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CH645817A5 - Beschaufelter rotor zum bewegen von fluessigem medium. - Google Patents

Beschaufelter rotor zum bewegen von fluessigem medium. Download PDF

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CH645817A5
CH645817A5 CH41480A CH41480A CH645817A5 CH 645817 A5 CH645817 A5 CH 645817A5 CH 41480 A CH41480 A CH 41480A CH 41480 A CH41480 A CH 41480A CH 645817 A5 CH645817 A5 CH 645817A5
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CH
Switzerland
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rotor
jacket
grid
rotor according
liquid medium
Prior art date
Application number
CH41480A
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English (en)
Inventor
Takayasu Sonoyama
Hiroyoshi Tani
Kobee Kobayashi
Original Assignee
Shionogi & Co
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Description

Die Erfindung betrifft einen beschaufelten Rotor zum Bewegen von flüssigem Medium. Ein solcher Rotor wird beispielsweise gebraucht zur Herbeiführung einer guten Berührung zwischen Flüssigkeit und Gas bei der Durchführung von chemischen Prozessen oder von Gärprozessen.
In Gärapparaten sind solche Rotoren bereits verwendet worden seit der Einführung der sogenannten untergetauchten Kultur bei der Herstellung von Penizillin.
Wie den Fachleuten bestens bekannt ist, sind die gleich-mässige Verteilung der Mikroorganismen im flüssigen Gärmedium und die genügende Zufuhr von Substraten zu den Mikroorganismen, wichtige Anforderungen, die in der Durchführung des Gärprozesses erfüllt werden müssen. Mit anderen Worten, es müssen verschiedene Substrate wie z.B. Nährstoffe, Sauerstoff- und Wasserstoffionen in das flüssige Gärmedium eingeführt werden und Abfallstoffe sowie Abgase von den Mikroorganismen entfernt werden und es müssen auch unerwünschte Ansammlungen von Substraten sowie von Wärme vermieden werden.
Der Sauerstoff, der eines der Substrate bildet, ist bestimmend für das Wachstum der meisten industriell verwendbaren aeroben Mikroorganismen, er ist aber in einem wässri-gen Medium nur teilweise löslich.
Die reichliche Zufuhr von Sauerstoff ist ausschlaggebend bei Gärprozessen wie etwa solchen zur Herstellung von Glu-
consäure aus Zuckerstoffen oder von Hefe aus Moelasse oder Paraffin. Bis anhin herrschte die Ansicht, dass ein grosser Energieverbrauch für die Belüftung und für das Umrühren des flüssigen Mediums unvermeidlich sei. Die hierfür s aufzuwendenden Kosten erreichen manchmal bis zu 70% der gesamten Betriebskosten. Dabei wird oft ein vorwiegender Anteil der zugeführten Energie in Wärme umgewandelt, die dann oft wenigstens teilweise wieder abgeführt werden muss, was zu weiteren Kosten Anlass gibt.
io Bekannte Einrichtungen sind mit einem Belüfter oder einem durchlöcherten Rohr ausgerüstet und es ist auch bekannt, Gas durch die Tragachse eines Laufrades hindurch zuzuführen und aus radialen Löchern auszulassen zum Zwecke der Bildung von feinen Blasen im flüssigen Medium. 15 In einer bekannten Einrichtung ist ein gesintertes Metall oder ein keramisches Filter verwendet worden als Diffusor, und zwar allein oder kombiniert mit einem beschaufelten Rotor. Ein gutes Sauerstoffverteilvermögen der vorgenannten Gaseinführerapparate in einem System aus Wasser und 20 einem anorganischen Lösungsmittel, z.B. Natriumsulfat, wird in markanter Weise reduziert in einem Gärmedium. Zudem kann keine bedeutsame Verminderung des Energieverbrauches beobachtet werden, bei einer Kombination eines beschaufelten Rotors mit einem ein gelochtes Rohr aufwei-25 senden Verteiler, beim Vergleich mit irgend einer anderen Kombination eines beschaufelten Rotors mit einer einzigen Düse des geradlinigen Typs. Es ist ausserdem zu befürchten, dass eine Verstopfung der feinen Zwischenräume der Bestandteile eines gesinterten Körpers durch Klümpchen aus 30 Mikroorganismen in dem Gärmedium einen kontinuierlichen Betrieb oder einen wiederholten Betrieb behindern.
Es konnte auch beobachtet werden, dass das System, bei dem Gas durch die Laufradwelle hindurch eingelassen wird, keinen bemerkenswerten Vorteil bringt hinsichtlich Ausbil-35 dung, Betrieb oder Instandhaltung.
Eine übermässige Beschleunigung des Flüssigkeitsflusses beim Mischprozess kann in gewissen Fällen zu einer Beschädigung der Mikroorganismen führen und auch zur Erzeugung von unnützer oder sogar schädlicher Reibungswärme. 40 Es wird dadurch auch der Energieverbrauch unnütz erhöht. Der Erfindung Hegt in erster Linie die Aufgabe zugrunde, einen beschaufelten Rotor zum Bewegen von flüssigem Medium so auszubilden, dass er zur feinen Verteilung von eingeführtem Gas im flüssigen Medium mit erhöhtem Wir-45 kungsgrad befähigt ist. Die Lösung dieser Aufgabe wird er-fmdungsgemäss in einer Ausbildung gesehen, wie sie im Kennzeichen des Patentanspruches 1 umschrieben ist.
