DE2202445C3 - Gärung und Entwicklung von Mikroorganismen und Gärbehälter dafür - Google Patents
Gärung und Entwicklung von Mikroorganismen und Gärbehälter dafürInfo
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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.
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 (4)
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.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR7101774A FR2122689A5 (de) | 1971-01-20 | 1971-01-20 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
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