DE2202445C3

DE2202445C3 - Gärung und Entwicklung von Mikroorganismen und Gärbehälter dafür

Info

Publication number: DE2202445C3
Application number: DE19722202445
Authority: DE
Inventors: Louis Alfred Auguste Paris Lefrancois
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1971-01-20
Filing date: 1972-01-19
Publication date: 1978-06-08
Also published as: IT949666B; DE2202445A1; SU606553A3; GB1383432A; FR2122689A5; DE2202445B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gärung und Entwicklung von Mikroorganismen in einer flüssigen Phase, in der feste, flüssige oder gasförmige Stoffe in Mischung enthalten oder gelöst sind und das Flüssigkeitsgemisch durch Gaseinblasung in einen beschränkten Bereich am Boden des Gärbehälters in einem schnell fließenden Strom intensiv bewegt und eine ständige Verringerung der scheinbaren mittleren Dichte der flüssigen Masse und gleichzeitig eine Drehbewegung der ganzen flüssigen Masse innerhalb des Behälters in einem geschlossenen Kreislauf um sich selbst hervorgerufen wird, wobei die Drehbewegung in aufsteigender Phase erfolgt, an die sich stromabwärts mit ihrer Abstromseite eine absteigende Phase anschließt und sich die in Bewegung befindliche Masse ständig und ganz in regelmäßigen Abständen im Einblasbereich befindet, sowie einen zur Ausführung dieses Verfahrens geeigneten Gärbehälter.

Bei bekannten Verfahren und Vorrichtungen zur Gärung und Entwicklung von Mikroorganismen, wie z. B. entsprechend der französischen Patentschrift 10 56 594, wird zur Erzielung einer ständigen Durchmischung und Umwälzung innerhalb des Gärbehälters ein Gas, wie z. B. Umgebungsluft, in den unteren Bereich

,₅ des Gärbehälters eingeblasen. Auf diese Weise werden im Inneren der in Gärung befindlichen Masse ein oder mehrere aufsteigende Ströme erzeugt, an die sich eine absteigende Bewegung der ganzen Masse anschließt Bei ausreichend hoher Einblasstärke und durch ausreichende Kanalisierung der durch diese erzeugten Bewegungen wird die flüssige Masse im wesentlichen durch nicht gelöste Gasblasen expandiert, und die Dichte der auf diese Weise expandierten und innerhalb des Gärbehälters in Bewegung befindlichen Flüssigkeit hat an jedem beliebigen Punkt des Gärbehältervolumens einen konstanten Wert. Die Massendichte wird mehr oder weniger stark herabgesetzt, und die Flüssigkeit wird zu dünnen Schichten gedehnt, wodurch sich Austauschfiächen beträchtlicher Größe ergeben.

Die in Umwälzung befindliche Masse wird dabei jeweils in den gleichen Bereichen ihres Umlaufweges mit gleichbleibender Zusammensetzung beschickt, so daß innerhalb einer kurzen und vorbestimmten Zeitspanne eine einwandfreie Verteilung sämtlicher Beschickunjrsmengen in der ganzen Masse erhalten wird. Sämtliche Bestandteile, welche unter die Flüssigkeit gemischt bzw. in dieser gelöst werden, sind dann gleichförmig in der dünnen Schicht verteilt. Die Erfahrung zeigt, daß nach Ablauf sehr kurzer Zeit sämtliche Erscheinungen regelmäßig werden, vorausgesetzt natürlich, daß die Einhlasstärke ausreichend hoch bemessen ist. Die in Umwälzung befindliche Masse läßt sich so zu einer Strömung assimilieren, die dann ständig in einem geschlossenen Kreislauf umläuft. Diese Strömung kann anhand ihres Durchsatzes oder des Umwälztaktes ein und desselben Elements bestimmt werden.

Eine Steigerung der Produktivität des Gärverfahrens bzw. des Gärbehälters läßt sich durch Beschleunigung des Umwälztaktes erzielen. Dabei kann im kontinuierlichen oder auch im nichtkontinuierlichen Betrieb die Anreicherung durch entsprechende Beschickung gesteigert werden, da die Mikroorganismen bei ihrem Eintritt in den Nährbereich die gleiche Ergiebigkeit des Milieus vorfinden wie wenn beispielsweise die durch Beschikkung erfolgende Anreicherung durch gleichzeitige Verdoppelung der Ausströmmenge in einer gegebenen Zeit verdoppelt werden würde.

