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Verfahren zur Lüftung von Gärflüssigkeiten.
Die bisher allgemein angewandten Verfahren zur Lüftung von Flüssigkeiten mit Hilfe von Luftkompressoren oder mechanischen Gebläsen sind technisch und wirtschaftlich unvollständig. Die aus diesen Quellen durch gelochte Metallrohre in die Flüssigkeit gedrückte Luft wird nur bis zu ungefähr 20% ausgenutzt, so dass etwa 80% der zum Antrieb des Kompressors verwandten Kraft verlorengehen.
Die Verfahren, welche die Verbesserung der Lüftung von Flüssigkeiten mittels Luft bezwecken, gehören gemäss ihrem Prinzip drei Gruppen an. Erstens handelt es sich um Verfahren, welche darauf beruhen, dass die Flüssigkeit in Form von feinen Tröpfchen zerstreut wird, und die Luft strömt gegen dieselben (z. B. nach österr. Patentschrift Nr. 88640).
Beim zweiten Verfahren ist die Flüssigkeit in einem Gefäss eingeschlossen und die in dieselbe mittels einer Pumpe oder eines Injektors geführte Luft zirkuliert und wird mehrmals ausgenutzt, unter teilweiser Zugabe von frischer Luft (z. B. nach amerik. Patentschrift Nr. 1,732. 921).
Schliesslich gibt es Verfahren, bei denen die Luft in die Flüssigkeit (anstatt durch die üblichen gelochten Metallrohre) unter Druck entweder durch den Boden des Bottich oder durch Platten, Röhren usw. fein porösem Material geführt wird (z. B. nach französischer Patentschrift Nr. 680.303).
Die angeführten Verfahren haben aber wegen technischer Schwierigkeiten und aus wirtschaftlichen Gründen in der Praxis keine grössere Verbreiterung erfahren.
Die Ausnutzung der die Flüssigkeit passierenden Luft ist hauptsächlich von der Grösse der Be-
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Der Grad def Luftausnutzung ist aber auch von der Zeit abhängig, während welcher die fein verteilte Luft mit der Flüssigkeit in Berührung steht. Bei den bisherigen Verfahren besteht der Nachteil, dass die Blasen der am Boden des Flüssigkeitsbehälters eingeführten Luft zu gross sind, beim Steigen zur Flüssigkeitsoberfläche leicht sich vereinigen, immer grösser werden, so dass sie bei grösseren Flüssigkeitshöhen an der Oberfläche einen Durchmesser von 1 bis 5 cm und mehr erreichen. Dadurch wird gemäss der oben angeführten Beziehung der Effekt der Lüftung wesentlich herabgesetzt, und die oberen Flüssigkeitsschichten werden insbesondere bei grösserer Füllung ungenügend gelüftet.
Die Luftblasen werden in der Flüssigkeit mit einer Kraft emporgehoben, welche dem Gewichte des durch die Blase verdrängten Flüssigkeitsvolumens entspricht. Demgegenüber wirkt aber einerseits das Eigengewicht der Blase (das vollständig vernachlässigt werden kann) anderseits der Widerstand der Flüssigkeit gegenüber der Zerschlagung beim Aufstieg der Blase und die Reibung der Blase beim Aufstieg.
Die Reibung als Oberflächenerscheinung ist daher-bei sonst gleichen Bedingungen-um so grösser, je grösser die Oberfläche im Verhältnis ist ; und oben ein solches Verhältnis der Oberfläche zum Inhalte ist um so günstiger, je kleiner die Blase ist. Es ist also klar, dass bei kleineren Blasen die Luft mit der Gärflüssigkeit länger in Berührung bleibt, besser ausgenutzt wird, so dass sie nicht in so grosser Menge zugeführt werden muss, wie dies bisher üblich war, was ausser der direkten Ersparnis auch eine Verminderung der Verluste an Alkohol bedeutet, dessen Dämpfe die entweichende Luft mitreisst, u. zw. im Verhältnis zur Menge und zur Geschwindigkeit, mit welcher die Luft die Flüssigkeit passiert.
