DE1667231A1 - Verfahren zur Erzeugung von Gas-Fluessigkeits-Gemischen - Google Patents

Verfahren zur Erzeugung von Gas-Fluessigkeits-Gemischen

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DE1667231A1 DE1967P0043716 DEP0043716A DE1667231A1 DE 1667231 A1 DE1667231 A1 DE 1667231A1 DE 1967P0043716 DE1967P0043716 DE 1967P0043716 DE P0043716 A DEP0043716 A DE P0043716A DE 1667231 A1 DE1667231 A1 DE 1667231A1
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Description

d r
'XiI
27.Dez.15S
ra^ic/
Adelonstraße 58 - Tel. 3010.24
Unsere Nr. 14 428
Chas. Pfizer u, Co., Inc. ETew York, N.Y.y V.St.Ao
Verfahren zur Erzeugung von Gas-Flüssigkeits-Gemischen.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung von Gemischen aus Gasen und Flüssigkeiten unter Übergang von Stoffen von einer Phase in die andere. <|
Das Erfordernis, bestimmte Verbindungen aus einer Phase in eine andere zu überführen, tritt bei vielen chemischen Reaktionen auf und stellt die Basis für entsprechende Operationen wie Absorption, Extraktion und Destillation dar-. Wird eine chemische Einheit von einer Phase,: in der"sie in relativ hoher Konzentration vorliegt, in eine andere Phase, in der sie in relativ niedriger Konzentration vorliegt, überführt» so wird die endgültige Verteilung der chemischen Einheit auf die mitwirkenden Phasen durch die Brauchbarkeit der überführten chemischen Einheit bestimmt. Bei der einfachen Absorption oder Ex-
aufnehmenden traktion, die ohne chemische Reaktion in der üfefe
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Phase stattfindet, wird die Bndkonzentration nach "beendeter Übertragung durch das G-Ieichgewicht zwischen abgebender und aufnehmender Phase bestimmt. Derartige Gleichgewichte werden im allgemeinen relativ rasch erreicht, und man benötigt daher relativ kurze Kontaktzeiten, um fast vollständige Übertragung und eine nahe Annäherung an den Gleichgewichtszustand zu erzielen.
Tritt eine chemische Reaktion in der aufnehmenden Phase ein, so wird die endgültige Verteilung der chemischen Verbin-
» dung·zwischen abgebender und aufnehmender Phase bestimmt durch den Grad,, der Umsetzung, die in der aufnehmenden rhase stattfindet». Die Geschwindigkeit des Massenübergangs hängt daher hier
i von der Geschwindigkeit der betreffenden chemischen UmSetzung ab. Da viele chemische Reaktionen relativ langsam verlaufen, werden lange Interphasen-Kontaktzeiten, um die Komponente, die.ursprünglich in der abgebenden Phase vorlag und die in der aufnehmenden Phase umgesetzt wird, zu verbrauchen,, Wo die Geschwindigkeit des Massenübergangs die Geschwindigkeit der raschen chemischen Umsetzung in der aufnehmenden Phase übertrifft, werden große Grenzflächen zwischen den Phasen benötigt, um die Iteaktion innerhalb tragbarer Zeiträume zu bewerkstelligen.
Zusammenfassend kann gesagt werden, daß relativ kurze Kontaktzeiten und kleine Grenzflächen erforderlich sind, wenn in der aufnehmenden Phase keine chemische Reaktion erfolgt und lediglich eine Änderung des Verteilungszustande einer chemischen Verbindung angestrebt wird. Relativ lange Kontaktzeiten werden benötigt, wenn eine langsame chemische Reaktion in der aufnehmenden Phase erfolgt. Ist die Reaktionsgeschwindigkeit hoch, so steuert die Geschwindigkeit des Massenübergangs zwischen den Phasen, die beobachtete Geschwindigkeit der Reaktion, und relativ große Grenzflächen sind daher hier von Vorteil*
Die vorliegende Erfindung befaßt sich insbesondere mit
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Überführungen der beiden letztgenannten Arten. Doch können auch Verfahren der erstgenannten Art in der erfindungsgemäßen Vorrichtung durchgeführt werden, d.h. Überführungen ohne chemische Reaktion,, Die vorliegende Erfindung stellt neue Mittel bereit zur Erhöhung der Kontaktzeit, während der eine Masse zwischen, abgebender und aufnehmender Phase ausgetauscht werden kann, und Vergrößerung der Phasengrenzflächen während des Aus— tauschs. Jie Erhöhung dieser entscheidenden Parameter erfolgt mit einer einfachen Vorrichtung normaler Größe.
Die Fermentation von Nährlösungen durch MierοOrganismen stellt ein Beispiel-für eine Interphasen-Übertragung dar, deren ™
w w 3?eHÄ% wird durch die Geschwindigkeit der Fermentation, die in der flüssigen Phase stattfindet. Die Stoffwechselprozesse, die in der flüssigen Phase ablaufen, benötigen gewöhnlich die Zufuhr von gelöstem sauerstoff oder anderen Gasen,, Diese Gase werden den Microorganismen, die in dem flüssigen Medium suspendiert sind, im allgemeinen zugeführt, indem man die Gase durch die Flüssigkeit perlen läßt. Die ©ase werden gewöhnlich am Boden des Gärbottichs eingeführt, um eine gewisse Verweilzeit sicherzustellen und die benötigte Bewegung des Mediums zu schaffen. Nach Eintritt in die Flüssigkeit am Gefäßboden steigen die Blasen rasch zur Flüssigkeitsoberfläche und treten dort aus.
Dieses Verfahren der Gaszufuhr zu Fermentationsbrühen besitzt verschiedene schwere Nachteile„ Einer dieser Nachteile resultiert aus der übermäßig kurzen Verweilzeit der Gasblasen im flüssigen Medium«, Diese kurze-Verweilzeit, gegeben, durch den raschen Aufstieg der Gasbläschen vom Boden des Gärbehälters zur Flüssigkeitsoberfläche, begrenzt die Zeit, während welcher ein Teil des Inhalts eines^Bläschens in die flüssige Phase überführt und in dieser gelöst werden kann. Diese kurze Verweilzeit führt zu einer unvollständigen Ausnutzung der brauchbaren Bestandteile der Gasblase und erfordert das Einpumpen größerer Gasmengen, um den Bedarf zu befriedigen. Daraus resul-
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tieren holiere Kosten für die Kompression und die Notwendigkeit größerer Fermentatiornsgefäße„ Ein weiterer Nachteil der geschilderten Methode besteht in der übermäßigen Schaumbildung an der Flüssigkeitsoberfläche„ Die Kompressionskosten werden ferner dadurch gesteigert, daß das Gas auf einen die Hohe des Flüssigkeitsspiegels ausgleichenden Druck komprimiert werden muß·
Die Schwierigkeiten, die der Beschleunigung des Gas-Flüssigkeit süb er gangs bei Fermentationen und der Erzielung relativ langer Kontaktzeiten entgegenstehen, treten auch bei anderen Verfahren auf, bei denen lange Kontaktzeiten benötigt werden«, Zu diesen Verfahren gehören viele chemische Verfahren, bei denen einer der Reaktionsteilnehmer waährend der Reaktion in die Phase, in der die Umsetzung stattfindet, überführt werden muß.