Die Steigerung der Ausströmungen in einer gegebenen Zeit ist jedoch mit zwei Schwierigkeiten behaftet:

Wenn einerseits zur Durchsatzsteigerung die Geschwindigkeit zu hoch gemacht wird, werden die Kontaktzeiten des Einblasgases mit dem Milieu in der aufsteigenden Phase zu kurz, um einwandfreie Assimilation zu gewährleisten. Wennn jedoch andererseits zur Durchsatzsteigerung der Querschnitt des aufsteigenden Teils vergrößert wird, ist eine zu starke Steigerung des Durchsatzes an Einblasluft erforderlich. Innerhalb der üblichen Grenzwerte, d. h. für eine Gaseinblasung von

500 bis 3500 mVh/m² Querschnittsfläche für den Umlauf der expandierten Flüssigkeit im ersten Abschnitt des aufsteigenden Umlaufweges folgt die Aufstiegsgeschwindigkeit der Masse im Aufstiegskanal angenähert der folgenden Gleichung:

y= k(x- a),

in welcher y die Aufstiegsgeschwind:gkeit der Masse, gemessen in m/sec, k ein konstanter Koeffizient für ein und denselben Gärbehälter und für gleiche physikalisehe Eigenschaften der expandierten Maische, χ die Gaseinblasstärke in m³/m²/h und a eine für ein bestimmtes Milieu und einen bestimmten Gärbehälter gültige Konstante ist

Wie sich aus der vorstehenden Gleichung ableiten läßt, verändert sich der zeitliche Abstand zwischen zwei Durchgängen jedes Massenelements am Eingang des Einblasbereichs angenähert umgekehrt proportional zu einer Veränderung des Einblasdurchsatzes.

Wenn daher für den Querschnitt des aufsteigenden Teils eine zu große Oberfläche gewählt wird, wird eine zu starke und damit zu aufwendige Einblasung benötigt

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Gärung und Entwicklung von Mikroorganismen in der Weise zu verbessern, daß eine höhere Produktivität ohne Steigerung der Einblasstärke erreichbar ist.

Das zur Lösung de ι gestellten Aufgabe vorgeschlagene Verfahren vom eingangs genannten Typ ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Einblasstärke so bemessen wird, daß sich im ersten Teil der aufsteigenden Phase zwischen 0,50 und 2,50 m/sec betragende Strömungsgeschwindigkeiten ergeben, im zweiten Abschnitt der aufsteigenden Phase die Strömung durch Verbreiterung des waagerechten Quer-Schnitts fortschreitend verlangsamt wird, die Verbreiterung so bemessen wird, daß die Geschwindigkeit am oberen Ende der aufsteigenden Phase nicht unterhalb eines Grenzwerts liegt, der zwischen 0,50 und 0,20 m/sec beträgt, und die waagerechten Querschnitte im Abstiegskreis verringert werden.

Bei diesem Verfahren werden die Aufstiegsgeschwindigkeiten während des ersten und angenähert die Hälfte eines Umlaufs betragenden Abschnitts am höchsten gemacht, um einen Sollduchsatzwert der ganzen _i(5 Umwälzmasse wie auch den erforderlichen Umwälztakt zu erhalten. Auf den ersten Umlauf abschnitt, in welchem die größte Turbulenz vorhanden ist und in dem am besten die zu assimilierenden Stoffe eingeführt werden, folgt ein zweiter Abschnitt, in welchem die Aufstiegsgeschwindigkeit verlangsamt wird, um die erforderliche Zeit für die langsameren Austauschvorgänge zu erhalten. Die Abstiegsgeschwindigkeit im letzten Teil nimmt veränderliche oder nicht veränderliche Werte an, wobei jedoch zu Anfang eine jede Dekantierung in die <_i5 in Umwälzung befindliche Masse verhindernde Mindestgeschwindigkeit von je nach dem Milieu veränderlichem Wert eingehalten wird. Der zeitliche Verlauf der aufsteigenden und der absteigenden Phase und hauptsächlich die Verringerung der Gesamtumwälzzeit der Masse um sich selbst gestatten eine wesentliche Steigerung der stündlichen Assimilationsleistung für die in dem Gesamtvolumen an flüssiger Masse enthaltenen Stoffe aufgrund des schnelleren Umwälztakts der flüssigen Masse, der Beschickungsaiireicherung, der im Beschickungsbereich herrschenden starken Turbulenzen und hohen Aufstiegsgeschwindigkeiten und der Steigerung der Gesamtkontakizeit in der aufsteigenden Phase in bezug auf die Zeit der absteigenden Phase. Die Einblasstärke wird dabei so bemessen, daß sich im ersten Teil der aufsteigenden Phase zwischen 0,50 und 2,50 m/sec und am besten bei angenähert 1,50 m/sec betragende Strömungsgeschwindigkeiten einstellen. Zu diesem Zweck werden zwischen 1000 bis 3500 mVh Gas, bezogen auf den atmosphärischen Luftdruck, pro m² Querschnittsfläche des ersten Teils des aufsteigenden Umlaufweges eingeblasen.

