CN103237879B - 特别是用于啤酒生产中的糖化的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于加热液体介质的设备和方法，特别是糖化设备，该设备具有：容器，其可以被填充和清空；加热器，其用于利用加热介质对液体介质、特别是麦芽浆进行加热；用于测量加热介质的流动温度的温度传感器；用于测量加热介质的回流温度的温度传感器；用于测量液体介质的温度的温度传感器；闭环控制单元，其用于闭环控制加热速率，其中闭环控制单元以如下方式构造并且以如下方式闭环控制加热速率：加热介质的温度和液体介质的相应的当前温度之间的对数温度差保持为大致恒定。

Description

特别是用于啤酒生产中的糖化的方法和设备

技术领域

本发明涉及特别是用于啤酒生产中的糖化的方法及设备。

背景技术

相应的设备具有加热器，特别是根据换热器原理运行的框架式加热器。例如，蒸汽或诸如水等液体介质被用作加热介质。例如，当蒸汽被用作加热介质时，蒸汽阀根据加热速率而打开到较大或较小程度。例如还可以调节蒸汽阀以使加热表面中达到特定的蒸汽压。热水驱动的糖化容器例如通过回流混合而被控制在特定的流动温度。然而在利用热水加热的加热设备的情况下，加热速率控制通常过于缓慢。这意味着，在能够确定液体介质（产品）中的加热速率之前，可能已经过了几分钟的时间。因此，特别是在糖化的情况下，在控制器完全调节到所需的加热速率之前可能过了太多的时间，并且在平稳操作时通常下一次酶静置已经到来。

发明内容

基于此，本发明的目的在于提供特别地用于糖化的设备和方法，其中特别是在加热剂的流动温度和回流温度低的情况下能够很好地控制加热速率。

根据本发明，通过权利要求1和5的特征来实现该目的。

优选实施方式由从属权利要求产生。

根据本发明，通过相应的温度传感器测量加热介质的流动温度（FL温度）以及回流温度（RET温度），通过另一温度传感器测量容器中的液体介质（产品）的相应的当前温度。以使得加热介质温度和液体介质的相应的当前温度之间的对数温度差保持恒定的方式进行加热速率控制。结果，忽略稍微改变的热容量等，加热速率偏离准确值不到10%。因为从一开始就准确地测量涉及的温度，所以能够非常快速地调节所要求的加热速率。

这里利用对数温度差还意味着利用相应地成比例的值。

通过使用待确定的系统特定因子（见公式4），人们从而还能够直接输入所需的加热速率。

利用对数温度差的闭环控制尤其准确。然而，确定与加热介质的流动温度和回流温度的平均值相对应的加热剂平均温度以及液体介质的温度，并且在加热期间以与上述方式类似的方式调节加热剂平均温度和液体介质的相应的当前温度之间的差，同样是足够的。

本发明的另一个重要的优势在于，由于FL温度低，导致加热介质的RET温度也非常低，这进而减小了储能器的所需尺寸，其中加热介质被回馈至该储能器。对数温度差有利地落在10K与40K之间的范围内。例如可以将相应的值或与该相应的值成比例的值输入到闭环控制单元作为设定点值。

有利地，能够获得<<80℃的回流温度。

设备包括致动元件，特别地包括用于将对数温度差调节到适当的设定点值的致动元件。特别地，致动元件以如下方式形成：致动元件调节加热介质的流动温度。

致动元件例如可以是将被供给到加热器的加热介质加热到适当的流动温度的换热器。附加地或可选地，用于将更热的介质（蒸汽或来自储能罐的热的加热介质）混合到介质的设备可以以如下方式设置：加热介质达到特定的流动温度。

最后，根据尤其优选的实施方式，从加热器回流的加热介质的一部分可以经由管路和控制阀输送到储能罐中，回路中的加热介质可以经由循环泵再循环回至加热器中。量与抽出的部分相对应的、更热的一部分加热介质从而能够在进入到加热器之前被供给到加热介质。通过闭环控制单元启动控制阀，以便适当地调节流动温度。循环泵允许在加热表面具有相应的湍流的、均匀的高体积流量，因此还允许在加热表面处的高传热系数。

循环泵的转速能够根据控制阀的设定而调节，由此特别是当控制阀开口更大时，循环泵的转速朝相反的方向减小。这意味着，控制阀开口越大（相应的量的新鲜加热介质从储能器供给到在回路K中输导的加热介质），循环泵的转速减小的越多。因此，在加热表面处的流速可以以如下方式总是保持为非常高：（在全部为诸如高传热系数等积极传热效果的情况下）在加热器中产生湍流。