Bei vielen technischen Prozessen besteht das Reaktionsmedium aus mehreren flüssigen Phasen und einer Gasphase. Bei diesen Verfahren müssen die flüssigen Phasen innig gemischt und ferner G-as und Flüssigkeit gut miteinander vermischt werden, damit ein wirksamer Phasenübergang erzielt wird„Zu diesem Zweck wurden schon viele Methoden vorgeschlagen» Bei den meisten Verfahren wird mechanisch aus den Flüssigkeiten eine Emulsion erzeugt, durch welche die Glasblasen vom Boden des Heaktions gefäßes aus hindurchperlen. Die mechanische Emulsionsbildung ist nicht wirkungsvoll und übermäßig teuer, wenn es sich um große Flüssigkeitsmengen handelt, wie dies bei technischen Prozessen., z*B· der Gärung,, der Fall ist»
Ziel vorliegender Erfindung ist daher die Bereitstellung eines wirtschaftlich vorteilhaften Verfahrens zum Mischen von Gasen und Flüssigkeiten zum Zwecke einer Stoffüberführung. .Dab/ej,- sollen erhöhte Kosten für die Gaskomprimierung vermieden und, die Gase wirksam ausgenutzt werden» Die Flüssigkeit kann auch aus verschiedenen flüssigen Phasen bestehen» Das Verfall·»
ren läßt sich z.B. auf Gärprozesse anwenden, bei denen, die Gärbrühe aus einer oder mehreren flüssigen Phasen, besteht.
Die Erfindung wird zunächst anhand der Zeichnungen näher erläutert: Fig. .1-3 zeigen schematische Diagramme verschiedener Ausführungsformen der Erfindung. Pig. 4 ist eine Draufsicht auf Fig. 3.
Das neue Verfahren arbeitet derart, daß eine Emulsion der nicht mischbaren Phasen, in einer Mischzone gebildet wird, worauf die natürliche Feigung der Phasen zu einer Trennung aufgrund von Auftrieb und Oberflächeneffekten aufgehoben wird, indem man die dichteren Phasen hinter suspendierten separaten Kugeln, der anderen Phasen fließen läßt. Auf diese Weise wird die in der Mischzone gebildete Emulsion in der Kontaktzone aufrechterhalten, in der der längere Kontakt und die Überführung von einer Phase in die andere erfolgen. Die Emulsion neigt in einer Trennzone zum Brechen^ aus der Trennzone wird Kreislaufmaterial abgezogen und in die Misehzone geführt. Das im Kreislauf geführte Material besteht hauptsächlich aus der dichteren Phase, - - ; ■ .
Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens wird am besten bei Untersuchung der Kräfte verstanden, die eine Gasblase oder ein Tröpfchen einer zweiten Flüssigkeit, welche(s) in .einer Drertikalen Säule abwärts fließender. Flüssigkeit suspendiert istj beeinflussen, wobei die abwärts fließende Flüssigkeit, die die Hauptmenge des Säuleninhalts ausmacht, eine höhere Dichte besitzt als; das die" Blase oder das Tröpfchen bildende Gas bezw. die zweite Flüssigkeit. Die Gasblase erleid det einerseits einen Auftrieb aufgrund λ der Dichtedifferenz und will in der Säule hochsteigen. Andererseits ist sie einer QW-mungskraft ausgesetzt, die .in Fließrichtung der Hauptflüssigkeit nach unten gerichtet ist. Der Auftrieb ist proportional dem Volumen der Gasblase, die Stömungskraft ist proportional der Flüssigkeitsgeschwindigkeit, der Oberfläche der Gasblase ' und den Oberflächenkräften zwischen Gasblase und umgebender'
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Flüssigkeit. Unter 'Oberflächenkräften" werden die nicht abgeglichenem Molekularkräfte verstanden., die zur Oberflächenspannung der Gasblase beitragen. Da die Oberfläche der 6-asblase sich mit r (r=Radius der Gasblase), das Volumen dagegen mit τ ändert, wird eine G-asblase mit größerem Radius stärker aufgetrieben und schwächer von der Strömung mitgeschleppt als eine Blase mit kleinerem Radius, unter der Voraussetzung, daß die Oberflächenkräfte gleich sind. Bei einer gegebenen Flüssigkeitsgeschwindigkeit neigen kleinere Bläschen daher eher dazu,, mit der Flüssigkeit nach unten zu wandern, da die Schleppkraft der Ä Strömung dominiert, während größere Bläschen gegen den Strom "' der Flüssigkeit nach oben steigen., da hier der Auftrieb dominiert. Für jede Flüssigkeitsgeschwindigkeit gibt es daher eine Bläschengröße, die ein unbegrenztes Verweilen des Bläschens an einer bestimmten Stelle der Säule in der abwärts strömenden Flüssigkeit erlaubt.
In der bisherigen Beschreibung wurde die weniger dichte Phase als den geringeren Anteil des gesamtes. Mehrphasengemischs ausmachend bezeichnet. Dieses Mengenverhältnis muß erfindungsgemäß jedoch nicht notwendig vorliegen. Die Menge an dichterer Phase kann auch kleiner sein als die Menge an weniger dichter Phase, vorausgesetzt daß der Zerteilungsgrad der weniger dichten ψ Phase so ist, daß diskrete Anteile der weniger dichten Phase von der dichteren Phase umgeben sind, und daß sich Auftrieb und. Schleppkraft frei auf diese diskreten Teile auswirken können.