Je höher die Beschickungsanreicherung ist, um so höher wird die Geschwindigkeit gewählt, wenn alle anderen Parameter unverändert belassen werden.

Im zweiten Abschnitt der aufsteigenden Phase, in welchem die Strömung durch Verbreiterung des waagerechten Querschnitts fortschreitend verlangsamt wird, wird die zur Erzielung der Assimilationsmetabolisme;i erforderliche Zeit zur Verfügung gestellt Auf diese Weise wird außerdem die zur Gasabgabe am oberen Pegelstand der Masse zur Verfügung stehende Oberfläche vergrößert, wodurch diese Gasabgabe erleichtert und regelmäßiger gemacht wird. Diese Verbreiterung wird am besten rechnerisch festgelegt und so bemessen, daß die Geschwindigkeit am oberen Ende der aufsteigenen Phase nicht unterhalb eines Grenzwertes liegt, der in Abhängigkeit von der jeweils verwendeten Vorrichtung zwischen 0,50 und 0,20 m/sec beträgt.

Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren umfaßt eine weitere, wichtige Änderung im Arbeitsprinzip von Gärverfahren der hier beschriebenen Art, nämlich eine Beschleunigung in der absteigenden Phase, welche dadurch erhalten wird, daß die waagerechten Querschnitte im Abstiegskreis verringert werden. Zunächst einmal macht die Steigerung der Aufstiegszeit eine Verringerung der Abstiegszeit erforderlich, damit der gewünschte Umwälztakt aufrechterhalten bleibt. Außerdem soll die Abstiegszeit, in der laufend weniger Sauerstoff zur Verfügung steht, so weit wie möglich verringert werden.

Zu Beginn der Abstiegsphase muß die Geschwindigkeit ausreichend hoch bemessen sein, um jede Dekantierung zu vermeiden, was sowohl auf die Mikroorganismen als auch auf die nicht vermischbaren flüssigen Stoffe zutrifft. Zur Erzielung einer besseren Homogenität in dieser Phase müssen eine ausreichend hohe Turbulenz und Geschwindigkeit aufrechterhalten werden. Nichtsdestotrotz ist die Verringerung der Abstiegszeit bei kontinuierlicher Gärung auf einen von Fall zu Fall unterschiedlichen Mindestwert beschränkt, bei dem die Gesamtheit der Biomasse erhalten bleibt. Dieser Mindestwert ist eine Funktion des Verhältnisses zwischen dem nichtexpandierten Flüssigkeitsvolumen an Bearbeitungsmasse und dem stündlichen Durchsatz an flüssiger Beschickung. Dieses Verhältnis liefert eine Zeitangabe, deren Kehrwert im allgemeinen als »Verdünnung« bezeichnet wird. Das Verhältnis muß einen solchen Wert aufweisen, bei dem keine Ausspülung der Mikrobenkolonie erfolgt. Die in Frage kommende Zeitspanne liegt beispielsweife bei der Hefeherstellung im allgemeinen zwischen 2 und 6 Stunden. Unter Berücksichtigung der vorstehenden Ausführungen muß selbstverständlich die Abstiegszeit für Gärbehälter hoher Produktivität im Gegensatz zu bekannten Gärverfahren des hier betrachteten Typs gleich oder sogar kleiner sein als die Aufstiegszeit.