由此通过加热器有利地使加热介质的体积流量保持恒定。

设备有利地以如下方式形成：该设备包括用于从容器泵出液体介质并且将液体介质泵入到分配设备的泵送设备，其中分配设备以如下形成：液体介质被施加到在表层上方延伸的加热器加热表面，并且液体介质从加热器加热表面向下行进直到到达表层。如果加热器具有：位于加热器的上侧区域的、加热介质用的至少一个出口；位于加热器的下侧区域的至少一个出口；以及配置在中部区域、即配置在上下出口之间的加热介质用的至少一个入口，将是特别有利的。

当加热麦芽浆时，将是特别有利的。

根据本发明，加热表面因而在液体介质或麦芽浆的表层上方以如下方式向上延伸：液体介质或麦芽浆可以沿着加热表面向下行进直到液体介质或麦芽浆到达表层。因此，特别是在更高浓度的麦芽浆的情况下以及在糊化阶段期间，加热表面与体积不相关地增大还减少了例如粘度引起的传热性降低的问题。

由于液体介质沿着加热表面呈薄膜状向下流动的事实，靠近表面的气泡可能由于温度增加突然或非常迅速地变大而被排出。由于液体介质的脱气，气体引起的密度差能够充分地减小，能够提高浓稠的麦芽浆中的如上面所述的酶的活性。由于例如麦芽浆沿着加热表面输送的事实，一定程度上还能够从麦芽浆中排出诸如二甲基硫醚（DMS）等不期望的挥发性物质。DMS是含有硫并且在啤酒中产生异常气味的有机化合物。DMS由发麦芽期间形成的前驱物、S-甲硫氨酸（SMM）和二甲基亚砜（DMSO）产生。

由于液体介质通过沿着加热表面输送而被附加地加热的事实，能够使加热介质的流动温度降低。因此，能够对麦芽浆更缓和地进行加热。由于不需要高的加热介质温度的事实，例如能够方便地使用来自热回收的热能、即其他处理步骤的废热（例如麦芽汁冷却期间产生的热水）来对加热介质进行加热进而对麦芽浆进行加热，使得能够防止或至少充分地减少使用一次能源来加热麦芽浆。加热介质温度的降低以及高浓度麦芽浆的可用性因此导致充分地节约能源。由于使用来自热回收的加热介质，能够更经济地制造加热表面壁。例如通过使加热表面壁更薄进而能够提高传热性。

另一个优势在于，由于液体介质的新颖的导入方式，产生了改善了的整体混合效果，特别是在桶直径大和填充高度高的情况下。

特别是在高填充高度的情况下，由于将例如麦芽浆等液体介质施加到在表层上方延伸的加热表面，所以增大了麦芽浆表面的体积流量，这进而减少了有时在表层产生的密度引起的麦芽浆浮层，因此进而导致酶活性更好并且导致麦芽浆中淀粉的转化更好。

另一优势在于如下事实：例如，不论麦芽浆的量如何，都能够通过同一个设备最适宜地加热麦芽浆。一般来说，不再需要根据啤酒的类型而将加热框架进行特定的细分，这节约了相当可观的成本和设计期间的澄清工作。利用该系统还能够对麦芽浆的量显著变化的“新”类型良好地进行加热（大大提高了啤酒厂的灵活性）。即使“极小”的麦芽浆份量和/或“极小”的麦芽浆的量也能够被可靠均匀地加热。对于该情况，不存在附加的加热底部也是可以的，因为“极小”的麦芽浆份量和/或“极小”的麦芽浆的量通过沿着加热表面向下行进而被加热。

该方法另外允许更细长的构造和更有利的容器（填充高度例如为3至5m，容器高度为5至8m）。这进而允许桶的非常良好的表面积/体积比（A/V比），由此减少辐射热损失。

根据本发明的分配设备和加热表面还可以例如对现有糖化设备作翻新改进，这为客户提供了节约能源的巨大潜能。

流动温度的降低、即缓和地进行加热减少了淤塞，对酶温和并且如已经说明的那样节约能源。由于加热介质的温度降低，所以能够减少对麦芽浆桶进行CIP清洗的频率和/或强度，这进而节约了水、能源和清洗剂。

根据本发明，麦芽浆被施加到加热表面的上侧区域，特别是糖化设备的上四分之一。这导致加热表面最大化地增大以及与此相关联的优势。

加热器有利地以如下方式形成：加热介质用的至少一个出口配置在加热表面的上侧区域，至少一个出口设置在加热表面的下侧区域。加热介质用的至少一个入口设置在至少一个上侧出口和至少一个下侧出口之间的中部区域。加热介质因此可以从中部入口向上和向下流动。这具有如下优势：在加热器的上侧区域，加热介质与向下流动的麦芽浆呈对流流动。同样，在麦芽浆由于搅拌器的作用而在容器的内壁上向上移动的下侧区域，加热介质呈对流向下流动，这显然提高了热流量。