In Fig:. 1 besteht das Gas-Flüssigkelts-Kontaktgefäß 1 aus einem hohen Behälter. Die Flüssigkeitssäule 2 fließt in Pfeilrichtung nach untern. Flüssigkeit und etwas Gas werden am Boden des Behälters T durch Rohr 3 abgezogen und über die Umwälzpumpe 4 und die Kreislaufleitung 5 dem Oberteil des Behälters wieder zugeführt. Der Kreislaufstrom aus Flüssigkeit und Gas tritt durch Zuleitung 6 wieder in den Behälter ein. Frisches Gas wird dem .Flüssigkeitsstrom durch die Eintrittsöffnung- 7 zugeführt, während verbrauchte Gase über das Ventil 8 abgelassen werden,
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können,. Das Gemisch aus frischem Gas, Flüssigkeit und wenig, im Kreislauf geführtem. Gas entsteht an der Stelle des Zusammenstoßes 44. i)ie hier auftretende Turbulent bewirkt ein Vermischen des Gases mit der Flüssigkeit in form kleiner Bläschen. In dieser Form erreicht das Zweiphasen-gemisch aus Flüssigkeit und Gas die Hauptmenge der abwärts fließenden Flüssigkeit an der Austrittsöffnung 9 der Zuleitung 6e Durch die bei 44 entstehende Turbulenz, wird eine große Anzahl Gasbläschen bei 9 .in. die Flüssigkeit 2 abgegeben. Bei der vorliegenden Ausführungsform erstreckt sich die Mischzone von der Stelle des Zusammenstoßes 44 bis zu dem die Austrittsöffnung 9 umgebenden Bereich der Flüssigkeit, während der Hauptteil der Flüssigkeitssäule 2. die Eontaktzone und der unterste Teil davon die Trennzone darstellt«
Die mitgerissenen Gasbläschen variieren in der Größe, obgleich ein großer Anteil davon relativ klein ist«, Wie vorstehend erläutert, unterliegen die großen Blasen"dem Auftrieb und steigen rasch von der Eintrittsstelle 9 in den Gasraum 10,. eier sieh über dem Flüssigkeitsspiegel befindet. Der Inhalt dieser großen Gasblasen erreicht die Ablaßöffnung 8 somit kurz nach dem eintritt in die Flüssigkeitssäule» Die Bewegung der kleinen Bläschen hingegen wird durch die Schleppkraft der umgebenden Flüssigkeit bestimmt,"und diese Bläschen gelangen somit abwärts in die Kontakt zone <> '
Auf diese Weise wird erfindungsgemäß eine große Menge der fließenden Flüssigkeit mit kleinen, ein relativ kleines Gesamtvolumen ausmachenden, aber eine große Austauschfläche liefernden Gasblasen in Berührung gebracht, wobei diese Bläschen längere Zeit in der Flüssigkeitssäule verbleiben, =sodaS ein Stoff aus tausch stattfinden kann« Kurz nach Inbetriebnahme ist der Behälter weitgehend mit einem innigen Gemisch- aus Gas und Flüssigkeit gefüllt«. Einige der Bläschen, die anfangs, aus der Mischzone unter dem Einfluß der Schleppkraft der Flüssigkeit nach, unten wandern,erreichen die Trennaone und die Abzugsöffnung 3 und werden zusammen mit der Flüssigkeit im Kreislauf
geführt» Der Rest der Bläschen, geht durch Zusammenstoß mit anderen Bläschen in der Kontaktzone in größere Blasen über, die dann durch Auftrieb langsam an die Flüssigkeitsoberflache steigen. Bin kleiner Teil der Bläschen, bei denen Auftrieb und Schleppkraft sich aufheben, bleibt in vertikaler Richtung stationär, solange bis sich durch Zusammenstoß die Größe verändert.
Die erfindungsgemäß ermöglichte, verlängerte Kontaktzeit übertrifft die bei den bekannten Verfahren, bei denen Flüssigkeit und Gas im Gegenstrom geführt werden, erzielbare Kontakt-A zeit bei weitem« Bei den bekannten Verfahren mußte außerdem das Gas meist gegen den Druck der überstehenden Flüssigkeitssäule eingepumpt werden. Die Kompressionskosten übersteigen jedoch die durch die Umwälzung im vorliegenden Verfahren verursachten Kosten« Auch die erfindungsgemäß erzielte Bewegung und Durchmischung ist besser als bei den bisherigen Verfahren. Schließlich wird starkes Schäumen an der Flüssigkeitsoberfläche vermieden. Dieser Vorteil ist besonders bei Fermentationen und anderen Verfahren bedeutsam, bei denen viskose oder leicht schaumbildende Flüssigkeiten zur Anwendung gelangen·
In Fig. 2 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt« Die Arbeitsweise der in Fig. 2 wiedergegebenen Vor— w richtung ist der Arbeitsweise der Vorrichtung gemäß Fig. 1 in vieler Hinsicht ähnlich. Flüssigkeit wird aus der Trennzone durch Leitung 40 abgezogen und mittels der Pumpe 11 und Leitung. 12 der Zuleitung 13 zugeführt. Wenige Gasbläschen werden mit der Flüssigkeit durch Leitung 40 abgezogen und im Krei-slauf mitgeführt« Ein Teil der Gase, die durch Leitung 15 abgezogen werden, wird mit durch Leitung 16 zugeführtem frischem Gas vereinigt und über Leitung 14 in die Kontaktzone geführte
Das Gasgemisch wird mit der Flüssigkeit am Zusammenstoß 18 der beiden Leitungen vereinigt. Der Teil des Gasest der durch Leitung 15 abgezogen, aber nicht mit frischem Gas vereinigt wird, wird über Leitung 42 abgezogen» Der Durchsatz durch die
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Leitungen 16 und 42 kann mittels Regelgeräten eingestellt werden. ■■--.,.
Der Betrieb der Vorrichtung gemäß Fig« 2 unterscheidet sich merklich vom Betrieb der Vorrichtung nach Pig. T aufgrund des konischen Bodenteils 19« Mit steigendem Querschnitt des Behälters 17 im Bodenteil 19 nimmt die Lineargeschwindigkeit der. abwärts fliefenden Flüssigkeit ab. Die Sehleppkräfte, die auf die in den Bodenteil 19 eingeschleppten Bläschen einwirken» nehmen mit abnehmender Geschwindigkeit der !Flüssigkeit ebenfalls ab„ Daher werden in jeder Ebene des konischen Teils 19 Bläschen einer bestimmten Größe in~vertikaler Sichtung stationärβ Der konisch© Teil 19 enthält daher im Gleichgewichtszustand größere Gasblasen, im oberen Teil und kleinere Blasen im unteren. Teil» Die größeren Bläschen im oberen Teil des Konus 19 vergrößern sich weiter durch Zusammenstoß mit kleineren Teilchen und werden zur Flüssigkeitsoberfläche aufgetrieben„und dort freigesetzte fön dsr von Flüssigkeit freien Zone 21 wird das Gas dann über das Ventil Ϊ5 abgelassen. Die in die Leitung 4Q eintretende Menge an Gasblasert ist somit geringer wie die in Leitung 3 der Fig. 1 eintretende Gasntenge»
In der Vorrichtung gemäß Fig. 2 erstreckt sich die Mischzo-He von der Verbindungsstelle 18 der Leitungen 13 und 14 bis zum Austritt 62 der Kreislaufleitung und dem Flüssigkeitsvolumen
oberen in dem mit parallelen Seitenwändezt ausgestatteten^Behälterteil 20« Die Kontaktzone besteht aus dsr Flüssigkeitssäule im Ab-» schnitt 20 und dem größten Teil· von Abschnitt 19.. Die Trennzone besteht aus dem untersten und der Abzugsleitung 40 benachbarten Teil von. Abschnitt 19. X
Die großen Blasen* die in der strömenden Flüssigkeitssäule aufsteigen, bewirken eine weitere Bewegung des Flüssigkeit-Gas-G-emisehs und verbessern damit den Stoffübergang. Beim Arbeitern mit der Vorrichtung gemäß Fig« 2 werden die TJmwälz>kosten gesenkt aufgrund der Tatsache,"; daß die Pumpe 11 nicht so
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viel*Gas umwälzen muß wie Pumpe 4. Die Vorrichtung gemäß Fig, ist dafür in der Herstellung komplizierter als die Vorrichtung gemäß Mg. 1 ο
Die Vorrichtungen gemäß Pig. 1 und 2 können auch bei Vorliegen einer aus mehreren Phaseru zusammengesetzten flüssigkeit verwendet werden. Bei 2 oder mehreren flüssigen Phasen kann die Vorrichtung gemäß fig. T derart modifiziert werden,, daß der Austritt der Rückführleitung 6 bei 9A liegt. Eine verkürzte Eückleitung kann auch bei der Vorrichtung gemäß Fig. 2 verwen_ det werden, bei der die Austritts stelle der Rückleitung 13 dann bei 62A liegt.