Aufgrund der beschriebenen Ausgestaltung wird bei dem Verfahren die Bearbeitungsmasse in den meisten Fällen auf sehr hohe Geschwindigkeiten gebracht, in der Praxis nicht eanz vermeidbarc IJnpleichfftrmipkei-

ten können daher zu Abweichungen führen, die ggf. ein unregelmäßiges Betriebsverhalten zur Folge haben können. Aus diesen Gründen sind für Gärbehälter hoher Produktivität und vor allem für solche hoher Leistung und Produktivität neben den Trennwänden, welche die aufsteigenden und absteigenden Bewegungen voneinander trennen, zusätzliche Trennwände erforderlich, durch welche diese Strömungen gerichtet werden. Dabei handelt es sich um allgemein senkrechte oder nahezu senkrecht angeordnete Trennwände, welche die Rolle von Wellenbrechern spielen und die Gesamtströmung in zueinander parallele Ströme kleineren Querschnitts aufteilen, welche sich daher leichter gleichmachen lassen.

Diese Trennwände können gleichzeitig zur Steigerung der mechanischen Festigkeit des Gärbehälters eingesetzt werden. Aufgrund der Trennwände ergibt sich vor allem eine Vergleichmäßigung sämtlicher Bewegungen und damit eine Verbesserung der Homogenität. Außerdem machen die mehr oder weniger stark exothermen Gärprozesse im allgemeinen eine Temperaturregelung erforderlich, wozu am besten diese Trennwände ganz oder teilweise benutzt werden, indem diese doppelwandig ausgebildet und von einer zur Temperaturregelung dienenden Flüssigkeit durchströmt werden. Der Wärmeaustausch wird dabei durch die im Inneren des Gärbehälters herrschenden Geschwindigkeiten und Turbulenzen verbessert, aufgrund deren sich ausgezeichnete Wärmeaustauschkoeffizienten erhalten lassen. Bei großen Gärbehältern schließlich, in denen das Milieu in der beschriebenen Weise bewegt wird, gestatten mit Flüssigkeit gefüllte doppelwandige Trennwände außerdem eine Steigerung des Beharrungsvermögens der ganzen Vorrichtung, was sich sehr vorteilhaft auf das Verfahren auswirkt.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist auch auf anaerob arbeitende Gärbehälter und Verfahren anwendbar. Die Gaseinblasung sollte auf diese Weise erfolgen, daß ihre aufsteigende Wirkung im Bereich größter Geschwindigkeit liegt, um eine Beschleunigung in diesem Bereich zu bewirken. In vielen Fällen läßt sich dazu ein Teil der bei der Gärung entstehenden Gase verwenden, indem diese zum Boden des Gärbehälters rückgeleitet und an diesem eingeblasen werden. Auch in diesem Falle gilt das für die Geschwindigkeiten und den Durchsatz des Gases gesagte.

Unbesehen dessen, ob Luft oder ein anderes Gas eingeblasen wird, muß die Durchdringungsgeschwindigkeit des am Boden des Gärbehälters in die in Expansion befindliche Masse eingeführten Gases unabhängig von seiner Richtung ausreichend hoch bemessen sein und je nach Viskosität des Milieus zwischen 10 und 40 m/sec und im allgemeinen zwischen 20 bis 30 m/sec betragen. An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, daß es bei diesen Geschwindigkeiten absolut nutzlos ist, die Gasströme aufteilen zu wollen. Die in Frage kommenden Geschwindigkeiten reichen dazu aus, um das Gas in die ganze, in Bewegung befindliche Masse einzuführen. Die Mündungsquerschnitte für die Gaseinlaßöffnungen können daher mehrere Quadratzentimeter groß sein, wodurch jede Verstopfung verhindert wird. In jedem Falle ist jedoch unerläßlich, diese Öffnungen sehr regelmäßig zu verteilen, wobei der gegenseitige Abstand zwischen den Öffnungen in der Größenordnung eines Zentimeters betragen soll.

In jedem Falle kann die Produktivität des Verfahrens ohne Veränderung der Ausbeute unter Einhaltung der für jeden Ausgangsstoff bekannten, vorgegebenen Grenzwerte durch Steigerung der Konzentration der Beschickungsflüssigkeit und gleichzeitige Steigerung des Umwälztaktes gesteigert werden.

Zur Erzielung einer verstärkten Entwicklung von Mikroorganismen werden in den ersten Teil der aufsteigenden Phase zwischen 700 und 3500 m-Gas/m²/h eingeblasen.

