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Verfahren zur Regelung des Zu-und/oder Ablaufes bei der biologischen
Oxydation von Alkohol zu Essigsäure
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung des Zu-und/oder Ablaufes bei der biologischen
Oxydation von Alkohol zu Essigsäure mittels Fesselgärung oder submerser Gärung.
Bei dem heutigen Stand der Technik werden für die Essigerzeugung im allgemeinen die eben ange- führten Verfahren der Fesselgärung (Schnellessigverfahren) und der submersen Gärung angewendet. Bei der ! Fesselgärung wird durch das Trägermaterial eine grosse wirksame Oberfläche gebildet, wobei die auf dem
Trägermaterial siedelnden Bakterien das durchrieselnde alkoholische Gärsubstrat (Maische), das im Kreis- lauf gepumpt wird, oxydativ vergären. Bei der submersen Gärungwird dieLultdem Gärsubstrat in feinen
Bläschen zugeführt und durchströmt das alkoholhältige Gärsubstrat (die Maische) von unten nach oben, wobei die Oxydation des Alkohols durch Essigbakterien durchgeführt wird.
Bei beiden genannten Verfah- ren ist es bei der bisher üblichen Arbeitsweise wichtig, die Probe-Entnahmen des Gärsubstrates und seine
Untersuchungen zu bestimmten Zeitpunkten oder beim Erreichen von gewissen Säurewerten des Gärsub- strates (der Maische) vorzunehmen. Der genauen Einhaltung der Ausstosszeiten beim Chargenwechsel muss besondere Aufmerksamkeit geschenkt werden. Insbesondere beim submersen Gärverfahren wird der Rest- alkohol bei nicht rechtzeitigem Ausstoss schnell und vollständig aufgebracht.
Das Wiedereinsetzen der
Gärung der neuen Charge verzögert sich, da durch den Alkoholmangel die Konzentration an lebens- und gärfähigen Bakterien stark abgenommen hat. Versäuerungs- und Zeittabellen ("Die Branntweinwirt- schaft"1960, S. 520) gestatten unter Annahme von Eta ( = die in 24 h in 100 cm3 Maische erzeugten
Gramm Essigsäure) den ungefähren Ausstosszeitpunkt zu berechnen. Zu dem errechneten Ausstosszeitpunkt wird dann eine nochmalige Titration vorgenommen, um den endgültigen Ausstosszeitpunkt zu errechnen.
Die Unsicherheit und Umständlichkeit der Bestimmung des Ausstosszeitpunktes sowie die Anwendung der
Füllgärung sind Mängel der derzeitigen Verfahren.
Bei dem heutigen Stand der Technik ist keine Regelungsmethode bekannt, die es gestatten würde, die beschriebenen beiden Verfahren in vollautomatisch arbeitenden Anlagen durchzuführen. Die bisher bekannten zur Essigerzeugung verwendeten diskontinuierlichen Anlagen müssen deshalb vom Bedienungs- personal zur Erzielung einer einigermassen befriedigenden Arbeitsweise sorgfältig überwacht werden, wo- bei entsprechende manuelle Eingriffe an den Anlagen nötig sind.
Die angeführten Nachteile und Schwierigkeiten werden erfindungsgemäss dadurch vermieden, dass bei der biologischen Oxydation von Alkohol zur Essigsäure mittels Fesselgärung oder submerser Gärung die
Regelung des Zu-und/oder Ablaufes des Gärsubstrates bzw. des Gärungsproduktes in Abhängigkeit der augenblicklichen Alkoholkonzentration der Abgase erfolgt. Wie aus den nachstehenden Darlegungen her- vorgeht, ermöglicht es das erfindungsgemässe Regelungsverfahren sogar, ständig die Optimalgärbedingun- gen für die oxydative Essigerzeugung bei vollautomatischer, kontinuierlicher Arbeitsweise einzuhalten.
Die Optimalgärbedingung ist nämlich stets dann erfüllt, wenn die Alkoholkonzentration des Gärsubstrates jenen Wert hat, bei dem die Umsetzung von Alkohol in Essigsäure mit maximaler Reaktionsgeschwindig- keit vor sich geht. Bei einer Gärtemperatur von 370C liegt die Optimalgärbedingung für eine Alkoholkonzentration des Gärsubstrates von zirka 5, 5 Vol.-% vor. Durch die ständige Einhaltung der Optimalgärbedingung wird eine wesentliche Verkürzung der Gärzeit erzielt. Hiedurch ergibt sich bei gleicher
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der notwendigenkannt, die Alkoholkonzentration der Abgase als Regelgrösse für die Zufuhr von Nährlösung und Luft bei dem Vorgang der oxydativen Hefevermehrung zu verwenden.
