DE1782139A1 - Method and device for gassing liquids in tall containers - Google Patents

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Begasen von Flüssigkeiten in hohen Behältern Bei der Durchführung von chemischen uni insbesondere mikrobiologischen Verfahren mit einem Gemisch flüssiger und gasförmiger Reaktionskomponenten müssen oft hohe Behälter eingesetzt werden, um bei aus technischen oder thermischen Gründen begrenzten Durch messern zu einem durch die erforderliche Reaktionszeit und gewünschte Mengenleistung nötigen Behälterinhalt zu gelangen. Die gleichmäßige Mischung läßt sich in einem hohen Behälter über die erforderliche Zeit besser aufrechterhalten als in einem niedrigen Behälter großen Durchmessers. Bei vorteilhaften Anlagen zum Begasen von Flüssigkeiten werden intensiv wirkende ltischwerkzeuge in die Behälter eingebaut, die sich meist in der Nähe des Behalterbodens befinden und in deren Nähe vorzugsweise auch die Gase eingeführt werden, welche der Flüssigkeit zuzumischen sind. Method and device for gassing liquids in high Containers When carrying out chemical uni in particular microbiological Process with a mixture of liquid and gaseous reaction components must often tall containers are used for technical or thermal reasons limited diameters to one by the required reaction time and desired Volume output required to reach the container content. The even mixture leaves better to maintain themselves in a tall container for the time required than in a low, large-diameter container. With advantageous systems for Gassing of liquids, oil table tools with an intensive effect are put into the container installed, which are usually located near the bottom of the container and in its vicinity preferably also the gases are introduced which are to be admixed with the liquid are.

Diese Vorrichtungen werden besonders bei Fermentationsprozessen angewandt, in denen Mikroorganismen auf flüssigen Substraten wachsen und durch laufende Feinstzumischung großer Luftsauerstoffmengen zu raschem Wachstum veranlaßt werden.These devices are particularly used in fermentation processes, in which microorganisms grow on liquid substrates and through continuous fine admixture large amounts of atmospheric oxygen can be induced to grow rapidly.

Bei anderen Prozessen, wie bei der Gewinnung von Hefe mit gasförmigen Kohlenwasserstoffen (Erdgas u.a.) als Kohlenstoffquelle, müssen außer Luft auch "Nährgase" in die Flüssigkeit eingebracht werden.In other processes, such as the production of yeast with gaseous Hydrocarbons (natural gas, etc.) as a source of carbon must also be used in addition to air "Nutrient gases" are introduced into the liquid.

Es hat sich gezeigt, daß für die Wirtschaftlichkeit solcher Prozesse die Kosten für die Energie zun Betrieb der Mischwerkzeuge Lnd für die Einpressung der Gase von größtem Einfluß sind. Besonders bei Anwendung hoher Behälter verursacht die Einpressung der erforderlichen großen Gasmengen gegen den durch die Flüssigkeitssäule bedingten hydrostatischen Druck einen hohen Energieaufwand für Gebläse und Kompressoren, welcher in seiner Höhe den unvermeidbaren Aufwand für den Antrieb der Mischwerkzeuge erreichen kann und dann für die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens von entscheidender Bedeutung wird.It has been shown that for the economy of such processes the cost of the energy to operate the mixing tools Lnd for the press-fit the gases are of the greatest influence. Especially caused when using tall containers the injection of the required large amounts of gas against the through the liquid column Due to the hydrostatic pressure, the fan and compressors require a lot of energy, which in its height the unavoidable effort for driving the mixing tools can achieve and then crucial for the economics of the process Meaning becomes.

Es ist Aufgabe der Erfindung, die Kosten für das Begasen dadurch zu senken, daß die Gase bei niederem Druck - möglichst normalem Luftdruck, geringem Gebläsedruck oder Unterdruck (Saugwirkung) in die Flüssigkeit eingebracht werden.It is the object of the invention to thereby reduce the costs of gassing lower that the gases at low pressure - preferably normal air pressure, low Blower pressure or negative pressure (suction effect) can be introduced into the liquid.

Das Verfahren nach der Erfindung besteht darin, daß ein am unteren Ende eines senkrechten Leitrohres angeordnetes Mischwerkzeug die Flüssigkeit voti oberen Rand des Leitrohres her mit solcher Geschwindigkeit ansaugt, daß die in der Nähe des oberen Endes des Leitrohres unter niederem Druck zugeführten Gase als Blasen entgegen ihrem Auftrieb nach unten gezogen und durch das Mischwerkzeug in der Flüssigkeit fein verteilt werden. Als Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens dient ein Behälter nit eingebautem rotierendei Mischwerkzeug, das nahe dem unteren Ende eines senkrechten Leitrohres angeordnet ist. Der Durchmesser des Leitrohres beträgt höchstens ein Sechstel seiner Länge.The method according to the invention is that one at the bottom At the end of a vertical guide tube, the mixing tool dispenses the liquid the upper edge of the guide tube is sucked in at such a speed that the in the Near the upper end of the draft tube, gases supplied under low pressure as bubbles pulled down against their buoyancy and by the mixing tool in the liquid be finely divided. A is used as the device for carrying out the method Container with built-in rotating mixing tool, which is near the bottom of a vertical guide tube is arranged. The diameter of the guide tube is at most one sixth of its length.