Zumindest mit Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes werden auch noch andere Ziele verfolgt, u.a.: die so Verminderung der Herstellungs- und der Betriebskosten; die Verminderung der Grösse der eingeführten Gasblasen.
In bezug auf weitere Besonderheiten verschiedener Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes wird auf die abhängigen Ansprüche hingewiesen.
55 Die Erfindung wird nachfolgend anhand beiliegender Zeichnungen beispielsweise erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Aufriss, teilweise im Schnitt eines ersten Ausführungsbeispieles,
Fig. 2 eine Stirnansicht zu Fig. 1,
60 Fig. 3 einen Aufriss, teilweise im Schnitt, eines zweiten Ausführungsbeispieles,
Fig. 4 eine Stirnansicht zu Fig. 3,
die Fig. 5 und 6 Aufrisse eines dritten bzw. eines vierten Ausführungsbeispieles,
65 Fig. 7 eine isometrische Ansicht, mit teilweiser Wegbrechung, eines fünften Ausführungsbeispieles, und
Fig. 8 eine schematische Darstellung eines Gärkübels, in welchem mehrere beschaufelte Rotoren, die den Erfindungs-
3
645 817
gegenständ bilden, angeordnet sind, und zwar je am Auslass einer Düse zur Zuführung von Gas, das durch den Rotor in den von ihm bewegten flüssigen Medium fein zu verteilen ist.
Es sei zugleich daraufhingewiesen, dass in allen seinen Ausführungsformen der erfindungsgemässe Rotor dazu bestimmt ist, in einen Behälter installiert zu werden, in dem er eine innige Berührung zwischen dem Gas, das in seiner Nähe durch die Düse eingeführt wird, und dem flüssigen Medium herbeiführen soll, das durch ihn bewegt, z.B. umgerührt wird. Es mag wohl eine gewisse Menge des zugeführten Gases dem bewegten Medium in Längsrichtung durch den Rotor mitbewegt werden, ein überwiegender Teil des Gases wird aber an der Peripherie entweichen und dank der besonderen Ausbildung des Rotors doch mit dem flüssigen Medium vermischt in Feinstverteilung, also als feinste Blasen.
In sämtlichen Figuren sind für einander entsprechende Teile gleiche Bezugszeichen verwendet. In allen diesen Figuren ist mit 1 zusammenfassend der beschaufelte Rotor bezeichnet, der eine zentrale Nabe 2 aufweist, auf der eine aus mehreren Schaufeln oder einer schraubenflächenförmigen Schaufel bestehende Beschaufelung 3 angeordnet ist. Mit dieser ist drehfest ein sie unmittelbar umgebendes Mantelgitter 5 verbunden, dessen Teile mindestens angenähert in Um-fangsrichtung verlaufen.
Im Auführungsbeispiel nach den Fig. 1 und 2 besteht die Beschaufelung aus mehreren Einzelschaufeln 3 und besteht das Mantelgitter 5 aus mehreren in kleinen Abständen hintereinander angeordneten kreisförmigen Ringen 4 von streifenförmigem Material, die am Mantelrand 3' der Schaufeln 3 befestigt sind, z.B. mittels Nieten oder durch Verschweis-sung. Anstattdessen könnte das Mantelgitter in nicht gezeigter Weise an mindestens einem Tragstab befestigt sein, der in Radialrichtung aus der Nabe 2 herausragt. Dies gilt auch für andere Ausführungsarten des Mantelgitters. Im Ausführungsbeispiel nach den Fig. 3 und 4 und in jenem nach Fig. 6 besteht das Mantelgitter 5 aus streifenförmigem oder strang-förmigem Material, das ungefähr nach einer Schraubenlinie um die Beschaufelung gelegt und an deren Mantelrand befestigt ist. In der Ausführungsform nach den Fig. 3 und 4 ist ein zusätzliches streifenförmiges, in sich geschlossenes ringförmiges Element 4' an der Auslassstirnseite der Beschaufelung angebracht. Mindestens ein derartiges Element könnte auch in den anderen Ausführungsbeispielen an der Auslassstirnseite der Beschaufelung vorgesehen sein. Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 sind die ohne Anstellwinkel in Axialrichtung verlaufenden Schaufeln 3 an einer in der Längsmitte des Rotors gelegenen und an der Nabe 2 befestigten Kreisscheibe 2' und an den beiden ungefähr kreisringförmigen Scheiben 9 befestigt, die an beiden Stirnseiten des Rotors gelegen sind.
In Axialrichtung gesehen kann das Mantelgitter nach einem Kreis verlaufen. Dies trifft z.B. zu für die Ausführungsform nach den Fig. 1 und 2 und jene nach der Fig. 5 zu, wo das Mantelgitter aus einzelnen kreisförmigen Elementen gebildet ist. Dabei sind in der Ausführungsform nach Fig. 1 und 2 alle diese Elemente auf einer zylindrischen Fläche gelegen, wogegen sie in der Ausführungsform nach Fig. 5 verschieden gross sind entsprechend dem gekrümmten Aussenrand der Schaufeln 3. Es trifft aber auch zu für die Ausführungsform nach Fig. 6, wo das Mantelgitter aus einem einzigen streifenförmigen Element 4 gebildet ist, das schraubenförmig um die Beschaufelung gelegt ist, die dort aus einer einzigen schraubenflächenförmigen Schaufel 3 besteht.