Wie aber aus den nachstehenden Darlegun- gen hervorgeht, bedurfte es wegen der grundsätzlichen Verschiedenheit der Verfahren zur oxydativen He- fevermehrung und zur oxydativen Essiggärung eingehender theoretischer und experimenteller Untersuchun- gen, um zu erkennen, dass die Alkoholkonzentration der Abgase die am besten geeignete Regelgrösse zur vollautomatischen Durchführung des Verfahrens zur oxydativen Essiggärung darstellt.
Bei der Hefevermehrung und der Essiggärunghandeltes sich nicht nur um Vorgänge, die vom biolo- chemischen Standpunkt gänzlich verschieden sind. Auch vom verfahrenstechnischen Standpunkt ergeben sichfürdiesebeidenmikrobiologischenprozesse grundlegende Unterschiede, weshalb auch die entsprechen- den Regelprobleme wesentlich anders geartet sind.
Bei der Hefevermehrung wurde die Regelung der Zu- fuhr von Nährlösung und Luft in Abhängigkeit der augenblicklichen Alkoholkonzentration der Ab- gase vorgeschlagen, damit trotz einer maximalen Hefezuwachsgeschwindigkeit die Alkoholkonzentration der Hefemaische so gering bleibt, dass die auch bei der oxydativen Hefevermehrung also bei dem durch die reichliche Luftzufuhr stark geförderten Atmungsvorgang stets auftretende Alkoholbildung keine nennenswerten Hefeausbeuteverluste infolge alkoholischer Gärung verursacht. Der Alkohol stellt somit in grösseren Mengen einen für den Vorgang der oxydativen Hefevermehrung schädlichen Stoff dar, weshalb mit Hilfe des eben erwähnten Regelungsverfahrens die Alkoholkonzentration der Hefemaische auf einen sehr niedrigen Wert gehalten wird, der erfahrungsgemäss maximal nur etwa 0,2 Vol,-% betragen darf.
Hingegen ist bei der Essiggärung der Alkohol kein schädlicher, sondern im Gegenteil ein unbedingt erforderlicher Stoff, weil aus ihm die Essigsäure gebildet wird.
Demgemäss ist die Alkoholkonzentration des dem Essigbildner zufliessenden Gärsubstrates wesentlich höher und beträgt etwa 10 Vol.-%. Der Unterschied besteht aber nicht nur in der Höhe der vorstehend angeführ- ten maximalen Alkoholkonzentrationen des Gärsubstrates von etwa 0, 2 Vol.-% und etwa 10 Vol.-%. Ein weiterer Unterschied zwischen den beiden gegenübergestellten Verfahren ergibt sich vielmehr auch dadurch, dass bei der Essiggärung nicht Alkohol erzeugt, sondern im Gegenteil verbraucht und in Essigsäure umgewandelt wird.
Demgemäss wird bei dem erfindungsgemässen Verfahren nicht wie bei der oxydativen Hefevermehrung die Konzentration von infolge des neben dem Atmungsvorganges einsetzenden Gärvorganges entstehendem Alkohol bestimmt, sondern durch Messung der Alkoholkonzentration der Abgase festgestellt, wie hoch im Essigbildner die augenblickliche Konzentration des nicht in Essigsäure umgesetzten Alkohols, also des Ausgangsstoffes, ist.
Bezüglich der Zufuhr von Gärluft ist noch anzuführen, dass bei Verwendung des erfindungsgemässen Verfahrens vorzugsweise in gleichen Zeiten gleiche Gärluftmengen in das im Essigbildner befindliche Gärsubstrat eingeblasen werden.
Der im wasserdampfgesättigten Abgasgemisch enthaltene Alkohol-Wasserdampf steht jeweils im Gleichgewicht zu der Alkoholkonzentration des Gärsubstrates. Diese Zuordnung ist, wie ausgedehnte Versuche ge- zeigt haben, unabhängig von Belüftungssystem, Füllhöhe des Bottichs usw. und nur abhängig von Gärtemperatur und Alkoholkonzentration des Gärsubstrates. Da die Gärtemperatur in der Regel während der Gärung konstant gehalten wird, ist allgemeine und direkte Abhängigkeit von der Alkoholkonzentration des Gärsubstrates gegeben. Unter Ausnutzung dieser Gegebenheit wird erfindungsgemäss die Alkoholkonzentration des Gärsubstrates von der Alkoholkonzentration der Abgase abgeleitet, die in einfachster Relation zur Alkoholkonzentration des Gärsubstrates steht.
Vorzugsweise kann hiebei die Alkoholkonzentration einer dosierten Abgasmenge bestimmt und in Impulse umgesetzt werden, die, gegebenenfalls nach entsprechender Verstärkung, für den erforderlichen Regeleingriff herangezogen werden. Die gemessene Alkoholkonzentration in der dosierten Abgasmenge ist wie gesagt in jedem Augenblick proportional der Alkoholkonzentration des Gärsubstrates. Der der Alkoholkonzentration entsprechende Impuls kann über eine geeignete Verstärkung zur Steuerung eines Servomotors verwendet werden, der seinerseits die Regelorgane betätigt.