Bei der Hefeherstellung beträgt der Einblasdurchsatz zwischen 1000 und 3000 m³Gas/m²/h.

ίο Wenn der Gärbehälter im verringerten Maße zur Entwicklung von Mikroorganismen eingesetzt werden soll und seine Arbeitsweise weitgehend auf deren Metabolismen beruht, kann der waagerechte Querschnitt im ersten Teil der aufsteigenden Phase beträchtlich verringert und der Einblasdurchsatz aul niedrigeren Werten von 500 bis 1500 rii³ Gas/m¹/π gehalten werden.

Bei kontinuierlicher aerober Gärung werden die Sauerstoffkontaktzeiten auf Kosten der Abstiegszeil mit schwacher aerober Gärung (Aerobiose) verlängert wobei außerdem ein ausreichendes Verhältnis zwischer dem Gesamtvolumen an Verfahrensflüssigkeit und der Beschickungs- und Abzugsmengen eingehalten wird, se daß sich ein Mindestvermehrungsgrad für die Mikroorganismen einstellt.

Es sind jedoch grundsätzlich die im Patentanspruch 1 angegebenen Bedingungen einzuhalten.

Sämtliche Verfahrensparameter lassen sich anhanc vollautomatischer Regelungen vorgeben. Zur Bedienung der Gärbehälter sind daher keine Bedienungsper sonen erforderlich, und diese kann selbstverständlich auch über Fernsteuerung erfolgen. Die aufgrund einei Kapazitätssteigerung mögliche Verringerung der An zahl an Gärbehältern führt zu einer weiteren Vereinfa chung der automatischen Regelungen, insbesondere be Serienbetrieb.

Durch die Erfindung wird weiterhin ein zui Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dienen der Gärbehälter aus zwei ineinander angeordneter Hohlräumen vorgeschlagen, der erfindungsgemäß da durch gekennzeichnet ist, daß der für die aufsteigende Phase bestimmte Hohlraum einen unteren Abschnit von verhältnismäßig kleinem Querschnitt aufweist, sich von der Mitte seiner Höhe an in der oberen Hälfte regelmäßig verbreitert ausgestaltet ist und im oberer und unteren Teil mit dem für die absteigende Phase bestimmten Hohlraum über die Umwälzung der ganzer Bearbeitunsmasse nicht verlangsamende Querschnitte in Verbindung steht.

Gemäß weiteren Ausgestaltungen kann der Garbe hälter im unteren Teil des für die aufsteigende Phase bestimmten Hohlraums senkrechte Trennwände auf weisen, und es können weiterhin senkrechte Trennwän de im oberen Teil des für die aufsteigende Phase bestimmten Hohlraums und dem des für die absteigende Phase bestimmten Hohlraums vorgeseher, sein.

Insbesondere kann der Querschnitt des für die aufsteigende Phase bestimmten Hohlraums von unter nach oben im Verhältnis von 1 :6 zunehmen. Dei Querschnitt des für die absteigende Phase bestimmter Hohlraums kann im oberen und unteren Abschnit konstant und/oder über einen Teil seiner Höhe durcl einen zusätzlichen, geschlossenen Hohlraum oder durcl Veränderung der Wandprofile verkürzt sein.

f>5 Die ggf. vorhandenen Trennwände können bis zun Boden des Gärbehälters durchgeführt sein, wobei die Trennwandebenen in Radialrichtung oder nahezu ir Radialrichtung verlaufen. Die Trennwände weisen

insbesondere bei Verwendung zur Temperaturregelung, ein hohes Gewicht auf und stützen sich elastisch gegen den Gärbehälterboden ab. Die für die absteigende Phase dienenden Hohlräume sind insbesondere außerhalb der für die aufsteigende Phase bestimmten Hohlräume angeordnet, wobei die Strömungsgeschwindigkeiten der aufsteigenden und der absteigenden Strömungen in sämtlichen Hohlräumen für aufsteigende und absteigende Ströme auf gleicher Höhe jeweils gleiche Werte aufweisen. Die Anzahl der Hohlräume für die aufsteigende Bewegung kann unterschiedlich sein gegenüber der Anzahl an Hohlräumen für die absteigende Bewegung.