Die Vorrichtung gemäß Fig. 2 kann noch verändert werden, indem man einen Abschnitt mit parallelen Seitenflächen, unterhalb dem konischen Abschnitt 19 vorsieht. Der Durchmesser dieses weiteren Abschnitts entspricht etwa dem Durchmesser am Ende/ von Abschnitt 19. In diesem Fall liegt die Abzugsleitung. 40 dann am Boden: des weiteren parallel-seitigen AbschniittSo Die Trennzone befindet sich in diesem Fall im unteren Teil des hinzugekommenen. Abschnitts,,
Der Betrieb der Vorrichtung gemäß Fig. 2 ist bei einer mehrphasigen Flüssigkeit weitgehend identisch dem Betrieb im Falle einer einphasigen Flüssigkeit. Die Flüssigkeit wird durch leitung 40 abgezogen und über die Pumpe 11, Leitung 12 und Zuleitung 13 im Kreislauf rückgeführt. Frisches sowie im Kreislauf rückgeführtes &as werden in den Flüssigkeits-Kreislaufstrom am Zusammenstoß 18 von Leitung 13 und H eingeführir. Die im Leitung 40 abgezogene Flüssigkeit enthält mitgerissene kleine G-asbläschent und Tröpfchen der weniger dichten Flüssigkeiten.
Diese Bläschen und Tröpfchen erreichen das untere Ende des Abschnitts 17 gemäß demselben Mechanismus, der bei einer einphasigen Flüssigkeit vorliegt. Die G-asbläschen werden dann in den,konischen Abschnitt 19 mitgeschleppt, Der hierbei wirksame
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Mechanismus ist analog dem Mechanismus bei einer einphasigen flüssigkeit, mit der Abweichung, daß die Dichteunterschiede zwischen der weniger dichten und der dichteren Flüssigkeitsphase im allgemeinen geringer sind als der Dichteunterschied zwischen Gas und einphasiger Flüssigkeit„
Derjenige Anteil der weniger dichten Flüssigkeit, der nicht in Form von Tröpfchen mitgerissen, und in die Leitung 40 geführt wird, wird nach oben aufgetrieben und sammelt sich im Bereich der Flüssigkeitsoberfläche. Die sich nach unten bewegende Flüssigkeit enthält somit relativ große Mengen der weniger dichten Flüssigkeit im oberen Seil des Behälters 17» Tropf« chen im Hauptteil und sehr kleine Tröpfchen im unteren Teil,., die In leitung 40 geschwemmt werden» Die durchschnittliche Größe der Tröpfchen aus der weniger dichten Flüssigkeit ändert sich je nach deren Lage im Gefäß 17 in derselben Weise, wie oben für die Gasblasehen beschrieben. Mit abnehmender Lineargeschwindigkeit im unteren Teil des konischen Abschnitts 19 werden somit lalFnoch relativ kleine Tröpfchen mitgeschleppt»
Der Neigung der weniger dichten Flüssigkeitens sieh an der Oberfläche der Flüssigkeitssäule anzusammelns wird durch das Auffallen des Kreislaufstroms auf die Oberfläche aus der Austrittsöffnung 62A begegnet. Der Kreislaufstrom platscht auf die Flüssigkeitsoberfläche auf und bewegt Teile der oben angesammeltem, weniger dichten Flüssigkeit nach unten in die Flüssigkeitssäule hinein. Dabei bilden sich kleine Tröpfchen der weniger dichten Flüssigkeit in der dichteren,, auf die dann wieder Auftrieb und Schleppkraft einv/irken. Die so gebildeten Tröpfchen werden mit dem Flüssigkeitsstrom ge nach ihrer Größe und dem Grad der Vergrößerung durch Zusammenstoß mit anderen Tröpfchen verschieden weit mitgeschleppte Auf diese Weise wird im Hauptabschnitt eine Emulsion gebildet« Diese Emulsion ist nicht überall völlig homogen, da ein größerer Teil der weniger dichten Phasen sich im oberen Teil der Flüssigkeitssäule sammelt. Der Grad der Emulsionsbildung reicht aus, um einen raschen
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S toff über gang "zwischen den flüssigen Phasen wie auch zwischen flüssigen Phasen und Gasphase, zu bewirken,,
Befindet sich die Austrittsstelle der Zuleitung 13 bei "62, so wird die Neigung der weniger dichten Phasen, sich an der Flüssigkeitsoberfläche anzusammeln, ebenfalls gestört und eine Emulsion gebildet. Beim Arbeiten mit mehrphasigen -flüssigkeiten dürfte die Anordnung mit der Austrittsstelle bei 62A jedoch vorzuziehen sein,, -
Selbstverständlich kaim auch in der Vorrichtung gemäß 1 mit· einer mehrphasigen Flüssigkeit gearbeitet werden«, Obgleich bei der Beschreibung der Ausführungsform der Erfindung mit mehrphasigen Flüssigkeiten nicht explizite auf die mitgeführten Gasblasen hingewiesen wird, liegt für den Fachmann die Übertragung der für einphasige Flüssigkeiten gegebenen Erläuterungen auf Systeme mit mehrphasigen Flüssigkeiten auf der Hand.
Die vorstehende Beschreibung soll verschiedene Arten aufzeigen.,-" nach, denen die Erfindung ausgeübt werden kann unter Bildung von Gemischen aus Emulsionen verschiedener Flüssigkeiten und einer Gasphase, wobei der Stoffübergang rasch und wirkungsvoll ist» ■"'='"
In den Vorrichtungen gemäß Fig. 1 und 2 kann ein Verteiler an der Äustrittsöffnung 6 zur Verteilung der Flüssigkeit auf eine größere Querschnittfläche vorgesehen sein,, Ein solcher Verteiler kann bei ein- und mehrphasigen Flüssigkeiten Anwendung finden.