Bei dem erfindungsgemässen Verfahren kann die Bestimmung der Alkoholkonzentration einer gemessenen Abgasmenge in an sich bekannter Weise kolorimetrisch mittels Kaliumbichromat in Schwefelsäure erfolgen, wobei die dabei entstehende Verfärbung der Lösung kontinuierlich gemessen und in elektrische Impulse umgesetzt wird, die gegebenenfalls nach entsprechender Verstärkung für den erforderlichen Regeleingriff herangezogen werden. Diese Methode zur Erfassung der Alkoholkonzentration der Abgase ist bereits in der hier schon an früherer Stelle angeführten österr. Patentschrift Nr. 208802inhinreichender Weise beschrieben worden 0
Weiters kann die Bestimmung der Alkoholkonzentration einer dosierten Abgasmenge durch die durch Oxydation des Alkohols entstehende augenblickliche Wärmetönung erfolgen.
Hiebei wird letztere in Regelimpulse umgesetzt, die gegebenenfalls nach entsprechender Verstärkung für den erforderlichen Regel-
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eingriff herangezogen werden. Die Oxydation des Alkohols kann in der Weise durchgeführt werden, dass eine dosierte Abgasmenge aurch eine beheizte Verbrennungskammer geleitet wird. Diese sowie die nachstehend angeführte Methode zur Oxydation des Alkohols wurde bereits früher von der Erfinderin im Zusam- menhangmit der oxydativen Hefevermehrung vorgeschlagenundsindin der österr. Patentschrift Nr. 214392, Zusatzpatent zu dem vorstehend angeführten Patent Nr. 208802, ausführlich beschrieben. Die Oxydation des Alkohols kann nämlich auch durch katalytische Verbrennung des Alkohols einer dosierten Abgasmenge mit deren Restsauerstoff erfolgen.
Im Zusammenhang damit ist noch die bekannte Tatsache zu erwähnen, dass die Essigbakterien nur dann lebensfähig sind, wenn die Konzentration des in dem Gärsubstrat gelösten Sauerstoffes oberhalb eines gewissen Mindestwertes liegt. Aus diesem Grunde ist in den Abgasen stets su viel Sauerstoff enthalten, dass der in ihnen enthaltene Alkohol restlos oxydiert werden kann. Verwendet man für die Oxydation des Alkohols als Katalysator ein Kupferoxyd/Mangandioxyd-Gemisch oder Mischkristalle dieser Oxyde unterschiedlicher Art, die auch andere Schwermetalloxyde enthalten können, so wird in der Oxydationskammer lediglich der Alkohol oxydiert, wogegen die Menge der flüchtigen Essigsäuredämpfe ohne Einfluss auf die Wärmetönung bleibt.
Da die katalytische Verbrennung darüber hinaus bei wesentlich tieferen Temperaturen vor sich geht als die rein thermische Verbrennung, ergibt sich bei katalytischer Oxydation eine Vergrösserung der Messgenauigkeit bzw. eine ausgeprägtere Differenzierung der anfallenden, zur Regelung ausgewerteten Impulse gegenüber der thermischen Verbrennung, wodurch die Präzision der erfindungsgemässen Verfahren noch gesteigert wird.
Im Rahmen der Erfindung wird die Alkoholkonzentration der Abgase kontinuierlich erfasstundin Regel- impulse umgesetzt, die den Ablauf des Gärproduktes aus dem Essigbildner bewirken, sobald die Alkohol- konzentration der Abgase auf denjenigen Wert abgesunken ist, welcher der gewünschten Restalkoholkon- zentration des Gärsubstrates zugeordnet ist. Hiedurch wird also der sogenannte Ausstossvorgang für das im
Essigbildner vorhandene Gärprodukt vollautomatisch bewerkstelligt (unter Gärprodukt ist hiebei das im Es- sigbildner aus dem ? lkoholhältigen Gärsubstrat infolge der Essiggärung entstehende, flüssige, eine gewisse Essigsäurekonzentration aufweisende Endprodukt zu verstehen). Wie schon dargelegt, muss beim Ausstossvorgang das Gärprodukt noch eine gewisse Restalkoholkonzentration aufweisen.
Es werden etwa 0, 1 bis
0, 15 Vol.-% zugelassen, um die zum Wiederanstellen erforderlichen Bakterien lebens- und gärfähig zu erhalten. Mit der zur Verfahrensdurchführung verwendeten Vorrichtung wird bei der genannter Alkoholkonzentration des Gärproduktes von 0, 1 bis 0, 15 Vol. -%, der bei einer Gärtemperatur von 30 C eine Al- koholmenge von 0, 31 bis 0, 475 g pro m3 Abgas entspricht, ein Impuls an die zum Chargenwechsel dienenden Apparaturen abgegeben, so dass der Chargenwechsel vollkommen automatisch erfolgt. Hiedurch ergibt sich eine Auf-Zu-Regelung für den Ablauf des Gärproduktes aus dem Essigbildner.
