärbottich die Zuführungsleitung für Flüssigkeit keits-Luft-Gemisch vom Boden des inneren Behäl- in Form einer durchbohrten Krone in dem ringförmiters über den konischen Ringraum zwischen den Be- gen Mantelraum in unmittelbarer Nachbarschaft der hältern in den· ringförmigen Mantelraum nach oben io Gaszuführungsleitung angeordnet,
pumpt. Oberhalb der Pumpe ist entsprechend dem Eine besonders günstige Strömungsausbildung er-Durchmesser des Pumpkanals eine Ringleitung an- hält man dadurch, daß die Mitte des Bodens-des Fergeordnet, aus der Druckluft in die Flüssigkeit im In- mentationsbehälters zum Behälterinneren konisch nenbehälter ausströmt, die teilweise auf Grund des mit vertikaler Achse und nach unten erweitert ausge-Auftriebs in· der Flüssigkeit nach oben strömt und 15 bildet ist.

teilweise durch die von der Pumpe hervorgerufene Die Wirkung des erfindüngsgemäßen Gärbottichs

Zwangskonvektion der Flüssigkeit mit dieser nach läßt sich· dadurch verbessern·, daß' oberhalb der Gas-

unten mitgerissen und abgepumpt wird. Die am obe- zuführungsleitung eine oder mehrere Leitungen für

ren Rand des Innenbehälters aus dem ringförmigen die Zufuhr weiteren. Gases; vorgesehen sind.

Mantelraum austretende, mit Gas vermischte Flüssig- 20 Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung des er-

keit gibt einen Großteil· des Gases ab und vermischt findungsgemäßen Gärbottichs besteht darin, daß der

sich mit der Flüssigkeitsmasse im Innenbehälter Behältermantel durch mehrere im Abstand voneinan-

(deutsche Patentschrift 1100-569). der angeordnete vertikale Wände, die an der Innen-

Diese Vorrichtung hat die Eigenheit, daß die Luft wand des Fermentationsbehälters, befestigt sind, in

im Innenraum des Innenbehälters eingeblasen wird 25 Ringsegmente unterteilt ist, wobei die Luft- und

und zum größten Teil im Gegenstrom durch die Flüssigkeitszuführungsleitungen nur innerhalb der

Flüssigkeitsmenge nach oben steigt. Zur Erzeugung Ringsegmente liegen. Dabei können an dem Gärbottich

der Zwangskonvektion ist eine Pumpe großer Lei- ein oder mehrere Gärbottiche derselben Art mit den

stung erforderlich, mit der jedoch eine Schaumbil- zwischen zwei Ringsegmenten liegenden freien Räu-

dung kaum erreichbar sein dürfte. Die Umwälzzei- 30 men einander berührend angeordnet und durch OfE-

ten, um die gewünschte Gärung zu erlangen, sind re- mangen in derHöhe oder am Boden verbunden werden,

lativ lang. An Hand der Zeichnungen werden beispielsweise

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe be- Ausführungsformen der Erfindung näher erläutert,

steht nun darin, ein Verfahren sowie eine Vorrich- F i g. 1 zeigt schematisch eine erste Ausführungs-

tung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit de- 35 form eines Gärbottichs im Axialschnitt;

nen sich bei geringem Energieaufwand eine bestmög- Fig.2 ist ein Schnitt längs der Linie.11-11 von

liehe gleichmäßige Aufteilung und Vermischung des F i g. 1;

Gases in der Flüssigkeit erreichen läßt. F i g. 3 zeigt schematisch eine zweite AusführungSr-

Diese Aufgabe wird bei dem Verfahren der ein- form eines Gärbottichs im Axialschnitt;

gangs beschriebenen Art dadurch gelöst, daß das Gas 40 F i g. 4 ist ein Schnitt längs der Linie IV-IV von

in den schmalen Ringspalt am Grund des Ringrau- Fig. 3;

mes eingebläsen wird. F i g. 5 und 6 zeigen im Axialschnitt Einzelheiten

Das Verfahren läßt sich erforderlichenfalls in sei- der Gärbottiche von F ig. 1 und 3';

ner Wirksamkeit dann noch steigern, wenn in den Fig.7 zeigt im Axialschnitt in einer Einzelheit

ringförmigen Mantelraum gleichmäßig über den Um- 45 eine dritte Ausführungsform eines Gärbottichs;

fang verteilt zusätzlich Gas eingeblasen wird. Die Fig. 8 und 9 zeigen schematisch Querschnitte

Geschwindigkeit des Gases liegt dabei vorteilhafter^- durch eine aus mehreren Gärbottichen bestehende

weise zwischen 10 und 25 m/s. Wenn das Verfahren Anordnung.