Beim Betrieb der Vorrichtungen geqiäß Fig. 1 und 2 tritt zwischen den sich am oberen Ende der Kontaktzone und am Boden befindenden Flüssigkeiten ein Bichtegradient auf. Ein ähnlicher Gradient wäre vorhanden, falls nicht mit einem Kreislaufstrom gearbeitet würde-,' wobei die weniger dichten Flüssigkeiten an
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die Oberfläche wandern würden«, D.h. r daß die Gase sich oben im Behälter sammeln und die weniger dichten Phasen auf den dichteren Phasen schwimmen wurden.
Erfindungsgemäß wird der Dichtegradient erhalten, der für ein ruhendes Gemisch aus Flüssigkeiten verschiedener Dichten charakteristisch ist. Unter Verwendung des KreislaufStroms gelangt das flüssige Gemisch von einem .Bereich niedriger Dichte in einen Bereich hoher Dichte. Ändere Verfahren, die mit Erfolg unter den Bedingungen dieser Dichtezunahme ausgeübt werden können, sind z.B. die Erzflotation, Wirbelschichtreaktionen, Teilchenbeschichtung und dgl.
Verfahren, bei denen die verbesserte Stoffübertragung von Bedeutung ist,, sind z.B. Absorption, Extraktion, Befeuchtung, fermentation und dgl» Die Erfindung ist mit besonderem Vorteil auf Fermentationsverfahren mit einer oder mehreren· flüssigen Phasent anwendbar, sowie auf Verfahren p. bei denen große Gasmengen, z.B.. Naturgas, von Verunreinigungen, beispielsweise OOUf getrennt werden sollen.
YiTeitere Anwendungsmöglichkeiten liegen für den Fachmann auf der Hand <,
Bei der Ausführung der vorliegenden Erfindung erwiesen sich bestimmte Modifikationen der Vorrichtungen gemäß Fig. 1 und 2 als vorteilhafte Ζ·Β. können die Kreislaufleitungen 5 und 12 so abgeändert werden, daß Verfahrensstufen zwischengeschaltet werden können. Die Flüssigkeit kann z.B. von der Pumpe 4 in ein Gefäß geleitet werden, in dem mitgerissenes oder gelöstes Gas durch chemische Umsetzung, Absorption oder dgl. entfernt wird. Von dem Gefäß gelangt die Flüssigkeit dann in die Zuleitung 6. Ferner kann bei den Vorrichtungen gemäß Fig, 1 und 2 die Möglichkeit vorgesehen werden, in verschiedenen Höhen Abzugsleitungen anzubringen« Entsprechende Ströme,, die durch zwischen der Flüssigkeitsoberflache und dem Niveau der
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Leitungen 3 oder 40 gelegene Leitungen abgezogen werden, können zusätzlich im Kreislauf geführt werden und erhöhen den Grad der Mischung und Bmulgierung in der Kontaktzone».
und 4 -
Die Vorrichtung gemäß Fig. 3/wird weitgehend analog den
Vorrichtungen! gemäß Fig. 1 und 2 betrieben. Die Vorrichtung eignet sich speziell für Verfahren, z.B. Fermentationen, bei denen die durch die chemische Reaktion in der flüssigen Phase erzeugten. Abgase rasch freigesetzt werden müssen. Die Vorrichtung eignet sich auch für Verfahren, bei denen die Freisetzung eines Absorbierten Gases aus der flüssigen Phase wirkungsvoll stattfinden sollo Auch andere StoffÜberführungsvorgänge können mit dieser Vorrichtung vorgenommen werden«
Die Vorrichtung gemäß Fig. 3 besteht aus einem zylindrischen Behälter 22, in welchem sich ein an beiden Enden offenes Rohr 26 mit geringerem Durchmesser befindet. Das obere Ende des Rohres 26 ragt über die Oberfläche der sich abwärts bewege&den Flüssigkeit hinaus. Das untere Ende befindet sich nahe dem Boden des Gefäßes 22. Anstelle des Behälters 22 kann auch ein nach unten konisch auslaufender Behälter, wie in Fig. 2 gezeigt, verwendet werden. In diesem Fall kann auch das Innenrohr nach unten konisch auslaufen, wobei seine Seitenflächen den Seitenflächen des Behälters 22 im wesentlichen parallel β sindb Bins Abzugsleitung 23 befindet sich in der Hahe, jedoch unterhalb der Flüssigkeitsoberfläche <, .Durch eine Pumpe 24 wird die Flüssigkeit aus Leitung 23 in die Kreislauf leitung 25 und die Zuleitung 34 gepumpt. Von der Austrittsöffnung 35 der Zuleitung 34 fällt die Flüssigkeit auf die Flüssigkeitsoberfläche· Die Austrittsöffnung 35 befindet sich in der Eähe des oberen Endes des Rohres 26, sodaß die bei 35 austretende Flüssigkeit auf dem Teil, der Flüssigkeitsoberfläche aufplatseht, der sich innerhalb des Rohres 26 befindete Auf diese Weise entsteht +im Behälter 22 eine Flüssigkeitsstjjömung, wie sie durch die Pfeile angedeutet ist. Die Flüssigkeit im Rohr 26 wandert nach unten, um den Rand 28 des Rohres 26 und im ringförmigen Raum 31 zwi-
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soh.en. Außenwand des Rohres 26 und Innenwand des Behälters 22 nach, oben bis zur Abzugsleitung 23. ■
G-ase werden durch die in einen Verteilerring 29 mündende leitung 30 zugeführt. Der Verteilerring soll die Gase in der Uähe der Flüssigkeitsoberflachebesser verteilen«, Sr weist eine Vielzahl kleiner löcher auf* durch, die luft oder andere Ga.se in die Flüssigkeit entlassen werden» Durch die Kleinheit der löcher wird die Bildung einer Vielzahl von kleinen Gasbläschen in der flüssigkeit sichergestellt« Diese kleinen Bläschen werden von der Flüssigkeit nach, unten mitgeschleppt, gemäß dem oben erläuterten Mechanismus,» Einige größere Bläschen werden. selbstverständlich durch. Auf trieb nach oben getragen p in den von Flüssigkeit freien Raum 33 abgegeben und über leitung 32 abgezogen·» Die von der Flüssigkeit mitgerisselten Bläschen bilden mit dieser ein inniges Gas-Flüssigkeits-Gemisch, in dem ein Stoffaustausch zwischen den beiden Phasen rasch erfolgte
Durch Zusammenstoß mit anderen Gasblasen können die kleinen
Bläschen sich vergrößern^ wobei die größeren Blasen dann zum
SpUr
Teil nach oben getragen werden*,.βμ die kleineren Bläschen gelangen vorhei am Rand 28 des Rohres 26 in den ringförmigen Raum 31· Diese' Bläschen werden von der außerhalb des Rohres 26 liegenden Flüssigkeitsoberflache in den Raum 33 abgegeben oder gelangen mit der Flüssigkeit in die Abzugsleitung 23·