Im Rahmen der Erfindung wird die Alkoholkonzentration der Abgase kontinuierlich erfasst und in Regelimpulse umgesetzt, die zuerst den Zulauf des frischen Gärsubstrates steuern, damit die Essiggärung zunächst bei einer gewählten, konstanten, der Optimalgärbedingung entsprechenden Alkoholkonzentration im Essigbildner verläuft. Bei Erreichung der Endbefüllung im Essigbildner wird jedoch der Zulauf von fri- schem Gärsubstrat unterbrochen, d. h. die Regelimpulse verursachen in diesem Stadium des Gärvorganges keinen Zulauf frischen Gärsubstrates mehr.
Sobald aber die Alkoholkonzentration der Abgase auf denjenigen Wert abgesunken ist, der dem gewünschten Restalkoholgehalt des Gärsubstrates zugeordnet ist, bewirken die Regelimpulse den Ablauf des Gärproduktes aus dem EssigbiJdner-d. h. den sogenannten Aus- stossvorgang-wodurch sich eine Auf-Zu-Regelung für den Ablauf des Gärproduktes aus dem Essigbildner ergibt. Hingegen kann die zuerst erfolgende Regelung zur Einhaltung der Optimalgärbedingung auch mittels kontinuierlich arbeitender Regler erfolgen. Letztere sind als Proportional-, Integral-, ProportionalIntegral, Proportional-I.ltegral-Differentialregler (PID-Regler) oder dgl. ausgeführt.
Bei der Durchführung der derzeit gebräuchlichen Essig-Gärverfahren wird vorzugsweise nach dem Anstell-oder Füllverfahren gearbeitet. Bei dieser Arbeitsweise wird ein Teil des Gärproduktes beim Ausstossvorgang im Essigbildner zurückbehalten und hierauf die neu zu vergärende Substratmenge in den Essigbild- ner eingebracht. Die zurückbehaltene Gärproduktmenge muss hiebei so gross sein, dass die in ihr enthaltene Bakterienmenge ausreicht, um ein Wiedereinsetzen der Gärung zu gewährleisten. Bei dieser allgemein üblichen Verfahrensdurchführung oxydieren die Bakterien den Alkohol sowohl bei der maximal auftretenden Alkoholkonzentration (gegeben aus der Mischung von zurückbehaltener Gärproduktmenge und hinzugefügter neuer Gärsubstratmenge) bis zum erwünschten und ausbeutemässig vertretbaren Restalkohol.
Eine Folge hievon ist, dass bei der Flüchtigkeit des Alkohols bei hoher Alkoholkonzentration des Gärsubstrates also am Beginn der Gärung, eine starke Verblasung des Alkohols eintritt.
Es ist bekannt, dass die maximale Säureleistung der Bakterien bei einer Alkoholkonzentration des Gärsubstrates, die zwischen Anfangs- und Restalkoholkonzentration liegt, eintritt. In Kenntnis dieser Tat-
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sache wurden auch schon Zulaufgärungen, bei denen man während der laufenden Gärung weitere Gärsubstratmengen zufliessen lässt, vorgeschlagen. Diese Vorschläge können schwer realisiert werden, da man keine Möglichkeit hat, den Zufluss des frischen Gärsubstrates so zu steuern, dass die Gärung bei der gewünschten Alkoholkonzentration des Gärsubstrates durchgeführt wird. Diese bisher theoretischen, praktisch nicht ausführbaren Vorschläge können durch das erfindungsgemässe Verfahren in einfachster Weise verwirklicht werden.
Bis zur Erreichung der Endbefullung des Essigbildners wird die Alkoholkonzentration des Gärsubstrates durch Regelung des Zulaufes auf der Alkoholkonzentration, die der maximalen Säureleistung der Bakterien entspricht. gehalten, worauf die Gärung ohne Zulauf von frischem Gärsubstrat bis zu jener Restalkoholkonzentration des Gärsubstrates weitergeführt wird, bei welcher der Ausstossvorgang zu erfolgen hat und der durch Vorrichtungen gemäss dem erfindungsgemässen Verfahren bewirkt wird.