在任何情况下，如果经过加热表面的流动近乎竖直，则热流量提高，这也导致回流温度较低。传热介质因此以远低于通常的80℃的温度存储在储能器中，能够充分地降低储能罐的尺寸因此还能够使储存成本充分降低。

因而为了操作例如具有设计的体积流量和设计的温度的麦芽汁冷却器，例如将搅拌器定位于储能器，该搅拌器将例如来自储能器的较高层的较热的传热介质与储能器的较低层的较冷的传热介质以所要求的方式混合到一起。

上述设备特别地适用于加热麦芽浆。然而，该设备同样适用于加热其他液体介质，特别是麦芽汁。

附图说明

图1示意性地示出根据本发明的第一实施方式的设备的概略图。

图2示意性地示出根据本发明的第二实施方式的概略图。

图3示出根据本发明的设备的加热表面的立体图。

图4示出通过根据本发明的加热器的局部纵向截面。

图5示出通过加热器的横截面。

图6示出根据本发明的闭环控制回路。

图7示意性地示出根据本发明的设备。

具体实施方式

图7示出根据本发明的实施方式的基本构造。下面结合图1至图5更详细地说明用于加热液体介质的设备，特别是糖化设备。然而，基本上，该设备具有容器2、液体介质用出口10以及加热器30，加热器30在这里为框架式加热器的形式，液体介质沿着加热器30的加热表面13被加热。加热器具有加热介质用的上下出口15（RET）以及配置在上下出口之间的入口14。还可以设置相应的底部加热器。加热器根据换热器原理运行。液体介质以特定的加热速率被加热。

对于加热速率闭环控制，温度传感器105被设置用于测量容器2中的液体介质的温度。此外，可以使用温度传感器103测量加热介质的流动温度。这里的温度传感器103位于加热介质用的入口管路。最后，可以使用温度传感器104测量加热介质的回流温度。这里的温度传感器104位于加热介质的回流管路113。

设备还包括闭环控制单元102，利用该闭环控制单元102能够控制预定的加热速率。

在该特定实施方式的情况下，回流管路113经由通过闭环控制单元102启动的控制阀106而通向储能罐114。回流温度小于80℃、这里例如为70℃的冷却后的加热介质被置于储能罐114的下侧区域。例如来自麦芽汁冷却器的较热介质被置于储能罐114的上侧区域。冷却后的加热介质因此能够在处理期间部分地输送到储能罐中，而其余部分能够通过回路K回馈至加热器30。

设置有循环泵107。能够根据控制阀106的设定来调节循环泵107的转速。当控制阀106开口更大时，根据特定因子减小循环泵107的转速。经由控制阀106排放到在回路K中循环的加热介质的量能够经由管路120和另一泵112从储能罐114回馈至回路K。由此泵112将与经由控制阀106排放的量相应的量的加热介质泵入到回路中。还能够经由管路120中的控制阀106′调节加热介质的相应的量。然而适当的时候人们还可以完全省略控制阀106。于是根据控制阀106′的开口沿相反方向调节泵107的转速。

由此通过闭环控制单元102启动泵112。控制阀106和泵112因此例如如下面将更详细地说明的那样被启动，以便调节加热介质的特定流动温度。控制阀106和泵112因而作为用于调节特定流动温度的致动元件。

还可以附加地或可选地通过换热器设备110来调节流动温度。附加地或可选地，还可以经由设备111将例如为蒸气111形式的较热的介质供给到加热介质，以便调节特定流动温度。然而设备还可以例如具有用于排放冷凝液的设备121。为了以设计体积流量和设计温度操作例如麦芽汁冷却器，将例如搅拌器122定位于储能罐114，该搅拌器122将例如来自储能器中的高层的较热的传热介质与下层的相对较冷的传热介质混合到一起。在对设备1中的液体介质进行加热期间，必须将加热速率控制在预定值。

根据特别优选的实施方式，设置有温度传感器105、103和104以测量加热介质的流动温度、加热介质的回流温度和液体介质的温度。通过测量这三个温度，可以确定对数温度差。然后这被用于闭环控制特定加热速率。