Das erfindungsgemäße Verfahren sowie der zu dessen Ausführung vorgeschlagene Gärbehälter sind im nachfolgenden anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

F i g. 1 ist ein senkrechter Aufrißquerschnitt entsprechend der Linie I-I von Fig.2 durch eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Gärbehälters;

F i g. 2 ist eine Draufsicht auf die erste Ausführungsform:

Fig.3 und 4 zeigen im gleichen Maßstab jeweils entsprechende Ansichten einer zweiten Ausführungsform;

Fig.5 ist ein im gleichen Maßstab gehaltener Aufrißquerschnitt durch eine dritte Ausführungsform.

Der in den F i g. 1 und 2 dargestellte Gärbehälter weist einen rechteckförmigen Querschnitt auf. Seite Breite beträgt an der Basis 3,70 m und verbreitert sich auf 5,60 m. Die Behältertiefe beträgt konstant 5,0 m und die Gesamthöhe des Behälters 15 m. Der Gärbehälter eignet sich entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Aufbereitung eines Durchsatzes von 25 mVh Bisulfitablauge aus der Papierherstellung, mit einem Gesamtzuckergehalt in der Größenordnung von 35 g/l, zur Erzeugung von 9 Tonnen Hefe/Tag.

Der Gärbehälter weist zwei Hohlräume von jeweils rechteckförmigem, waagerechtem Querschnitt auf, die ineinander angeordnet sind. Der innere Hohlraum besteht ausgehend von der Basis, aus einem verhältnismäßig engen ersten Abschnitt, der aus einem geraden Prisma mit rechteckförmiger Basis besteht, gefolgt von einem pyramidenstumpfförmigen Abschnitt 2 mit rechteckförmiger Basis und einem dritten Abschnitt 3 in Form eines geraden Prismas mit rechteckförmiger Basis, dessen Breite etwa das Fünffache der des unteren, engen Abschnitts beträgt Die senkrechte Außenwand ragt 4 m über das obere Ende des inneren Hohlraums hinaus. Die waagerechten Querschnitte des ganzen äußeren Hohlraums, in dem der Abstieg der Flüssigkeit erfolgt sind konstant

Der Gärbehälter wird kontinuierlich mit vorher entsulfitisierter, neutralisierter und dekantierter Bisulfitlauge, der die erforderlichen Nährsalze zugesetzt worden sind, bei 4 am Boden des mittigen Hohlraumes beschickt wobei diese Lauge regelmäßig über die ganze Länge des waagerechten Querschnitts an der Basis verteilt eingeführt wird. Die bei 5 eingeblasene Luft wird gleichfalls über die Basis des mittigen Hohlraums verteilt wobei 6000 rnVh Luft unter normalen Drucken und Temperaturen eingeblasen werden. Die Abzapfung erfolgt kontinuierlich bei 6.

Im Dauerbetrieb läuft das Gemisch aus Flüssigkeit und Luftblasen im geschlossenen Kreislauf kontinuierlich um und gelangt nacheinander in die beiden Hohlräume des Gärbehälters. Das Gemischt steigt im

mittigen Teil auf und strömt durch die beiden seitlichen Abschnitte wiederum nach unten. Die Drehbewegung der ganzen expandierten Masse um sich selbst erfolgt in einem Takt von etwa 0,8 Umwälzungen pro Minute, wobei das Verhältnis von Aufstiegszeit zu Abstiegszeit 0,37 beträgt. Das obere Niveau, d. h. der obere Pegelstand, stellt sich in einer Höhe zwischen 13 und 14 m oberhalb der Basis ein. Die Menge der in dem Gärbehälter aufbereiteten Flüssigkeit beträgt 87,5 Tonnen.

Vier doppelwandige, senkrechte Trennwände 7 von jeweils 4 m Höhe, welche die ganze Breite des unteren Abschnitts des Gärbehälters einnehmen, halten durch innere Kühlwasserumwälzung die Aufbereitungsmasse auf einer zur Gärung optimalen Temperatur. Die Trennwände vergleichmäßigen die aufsteigenden und absteigenden Ströme und vergrößern die mechanische Festigkeit des Gärbehälters.