Ausserdem kommt in günstiger Weise auch der Umstand zur Geltung, dass infolge des wichtigen Einflusses der Oberflächenspannung die kleinen Blasen sich auch bei einer gegenseitigen Berührung nur sehr schwer vereinigen, so dass sich deren Dimensionen in der gleichen Tiefe praktisch nicht ändern.
Das Wesen der gegenwärtigen Erfindung ist, dass sie in der Bestrebung, eine möglichst feine Verteilung der Luft in der Flüssigkeit zu erreichen, gegenüber den bisherigen Verfahren von einem andern Prinzip ausgeht. Anstatt die Luft in die Flüssigkeit mittels Pumpen, Kompressoren oder Injektoren einzuführen, wird in besonderen Apparaten geeigneter Konstruktion (Emulgatoren) ein Gemisch (Emulsion) von Luft und Flüssigkeit erzeugt, und diese Luftemulsion wird zur Durchlüftung der übrigen Flüssigkeit im Gärgefäss benutzt. Die Emulgatoren sind derart konstruiert, dass die Luft und Flüssigkeit gezwungen sind, sich miteinander gleichmässig zu vermischen, wobei sich die Luft in der Flüssigkeit in Form sehr kleiner bis mikroskopischer Blasen verteilt.
Der zur Erzeugung der Emulsion notwendige Teil der Flüssigkeit wird dem Emulgator, welcher ausserhalb des Gefässes mit der Gärflüssigkeit angeordnet ist, entweder durch Überfall aus diesem oder durch eine Pumpe zugeführt. Beim sogenannten Zulaufverfahren verwendet man anstatt eines Teiles der Flüssigkeit aus dem Gärbottich direkt die gekochte Maische, welche durch eine Rohrleitung aus dem Sudhause dem Emulgator zugeführt wird. Bei dem Emulgatoren, die im Gärbottich angeordnet sind und unter der Flüssigkeitsoberfläche arbeiten, fliesst die zur Erzeugung
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der Emulsion notwendige Flüssigkeit selbsttätig in den Emulgator. Frischluft wird dem Emulgator durch eine besondere selbständige Röhre zugeführt.
Die Luftemulsion aus dem Emulgator wird in die Flüssigkeit im Gärbottich durch eine derart angeordnete gelochte Rohrleitung geleitet, dass sie auf der ganzen Fläche durch die Flüssigkeit vom Boden des Bottich gleichmässig emporsteigt. Die Luft ist in der Emulsion des Emulgators so fein verteilt, dass es bisher bei keinem Lüftungsverfahren möglich war, einen derartigen Verteilungsgrad der Luft in der Flüssigkeit zu erreichen. Auf Grund dieses Verteilungsgrades der Luft unterscheidet sich diese Emulsion
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die bisherigen Verfahren gewonnen wurden.
Die sehr kleinen Luftblasen der Emulsion, welche zum überwiegenden Teile den Durchmesser von 0'5 bis 200 n haben, verteilen sich in der Flüssigkeit, nachdem sie in den Gärbottich gebracht worden sind, noch weiter, ohne sich dabei zu vereinigen, und behalten daher auch beim Aufsteigen zur Flüssigkeitsoberfläche zumeist die ursprüngliche Grösse. Bloss ein kleiner Teil derselben vereinigt sich zu grösseren Blasen, deren Durchmesser jedoch auch bei einer Flüssigkeitshöhe von 4 bis 5 m 1-2 mm nicht überschreitet. Das Aufsteigen dieser kleinen Luftblasen in der Flüssigkeit ist sehr langsam.
Infolge der physikalischen Eigenschaften der Luftemulsion, insbesondere mit Rück- sieht auf den wichtigen Einfluss der Oberflächenspannung und der Molekularkräfte bei geringen Dimensionen der Blasen ist die Stabilität der emulgierten Luft in der gelüfteten Flüssigkeit unverhältnismässig grosser-wie praktisch festgestellt worden ist-als bei der durch die bisherigen Verfahren in die Flüssigkeit geführten Luft, auch wenn bei diesen, allerdings nur in geringem Masse, kleine Blasen gebildet werden, neben den absolut überwiegenden grossen Blasen. Dadurch erreicht man eine vollständigere Ausnutzung der Luft, was einen wesentlichen neuen Effekt bedeutet, welcher für dieses Gebiet wirtschaftlich sehr bedeutungsvoll ist.