Im Rahmen der Erfindung ist es auch möglich, das Verfahren der submersen Essiggärung in folgender Weise kontinuierlich durchzuführen : Die Alkoholkonzentration der Abgase wird kontinuierlich erfasst und in Regelimpulse umgesetzt, die einerseits zur Regelung des Ablaufes des Gärproduktes aus dem Essigbildner und anderseits zur Regelung des Zulaufes des frischen Gärsubstrates benutzt werden, damit die Essiggärung bei einer gewünschten, konstant gehaltenen Alkoholkonzentration des Gärproduktes verläuft, die zahlenmässig etwa gleich ist der Restalkoholkonzentration des Gärproduktes bei diskontinuierlicher Arbeitsweise. Die Regelung erfolgt hiebei vorzugsweise kontinuierlich mit Hilfe einer der bereits an früherer Stelle angeführten Reglertypen.
Hiemit kann erfindungsgemäss die auch schon theoretisch erkannte Möglichkeit der kontinuierlichen Gärung in zweckmässiger Weise verwirklicht werden. Der Wunsch, die Gärung kontinuierlich bei einer Alkoholkonzentration des Gärsubstrates, die zahlenmässig etwa der bei
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her eine Aufgabenstellung. Die kontinuierliche Gärung bei dieser Alkoholkonzentration stellt eine Auf- einanderfolge von Ausstosspunkten über die Gesamtheit der Zeit der Gärung dar. Es sei hier auf die Schwierigkeit und Unsicherheit der Festsetzung des Ausstosszeitpunktes der Füllgärungen hingewiesen. Bei dieser Schwierigkeit der Bestimmung eines einzigen solchen Punktes ist leicht einzusehen. dass die be- kannten Methoden nicht gestatten, dass diese definierte Alkoholkonzentration durch Regelung des Zulau- fes ständig eingehalten wird.
Jede falsche Dosierung des Zulaufes bedingt einen Alkoholverlust und kann sogar ein gänzliches Unterdrücken der Gärung nach sich ziehen. Fliesst nämlich zu viel frisches Gärsubstrat zu, so wird in der zur Verfügung stehenden Zeit der vorhandene Alkohol nicht bis zu der erforderlichen Restalkoholkonzentration oxydiert und das abfliessende Gärprodukt weist eine höhere Alkoholkonzentration auf als der Restalkoholkonzentration entspricht, wodurch ein Ausbeuterückgang stattfindet.
Zu geringe Dosierung der Zufuhr von frischem Gärsubstrat kann die Konzentration von lebens-und garfähigen Bakterien stark vermindern, so dass bei darauffolgender stärkerer Dosierung der Zulaufmenge mehr Bakterien weggeschwemmt werden als zuwachsen und die Gärung schliesslich gänzlich unterdrückt wird, wobei in dem abfliessenden Gärprodukt wieder Alkoholverluste stattfinden. Durch erfindungsgemässes Verfahren kann dagegen die kontinuierliche Essiggärung verwirklicht werden.
Da die Reaktionsgeschwindigkeit der Gärung bei geringeren Alkoholkonzentrationen im Gärsubstrat, die der Restalkoholkonzentration entsprechen, verhältnismässig gering ist, werden im Rahmen der Erfindung noch folgende Arbeitsweisen zur kontinuierlichen Durchführung des Verfahrens der submersen Essiggärung vorgeschlagen :
Die Alkoholkonzentration der Abgase wird in jedem von zwei nacheinander vom Gärsubstrat kontinuierlich durchflossenen Bottichen erfasst und in Regelimpulse umgesetzt, die Zu-und/oder Ablauf des Gärsubstrates im ersten Bottich steuern, damit dort die Essiggärung bei gleichbleibendem Flüssigkeitsstand bei einer gewählten, konstant gehaltenen, der Optimalgärbedingung entsprechenden Alkoholkonzentration verlauft. Überdies steuern die Regelimpulse den Ablauf des Gärprodukres im nachgeschalteten zweiten Bottich, damit dort die Essiggärung bei einer gewünschten, konstant gehaltenen Alkoholkonzentration des Gärproduktes verläuft, die zahlenmässig etwa gleich ist der Restalkoholkonzentration des Gärproduktes bei diskontinuierlicher Arbeitsweise.
Die Regelung wird auch in diesem Fall vorzugsweise kontinuierlich mit einer der bereits an früherer Stelle angeführten Reglertypen durchgeführt.
Für den nachgeschalteten Bottich gelten die oben dargelegten Verhältnisse, wobei ihm jedoch an Stelle von frischem Gärsubstrat teilweise vergorenes Gärsubstrat mit der entsprechenden Bakterienkonzentration zugeführt wird. Die Verhältnisse im vorgeschalteten Bottich sind analog jenen des nachgeschalteten, nur dass die Gärung mit jener Alkoholkonzentration durchgeführt wird, bei der die Optimalgärbedingung erfüllt ist. Bei einer derartigen Teilung der kontinuierlichen Gärung in eine Vorgär-und Endgärstufe erhält man die grösste Säureleistung bezogen auf den Bottichraum. Selbstverständlich ist es zweckmässig, die Abmasse der Essigbildner so aufeinander abzustimmen, dass sie die erforderliche Gärleistung
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bei ihrer normalen Endbefüllung erbringen.