Die beigefügte Zeichnung stellt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemä#en Vorrichtung dar.The attached drawing shows an embodiment of the invention Device.

In einem zylindrischen Behälter 1, dessen Höhe mit etwa 5 bis 10 Meter angenommen ist, befindet sich in Nähe des Bodens ein als Schleuderpumpemlaufrad ausgebildetes rotierendes Mischwerkzeug 2, angetrieben durch einen von außen angeflanschten Elektromotor 3.In a cylindrical container 1, the height of which is about 5 to 10 meters is assumed, there is a centrifugal pump impeller near the bottom designed rotating mixing tool 2, driven by an externally flanged Electric motor 3.

Koaxial zur Drehachse des Mischwerkzeuges ist ein langes Leitrohr 4 fest anordnet, daß in Höhe des Mischwerkzeuges siebartige Durchbrechungen 5 aufweist. Nahe den oberen Ende des Leitrohres ist ein Gaszuführungsrohr 6 mit feinem gelochten Zylinder 7 angebraeht, das außerhalb des Behälters mit einem Regulierventil 8 ausgestattet ist. Zur Zu- rn'i Ableitung der Flüssigkeit sind die Stutzen 10 und 11 in der Behälterwand eingefügt.A long guide tube is coaxial to the axis of rotation of the mixing tool 4 firmly arranged that has sieve-like openings 5 at the level of the mixing tool. Near the upper end of the guide tube is a gas supply tube 6 with fine perforations Cylinder 7 is attached, which is equipped with a regulating valve 8 outside the container is. The nozzles 10 and 11 are in the container wall for the purpose of draining off the liquid inserted.

Beim Betrieb der Vorrichtung wird der Behälter mit der zu begasenden Flüssigkeit geCilllt, dqs beizumischende Ges an die Leitnng 6 angeschlossen. Bei Einschaltung des Motors 3 saugt das als Schleuderpumpenlaufrad ausgebildete Mischwerkzeug 5 die im Leitrad sthende und über den oberen Rand aus dem Behälter nachströmende Flüssigkeit axial an. Zusammen mit der Flüssigkeit werden die in der Gaszufuhrleitung 6 mit dem gelochten Zylinder 7 befindlichen Gase als Blasen aufgenommen und im Leitrohr entgegen dem Auftrieb nacj unten gezogen, wenn die Drehzahl des Mischwerkzeuges und der Durchmesser des Leitrohres so gewählt werden, daß die Geschwindigkeit der angesaugten Flüssigkeit grösser ist als die durch den Auftrieb verursachte Steiggeschwindigteit der Gasblasen. Da im unteren Teil des Leitrohres ein höherer hydrostatischer Druck herrscht, werden hier die Blasen komprimiert, das Gas hat also hier größere Dichte, geringeren Auftrieb und überdies eine höhere Löslichkeit. Das Mischwerkzeug schleudert nun die angesaugte Flüssigkeit mitsamt den mitgeführten Gasblasen durch die Durchbrijche 5 des Leitrohres 4 in den Behälter; dabei wird das Gas sehr fein in der Flüssigkeit verteilt und die Mischung strömt außerhalb des Leitrohres nach oben, worauf sie erneut über den Rand des Leitrohres nach unten gesaugt und mit weiterem Gas durchmischt werden kann. Durch die trichterförmige Erweiterung des Leitrohres 12 am oberen Ende kann eine Injektorwirkung auftreten, durch welche das Gas aus dem gelochten Zylinder 7 gesaugt wird. Die Menge der Gase kann durch das Regulierventil 8 in der Leitung 6 beeinflußt werden. Bei kontinuierlichem Betrieb, besonders als Fermentationsanlage, wird die Flüssigkeit durch den Stutzen 10 nahe dem Behälterboden eingeleitet, das Produkt bei ii ausgeführt. Die nichtverbrauchten Gase und die gasförmigen Abfallstoffe werden durch den - bei Bedarf mit einem Entschäumer serbundenen-Abgasstutzen 9 ausgeleitet.When operating the device, the container with the to be gassed The liquid is filled with liquid, the Ges to be mixed connected to the line 6. at Switching on the motor 3 sucks the mixing tool, which is designed as a centrifugal pump impeller 5 the one standing in the guide wheel and flowing in over the upper edge from the container Fluid axially. Together with the liquid, they are in the gas supply line 6 with the perforated cylinder 7 located gases received as bubbles and in the guide tube against the buoyancy nacj pulled down when the speed of the mixing tool and the diameter of the guide tube can be chosen so that the speed of the sucked in liquid is larger than that caused by the buoyancy The rate of rise of the gas bubbles. There is a higher one in the lower part of the guide scope If there is hydrostatic pressure, the bubbles are compressed here, the gas has so here greater density, less buoyancy and, moreover, higher solubility. The mixing tool now flings the sucked in liquid together with the entrained liquid Gas bubbles through the openings 5 of the guide tube 4 into the container; thereby will the gas is very finely distributed in the liquid and the mixture flows outside of the guide scope upwards, whereupon it again over the edge of the guide scope downwards sucked in and mixed with more gas. Through the funnel-shaped Extension of the guide tube 12 at the upper end, an injector effect can occur. through which the gas is sucked out of the perforated cylinder 7. The amount of gases can be influenced by the regulating valve 8 in the line 6. With continuous Operation, especially as a fermentation plant, is the liquid through the nozzle 10 initiated near the bottom of the container, the product carried out at ii. The unused The gases and the gaseous waste materials are - if necessary with a defoamer connected exhaust pipe 9 diverted.