给定区域的热流量、因此给定区域的加热速率，以及K值直接取决于驱动力、温度差。

公式1

对数温度差如下得出：

公式2，

其中，k_加热表面=传热系数_加热表面（例如，1800W/(m²K)）；A_{加 热表面}=加热器的面积13（例如，2-100m²）；

以上热流量自然还与根据公式3的、产品（液体介质）中的热流量相对应，

公式3，

其中，m_M=产品的质量，cp_M=产品的热容量以及

以下公式4由公式1至3导出。

公式4

现在，对数温度差有利地被用于闭环温度控制。特定的对数温度差于是与特定的期望加热速率相对应。

图6例如示出使用对数温度差的闭环加热速率控制用的可能的闭环控制回路。与特定加热速率相应的设定点值输入到闭环控制单元102。使用温度传感器103、104、105，可以连续地测量加热介质的相应的流动温度和回流温度以及液体介质、即产品的温度。从测量值计算出对数温度差的实际值。将该值与设定点值比较。可以是单独的值或值的相应的范围。如果与相对应，不需要再调整。如果和之间存在偏差，则可以通过使用致动元件101来将对数温度差调节到设定点值。相应的致动元件例如如已经说明的那样可以是使加热介质达到特定流动温度的换热器或者是诸如例如蒸汽供给器111等用于将较热的介质混合到加热介质的设备，或者例如通过作为致动元件的控制阀106和泵112混合来自储能罐114的新鲜的、热的加热介质。

对数温度差实际上与热流用驱动力相对应。这里，大的优势在于，从一开始就已经能够准确地测量涉及的温度并且准确地控制加热速率或热流量。因此，使用线性假定，人们获得了稳定的加热速率。

因此第二个显著优势在于，回流温度总是非常低并且由于稳定的温度差实质上大于当前的产品温度因此这导致了，特别是在加热阶段初期，加热介质的回流温度非常低，这进而减小了储能器所需的大小。对数温度差理想地落在10K至40K的范围内。这相当于例如加热速率高达1.5K/min。

因此，能够将特定加热速率或与该特定加热速率成比例的值输入到闭环控制单元102，然后基于对数温度差或与该对数温度差成比例的值调节闭环加热速率控制。闭环控制单元102例如可以在给出已知的加热表面A_加热表面、加热表面的已知的K值K_{加热 表面}、已知的质量m和热容量cp_产品的情况下根据期望的加热速率来确定对数温度差的设定点值，或者闭环控制单元102可以通过试验来确定相应的值（见公式4）。

假设加热速率恒定，则加热介质的流动温度和液体介质的相应的当前温度之间的温度差因此大致恒定。

已经说明了利用对数温度差的加热速率的闭环控制。

如果不是很准确的闭环控制是必要的，则根据另一实施方式，在加热期间可以通过加热剂平均温度和液体介质的相应的当前温度之间的差来进行闭环控制，其中加热剂平均温度与加热介质的流动温度和回流温度的平均值相对应。控制变量因而为不存在对数的简单的形式，

与此成比例的值同样适合。通过闭环控制单元将获取的控制值与特定的设定点值比较，并且适当地调节流动温度除了将控制变量的实际值（当前加热剂平均温度和相应的当前液体介质温度之间的温度差）与相应的设定点值或设定点值范围比较以及通过相应的致动元件101、111、110、106、106′、112来调节流动温度之外，闭环控制回路将与图6示出的闭环控制回路相对应。在该实施方式中，例如能够根据期望的加热速率实验性地确定控制变量的设定点值，或者通过计算确定控制变量的设定点值。

在该实施方式中，在加热期间流动温度可以总是比液体介质的温度高出大致恒定的值。温度差由此可以落在10K至40K的范围内。

在下文中，特别地基于糖化设备更详细地说明用于加热液体介质的设备以及相应的方法。

图1示出根据本发明的第一实施方式的设备。图1中示出的设备适用于啤酒生产期间的糖化。设备1包括容器2，该容器2的侧壁3优选地形成为中空筒状。容器2具有罩或盖4，该罩或盖4设置有用于挥发性成分的蒸汽出口管5。尽管这里未示出，但是容器2可以连接到能量回收设备。在下端处，容器包括底部6，该底部6优选地呈锥形地向下渐缩。在底部的中央设置有出口10，出口10在这里为排出桶（bowl）的形式，出口10被连接到出口管路31。控制阀11定位于出口管路31。此外，用于将麦芽浆或麦芽浆的一部分泵出的泵12设置于出口管路。例如，在糖化处理之后，在阀24和阀26打开的情况下，麦芽浆能够经由管路23被抽出。如果阀24关闭并且阀25和26打开，则如随后更详细地说明的那样，麦芽浆能够经由入口管路22被输送至分配设备8，该分配设备8可以定位在容器的外侧或内侧。