mit kontinuierlicher Flüssigkeitszuführung und Flüs- Wie aus den Fig. 1 bis6 zu ersehen ist, besteht

sigkeitsabführung durchgeführt werden soll, wird die go der Gärbottich aus einem Behälter 4 von zylin-

Flüssigkeit über dem Umfang gleichmäßig verteilt in drischem Querschnitt, der einen Boden 2 und ein sich

den ringförmigen· Mantelraum in dem Bereich einge- konisch nach innen verjüngendes Dachteil 5 mit einer

führt, wo- sich die Flüssigkeit und das eingeblasene Öffnung hat. Bei der in den Fig. I und2 gezeigten

Gas in turbulenter Aufstiegsströmung gerade vermi- Ausführungsform ist der Auslaß 7 im Boden, bei der

sehen. 55 in den F i g. 3 und 4 gezeigten Ausführungsform im

Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, Behältermantel in Bodennähe angebracht,

daß gegenüber dem bekannten Verfahren eine regel- In dem Behälter 4 ist konzentrisch ein ebenfalb

mäßigere und wesentlich intensivere Rührwirkung zylindrischer Behältermantel 3 so angeordnet, daß

erzielt wird, die bezüglich der Mikroorganismen äu- zwischen der Innenwand des Behälters 4 und dem

ßerst schonend ist. Dadurch, daß in dem Ringspalt 5o Außenrand des Behältermantels 3 ein· spaltförmiger

beim Einblasen der Druckluft eine Schaumbildung Ringraum 8 gebildet wird, wobei der Abstand von

erreicht wird, wird die Reaktion begünstigt und be- Behälterwand und Mantel etwa 6 bis 14 °/o, vorzugs-

schleunigt, so· daß' die erforderlichen Prozeßzeiten weise 6 bis 10 %, des Durchmessers des Behälters 4

wesentlich verkürzt werden können. Schließlich ist es beträgt. Der Behältermantel 3· ist in dem Behälter 4

bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens 65 beispielsweise durch, wie in F i g. 2 gezeigt ist, verti-

möglich, Gärbottiche von sehr großen Durchmessern kale Halterungselemente 43 so angeordnet, daß zwi-

bei gleichbleibendem Wirkungsgrad zu betreiben. sehen dem Behälterboden 2 und dem unteren Ende

Die erfindungsgemäße Vorrichtung der eingangs des Behältermantels 3, dessen Enden 16 nach innen

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gezogen sind, ein Abstand vorgesehen ist. Während denden Räume 34, 35 und 36 geschaffen werden, die oberen Enden des Behältermantels 3 bei der in Diese Räume gehören somit zu dem Flüssigkeitsteil 6 F i g. 1 gezeigten Ausführungsform vertikal verlau- mit nach unten gerichteter Strömung, was nachstefen, sind sie bei der Ausführungsform von F i g. 3 als hend näher erläutert wird.

Enden 19 nach innen gezogen. Das obere Ende des 5 Wie durch die Pfeile in den F i g. 1 und 3 und ins-Behältermantels 3 endet weit unterhalb des oberen besondere in F i g. 5 zu ersehen ist, wird durch das Endes 5 des Behälters 4. Bei Behälterhöhen von 10 Einblasen von Gas durch die Gaszuführungsleitung bis 15 m beträgt die Höhe des Behältermantels 3 20 eine Zirkulation der Flüssigkeit 15 hervorgerufen, etwa 4 bis 6 . die in Richtung der Pfeile erfolgt. Dabei zeigen in

Zur Verbesserung der Strömungsbedingungen ist io F i g. 5 die gestrichelten Pfeile die Strömung des Gaam Boden 2 des Behälters 4 ein sich konisch zum Be- ses, wobei in F i g. 6 die zusätzliche Gaszufuhr ebenhälterinneren hin verjüngendes Mittelstück 14 an- falls durch gestrichelte Pfeile gekennzeichnet ist. In geordnet, dessen Spitze 14, die auch abgerundet sein dem Ringraum 8 bildet sich sehr schnell ein Flüssigkann (F i g. 3), in der Behälterachse liegt. keits-Gas-Gemisch, das bei schäumenden Flüssigkei-

Bei den gezeigten Ausführungsbeispielen sind die 15 ten aus einem Schaum besteht. Dieses Gemisch Behälter 4 jeweils mit einem flüssigen Stoff 15 ge- strömt infolge des Auftriebs auf Grund der mittleren, füllt, der das zu vergärende Gut darstellt und die Mi- gegenüber der Flüssigkeit wesentlich geringeren kroorganismen enthält. Dichte in dem Ringraum 8 nach oben, wobei seine