Für die Praxis bringt dieses Verfahren einen geringen Emulsionsverbrauch für die Lüftung der Gärflüssigkeit und daher auch einen geringen Kraftverbrauch beim Antrieb der Emulgatoren, ferner eine grosse Ersparnis gegenüber den bisherigen Verfahren mit sich.
Zur Erzielung der fein verteilten Luftemulsion in einem Teile der Gärflüssigkeit kann man mit Vorteil Sedimentationszentrifugen benutzen, welche für das Zentrifugieren von Milch, bei der Abtrennung der Hefen in Hefefabriken usw. allgemein üblich sind. Je nach der Konstruktion der verwendeten Zentrifuge ist es eventuell notwendig, die Rohrleitung, welche gewöhnlich irgendeinen Anteil der je nach der Dichte auf zwei oder mehrere Teile geteilten Flüssigkeit abführt, zuzumachen oder vollständig zu verschliessen und eventuell die einen andern Anteil abführende Rohrleitung (z. B. normal Rahm oder dünnen Hefebrei usw. ) zu erweitern.
Die zur Ausbildung der Emulsion notwendige Luft wird von der Zentrifuge entweder direkt angesaugt, gegebenenfalls mittels eines auf der Achse der Zentrifuge aufgesetzten Schaufelventilators, oder sie wird in dieselbe noch durch eine selbständige Rohrleitung, welche am besten durch die Mitte der Flüssigkeitszuführungsröhre geführt ist, geleitet. Der Flüssigkeitszufluss und-abfluss wird auf die übliche Weise durchgeführt (z. B. kontinuierlich).
Beispiel : Im Gärbottich befinden sich 500 M Würze, welche gelüftet werden soll. Aus dieser Menge werden 2-20 hl Würze pro Minute (je nach der Notwendigkeit der Lüftung) entnommen. Diese Flüssigkeit wird in Hefefabrikszentrifugen, die in der beschriebenen Weise als Emulgatoren vorbereitet sind, gebracht und in denselben mit Luft emulgiert ; nun wird dieselbe zur Flüssigkeit im Gefäss zurückgeführt, wo sie zwecks gleichmässiger Durchlüftung durch eine gelochte Rohrleitung verteilt wird.
Zum Antrieb einer Emulgierzentrifuge mit der Leistung von 1 hl Emulsion pro Minute braucht man zirka 1 HP. Beim Verbrauch von 20 hl Emulsion pro Minute sind 500 hl Flüssigkeit auch für Hefefabrikszwecke vollständig gelüftet, wobei zirka 20 HP benötigt werden, während zur gleichen Lüftung von 500 hl Flüssigkeit mit Hilfe eines Kompressors zirka 150 HP notwendig waren.
Um eine erhöhte Strömung der Emulsion in der Flüssigkeit zu erreichen, kann dieselbe gleichzeitig in verschiedenen Tiefen der Flüssigkeit im Gärgefäss eingeleitet werden.
Dieses neue Lüftungsverfahren kann mit jeden beliebigen bisherigen Lüftungsverfahren kombiniert werden.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Lüftung von Gärflüssigkeiten, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung einer Luftemulsion in der gärenden Flüssigkeit Emulgatoren benutzt werden, die von ähnlicher Bauart sind, wie gewöhnliche Zentrifugen für das Abscheiden der Hefezellen, jedoch mit der Abänderung, dass die Luft in die Zentrifuge durch eine selbständige Leitung zugeleitet wird, die von unten durch die Mitte der Zuleitungsröhre für die Flüssigkeit geführt wird, wobei die Luft durch einen Ventilator-der über der Tellerkammer der Zentrifuge an der Achse befestigt ist-eingesaugt wird.