另外，搅拌器定位于设备的下侧区域，这里定位在桶底部的中央处。该搅拌器包括马达21、驱动轴和搅拌器叶轮16。搅拌器叶片32可以设置于排出桶中。

另外，设备还包括麦芽浆用的入口7。能够经由管路23、22和分配设备8从上方导入麦芽浆。然而，还可以经由未示出的、位于例如底部或位于排出桶10中等位于下侧区域的入口将麦芽浆供给到设备1。在特别有利的设计中，例如用于酶、硫酸钙或氯化钙等的计量设备设置于入口管路22，由此该形式的计量使得能够实现均匀且均质的添加剂量。

加热器30以至少跨越高度的一部分的形式设置于容器2的侧壁3，该加热器30优选地为大致中空的筒状。在该实施方式中，加热器形成为加热介质流经的壁（框架式加热器）。然而，加热器还可以配置成离侧壁3有一段距离或配置成贴靠侧壁3。加热器还可以由在周向上彼此挨着配置的多个区段形成。

加热器30优选地如图3至图5所示地形成。这里，侧壁至少在部分位置形成有双层壁，侧壁具有外壁36和内壁，因而具有加热表面13，其中外壁的厚度d1大于内壁的厚度d2。两个壁在多个接合部35处例如通过焊接彼此连接，使得在接合部之间产生凹凸。优选地，凹凸例如具有被配置成彼此挨着并且一个位于另一个之上的多个充气拱形囊34的形式，其中所述囊彼此连接并且加热介质流经所述囊。这自然意味着，在横截面和纵截面中看，特别地如图4和图5所示，加热表面的凹凸在接合部之间也在产品侧产生。通过形成这些凹凸，还能够提高对麦芽浆的传热性，结果进而能够使加热介质的温度降低，自然地也能够使回流温度进一步降低。

如从图1所示，加热器包括加热介质用的至少一个入口14，其中该入口配置在加热器30的中央区域（在高度方向上看）。例如，入口14可以配置为围绕容器2的闭合回路，这里为加热管的形式，并且入口14可以具有绕周向分布的多个开口，利用该多个开口将加热介质输送到加热器30中，这里输送到中空空间37中（图3）。

加热器30在加热器30的上侧区域还包括加热介质用的至少一个出口15a。至少一个出口在这里意味着，加热器设置有绕周向分布的至少一个开口，利用该开口能够将加热介质从中空空间37抽出。至少一个出口被连接到管路41，这里被连接到半管圈，该半管圈的至少一部分配置成围绕容器2的侧壁3的周围。除此以外，该闭合回路同样具有加热介质用的至少一个出口管路41。

同样，在加热器30的下侧区域设置有至少一个出口15b，该出口15b如结合至少一个上侧出口15a所说明的那样被构造。这意味着，传热介质可以经由入口14进入到加热器，并且如箭头所示，加热介质可以向上和向下流动到相应的出口15a、15b。

加热器30延伸到位于麦芽浆的表层20上方的区域。利用根据本发明的设备，能够在没有底部加热器的情况下对非常少的麦芽浆份量进行加热。还可以设置底部加热器，该底部加热器构造为与结合图3和4所说明的框架式加热器类似。然而，该底部加热器是非强制性的。

加热器30的上侧区域或加热器30的上方设置有分配设备8，该分配设备8以如下方式将麦芽浆施加到表层20上方的加热表面13：麦芽浆沿着加热表面13向下行进直到麦芽浆到达麦芽浆的表层20。加热器的上端和分配设备8由此设置于容器2的大致上四分之一。分配设备可以配置在容器的内侧或外侧。

加热表面的配置和传热介质经过加热表面的流动还能够自然地与加热表面被蒸汽或高压热水加热配合着进行，或者蒸汽可以直接供给到传热介质“水”并且相应的“冷凝量”可以在端部再次排放。

在传热介质进入到加热表面之前，人们通过对传热介质再加热能够实现相同的效果。例如当生产蒸煮麦芽浆时，这是必需的，在该情况下通过回收的热量通常不能够实现所需的驱动力。

在图1示出的实施方式中，分配设备形成为围绕容器2的外周延伸的半管（然而，分配设备还可以配置在容器壁的内部）。裂口9或环状间隙设置于半管的区域中并且围绕侧壁的周围均匀地分布。在开口9的上端，可以设置偏转设备，这里是至少在开口的区域中斜向下延伸并且使麦芽浆偏转向加热表面13的偏转板19。