Bei genügend genauer Abstimmung der Bottichgrössen zueinander ist es im Rahmen der Erfindung auch möglich, die Gärung so durchzuführen, dass die Alkoholkonzentration der Abgase nur in dem zweiten der vom Gärsubstrat kontinuierlich durchflossenen Bottiche kontinuierlich erfasst und in Regelimpulse umgesetzt wird. Letztere steuern den Zu-und/oder Ablauf des Gärsubstrates im zweiten Bottich, damit dort die Essiggärung bei gleichbleibendem Flüssigkeitsstand bei einer gewünschten konstant gehaltenen Alkoholkonzentration des Gärproduktes verläuft, die zahlenmässig etwa gleich ist der Restalkoholkonzentration des Gärproduktes bei diskontinuierlicher Arbeitsweise.
Hingegen wird im ersten Bottich der Flüssigkeitsstand durch Regelung des Zulaufes von frischem Gärsubstrat konstant gehalten, wobei die Grössen dei beiden Bottiche so aufeinander abgestimmt sind, dass im ersten Bottich annähernd die der Optimalgärbedingung entsprechende Alkoholkonzentration vorhanden ist. Bei ungenauer Abstimmung der beiden Bottiche aufeinander wird der zweite Bottich ein Gärprodukt mit der gewünschten Alkoholkonzentration liefern, die Gärung im ersten Bottich wird jedoch nicht unter der Optimalbedingung vor sich gehen. Die Anordnung und Automatisation beider Bottiche ist so durchgeführt, dass sich selbst bei ungenauer Abstimmung der beiden Bottiche aufeinander ein entsprechender Gleichgewichtszustand auf jeden Fall einstellt, wobei sich eine Gärleistung einstellt, die nicht der maximalen entspricht.
Im folgenden werden noch Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens an Hand vo-i schematischen Zeichnungen erläutert. Diese Zeichnungen stellen Ausführungsbeispiele für solche Vorrichtungen dar.
Als Essigbildner wurden Apparate mit Belüftungssystemen eingezeichnet, die zur submersen oxydativen Essigbildung dienen. An ihre Stelle können selbstverständlich auch Spanbildner treten.
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tung und die Einzelheiten ihrer Betätigung sowie des Gesamtverfahrens vorgenommen werden, ohne vom Wesen der Erfindung abzuweichen oder deren Vorteile aufzugeben.
Fig. 1 stellt ein kontinuierlich arbeitendes Analysiergerät dar, bei dem die Bestimmung der Alkohol-
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letzteremdurch den Schaumabscheider 19 von Tröpfchen befreiten Abgase wird durch eine Feindosierpumpe 3 dem
Analysiergerät 28 zugeführt. Der der Alkoholkonzentration der Abgase entsprechende, von der Analysier- stelle 28 abgegebene Istwert wird im Verstärker 29 zu auswertbaren Steuerimpulsen umgewandelt.
Während der Oxydation des Alkohols im Essigbildner sinkt die Alkoholkonzentration des Gärsubstrates ibis zu jener Restalkoholkonzentration, bei der der Ausstossvorgang durchgeführt werden soll. Zu diesem
Zeitpunkt wird die der- Restalkoholkonzentration des Gärsubstrates entsprechende Alkoholkonzentration der
Abgase im Verstärker zu einem solchen Impuls umgesetzt, dass über den Verstärker 29 der Motor 30 der
Abzugspumpe 31 anläuft. Das entstandene Gärprodukt wird über den Flüssigkeitszähler 32 und die Leitung
33 dem Lagergefäss zugeführt. Der Flüssigkeitszähler 32 dient zum Abmessen der vorbestimmten aus dem 'Essigbildner l abzupumpenden Flüssigkeilsmenge.
Hiebet läuft der Ist-Zeiger bei Beginn der Förderung des
Gärsubstrates aus der Null-Stellung und gibt bei Überdeckung mit dem Soll-Zeiger, der die abzupumpen- de Gärsubstratmenge vorbestimmt, einen Kontakt, der einerseits den Motor 30 abstellt, anderseits den
Motor 34 der Befüllungspumpe 35 zum Anlaufen bringt. Nach Überdeckung von Ist- und Soll-Zeiger des
Flüssigkeitsmessers 32 springt der Ist-Zeiger wieder in seine Null-Stellung zurück. Durch die Pumpe 35 i wird aus dem Vorratsbehälter 36 über den Flüssigkeitszähler 37 und die Leitung 46 frisches Gärsubstrat dem
Essigbildner 1 zugeführt. Der Flüssigkeitszähler 37 dient ebenfalls zum Abmessen der vorbestimmten in den Essigbildner 1 einzubringenden Chargenmenge.