Sind Behälter und Innenrohr gemäß Fig» 3 nach unten konisch auslaufend, so ist das Verhalten des Gas-Flüssigkeitsgemischs im unteren Teil des Innenrohrs 26 analog dem Verhalten des Gemischs in der Vorrichtung gemäß Fig« 2O
Weitere Modifikationen der Vorrichtung gemäß Fig. 3 sind mögliehe ZaB. kann ein Teil der durch leitung32 abgelassenen ß-ase mit frischem Gas vereinigt und durch leitung 30 wieder eingeführt werden. Die Verteilung des Gases muß nicht durch einen Verteilerring erfoigen? sondern kann auch auf andere Wei—
se ausgeführt werden. An der Austrittsöffnung 35 können Verteiler, ZeBo Sprühdüsen angebracht seino
Die Vorrichtung gemäß Pig. 3 kann auch mit Gemischen aus Gas und einer mehrphasigen Flüssigkeit betrieben werden. In diesem Fall kann es notwendig sein, eine zweite Kreislaufleitung vorzusehen, die Material vom Boden des Behälters 22 abzieht und der Zuleitung 34 zuführt. Da die Flüssigkeit am Boden des Behälters 22 einen größeren Anteil an den dichteren flüssigen Phasem, die Flüssigkeit nahe der Oberfläche hingegen größere Ä Mengen· der weniger dichten Phasen enthält, werden durch diesen/ ■ zweiten Kreislaufstrom die flüssigen Phasengut gemischt. Das vorstehend beschriebene Vorgehen bei mehrphasigen Flüssigkeiten, ist auch auf das Arbeiten mit der Vorrichtung gemäß Fig, 5 smw "wendbaro
Das erfindungsgemäße Verfahren und die Vorrichtungen sind auf unvollständig mischbare Gas- und Flüssigkeitsphasen anwendbare Unter dem Ausdruck ''unvollständig mischbar" wird eine relative Unlöslichkeit einer Phase in der anderen verstanden» ,--■-Sind beide Phasen völlig unmischbar, so tritt kein Stoff aus tauscl ein. Die .Erfindung ist daher anwendbar auf den Stoffaustausch/" zwischen Phasen, die nach Berührung miteinander unterscheid— ψ bar bleiben, wobei «ia Gemisch nach längeren Verweilzeiten 2
oder mehr Phasen, erkennbar sind. ..., · ;
Die erfindungsgemäß geeigneten Flüssigkeitsgeschwindig— keiten liegen zwischen etwa 30 cm/Min» und über 18 m/Min. Bei einer Geschwindigkeit von etwa 18 m/Mino werden die meisten Gasblasen in einer Vorrichtung gemäß Fig. 1 mit Wasser als Flüssigkeit zunächst mit nach unten geschwemmte Die jeweils geeigneten Geschwindigkeiten hängen von der"Art der Vorrichtung^ der Flüssigkeit, den Jichten von Flüssigkeit und Gas und den Oberflächenspannungen zwischen den einzelnen i'hasen ab. Die jeweilige Geschwindigkeit kann der Fachmann leicht ermitteln*
09817/1049 BADORtGJNAL
Erfindungsgemäß wird eine Emulsion der -verschiedenen Phasen in der Gas-Flüssigkeit- oder Gas-Flüssigkeit-Flüssigkeit-Kontaktzone gebildet. Das in der Emulsion vorliegende innige Gemisch, erlaubt einen raschen und erschöpfenden Stoffaustausch zwischen den Phasen. Unter "Emulsion" wird ein inniges Gemisch der verschiedenen Phasen, verstanden, die sich später. wieder trennen können oder, nicht. Obgleich fast alle Emulsionen nach längerer Zeit brechen., gehören zu den Emulsionen im Sinne der vorliegenden Erfindung auch solche Gemische, die sich.direkt nach Wegfall, der emulsionsbildenden mechanischen Kraft wieder trenoieiai wie auch solche, die erst lange Zeit danach oder Λ überhaupt nicht brechen» Alle diese innigen Gemische werden also hier als Emulsionen bezeichnetρ
Gase können dem Kreislaufstrom, vor Eintritt in die Hauptmasse der Flüssigkeit auf beliebige herkömmliche Weise zugesetzt werden. Vorzugsweise verwendet man ein Venturi—Rohr oder -dglο Eine einfache Methode besteht auch darin, daß man den Kreislaufstrom frei in den von Flüssigkeit freien Raum oberhalb der Flüssigkeitsoberfläche austreten läßt, wobei er etwas in diesem Raum vorhandenes· Gas mitreißt. In diesem Fall sind Mittel vorzusehen, durch die frisches Gas in den von Flüssigkeit freien Raum eingeführt wird, Zur Förderung der Gasaufnahme kann . auch eine Gaspumpe verwendet werden. "
Arbeitet man mit mehr als einem Kreislaufstrom, so können die Ströme gemischt werden, indem man den einen in den anderen einbläst f wobei Emulsionsbildung erfolgt. Auch kann ein einfaches Verfahren, ähnlich wie beim Misehen von Gas und Flüssigkeit verwendet werden. Bei diesem Verfahren läßt man äen Kreislauf strom direkt auf die Flüssigkeitsoberfläche auffallen. Die obersten Flüssigkeitsschichten enthalten einen größeren Anteil an leichteren flüssigem Phasen. Ber auffallende Flüssigkeitsstrom treibt Teile der oberen Flüssigkeitssehichten nach unten und erzeugt so einen Emulgiereffekt. Mehrere Kreislaufströme werden benötigt, wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Fer-
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Kohlenwasserstoffen
mentation von .ISPeti oder für andere Verfahren dient, bei denen
mehrere flüssige Phasen vorliegen» ■
Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher veranschaulicht»
Beispiel I ■""..".
Herstellung von Glueonsäure durch Gärungo
7 1 einer Lösung mit 11,2$ Glucose, entsprechend anorganischen Salzen, und Wachstumsfaktoren wurde mit einem Glueonsäure produzierenden Stamm der Gattung Acetobacter inokuliert * Die Lösung wurde in eine Vorrichtung gemäß Fig. 1 verbracht und zirkuliert, Fach 42 Std» betrug die Ausbeute 98,5$ Glucon— säure, bezogen auf Glucose,, Als Gas wurde Luft verwendet, die
■2
in einer Menge von 0,,,06 nr/Std· eingeführt wurde» Pro Stde. wurden etwa 690 1 der Flüssigkeit im Kreislauf geführt, entsprechend einer Lineargeschwindigkeit von etwa 5,6 m/Min<>
Ein konventionelles 2 1-Laboratoriums-Gärgefäß mit einem sa* mit 1725 üoP«M» arbeitenden Rührer liefert bei einer Zufuhr an komperimierter Luft von. 0*06 m /1 Gärbrühe /Std« eine äquivalente Ausbeute nach 41 Std.
