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DE2608480A1 - Verfahren zur verbesserung des stofftransportes in fluessigen medien - Google Patents

Verfahren zur verbesserung des stofftransportes in fluessigen medien

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DE2608480A1
DE2608480A1 DE19762608480 DE2608480A DE2608480A1 DE 2608480 A1 DE2608480 A1 DE 2608480A1 DE 19762608480 DE19762608480 DE 19762608480 DE 2608480 A DE2608480 A DE 2608480A DE 2608480 A1 DE2608480 A1 DE 2608480A1
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liquid
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transport
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DE19762608480
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Wolfgang Dipl Ing Sittig
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Hoechst AG
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Hoechst AG
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Description

260848Q
HOECHST AKTIENGESELLSCHAFT
•Α.
Aktenzeichen - HOE 76/F 039
Datum: 1. März 1976 - DPh.HS/sch
Verfahren zur Verbesserung des Stofftransportes in flüssigen Medien
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Verbesserung des Stofftransportes in flüssigen Medien, wie zum Beispiel in begasten Flüssigkeiten, Suspensionen, Emulsionen und/oder Dispersionen, insbesondere Ferraentationsbrühen.
Zur Durchführung von Reaktionen in rter Flüssigphase ist es erforderlich, die benötigten Reaktanten durch Mischen und/oder Rühren an die Stelle des Reaktionsablaufes zu transportieren und die Reaktionsprodukte zu entfernen. Bei gasförmigen Reaktanten muß das Gas in die flüssige Phase eingebracht und durch die Gas-Flüssigkeitsgrenzschicht an den Ort der Reaktion transportiert v/erden. Für katalytische Reaktionen sind die Transportwege durch die Verteilung der katalytisch wirksamen Substanzen bestimmt; bei Fermentationen durch die Verteilung der Zellen.
Es ist bekannt, vorstehende Reaktionen in Rührwerkskesseln, Unikuf reaktor en, _ Blasensäulen oder FreistrahLreaktoren durchzuführen. Bei hohen Umsätzen erreichen die zur Erzielung der hohen Transportgeschwindigkeit erforderlichen mechanischen Antriebs-
3
leistungen pro m Flüssigkeit 5 KW und mehr. Entsprechend müssen auch große zusätzliche Wärmeenergien abgeführt werden. Reaktoren mit Rührwerksantrieben erfassen immer nux* relativ große Teilvolumina des flüssigen Reaktionsgemisches und vermögen nur durch
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• 3. ·
Reflexion der Rührerströme die Teilvolumina weiter aufzuteilen. Suspendierte Katalysatoren oder Mikroorganismen mit ihren mikroskopischen Partikelgrößen lassen abweichende Bewegungen nicht zu. Zur Sicherstellung hoher Stofftransportraten ist jedoch eine intensive Mischung kleinster Bereiche eines Reaktors notwendig. Höhere Drehzahlen bei begasten Rtihrwerksbehältern führen aber zu Entmischungseffekten durch das auftretende Zentrifugalfeld.
Ferner sind sogenannte Fließbettverfahren mit höherer Feststoffdichte und Verfahren, in denen Mikroorganismen auf Partikeln aufwachsen, bekannt. Nachteilig ist, daß beim Fließbettverfahren ein hoher Anteil des Reaktionsraumes durch den Feststoff blockiert wird, daß bei an Partikeln wachsenden Mikroorganismen eine zusätzliche Abtrennung erforderlich wird und nur solche Mikroorganismen eingesetzt werden können, die ausreichende Haftung an den Feststoffoberflächen besitzen.
Die Aufgabe zu vorliegender Erfindung besteht darin, ein Verfahren zu schaffen, dux'ch das der Stofftransport in flüssigen Medien bei minimalem Energieaufwand und besserer Verteilung der eingebrachten Energie durchgeführt werden kann.
Zur Lösung der Aufgabe wurde ein Verfahren zur Verbesserung des Stofftransportes in flüssigen Medien mit Hilfe von inerten Feststoffteilchen, deren spezifisches Gewicht größer ist als das des flüssigen Mediums, gefunden, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Feststoffteilchen dem flüssigen Medium in Mengen von 0,1 - lO Vol.-% zugegeben werden und das Medium in einer solchen Bewegung gehalten wird, daß die Feststoffteilchen schweben.
Dabei hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, das flüssige Medium in einer schlaufenförmigen Bewegung zu halten, das spezifische Gewicht der Feststoffteilchen 1,1 - 20 mal größer als das des Mediums zu wählen und den mittleren Teilchendurchmesser auf O,l - AO ram zu beschränken.