In der Ecke zwischen dem Boden 2 und der Be- Geschwindigkeit wesentlich größer ist als die der im hälterwand4 verläuft eine Gaszuführungsleitung 20 20 Behälterinneren, in dem von dem Behältermantel 3 rundherum, die an eine oder mehrere Gaszufüh- umgrenzten Raum nach unten absinkende Flüssigrungsleitungen 1 angeschlossen ist, die in Richtung keit, in der ein Großteil des zugeführten Gases durch des Pfeiles^ beschickt wird. Behälterinnenseitig wird Umsetzung durch die Mikroorganismen oder durch die Gaszuführungsleitung 20 von einem Blech 9 be- Entweichen nicht mehr enthalten ist, so daß sich ingrenzt, das so profiliert ist, daß die Strömungsverlu- 25 folge der größeren Dichte der Konvektionsstrom ste des aus den Öffnungen 21 unter Druck austreten- nach unten richtet. Bei kontinuierlichem Betrieb des den Gases und des zu vergärenden Stoffes, der durch Gärbottichs wird beispielsweise laufend zu vergäden Ringspalt zwischen dem eingezogenen Ende 16 rende Flüssigkeit mit Mikroorganismen durch die des Behältermantels 3 und dem Blech 9 in den Ring- Leitung 17 und die durchbohrte Krone in den Ringraum 8 strömt, soweit wie möglich reduziert sind. 30 raum 8 zugeführt, während gleichzeitig aus den Öff-Das Gas tritt aus den Öffnungen 21 mit einer Ge- nungen 21 das Gas strömt. Die Krone sitzt im Beschwindigkeit zwischen 10 und 25 m/s aus. Die Öff- ginn der Aufstiegszone, wodurch durch das Gas die nungen 21 sind bei dem gezeigten Ausführungsbei- stärkste Verwirbelung erreicht wird. Gleichzeitig spiel in Form flacher Fenster ausgebildet, deren wird kontinuierlich die Flüssigkeit durch den Ausbreite Seite in Umfangsrichtung gegenüber der Hoch- 35 laß 7 abgezogen. In dem Ringraum 8 werden somit seite parallel zur Behälterwand 4 relativ groß ist, wo- Flüssigkeit und Gas sehr innig kontaktiert, so daß die bei diese Breite so bemessen wird, daß der Mengen- in der Flüssigkeit enthaltenen Mikroorganismen ausstrom des durch die Öffnungen 21 hindurchgehenden reichend Gas zur Verfügung haben, um die aerobe Gases pro Meter oder pro 50 cm im wesentlichen Gärung zu bewirken, so daß der Gärungsvorgang abkonstant ist. 40 geschlossen ist, wenn die Flüssigkeit wieder in den

In geringem Abstand oberhalb der Gaszuführungs- Bereich des Auslasses 7 abgesunken ist.
leitung 20 ist in dem Ringraum 8 in dem Bereich, in Bei dem in F i g. 7 gezeigten Ausführungsbeispiel

dem das Flüssigkeits-Gas-Gemisch sehr stark turbu- ist ein Mischer 10 durch eine Leitung 23 mit dem Inlent ist, eine Ringleitung in Form einer durchbohrten nenraum des Behälters 4 oberhalb des oberen Endes Krone 18 angeordnet, die von einer oder mehreren 45 des Behältermantels 3 verbunden. In die Leitung 23 Zuleitungen 17 beschickt wird. Bei den gezeigten münden Leitungen 11 und 12, während die Oberseite Ausführungsbeispielen sind eine bzw. mehrere Zulei- des Mischers 24 mit dem Raum innerhalb der Abtungen 1 α in der Behälterwand 4 für die Zuführung deckung 5 durch eine Leitung 24 verbunden ist, wähzusätzlichen Gases in Richtung des Pfeiles /. vorge- rend bodenseitig von dem Mischer 10 die Leitung 17 sehen, die oberhalb der Krone 18 für die Zufuhr der 50 ausgeht und in Bodennähe in den Mischer eine Lei-Flüssigkeit in den Ringraum 8 münden. Dabei kann, tang 13 mündet. Durch die Leitungen 11 und 12 wie in F i g. 6 in einer Einzelheit gezeigt ist, eine au- können der Behälterflüssigkeit 15 Zusätze zugeführt ßere Ringleitung 22 vorgesehen werden, die durch werden. Die Leitung 23 ermöglicht ein Überströmen eine oder mehrere Zuführungsleitungen 1 α beschickt von Flüssigkeit mit Mikroorganismen in den Mischer wird, wobei das Gas dann durch öffnungen in der 55 10. während die Leitung 24 dazu beiträgt, im Bottich Behälterwand 4 aus der Ringleitung 22 in den Ring- überschüssigen Schaum zu entfernen. Die Leitung 13 raum 8 strömt. dient beispielsweise der Flüssigkeitszufuhr. An dem

