CZ293361B6 - Zařízení pro odstraňování nežádoucích těkavých složek z pivovarnické sladiny - Google Patents

Abstract

Zařízení pro odstraňování nežádoucích těkavých složek z pivovarnické sladiny, zahrnuje kolonu /1/ obsahující: - prostředky /2/ pro stejnoměrné rozdělování pivovarnické sladiny uvnitř této kolony /1/ v prvním směru, - prostředky /10/ pro stejnoměrné rozdělování proudu inertního plynu nebo páry uvnitř kolony /1/ ve druhém směru, přednostně proti prvnímu směru, a - prostředky pro zvyšování povrchové plochy kontaktu sladiny uvnitř kolony /1/ s proudem inertního plynu nebo páry. Použití zařízení k provádění způsobu odstraňování nežádoucích těkavých složek, kde se nejprve vaří sladina za teploty 90 až 150 .degree.C a následně se oddělují nežádoucí těkavé složky.ŕ

Description

Zařízení pro odstraňování nežádoucích těkavých složek z pivovarnické sladiny

Oblast techniky

Tento vynález se týká nového zařízení pro vylučování nežádoucích těkavých komponent z pivovarnické sladiny (či sladinky).

Rovněž se týká způsobu vylučování nežádoucích těkavých složek, používajícího zařízení tohoto vynálezu.

Dosavadní stav techniky

V pivovarnickém průmyslu je vaření sladiny složitou operací podmiňující nejen organoleptické vlastnosti určitého piva, ale rovněž jeho stabilitu, obzvláště kvalitu a stabilitu jeho pěny. Dobré řízení v této fázi výroby je tudíž nezbytné jak pro získání piva, jež má uspokojující kvalitu, tak také proto, že tato fáze výroby spotřebovává většinu energie používané při výrobě piva.

Jednou z mnoha operací obsažených ve vaření sladiny je vylučování nežádoucích, těkavých aromatických komponent ze sladiny, obzvláště síru obsahujících látek jako je DMS (dimethylsulfid) a etherické oleje ze sladu a chmele.

Tradiční způsoby vaření pivovarnické sladiny obecně vylučují nechtěné aromatické komponenty prostřednictvím bouřlivého odpařování sladiny, což nevyhnutelně vede k použití velkého množství energie.

Byl proto veden výzkum jak zmenšit anebo znovu získat zpátky energii používanou k odpařování sladiny. Příslušná navrhovaná řešení byla dosud schopna získat zpátky pouze část spotřebované energie. Navíc, ve většině případů způsoby získávání zpět energie vyžadují modifikaci místa výroby a to vede k vysokým investicím.

Za účelem vyhnout se těmto problémům byly prováděny pokusy vyvinout různé způsoby vaření sladiny za použití malého odpařování a tudíž malého množství energie.

Jeden z takových navrhovaných způsobů ohřívá sladinu bez nápadného odpařování ke zformování horké sraženiny. Tato horká sraženina je oddělována ve stejném momentě jako jisté nežádoucí tuhé komponenty během čištění sladiny.

Tímto způsobem jsou nežádoucí těkavé složky vylučovány ze sladiny prostřednictvím intenzivního kontaktu mezi zahřátou sladinou a proudem inertního plynu anebo páry.

Během tohoto kontaktu jsou nežádoucí těkavé komponenty přenášeny ze sladiny do proudu inertního plynu nebo páry a mohou být pak odebírány.

Ačkoliv tento způsob významně snižuje množství vyžadované energie, nicméně podléhá problému, že desorpční kolony používané k přenosu nežádoucích těkavých sloučenin ze sladiny do plynové fáze mají pouze omezenou účinnost.

Hlavním cílem tohoto vynálezu je řešit tento problém prostřednictvím navržení efektivního, nového desorpčního zařízení, poskytujícího vysokou účinnost.

WO 95/26395 popisuje způsob nepřetržitého vaření pivovarnické sladiny. Tento způsob zahrnuje následující kroky: zahřívání sladiny na úroveň mezi 80 a 110 °C, zavádění ohřáté sladiny do reaktoru s ideálním prouděním, přednostně zadržovací kolony otáčivého talířového typu, a oše-1 CZ 293361 B6 tření sladiny opouštějící tento reaktor pomocí protiproudu páry v odplyňovací či těkavých složek zbavující koloně.