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Zur Sicherstellung hoher Stofftransportraten ist eine intensive Mischung kleinster Bereiche eines Reaktors notwendig. Der Zusatz von Feststoffpartikeln von 0,1 - 40 mm mittleren Durchmessers und einer Dichte, die 1,1 - 20 mal größer ist als die des Mediums bewirkt eine der makroskopischen Strömungsbewegung überlagerte Differenzgeschwindigkeitfdie eine innere Durchmischung der makroskopisch erzeugten Teilvolumina bewirkt. Zum Erzielen des erforderlichen Stofftransportes genügt ein Feststoffzusatz von 0,1 - 10 Vol.-% des Reaktorinhaltes. Die Reaktorform ist für den Einsatz von Feststoffteilchen belanglos solange strömungsarme Stellen in Bodennähe vermieden werden.
Anhand der Figur, mit der der Verfahrensablauf schematisch dargestellt ist, soll das Verfahren näher erläutert werden. In dem zylindrischen oder konischen Reaktor (1) befindet sich das flüssige Medium, das mit Hilfe einer Umwälzpuiape (3) über die Leitung (2) umgepumpt wird. Dabei verläßt das Medium den Reaktor (1) bei (7) und tritt in denselben bei (12) wieder ein. Über Leitung (5) wird Sauerstoffhaltiges Gas in den Reaktor (1) eingeleitet. Der Feststoff kann über den Abluftstutzen (6) zugegeben werden. In der Figur ist der Feststoff durch die Quadrate (lO) und da.ö Prozessgas durch die Kugeln (11) dargestellt. Durch die schlaufenförmige Bewegung des flüssigen Mediums werden die Feststoffteilchen (10) in der Schwebe gehalten. Dabei entsteht zwischen jedem Feststoffteilchen und dem flüssigen Mediüss ein Differenzgeschwindigkeitsfeld, das sich sehr vorteilhaft auf die Durchmischung des flüssigen Mediums auswirkt. Gasblasen, die durch das; flüssige Medium aufsteigen und auf die schwebenden Feststoffteilchen aufprallen,werden zu innerer Konvektion angeregt und im um die Feststoffteilchen entstehenden Gesehwindig·- keitsfeld zur Erneuerung ihrer Grenzfläche gezwungen. Beide Effekte bewirken eine nachhaltige Verbesserung des StoffÜberganges gasförmig-flüssig sowie im Falle der Fermentation von der Flüssigkeit an die Zellen. .Vor dem Überlauf (7) kann eine Abtrennverrichtung für die Feststoffteilchen eingebaut werden (nicht dargestellt) . Zum Abführen von Prozesswärise kann in Leitung (2) ein Y.'ii.rmctaii3cber (4) eingebaut sein. Bei kontinuierlichem Betrieb wird ein Toi!strom über Leitung (8) dem Reaktionskreislauf eirtnomnso.n und über Leitung .(9) eine entsprechende Menge frischer.
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flüssiges Medium zugeführt.
Beispiel 1
Zur Herstellung vöu Cäi'uiidä LipolyLioa. (ATCC 2O3S3) wui'ueii 20Ö0 i eines Nährmediums, das n-Parafin, NH0, Phosphate und andere Salze enthielt, zusammen mit 20 kg Polyäthylenterephthalat von ca. 3mm Korndurchmesser in einen Fermenter mit einem Durchmesser von 1 m und einer Höhe von 2,5 m gefüllt und über eine Leitung NW 100 umgepumpt. Die aufgewendete Prnnpleistung betrug 0,8 kW/m ent-
3 sprechend einem Volumenstrom von 140 m /h. Ferner wurden in den
Fermenter 72 m /h Luft von 1 bar eingeleitet. Nach einer Fermentationszeit von 36 h lagen 27 g Trockenmasse pro Liter Nährmedium vor. Die Verdopplungszeit betrug 4 Stunden.
In einem Rührwerksfermenter ähnlicher Größe (1200 0 χ 2500 Höhe) wurden unter sonst gleichen Bedingungen zur Gewinnung von 2? g pro Liter an Trockenmasse 7,8 kW/m an mechanischer Antriebsleistung benötigt.
Beispiel 2
Zur Sauerstoffanreichex'ung von Wasser wurden 2000 1 sauerstofffreies Wasser durch einen Reaktor, wie im Beispiel 1 besenrieben, gepumpt und mit 120 Nm Luft pro Stunde von 1,2 bar begast.
Ohne Zusatz von Feststoff v/urde ein volumetrischer Sauerstoffübertragungskoeffizient \αχ- a = 320 h~ erzielt.
In Gegenwart von 20 kg Polyäthylenterephthalat mit ca. 3 mm Korndurchmesser wurde unter sonst gleichen Bedingungen ein k^'ä = 400h~ erzielt.
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Le e rs eι te

Claims (3)

HO*. ίβ/F 039 Patentansprüche;
1. Verfahren zur Verbesserung des Stofftransportes in flüssigen Medien mit Hilfe von inerten Feststoffteilchen, deren spezifisches Gewicht/ist als das des flüssigen Mediums, dadurch gekennzeichnet, daß die Feststoffteilchen dem Medium in Mengen von 0,1 - IO Vol.-% zugegeben werden und das Medium in einer solchen Bewegung gehalten wird, daß die Feststoffteilchen schweben.
2. Verfahren nach AnspruchΊ, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige Medium in einer schlaufenförmigen Bewegung gehalten wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das spezifische Gewicht der Feststoffteilchen 1,1 - 20 mal größer ist als das des Mediums und der mittlere Teilchendurchmesser 0,1 - 40 mm beträgt.
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ORfGiNA INSPECTED
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