位于容器2中的麦芽浆28因此能够经由泵12和管路31、22从下侧区域循环至分配设备8，由此麦芽浆随后经由分配设备8沿着加热表面13以薄流的形式回馈。

设备还可以具有气体用连接点27，使得能够向糖化设备1供应气体。设备还可以具有用于在设备中产生负压的未示出的设备。此时设备优选地形成为压力容器。

此外，设备还可以具有开环控制单元40，该开环控制单元40开环控制最大量的麦芽浆直至最大填充高度的供给，其中加热表面13延伸超出该最大填充高度。另外，该设备可以具有温度传感器103、105、104以及未示出的填充高度测量计。开环控制单元40可以启动控制阀和泵，并且开环控制单元40还可以包括闭环控制单元102，并且如结合图7和图6所说明的那样，优选地通过回流混合来闭环控制加热介质的流动温度。流动温度、进而伴随着该流动温度的回流温度应当尽可能地低，以便以可能最佳的方式实现上述优势。

图2示出本发明的可能的第二实施方式，除了这里分配设备8未形成为配置在容器2的外侧的半管圈而是替代地形成为配置在容器2的内侧的环状管之外，第二实施方式与图1示出的实施方式相对应。由此，环状管同样地具有绕周向分布的多个裂口9或环状间隙，其中裂口9和/或环状间隙以如下方式配置：麦芽浆被施加到加热表面13并且向下行进直到麦芽浆到达表层20。尽管未示出，还可以在闭合环路上设置使麦芽浆朝加热器13偏转的偏转设备。图1和图2中示出的管圈或闭合回路不必连续地形成而是可以替代地由多个区段组成，然后各区段具有自带的麦芽浆用入口管路。

由于能够使产品（除麦芽浆以外，还可以是例如CIP清洗液）沿着加热表面向下行进，该设备还可以用作各种介质用的加热器或再热器，由此例如啤酒厂CIP清洗液的再加热能够消除对于单独的换热器的需求，另外还能够使用从过程中回收的能量（这进而节约一次能源）。

本发明还允许更细长、更高并且更有利的糖化容器（在直径优选地为2m至6m的情况下，填充高度为例如3m至5m并且容器高度例如为5m至8m）的构造。这进而允许非常良好的S/V比，由此减少辐射热损失。

在下文中，参照图1更详细地说明根据本发明的方法。

在根据本发明的方法中，第一麦芽浆28被导入糖化用容器2中。例如，这能够经由入口7并且经由分配设备8至少部分地进行。阀24和25由此打开并且阀26关闭。这意味着，当麦芽浆被导入到容器2中时，如箭头所示，如薄膜般的麦芽浆已经沿着加热表面13向下行进并且被加热。由于麦芽浆的温度升高，薄膜中的气泡由此增大并且气泡能够被排出。另外，粘度在较热的边界层处减小，结果酶能够更容易地溶解并且更具有活性。由此能够经由入口27向容器2供应例如氮等气体。设备被填充直到已经达到确定的填充高度。阀的相应的切换等由开环控制单元40开环控制。这里利用例如水等加热介质来对加热器30进行加热，其中加热介质具有接近蒸煮温度的温度，例如96℃。如前面所述，加热介质朝至少一个出口15a、15b从入口14向上和向下分配。然后，当离开加热器时，加热介质具有例如80℃的温度。加热介质的流动温度优选地比麦芽浆的或待加热的介质的相应产品温度高出10K至40K。这意味着，当产品温度升高时，以如下方式闭环控制加热介质温度：产品和加热介质之间的温度差在10K至40K的范围内。加热表面的配置和传热介质经过加热表面的流动还能够自然地与加热表面被蒸汽或高压热水加热配合着进行，或者人们可以将蒸汽直接供给到传热介质“水”并且将相应的“冷凝量”在端部再次排放。在传热介质进入到加热表面之前，人们通过对传热介质再加热能够实现相同的效果。例如当生产蒸煮麦芽浆时，这是必需的，在该情况下通过回收的热量可能不能够实现必要的驱动力。

由于同样在表层20上方延伸的增大的加热表面，不需要任何温度通常在140℃至150℃的蒸汽来加热麦芽浆，使得能够以较低温度（<140℃）、优选地在加热介质的蒸煮温度以下缓和地加热。此外，可以使用来自热回收的热水作为加热介质，即使用通过例如在麦芽汁冷却期间产生的废热进行加热的加热介质。当然还能够通过辅助装置使由废热加热的加热介质升高到更高温度，以便补偿处理过程中或工作周产生的波动。

因为不使用高压热水，所以加热表面13的壁厚度d2能够被设计成较弱和较薄，这进而提高了传热性。例如，壁厚度d2可以落在0.4mm至2mm的范围内。这对焊接工作也具有积极的效果。