Der in den F i g. 3 und 4 dargestellte Gärbehälter dient zur Vergärung normaler Paraffine, die in einer Konzentration von 16 g/l in Wasser cmulgiert sind, unter einem Durchsatz von 416 mVh, wobei 100 Tonnen Hefe pro Tag erhalten werden. Der Gärbehälter hat an der Basis einen Durchmesser von 18 m, sein größter Durchmesser beträgt 23 m und seine Gesamthöhe 15 m. Der Gärbehälter besteht aus zwei drehsymmetrischen Hohlräumen, die ineinander und koaxial zueinander angeordnet sind. Der für die aufsteigende Umwälzung bestimmte Hohlraum, an dessen Basis Luft eingeblasen wird, besteht aus dem zwischen den beiden Mänteln liegenden Ringabschnitt und weist an der Basis einen zwischen den Zylindern 8 und 9 befindlichen engen Abschnitt auf, an den sich ein Abschnitt anschließt dessen Querschnitt sich fortschreitend vom Ausgangswert auf mehr als den doppelten Wert zwischen den beiden kegelstumpfförmigen Abschnitten 10 und 11 verbreitert

Der Gärbehälter wird bei 12 kontinuierlich mit einer Wasseremulsion von Paraffinen beschickt der die erforderlichen Nährsalze zugesetzt sind. Die Luft wird bei 13 in einer Menge von 250 000 m³/h eingeblasen. Die Abzapfung erfolgt kontinuierlich bei 14.

Im Dauerbetrieb wird die durch die eingeblasene Luft expandierte Paraffin-Wasser-Emulsion im geschlossenen Kreislauf kontinuierlich umgewälzt und steigt in dem Ringabschnitt auf und gelangt in dem mittigen Hohlraum wieder nach unten. Die Umwälzung der ganzen expandierten Masse erfolgt im Takt von etwa 2J5 Umwälzungen pro Minute, wobei die Zeiten für Aufstieg und Abstieg im wesentlichen gleich lang sind. Die im Gärbehälter befindliche Paraffin-Wasser-Emul sionsmenge beträgt etwa 2000 Tonnen, und der Pegelstand der expandierten Masse stellt sich etwa 15,50 m oberhalb der Gärbehälterbasis ein. Durch radial angeordnete Kühlplatten 15 wird die Bearbeitungsmasse auf einer geeigneten Temperatur gehalten. Diese Platten vergleichmäßigen die Verteilung der Umwälzströmung und tragen zur Steigerung der mechanischen Festigkeit des Gärbehälters bei

Das in F i g. 5 dargestellte dritte Ausführungsbeispiel bezieht sich auf die alkoholische Vergärung durch kontinuierliche Anaerobiose einer Maische aus verdünnter Rohrzuckermelasse, die etwa 17% gärfähige oder vergärbare Zuckerbestandteile enthält und in einem Durchsatz von 12^mVh in den Gärbehälter eingeführt wird, wobei 300 Hektoliter Äthylalkohol pro Tag gewonnen werden.

Der dargestellte Gärbehälter besteht aus einem

Zylinder von 5 m Durchmesser und 14 m Höhe und setzt sich aus einem geschlossenen zylindrischen Kessel 16, der durch einen koaxialen Drehkörper mit einem unteren Zylinderabschnitt 17 und einem sich nach oben erweiternden, oberen kegelstumpfförmigen Abschnitt 18 in zwei Hohlräume unterteilt ist, zusammen, in welchem die expandierte Maische im geschlossenen Kreislauf umläuft Die verdünnte Maische wird bei 19 kontinuierlich eingeführt, während die Abzapfung der alkoholischen Maische bei 20 kontinuierlich erfolgt. Die Umwälzung und Bewegung werden durch das bei der Gärung entstehende Kohlensäuregas bewirkt, das bei 21 aufgefangen und bei 22 am Boden des Behälters wieder in diesen eingeleitet wird. Überschüssiges Kohlensäuregas wird bei 23 abgeführt

Bei diesem Ausführungsbeispiel besteht die Hauptaufgabe nicht in der Erzeugung von Hefe, sondern in der Erzielung eines Produktes durch anaeroben Metabolismus. Zur Aufrechterhaltung der Gärung ist jedoch erforderlich, die Hefekolonie in einem guten !Zustand zu erhalten und diese ausreichend stark zu entwickeln. Zu diesem Zweck muß der Hefe der zu ihrer Fortentwicklung benötigte Sauerstoff zugeführt werden. Es handelt sich daher nicht um einen rein anaeroben Verfahrensablauf.

Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet eine beliebige Steuerung der erzeugten Hefemenge, da durch Regelung des Umwälztaktes und der Dauer der aufsteigenden Phase die Auflösung der erforderlichen Sauerstoffmenge gewährleistet werden kann. Mit einer bekannten Einblasmenge pro gegebener Zeit, welche einen Umwälzungssollwert und die Sauerstoffzufuhr gewährleistet und kontinuierlich oder intermittierend in ausreichend kurzen Zeitabständen eingeführt wird, lassen sich Alkohol und Hefe in gewünschten Anteilen erhalten. Beispielsweise lassen sich 1001 Äthylalkohol (ausgedrückt in reinem Alkohol) und 4 kg Hefe (aus 92% Trockenstoffen) oder 12 kg trockene Hefe und 92 I

ίο reiner Alkohol bei jeweils gleichem Verbrauch an gärfähigen Zuckern erhalten.

Vermittels hier nicht dargestellter Platten, in denen kaltes Wasser umgewälzt wird, läßt sich die Temperatur der in Gärung befindlichen Maische regeln. Der Sauerstoff wird beispielsweise bei 24 oder auf anden; Weise in Form eines reinen Gases oder eines Mischgases in den Kreislauf eingeblasen.

Der Querschnitt des Hohlraums für die absteigende Strömung kann selbstverständlich über einen bestimmten Abschnitt seiner Höhe durch zusätzliche Anbringung eines Hohlraums, dessen Volumen von der Umwälzung ausgeschlossen ist, verringert werden. Ein solcher Hohlraum hat. beispielsweise in einem Gärbehälter mit drehsymmetrisch und koaxial ausgebildeten Hohlräumen der in den Fig.3 und 4 dargestellten Ausführungsform eine drehsymmetrische Formgebung und ist, wie bei 25 in Fig.3 ingedeutet, koaxial angeordnet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Gärung und Entwicklung von Mikroorganismen in einer flüssigen Phase, in der feste, flüssige oder gasförmige Stoffe in Mischung enthalten oder gelöst sind und das Flüssigkeitsgemisch durch Gaseinblasung in einen beschränkten Bereich am Boden des Gärbehälters in einem schnell fließenden Strom intensiv bewegt und eine ständige Verringerung der scheinbaren mittleren Dichte der flüssigen Masse und gleichzeitig eine Drehbewegung der ganzen flüssigen Masse innerhalb des Behälters in einem geschlossenen Kreislauf um sich selbst hervorgerufen wird, wobei die Drehbewegung in aufsteigender Phase erfolgt, an die sich stromabwärts mit ihrer Abstromseite eine absteigende Phase anschließt und sich die in Bewegung befindliche Mass? ständig und ganz in regelmäßigen Abständen im Einbiasbereich befindet, dadurch gekennzeichnet, daß die Einblasstärke so bemessen wird, daß sich im ersten Teil der aufsteigenden Phase zwischen 0,50 und 2,5 m/sec betragende Strömungsgeschwindigkeiten ergeben, im zweiten Abschnitt der aufsteigenden Phase die Strömung durch Verbreiterung des waagerechten Querschnitts fortschreitend verlangsamt wird, die Verbreiterung so bemessen wird, daß die Geschwindigkeit am oberen Ende der aufsteigenden Phase nicht unterhalb eines Grenzwerts liegt, der zwischen 0,50 und 0,20 m/sec beträgt und die waagerechten Querschnitte im Abstiegskreis verringert werden.

2. Gärbehälter aus zwei ineinander angeordneten Hohlräumen zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der für die aufsteigende Phase bestimmte Hohlraum einen unteren Abschnitt (1) von verhältnismäßig kleinem Querschnitt aufweist, sich von der Mitte seiner Höhe an in der oberen Hälfte regelmäßig verbreiternd ausgestaltet ist und im oberen und unteren Teil mit dem für die absteigende Phase bestimmien Hohlraum über die Umwälzung der ganzen Bearbeitungsmasse nicht verlangsamende Querschnitte in Verbindung steht.

3. Gärbehälter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gärbehälter im unteren Teil des für die aufsteigende Phase bestimmten Hohlraums senkrechte Trennwände (7,15) aufweist.

4. Gärbehälter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß senkrechte Trennwände (7) auch im oberen Teil des für die aufsteigende Phase bestimmten Hohlraums und dem des für die absteigende Phase bestimmten Hohlraums vorgesehen sind.