Beim Fördern der Pumpe 35 bewegt sich der Ist-Zei- ger des Flüssigkeitszählers 37 aus der Null-Stellung und gibt bei Überdeckung mit dem Soll-Zeiger, des- sen Stellung der einzubringenden frischen Gärsubstratmenge entspricht, einen Impuls an den Motor 34 so dass dieser zum Stillstand kommt, worauf der Ist-Zeiger wieder in seine Null-Stellung zurückläuft.
In Fig. l stellt wieder 1 den Essigbildner dar, aus dem über die Abgasleitung 2 die alkoholhaltigen
Abgase über dem Schaumabscheider 19 der Waschkolonne 20 zugeführt werden. Die Funktion des Schaum- abscheiders 19, der Waschkolonne 20 sowie der Belüftung 26, 27 entspricht der oben beschriebenen. Ebenso ist Feindosierpumpe 3, Analysiergerät 28 und Verstärker 29 wie schon beschrieben geschaltet.
An den Verstärker 29 ist ein Regler 38, der vorzugsweise als PID-Regler ausgestaltet ist, angeschlos- sen, der über den Stellmotor 40 und das Drosselventil 39 den Zulauf von frischem Gärsubstrat während der
Oxydation so steuert, dass jene Alkoholkonzentration in dem Gärsubstrat, bei der die Optimalgärbedingung erfüllt ist, während des ganzen Füllvorganges des Essigbildners aufrechterhalten wird. Hiemit ist eine ge- steuerte Zulaufgärung bei bestimmter Alkoholkonzentration des Gärsubstrates durch das durch die Zentri- fugalpumpe 35 geförderte, mittels des Drosselventils 39 zudosierte frische Gärsubstrat verwirklicht. Der
Flüssigkeitszähler 37 dient zum Abmessen der vorbestimmten in den Essigbildner 1 einzubringenden Char- genmenge.
Ist die für eine Gärung erforderliche Chargenmenge eingebracht, schaltet der Flüssigkeitszäh- ler 37 den Motor 34 ab und die Gärung verläuft unter weiterer Belüftung, bis im Essigbildner jene Alko- holkonzentration erreicht wird, bei der der Ausstossvorgang durchgeführt werden soll. Der Ausstossvorgang verläuft wie schon beschrieben mittels Motor 30, Pumpe 31 und Flüssigkeitszähler 32, der nachdem die vorbestimmte Menge aus dem Essigbildner abgepumpt ist, den Motor 30 ab-und den Motor 34 wieder an- stellt, womit ein neuer Gärprozess eingeleitet wird.
Fig. 5 stellt ein Ausführungsbeispiel für die Verfahrensdurchführung einer Zulaufgärung dar, bei dem das frische Gärsubstrat, das sich im Bottich 36 befindet, eine Alkoholkonzentration aufweist, die über
10 VOl. -% liegt.
Nach Beendigung des Ausstossvorganges stellt der Flüssigkeitszähler 32 den Motor 30 der Pumpe 31 ab und lässt den Motor 34 der Pumpe 35 anlaufen. Zugleich bekommt durch den Flüssigkeitszähler 32 der
Magnet 41 des Magnetventils 42 einen Öffnungsimpuls, so dass durch die Leitung 44 Wasser dem Essigbild- ner zufliesst. Die Leitung 44 ist so bemessen, dass die erforderliche Wassermenge während längerer Zeit, z. B. einiger Stunden, dem Essigbildner 1 zufliesst. Nach Einlauf der vorbestimmten Wassermenge, die so gross ist, dass der endvergorene Essig wieder 10 Vol.-% aufweist, schliesst über einen Kontakt der Flüssig- keitszähler 43 über den Magnet 41 das Magnetventil 42.
Während des Wasserzulaufes und bis zur Errei- chung der Endbefüllung des Essigbildners regelt der Regler 38 über den Stellmotor 40 und das Drosselven- til 39 den Zulauf von frischem Gärsubstrat. Die Steuerung des zufliessenden Gärsubstrates erfolgt wieder so, dass jene Alkoholkonzentration in dem Gärsubstrat, bei der die Optimalgärbedingung erfüllt ist, wäh- rend des ganzen Füllvorganges des Essigbildners aufrechterhalten wird. Der weitere Verlaufder Gärung er- folgt so wie in der Beschreibung der Fig. 4 auseinandergesetzt.
Fig. 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel für die kontinuierliche Gärung, die bei einer Alkoholkonzentration des Gärsubstrates durchgeführt wird, die der zulässigen Restalkoholkonzentration entspricht. Die für diesen Gärungstypus aufzuwendenden Vorrichtungen sind gering, und es kann die kontinuierliche Gärung nach erfindungsgemässen Verfahren auf einfachste Weise verwirklicht werden.