在糖化处理期间，容器2中的麦芽浆28至少有时候被泵出并且经由管路31、泵12和管路22再循环回至分配设备8。然后麦芽浆经由分配设备8围绕容器2的周围尽可能均匀地分配，施加到加热表面13。然后麦芽浆如薄膜般/如薄流般朝表层20流动。麦芽浆的向下行进膜的厚度优选地落在1mm至10mm的范围内。经由分配设备输送的麦芽浆的供给速度以相同的方式变化，但是另外取决于桶的直径。

在较高浓度的情况下（特别是在具有诸如高粱或其他非麦芽原料等淀粉载体的锤式粉碎麦芽浆的情况下）或在糊化期间，加热表面的增大减少了粘度引起的传热性降低的问题。在特别有利的情况下，这样能够减少使用昂贵的技术酶。

同样如结合麦芽浆的导入进行说明的那样，当麦芽浆向下流动时，由于温度升高能够排除吸着气体。靠近表面的气泡可以简单地破裂。当麦芽浆向下行进时，还能够从麦芽浆排出诸如DMS等其他挥发性物质。这里麦芽浆可以通过对流被尤其良好地加热，因为如图1中的箭头所示，麦芽浆沿着加热表面13向下流动，而加热介质同样如箭头所绘出的那样向上流动。这意味着，麦芽浆可以在导入的麦芽浆28上方的区域中被另外加热。利用设备的下侧区域中的搅拌器16搅拌麦芽浆。由于通过循环的麦芽浆进行附加的混合，所以能够赋予搅拌器非常小的尺寸，并且能够降低剪切力。由于从分配设备8添加麦芽浆，所以不论麦芽浆填充高度如何，相对改善了最上侧液体层的混合。由于搅拌器叶轮16引起的上升力以及由于热升力，麦芽浆如箭头所示在侧壁3处向上窜。具有低密度的麦芽浆颗粒更强烈地向上窜并非常容易地漂浮在那里。大部分麦芽浆颗粒朝中央迁移至上侧液体区域，然后从上侧液体区域再次向下迁移，使得产生由18表示的回路。“较冷”的麦芽浆位于桶中央17。通过从下方从中部区域、这里经由排出桶10抽出一部分麦芽浆来提高麦芽浆温度的均质性，最后使抽出的麦芽浆回流至被调温的加热表面13。这充分地提高了酶的活性。

由于排出桶10中的体积流量高，所以能够省却排出桶中的搅拌器叶片32。在下侧区域中，同样能够通过对流由加热器30对麦芽浆进行加热，因为这里麦芽浆如箭头所绘出地那样在侧壁处向上升高，而加热介质向下流动。能够通过调节相应控制阀和泵送能力12来调节从容器2的下侧区域经由管路22循环供给到分配设备8的麦芽浆的量。

在糖化处理的末期，然后能够通过泵12经由出口10、打开的阀11、26和24将麦芽浆泵出。这里借助于麦芽浆泵12将麦芽浆泵出以及使麦芽浆通过泵送而循环。然而，也可以设置两个不同的泵。

由于加热介质的温度低，所以也能够在不严格遵照静置恒温的情况下实施前述糖化方法。因而在该静置期间的加热速率为例如0.1K/min。

已经结合糖化处理说明了图1和图2中示出的设备。然而，也可以将该设备作为用于加热其他介质、特别是麦芽汁的设备来使用。在该情况中，例如，麦芽汁将经由分配设备8输送到代替麦芽浆28的麦芽汁的表层20。

在有利的表面积与体积的比的情况下，还可以省却表层上方的加热表面。分配设备或供给器然后可以位于表层或位于表层下方。根据本发明的闭环控制方法结合图1和图2中示出的设备是特别有利的，然而，但是该方法还同样适用于所有其他的糖化设备或加热装置。

Claims (27)

1.一种用于加热液体介质的设备，所述设备具有：

容器(2)；

加热器(30)，所述加热器用于利用加热介质对液体介质进行加热；

闭环控制单元(102)，所述闭环控制单元用于闭环控制加热速率；

用于测量加热介质的流动温度的温度传感器(103)；用于测量加热介质的回流温度的温度传感器(104)；用于测量液体介质的温度的温度传感器(105)，其中，

所述闭环控制单元(102)形成为使得：

通过对数温度差的闭环控制来产生恒定的加热速率；

或者

至少确定液体介质的温度和与加热介质的所述流动温度和所述回流温度的平均值相对应的加热剂平均温度，并且在加热期间通过所述加热剂平均温度和液体介质的相应的当前温度之间的差来闭环控制所述加热速率。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备包括一个或多个致动元件(101、111、110、106、106’)。