In anderen Ausführungsformen, nämlich denjenigen nach den Fig. 3 und 4 und nach Fig. 7 verlaufen hintereinander gelegene Mantelgitterteile in Axialrichtung nach Polygonen, deren Ecken auf dem Aussenrand von mehreren Ro-5 torschaufeln gelegen sind. In der Ausführung nach Fig. 3 und 4 bestehen diese Mantelgitterteile aus den einzelnen Windungen des schraubenlinienförmigen Streifens 4, wogegen in der Ausführungsform nach Fig. 7 diese Mantelgitterteile aus Einzelringen 4 bestehen.
io Die Fig. 8 veranschaulicht rein beispielsweise die Anordnung mehrerer beschaufelter Rotore in einem Gärkübel 6, und zwar in der Nähe der Mantelwandung dieses Kübels, in der Nähe des Auslasses von Düsen 8, durch welche Gas, das mit dem flüssigem Medium in Feinstverteilung zu vermi-i5 sehen ist, zugeführt wird. Bei einem Gärkübel für aerobe Mikroorganismen wird es sich hierbei um Sauerstoff handeln. Es kann sich aber auch um einen Behälter für die Durchführung einer anderen chemischen Reaktion handeln, wobei dann eine innige Vermischung zwischen dem zugeführten 20 Gas und dem sonstigen im Behälter enthaltenen flüssigen Medium durchzuführen ist. In allen Fällen soll das Gas als feinste Blasen in das flüssige Medium eingeführt werden, was dank dem Mantelgitter erreicht wird, obwohl eine gewisse Menge des Gases auch mit dem Medium durch den 25 Rotorraum hindurchbefördert werden mag. Die Feinstverteilung erfolgt durch das Mantelgitter, indem dort das Gas auf die Einzelteile dieses Gitters aufschlägt und gleichsam geschert wird, um dann in feinsten Blasen in das umgebende flüssige Medium zu gelangen.
30 Der Einzelteil des Mantelgitters (der vorliegt bei einer Schraubenlinienform wie in den Fig. 3 und 6) oder die Einzelteile des Mantelgitters, die aus Ringgebilden bestehen wie in den Fig. 1, 5 und 7, können aus streifenförmigem Material bestehen, sowie dies in diesen Figuren ersichtlich ist, also ei-35 nen rechteckförmigen oder polygonalen Querschnitt haben; anstattdessen könnten sie einen kreisförmigen oder elliptischen Querschnitt haben. Es sollte aber immer darauf geachtet werden, dass das Mantelgitter ein gutes Schervermögen hat zur Feinstverteilung des zugeführten Gases im flüssi-40 gen Medium.
Die Vorteile, die der erfindungsgemässen Ausbildung des beschaufelten Rotors zu verdanken sind, werden nachfolgend anhand der Ergebnisse von Vergleichsversuchen dargelegt.
45 Versuch 1
Ein zylindrischer Gärkübel mit einem Innendurchmesser von 1200 mm und einem Flüssigkeitsinhalt von 6001 wurde mit drei beschaufelten Rotoren der in Fig. 3 und 4 gezeigten Ausführungsform ausgerichtet, die einen Aussendurchmes-50 ser von 120 mm und eine Axiallänge von 31 mm hatten. Die drei Rotoren waren am Umfang des Kübels gleich-mässig verteilt in der Nähe dessen Bodens, und zwar wie in Fig. 8 gezeigt mit zur Mitte des Kübels hin nach unten geneigter Drehachse.
55 Die Belüftung des flüssigen Gärmediums (6001), das Bäckerhefe enthielt, innerhalb des Gärkübels, wurde durchgeführt bei einer Geschwindigkeit von 200 Nl/min zur Erzielung eines scheinbaren Sauerstoffabsorptionsvermögenskoeffizienten K'd wie nachfolgend angeführt.
60 Ein Wert, der erhalten wurde mit einem Vergleichsexperiment, bei welchem ein herkömmlicher beschaufelter Rotor verwendet wurde (Steigungsverhältnis = n, Verhältnis der Blattbreite zum Durchmesser = 0,3) wird zum Vergleich angeführt.
645817
Schaufelrotor Durchmesser Drehzahl Verbrauchte Leistung K'd
(mm) (U/min) (Kw.)
mole 0
m3 hr. bar
Erfindungsgemässer Rotor 120 1 300 1,61 525
Vergleichsrotor 250 600 2,13 468
Versuch 2
Die gleichen Ausrichtungen und gleichen Bedingungen wurden verwendet wie im Versuch 1 und im zugehörigen Vergleichsversuch.
Die Grade der durchgehenden Mischung wurden bestä-
io tigt mit einer Mischung von Wasser (6001) und 30%iges Salinenwasser (241) durch Messung der Zeit, die benötigt wurde zur Erreichung eines 99%igen Gleichgewichtes, mit folgenden Ergebnissen:
Rotor Rotordurchmesser Drehzahl Verbrauchte Leistung Erforderte Zeit
(mm) (U/min.) (Kw.) (sec)
Erfindungsgemässer Rotor 120 1 300 1,61 10
Vergleichsrotor 250 600 2,13 22
Versuch 3
Bei einer aeroben Gärung von Gärmedium (15,3 Nl/min) mit Bäckerhefe (55,81) in einem zylindrischen Behälter mit einem Innendurchmesser von 474 mm und einem Inhalt von 55,81, der mit einem beschaufelten Rotor der in Fig. 3 gezeigten Ausführung (Durchmesser 72 mm, axiale Länge 18,6 mm), und mit einer Belüftungsdüse ausgerüstet war,
wurde der K'd-Wert verglichen mit einem solchen, der erzielt 25 wurde bei einem gleichen Experiment, das durchgeführt wurde im gleichen Behälter, in dem aber ein üblicher beschaufelter Rotor (Steigungsverhältnis = n, Verhältnis der Blattbreite zum Durchmesser = 0,3) angeordnet war. Die Ergebnisse sind wie folgt:
Schaufelrotor Durchmesser Drehzahl Verbrauchte Leistung K'd
(mm) (U/min) (Kw.)
mole 02 m3 hr. bar
Erfindungsgemässer Rotor 72 1 300 33 127
Vergleichsrotor 72 1 600 37,5 102
s
2 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