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Die Anordnung von Essigbildner 1, mit seiner Belüftung 26, 27, der Abgasleitung 2 mit Schaumab- scheider 19 und Waschkolonne 20 entspricht den oben geschilderten Anordnungen. Die Verbindung von
Vorratsbehälter 36 über die durch den Motor 34 angetriebene Zentrifugalpumpe 35 über die Leitung 46 mit dem Drosselventil 39 ist ebenfalls beibehalten.
Der Regler 38 bekommt über den Verstärker 29 vom Analysiergerät 28 die Ist-Werte der Alkoholkon- zentration der Abgase und damit des Gärsubstrates und beeinflusst den Stellmotor 40 des Drosselventils 39 derart, dass durch die Zufuhr von frischem Gärsubstrat durch die Leitung 46 ein Sollwert der Alkoholkon- zentration des Gärsubstrates aufrechterhalten wird, welcher der zugelassenen Restalkoholkonzentration entspricht. Durch die Leitung 45 fliesst aus dem Essigbildner 1 kontinuierlich diejenige vergorene Gärpro- duktmenge, die der frisch eingespeisten Gärsubstratmenge entspricht, Durch die dargestellte schematische
Anordnung kann die kontinuierliche Gärung ohne Alkoholverluste vollständig automatisiert durchgeführt werden.
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bei diskontinuierlicher Arbeitsweise.
Ist die Alkoholkonzentration höher als dieser Soll-Wert, so schliesst der Regler 38'über den Stellmotor 40'das Ventil 39'und der Abzug wird verringert, so dass die durchschnittliche Verweilzeit des Gärsubstrates im Essigbildner l'verlängert wird. Sinkt die Alkoholkonzentration des Gärsubstrates unter den Soll-Wert, so öffnet das Regelventil 39'mehr und es findet ein verstärkter Abfluss von Gärprodukt und dadurch eine verkürzte Verweilzeit des Gärsubstrates im Bildner l' statt.
Der Soll-Wert des Reglers 38"entspricht der Alkoholkonzentration des Gärsubstrates, bei der die Optimalgärbedingung vorliegt. Durch Regelung des Zulaufes von frischem Gärsubstrat mittels des Stellmotors 40" und des Drosselventils 39" wird die erwünschte Alkoholkonzentration aufrechterhalten. Nach Er-
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nicht genügend genauer Abstimmung der beiden Bildner aufeinander kann es vorkommen, dass die Füll- höhe des Bildners l'gleich der des Bildners 1" wird. In diesem Falle schaltet der Stromwächter 47 den Motor 34 der Zentrifugalpumpe 35 ab, so dass kein frisches Gärsubstrat in den Bildner 1" eintritt. Die Alkoholkonzentration im Bildner l"wird sinken, so dass die erforderliche Säureleistung des Bildners l'bei wiedereinsetzendem Überfliessen der Maische kleiner wird, womit mehr Gärprodukt aus diesem austritt.
Hiedurch stellt sich wieder ein Niveauunterschied beider Bildner ein und die Vergärung erfolgt in den gewünschten Stufen.
Fig. 8 stellt ein Ausführungsbeispiel für die Verfahrensdurchführung einer kontinuierlichen Gärung dar, bei welchem die Vergärung in zwei aufeinanderfolgenden Essigbildnern durchgeführt wird, wobei nur ein Analysiergerät zur Verwendung gelangt.
Der Aufbau der beiden Essigbildner l', 1" mit ihren Belüftungssystemen 26', 26", 27', 27"und Abgassystemen 2', 2", 19', 19", 20 entspricht dem in Fig. 7 besprochenen. Der Soll-Wert des Reglers 38', der seine Impulse vom Analysiergerät 28'über den Verstärker 29'erhält, entspricht der zulässigen Restalkoholkonzentration des Gärsubstrates. Mittels des Stellmotors 49 und Drosselventils 50 wird so viel Gärsubstrat aus dem Bildner 1" abgezogen, dass die Restalkoholkonzentration im Bildner l'dem Soll-
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zumüber das Rohr 45 als Gärprodukt den Bildner l'.
Die Zufuhr von frischem Gärsubstrat zum Bildner 1" erfolgt über die Pumpe 35 und Leitung 46. Die Menge des dem Bildner 1" zufliessenden Gärsubstrates wird mittels des Schwimmers 51 über das Drosselventil 52 geregelt. Erreicht die Befüllung des Bildners 1" die Endfüllhöhe, so wird über die Quecksilberwippe 53 der Motor 34 der Pumpe 35 abgestellt und erst nach Absinken des Flüssigkeitsspiegels wieder angestellt. Das vom Bildner l'abfliessende Garprodukt weist durch erfindungsgemässes Verfahren die zulässige Restalkoholkonzentration auf. Die Gärung im Bildner 1" wird bei richtiger Bemessung beider Bildner bei der Alkoholkonzentration stattfinden, bei der die maximale Säureleistung auftritt.