Bei der in den F i g. 3 und 4 gezeigten Ausfüh- erfindungsgemäßen Gärbottich können mehrere Mirungsform soll der Abstand zwischen dem Behälter 4 scher 10, wie in F i g. 7 gezeigt, angeordnet werden,
und dem Behältermantel 3 gegenüber der Ausfüh- 60 Bei den in F i g. 8 und 9 gezeigten Ausführungsforrungsform von F i g. 1 vergrößert werden, wobei je- men sind Gärbottiche 37, 38 und 39 bzw. 40, 41 und doch die Querschnittsfläche des Ringraums 8 bei bei- 42 miteinander verbunden, wobei die Gärbottiche den Ausführungsformen in etwa gleich sein soll. Um unterschiedliche Durchmesser haben und segmentardies zu erreichen, wird, wie in F i g. 4 gezeigt ist, der tig wie die Ausführungsform von F i g. 3 und 4 ge-Ringraum 8 durch radiale Querwände 28, 29, 30, 31, 65 staltet sind. Die Verbindung der Bottiche erfolgt 32 und 33 in drei Ringsegmente 25, 26 und 27 unter- durch Öffnungen 44 in der Wand der Behälter, woteilt, wobei zwischen den Querwänden die den Man- bei die öffnungen am Boden und/oder bei einer betelinnenraum mit der Behälteraußenwand 4 verbin- stimmten Behälterhöhe voraesehen sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Erzeugen einer Rührwirkung sowie einer Zirkulation in einer Flüssigkeit in einem Gärbehälter für aerobe Gärung durch über den Umfang gleichmäßiges Einblasen von komprimiertem Gas in die Flüssigkeit im unteren Behälterteil, so daß das Flüssigkeits-Gas-Gemisch jeweils mit unterschiedlicher Geschwindigkeit in einem ringförmigen Mantelraum nach oben steigt und in einem zentralen Innenraum absinkt, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas in den schmalen Ringspalt am Grund des Ringraumes eingeblasen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den ringförmigen Mantelraum gleichmäßig über den Umfang verteilt zusätzlich Gas eingeblasen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas mit einer Geschwindigkeit von 10 bis 25 m/s eingeblasen wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 für kontinuierliche Flüssigkeitszu- und -abführung, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit über dem Umfang gleichmäßig verteilt in den ringförmigen Mantelraum in dem Bereich eingeführt wird, wo sich die Flüssigkeit und das eingeblasene Gas in turbulenter Aufstiegsströmung gerade vermischen.

5. Gärbottich zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bestehend aus einem vertikalen oben mit einer Öffnung versehenen Fermentationsbehälter, in dem koaxial zur Bildung eines ringförmigen Mantelraums ein Behältermantel angeordnet ist, dessen Höhe geringer ist als die des Fermentationsbehälters und dessen unteres Ende im Abstand zum Boden des Fermentationsbehälters angeordnet und nach innen gezogen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das nach innen gezogene Ende (16) des Behältermantels (3) mit der Gaszuführungsleitung (20) einen schmalen Ringspalt bildet, in den die Ausblasöffnungen (21) der Gaszuführungsleitung (20) münden.

6. Gärbottich nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführungsleitung (17) für Flüssigkeit in Form einer durchbohrten Krone (18) in dem ringförmigen Mantelraum (8) in unmittelbarer Nachbarschaft der Gaszuführungsleitung (20) angeordnet ist.

7. Gärbottich nach Anspruch 5 und/oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mitte (14) des Bodens (2) des Fermentationsbehälters (4) zum Behälterinneren konisch mit vertikaler Achse und nach unten erweitert ausgebildet ist.

8. Gärbottich nach einem der Ansprüche 5 bis

7, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb der Gaszuführungsleitung (20) eine oder mehrere Leitungen (22) für die Zufuhr weiteren Gases vorgesehen sind.

9. Gärbottich nach einem der Ansprüche 5 bis

8, dadurch gekennzeichnet, daß der Behältermantel (3) durch mehrere, im Abstand voneinander angeordnete vertikale Wände (28 bis 33), die an der Innenwand des Fermentationsbehälters (4) befestigt sind, in Ringsegmente (25 bis 27) unterteilt ist, wobei die Luft- und Flüssigkeitszuführungsleitungen (18, 20) nur innerhalb der Ringsegmente liegen.

10. Gärbottich nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß an ihm ein oder mehrere Gärbottiche derselben Art (37 bis 39, 40 bis 42) mit den zwischen zwei Ringsegmenten (25 bis 27) liegenden freien Räumen (34, 36) einander berührend angeordnet und durch öffnungen (44) in der Höhe oder am Boden verbunden sind.