645 817
1. Beschaufeiter Rotor zum Bewegen von flüssigem Medium, gekennzeichnet durch ein drehfest mit der Beschaufelung (3) verbundenes, sie unmittelbar umgebendes Mantelgitter (5), dessen Teile mindestens angenähert in Umfangs-richtung verlaufen.
2. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mantelgitter (5) am Mantelrand (3') der Beschaufelung (3) befestigt ist.
2
PATENTANSPRÜCHE
3. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mantelgitter (5) an mindestens einem Tragstab befestigt ist, der in Radialrichtung aus einer Rotornabe (2) herausragt.
4. Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Mantelgitter (5) aus einer Mehrzahl von Einzelelementen (4) gebildet ist, welche eine Rotornabe (2) in Abstand umgeben.
5. Rotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelelemente (4), aus denen das Mantelgitter gebildet ist, zu einer Normalebene zur Rotordrehachse geneigt sind.
6. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mantelgitter aus einem Einzelelement gebildet ist, welches aus einem Streifen besteht, der wenigstens angenähert nach einer zur Rotorachse koaxialen Schraubenlinie verläuft.
7. Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in Achsrichtung gesehen das Mantelgitter nach einem Kreis verläuft.
8. Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass hintereinander gelegene Mantelgitterteile in Achsrichtung gesehen nach Polygonen verlaufen, deren Ecken auf dem Aussenrand von mehreren Rotorschaufeln gelegen sind.
9. Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein zusätzliches streifenförmiges, in sich geschlossenes Element (4') an der Auslassstirnseite der Beschaufelung angebracht ist.
CH41480A 1979-01-18 1980-01-18 Beschaufelter rotor zum bewegen von fluessigem medium. CH645817A5 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP54005103A JPS591083B2 (ja) 1979-01-18 1979-01-18 流体撹拌翼

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CH645817A5 true CH645817A5 (de) 1984-10-31

Family

ID=11602023

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CH41480A CH645817A5 (de) 1979-01-18 1980-01-18 Beschaufelter rotor zum bewegen von fluessigem medium.

Country Status (6)

Country Link
US (1) US4287137A (de)
JP (1) JPS591083B2 (de)
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