Beispiel II
• Wachstum einer nicht identifizierten Hefe auf einer wässrigen Kerosin-iümulsiono
Ein Gemisch aus. 6 1 Wasser, 0,3 1 Kerosin, 6 g Ammoniumnitrat,: Jg MgSO.ο7H2O, 1,8 g KH2PO., 0,06 g Hefeextrakt und 0,012 g FeSO,.5H9O wurde auf pH 5 eingestellt,, Die Lösung wurde mit einer aus dem Boden, isolierten Wasserstoff verbrauchenden Hefe-inokuliert und dann in eine Vorrichtung gemäß Fig» gebracht» Die Vorrichtung wurde mit einer Zirkulationsgeschwindigkeit von 11,5 l/Hin, betrieben, entsprechend einer Lineargeschwindigkeit von etwa 5>6 m/Min„ Nach etwa 2 Min. war eine
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milchigweiße Kerοsin-Wasser-Emulsion entstanden«, Nach 72 Std. bei etwa Raumtemperatur waren etwa 75,8$ d-es KerceLns umgewandelt und die 'Menge an Hefezellen betrug 10YoI.^0 Luft von"UOr-. maldruck: wurde während des Verfahrens in einer Mengevon0,09 mVstdo in den Kreislauf strom eingesaugt. Mit einem üblichsn Laboratoriums-Gärgefäß von 8 1 Inhalt, mit einem mit 400 U.ppM. arbeitenden Rührer und einer luftzufuhr von 0,03 m /Std./l wurde keim Zellwachstum im selben Medium erzielto
Beispiel III ' '■:■■■
; : ■■■■ " : ' v" ■"'
Herstellung von Backhefe . .
Aus 15,5 g Na2HPO4, 5,5.' g (NH4) 2SQ^ uiid 1,3 g MgSO4^H2O wurde unter Auffüllen mit Wasser: auf 5 1 eine Lösung: hergestellt, die mit 106 g Backhefe beimpft und in eine-Vorrichtung gemäß Pig. 1 verbracht wurde. Sofort nach dem Beimpfen wurden. 672 g Rübenmelasse und 168 g Blackstrap-Melasse der Lösung zugesetzt. Nach Einschalten der Kreislaufpumpe wurde /13 Std« lang ^fermentiert. Während der ersten 12 Stden* wurden noch größere Mengen deie Melassegemischs zugegeben. Die jeweils zugegebene Menge steigt gegenüber dem vorausgegangenen Zusatz exponentiell mit der Zeit. Analog werden Ammoniumsulfat und Ammoniumhydroxyd im Verlauf der 12 Stden. zugesetzt. Bezüglich der Zugabeform s. John White," Yeast technology, John Wiley & .Son New York 1954-, S. 62« Insgesamt wurden 57,0 g Ammoniumhydroxyd und 10,8 g Ammoniumsulf at zugesetzt. Das G-emi sch wurde mit Ammoniumhydroxyd bei einem pH von 4>5 gehalten. Die Flüssigkeit sumwälzung betrug 11,5 l/Min. Als Gas wurde Luft verwendet. Die Mischung erfolgte, indem man die Kreislaufflüssigkeit auf die Flüssigkeitsoberflache aufplatschen ließ, wobei Luftbläschen mitgerissen wurden. Die Ausbeute betrug, bezogen auf die anfänglich eingesetzte Melasse, 78,7$.
In einem konventionellen/ mit Prallplatteh und Rührer mit 400 U.p.M. versehenen "Fermenter wurde nach einem im wesentli-
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ehen identischen Verfahren eine Ausbeute von 76,6$ .erzielt. Dem Fermenter wurde Preßluft im Verhältnis 1 ToI.teil Gas pro 1 VoI ο teil Flüssigkeit pro Min«, zugesetzt.
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Claims (1)

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- «*■■- . ■ - ■
ΖΛ
Patentansprüche
1 β Verfahren zur Erzeugung einer innigen und längeren Berührung zwischen einer Flüssigkeit und einem unvollständig damit mischbaren Gas-, dadurch gekennzeichnet, daß man in einer Mischzone Gasblaseh in die Flüssigkeit einführt, das Gemisch in eine Kontaktzone und dann in eine Trennzone leite ti, und einen hauptsächlich aus. der Flüssigkeit bestehenden Kreislaufstrom mit solcher Geschwindigkeit aus der. Trennzone in die Mischzone leitet, daß der auf die Gas*- blasen einwirkende Auftrieb in Misch— undl Kontaktzone im weisen tlich en aufgehoben wird^ södaß sich in diesen Zonen eine Emulsion ausbildete .
2V. Verfahren. nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit aus mehr als einer flüssigen Phase besteht.
3· Verfahren nach Anspruch 1» dadurch gekennzeichnet, daß man eine- aerobe Fermentation ausführt.
4. Verfahren nach Anspruch 1* dadurch gekennzeichnet> daß die Mischzone den dbereii: Teil einer sich nach unten bewegenden Säule aus Flüssigkeit Und Gas ausmacht^ die Kontäktzone
. den Mitteibereich und die Treiihzdhe den untersten Teil der Säule darstellt, und der Kreislaufstrom vom untersten Teil der Säule abgezogen und in derfc obersten Teil rückgeführt wird»
5. Verfahren nach Anspruch \t dadurch gekennzeichnet, daß ein ütoffaustausch zwischen den Phasen stattfindet.
6 ο Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennzone, aus der der Kreislaufstrom abgezogen wird, konisch ausgebildet ist. -
7, Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einführung der G-asblasen in die Flüssigkeit durch Ansaugen
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des öases in den Kreislaufstrom vor dessen Eintritt in die Mischzone erfolgt.
80 Vorrichtung zur Durchführung eines Stoffaustauschs zwischen Gas- und flüssigen Phasen, gekennzeichnet durch einen hohen unvollständig mit der Flüssigkeit zu füllenden Behälter, Mittel zum kontinuierlichen Abziehen von Flüssigkeit vom oberen oder, unteren Ende des Behälters und zu deren Rückführung, in den oberen. Teil des Behälters mit entsprechendeii Austritts- und Eintrittsöffnungen,, Mittel zum Einführen' von frischem Gas in den Kreislauf strom, und Mittel zum Ablassen von Gas aus dem oberen, von Flüssigkeit freien Teil des Be- ' hälters ο ·
9» Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet j daß die Mittel zum Einführen von Gas axis einer Ansaugvorrichtung bestehen»
1Oo Vorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch Mittel,, die die Zugabe von abgelassenem Gas zum frischen GaS erlauben;*,
11β Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet* daß der untere Teil des Behälters in einen Konus ausläuft^ und die Mittel zum Abziehen von Flüssigkeit sich am untersteh Bilde des konischen Teils befinden.
12· Vorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch einen hohen, unvollständig mit der Flüssigkeit zu füllenden zylindrischen Behälter, in welchem sich koaxial angeordnet ein an beiden Enden offenes zylindrisches Rohr befindet, dessen oberes Ende über den Flüssigkeitsspiegel ragt und dessen unteres Ende vom Behälterboden Abstand hat, sodaß das Gesamtvolumen der Flüssigkeit aufgeteilt wird in einen Anteil innerhalb dem zylindrischen Rohr, einen Anteil im ringförmigen Zwischenraum zwischen der Außenfläche des Rohres und der Innenfläche des ■
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Behälters, und einen Anteil unterhalb des zylindrischen Rohres, Mittel zum kontinuierlichen Abziehen eines Flüssigkeitsstroms aus dem oberen Teil des ringförmigen Raumes und zur Rückführung in' den oberen Teil des zylindrischen Rohrs mit entsprechenden Austritts- und liintrittsöffnungen, Mittel zum Einführen von frischem Gas in die Flüssigkeitssäule, die in der Nähe der Eintrittsöffnung des Kreislaufstroms wirksam werden, und Mittel zum Entfernen von oberhalb der Flüssigkeitsoberfläche befindlichem, freigesetztem Gas.
dadurch gekennzeichnet,
13. Vorrichtung nach Anspruch 12,Vdaß die Mittel zum Einführen von Gas aus einer Verteilvorrichtung bestehen, die sich in der Flüssigkeitssäule im zylindrischen Rohr nahe der Flüssigkeitsoberfläche befindet.
I4. Vorrichtung nach Anspruch 13» dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilvorrichtung ein Verteilerring ist.
15c Vorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch Mittel, zum Abzweigen eines zweiten Kreislaufstroms vom oberen
und Mittel, oder unteren Teil des Benälters,*welche die Vereinigung des zweiten mit dem ersten Kreislauf strom vor der V/i e der einführung in die Flüssigkeitssäule gestatteno
16c Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Teil des zylindrischen Rohres nach außen als Konus ausläuft. ' _
17. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Teil des Behälters parallele Seitenwände besitzt, der mittlere Teil sich konusartig erweitert und der untere» Φ Teil parallele Seitenwände und einen Durchmesser entsprechend ·*' dem größten Durchmesser des konusförmigen Abschnitts besitzt, und die Mittel zur Abzweigung des Kreislaufstroms sich· am unteren Jude des zweitgenannten, parallelseitigen Abschnitts befinden» -
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OfUOlNAL
18. Vorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch
Mittel zum Verlangsamen der !Fließgeschwindigkeit des Gemische aus Gas und Flüssigkeiten verschiedener Dichte an einer Stelle des Strömungsweges. .
19· Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel in einer Quersehnittvergrößerung in Strömungs— richtung besteht.
Für
Chase Pfizer u. ..öl*. Ine, New York, U.¥>, V.St.A.
EechtBanwalt
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3626231A1 (de) * 1986-08-02 1988-03-03 Gerhard Velebil Fluessigkeits-gas-dispersionsreaktor

Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3628775A (en) * 1969-02-14 1971-12-21 Atara Corp Sewage-treating system
US3643403A (en) * 1970-04-29 1972-02-22 Richard E Speece Downflow bubble contact aeration apparatus and method
GB1353008A (en) * 1970-07-21 1974-05-15 Ici Ltd Fermentation method and fermenter
US3756197A (en) * 1971-12-16 1973-09-04 Marine Protein Corp Fish husbandry system
DD111144A3 (de) * 1972-12-28 1975-02-05
IN141354B (de) * 1973-05-16 1977-02-19 Ici Ltd
AT345224B (de) * 1976-07-15 1978-09-11 Chemap Ag Verfahren und vorrichtung zum kultivieren von tierischen und humanen gewebezellen
US4173516A (en) * 1976-07-15 1979-11-06 Chemap Ag Device for cultivating cells of animal and human tissues
DE3363127D1 (en) * 1982-02-09 1986-05-28 Bbc Brown Boveri & Cie Method and apparatus for treating a liquid with a gas
DE3340096A1 (de) * 1983-11-05 1985-05-23 Timm Dipl.-Ing. 8000 München Lessel Verfahren zum versetzen einer fluessigkeit mit von ihr absorbierbaren gasen und vorrichtung hierfuer
GB8515636D0 (en) * 1985-06-20 1985-07-24 Celltech Ltd Fermenter
GB2177618B (en) * 1985-07-13 1989-07-19 Adrian Philip Boyes Gas/liquid contacting
US5091315A (en) * 1985-09-03 1992-02-25 The Board Of Trustees Of Stanford University Bioconversion reactor
GB8615059D0 (en) * 1986-06-20 1986-07-23 Boc Group Plc Oxygen using
US4965022A (en) * 1987-07-01 1990-10-23 Union Carbide Industrial Gases Technology Corporation Process for dissolving a gas in a liquid
DE102008017921B3 (de) * 2008-04-08 2009-07-30 Plinke Gmbh Blasenmischer

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2123463A (en) * 1938-07-12 effront
US523501A (en) * 1894-07-24 rehftjss
US642460A (en) * 1897-07-21 1900-01-30 Emil Kersten Apparatus for producing wort, hop-beer, washing filter-pulp, &c.
US1868775A (en) * 1926-11-26 1932-07-26 Stratford Charles Walcott System of treating hydrocarbon distillates and apparatus used in connection therewith
GB308254A (de) * 1928-03-20 1930-06-04 Kupferhuette Ertel, Bieber & Co.
US2338228A (en) * 1941-09-20 1944-01-04 Lummus Co Fermentation
AT236892B (de) * 1962-12-19 1964-11-10 Vogelbusch Gmbh Vorrichtung zum Einbringen von Gasen in gashältige Flüssigkeiten, insbesondere Gärflüssigkeiten

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3626231A1 (de) * 1986-08-02 1988-03-03 Gerhard Velebil Fluessigkeits-gas-dispersionsreaktor

Also Published As

Publication number Publication date
NL6717866A (de) 1968-07-01
BR6795820D0 (pt) 1973-01-09
DE1667231B2 (de) 1977-06-16
GB1199779A (en) 1970-07-22
ES348723A1 (es) 1969-07-01
FR1553995A (de) 1969-01-17
US3476366A (en) 1969-11-04
BE708543A (de) 1968-06-27

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DE3247266C2 (de)

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