Das Verfahren und die Vorrichtung nach der Erfindung gestattet das Begasen der Flüssigkeit unter Vermeidung eines Kompressors, selbst bei sehr hohen Behältern. Nach dem Wesen des Verfahrens spielt die Höhe des Behälters hierbei überhaupt keine Rolle, denn die Gaszufuhr erfolgt immer in einem Bereich geringen hydrostatischen Druckes. Die Vorteile eines hohen Reaktionsbehälters, die sich besonders bei Bermentationsanlagen zeigen, kommen voll zur Wirkung, ohne daß ein erhöhter Aufwand an Energie erforderlich ist, der bei Anwendung von Kompressoren zur Einführung des Gases hingenommen werden muß.The method and the device according to the invention allow this Gassing the liquid while avoiding a compressor, even at very high levels Containers. According to the essence of the process, the height of the container plays a role here does not matter, because the gas supply is always in a low hydrostatic area Pressure. The advantages of a high reaction vessel, which are particularly useful in fermentation systems show, come to full effect, without an increased expenditure of energy required is to be accepted when using compressors for the introduction of the gas got to.

Claims (5)

P a t e n t a n s p r U c h e 1.) Verfahren zum Begasen von Flüssigkeiten in hohen Behältern, dadurch gekennzeichnet, daß ein am unteren Ende eines senkrechten Leitrohres angeordnetes Mischwerkzeug die Flüssigkeit vom oberen Rand des Leitrohres her mit solcher Geschwindigkeit ansaugt, daß die in der Nähe des oberen Endes des Leitrohres unter niederem Druck zugeführten Gase als Blasen entgegen ihrem Auftrieb nach unten gezogen und durch das Mischwerkzeug in der Flüssigkeit fein verteilt werden. P a t e n t a n s p r u c h e 1.) Process for gassing liquids in tall containers, characterized in that one at the bottom of a vertical Guide tube arranged mixing tool the liquid from the upper edge of the guide tube sucks in at such a rate that the one near the top of the Guiding tube under low pressure supplied gases as bubbles against their buoyancy pulled down and finely dispersed in the liquid by the mixing tool will. 2.) Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend aus einem Behälter mit eingebautem rotierendem Mischwerkzeug und einem dieses koaxial umgebenden Leitrohr, dadurch gekennzeichnet, daß das Mischwerkzeug am unteren Ende des Leitrohres angeordnet ist und der Durchmesser des Leitrohres höchstens ein Sechstel der Leitrohrlänge beträgt.2.) Device for performing the method according to claim 1, consisting from a container with built-in rotating mixing tool and one of these coaxially surrounding guide tube, characterized in that the mixing tool at the lower end of the guide tube is arranged and the diameter of the guide tube is no more than one sixth the guide scope length. 3.) Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Mischwerkzeug als Schleuderpumpenlaufrad ausgebildet und das Leitrohr in Höhe des Mischwerkzeuges siebartig durchbrochen ist.3.) Device according to claim 2, characterized in that the mixing tool designed as a centrifugal pump impeller and the guide tube at the level of the mixing tool is perforated like a sieve. 4.) Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Mischwerkzeug aus mehreren an derselben Welle übereinander angeordneten Schleuderpumpenlaufrädern besteht und das Leitrohr jeweils in der Höhe der Laufräder siebartig durchbrochen ist.4.) Device according to claim 2, characterized in that the mixing tool from several centrifugal pump impellers arranged one above the other on the same shaft consists and the guide scope each sieve-like at the height of the impellers is broken. 5.) Vorrichtung nach Anspruch 2 und einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Leitrohr am oberen Ende konisch erweitert ist.5.) Device according to claim 2 and one of the following, characterized in that that the guide tube is flared at the upper end. L e e r s e i t eL e r s e i t e