3.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，从所述加热器(30)回流的加热介质的一部分经由管路(113)回流到储能罐(114)中，回路(k)中的加热介质通过循环泵(107)回流到所述加热器(30)，通过控制阀(106、106’)限定被输送到所述储能罐(114)中的加热介质的量。

4.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述设备包括用于将液体介质泵入到分配设备(8)中的泵送设备(12)，其中所述分配设备(8)以如下方式形成：液体介质被引到在表层(20)上方延伸的加热器加热表面(13)，并且液体介质能够从所述加热器加热表面(13)向下行进直到所述表层。

5.根据权利要求1所述的设备，所述设备是糖化设备。

6.根据权利要求1所述的设备，所述液体介质是麦芽浆(28)。

7.根据权利要求2所述的设备，所述致动元件(101、111、110、106、106’)用于将所述对数温度差调节到设定点值。

8.根据权利要求2或7所述的设备，所述致动元件(101、111、110、106、106’)调节加热介质的所述流动温度。

9.根据权利要求2或7所述的设备，所述致动元件(101、111、110、106、106’)调节加热介质的所述流动温度并且包括换热器(110)和/或用于使热的介质混合到加热介质的设备(111、106、106’)。

10.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，从所述加热器(30)回流的加热介质的一部分经由管路(113)回流到储能罐(114)中，回路(k)中的加热介质通过循环泵(107)回流到所述加热器(30)，通过控制阀(106、106’)限定被输送到所述储能罐(114)中的加热介质的量，能够根据所述控制阀(106、106’)的设定来调节所述循环泵(107)的转速。

11.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，从所述加热器(30)回流的加热介质的一部分经由管路(113)回流到储能罐(114)中，回路(k)中的加热介质通过循环泵(107)回流到所述加热器(30)，通过控制阀(106、106’)限定被输送到所述储能罐(114)中的加热介质的量，能够根据所述控制阀(106、106’)的设定来调节所述循环泵(107)的转速，所述循环泵(107)的转速能够在所述控制阀(106、106’)的开口增大的情况下减小。

12.根据权利要求4所述的设备，所述加热器(30)包括：位于所述加热器的上侧区域的、加热介质用的至少一个出口(15a)；位于所述加热器的下侧区域的至少一个出口(15b)；以及配置在所述加热器(30)的中部区域的、加热介质用的至少一个入口(14)。

13.一种用于加热液体介质的方法，所述方法具有以下步骤：

将液体介质导入到设备中，利用根据换热器原理运行的加热器(30)加热液体介质，其中测量加热介质的流动温度、加热介质的回流温度以及液体介质的温度并且确定对数温度差，并且通过闭环控制所述对数温度差来调节加热速率，或者

根据加热介质的所述流动温度和加热介质的所述回流温度的平均值确定至少加热剂平均温度并确定液体介质的温度，并且在加热期间闭环控制所述加热剂平均温度与液体介质的相应的当前温度之间的差。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，用于闭环控制所述对数温度差或者所述加热剂平均温度和液体介质的相应的当前温度之间的差的加热介质的所述流动温度，通过相应的致动元件(101)来调节。

15.根据权利要求13或14所述的方法，其特征在于，加热表面中的加热介质的体积流量在加热期间能够保持为大致恒定。

16.根据权利要求13或14所述的方法，其特征在于，所述对数温度差用的设定点值落在10K至40K的范围内。

17.根据权利要求13或14所述的方法，其特征在于，一部分液体介质从所述设备被泵出并且被泵入到分配设备(8)，所述分配设备(8)以如下方式将液体介质施加到所述设备的位于液体介质的表层上方的加热表面(13a)：液体介质沿着所述加热表面(13a)向下行进直到液体介质到达液体介质的所述表层。

18.根据权利要求13或14所述的方法，其特征在于，所述回流温度小于80℃。

19.根据权利要求13或14所述的方法，其特征在于，加热介质的相应的当前流动温度和液体介质的相应的当前温度之间的温度差大致恒定。

20.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，液体介质是麦芽浆。

21.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述设备是糖化设备。

22.根据权利要求13或14所述的方法，其特征在于，加热表面中的加热介质的体积流量通过循环泵在加热期间能够保持为大致恒定。

23.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，加热介质从所述加热器的上侧区域和下侧区域被抽出并且被供给到位于所述上侧区域和所述下侧区域之间的区域。

24.根据权利要求1至12中的任一项所述的设备用于酿酒容器。

25.根据权利要求1至12中的任一项所述的设备用于麦芽汁煮沸锅或糖化设备。

26.根据权利要求13至23中的任一项所述的方法用于酿酒容器。

27.根据权利要求13至23中的任一项所述的方法用于麦芽汁煮沸锅或糖化设备。