Jet aerated loop reactors as alternative to stirred tank reactors

Abstract

Strahlschlaufenreaktoren (JLRs) sind eine Alternative zum begasten Rührkessel (STR). Ein JLR erreicht bei gleichem Leistungseintrag um 200 % höhere Sauerstofftransferraten als ein mit Scheibenrührern betriebener Rührkessel. Basierend auf Erkenntnissen aus einem aeroben Fermentationsprozess werden in einem JLR rund doppelt so hohe Sauerstofftransfereffizienzen erreicht. Im Vergleich zum STR konnte der JLR bei 67 % höheren Sauerstofftransferraten betrieben werden. Infolge konnte die maximale Raum Zeit Ausbeute um 40% gesteigert werden. Es konnte gezeigt werden, dass mittels der herausragenden Massentransfereigenschaften des JLRs, höherer Umsätze erreicht, und Energie für Antrieb und Begasung eingespart werden können. In Hinblick auf die Produktionskosten ist die Massentransfereffizienz allerdings nur ein Parameter unter Vielen. Obwohl die OTRs um 100 % gesteigert und der Massentransfer energieeffizienter generiert wurde, konnte lediglich ein Einsparpotential von 5.6 % ermittelt werden.

Jet loop reactors (JLRs) are an alternative reactor type for stirred tank reactors (STR). Compared to a stirred tank reactor powered by Rushton turbines, maximum oxygen transfer rates (OTRs) about 200 % higher were achieved in a jet loop reactor in a fed batch fermentation process. The assessment of the energetic oxygen transfer efficiency for a jet loop reactor yielded an improvement of almost 100 %. The jet loop reactor could be operated at mass transfer rates 67 % higher compared to a stirred tank. Thus, an increase of 40 % in maximum space time yield could be observed. It can be concluded that the outstanding mass transfer performance of JLRs helps to increase turnover rates and to save energy for agitation and aeration. However, mass transfer efficiency is only one parameter among multiple aspects with relevance for production costs. Even though OTRs could be increased by 100 % and the mass transfer was generated at an increased energy efficiency, only a cost advantage of 5.6 % was calculated.