Tato těkavých složek zbavující kolona může být kolona patrového typu, obsahující alespoň pět pater anebo kolona naplněná tělesy plniva, tato tělesa plniva se protahují do výšky alespoň dvou metrů.

V popsaném případě, jenž odpovídá zařízení v rozsahu zaváděného zkušebního zařízení, je sladina zahřáta na 103 °C zaváděna v míře toku 1200 1/hod. do 5001 reaktoru otáčivého talířového typu, ve kterém takto zůstává v průměru po 30 minut. Prohlašuje se, že S-methylmethionin (SMM) je uspokojivě přeměněn na dimethylsulfid (DMS).

Sladina je potom dodávána do horní části kolony patrového typu, vybavené 12 patry a spádovými trubicemi. Zatížení (náplň) kolony je přibližně 20 litrů. Do spodní části této kolony je vedena nasycená pára v poměru 5 %.

Prohlašované podíly DMS ve sladině jsou 195 pg/l po reaktoru a méně než 10 pg/l po zbavování těkavých látek, na konečný obsah podílu DMS 40 μΐ/ΐ v pivu.

Zdálo by se tudíž, že skoro 95 % DMS vstupujícího do vypuzovací kolony je odpařeno prostřednictvím páry, což je vynikající výsledek.

Problém je přenést tyto experimenty do průmyslového měřítka. Abychom byli přesnější, jestliže je potřeba kolony se 12 patry pro velikost toku 1200 1/hod., jak by musela být velká kolona pro míru toku asi 40 m³/hod. až 60⁵/hod., běžnou v pivovarnickém průmyslu.

Navíc, výše uvedený dokument neposkytuje žádné náznaky problémů vlastních ošetřování sladiny ve vypuzovací koloně:

a) osoba kvalifikovaná v dané technice je obeznámena s tendencí sladiny k vyšetření pěny, tato pěna je způsobována buď bubláním páry ve sladině anebo jednoduše vařením sladiny,

b) osoba kvalifikovaná v dané technice ví, že sladina má relativně vysokou viskozitu, neproudí jako tekutina a vytváří nestabilní suspenzi. Jakýkoli materiál, který se může usazovat, musí být pravidelně a efektivně odstraňován (čištěn), neprovedení toho může mít nepříznivý dopad na následný provoz této kolony, který se stává částečně blokovaným a vytváří nečistoty, schopné významného zhoršení organoleptických kvalit piva vyráběného za těchto podmínek.

Je jasné, že kolona se 12 patry popsaná ve výše uvedeném dokumentu není vhodná pro zbavování se těkavých složek sladiny piva v průmyslovém měřítku s připojitelnými ekonomickými podmínkami ve vytváření investic, provozních, čisticích a udržovacích nákladů.

Vypuzovací kolona nežádoucích složek naplněná tělesy plniva je zmiňována jako použitelná v teorii, ale výše zmíněný dokument neposkytuje žádné jiné informace o tomto předmětu, nehledě na minimální výšku 2 metrů, vyžadovanou pro objem naplněný tělesy plniva.

Problém, který daný vynález oslovuje je tedy napravení nedostatků zařízení předchozí techniky a navržení nežádoucí složky vypuzující kolony, schopné ekonomického a úsporného odplyňování pivovarnické sladiny při velikosti toku sladiny v průmyslovém měřítku, například, několik desítek m³/hod., toto zbavování těkavých složek má předem stanovenou účinnost dostatečnou ke skutečné eliminaci jakéhokoli bouřlivého vaření sladiny.

Náš první experiment s průmyslovou kolonou pro vypuzování těkavých složek naplněnou tělesy plniva, bez pater která se obtížně čistí, vylučoval přibližně 60 až 70 % DMS, což není dostatečné k vyloučení bouřlivého vaření sladiny.

-2CZ 293361 B6

Podstata vynálezu

Byli jsme tudíž nuceni jít proti zaběhlému názoru při volbě množství úprav požadovaných k dosažení alespoň 85% eliminace DMS prostřednictvím vypuzování těkavých složek. Tyto charakteristické úpravy jsou následující:

- volba vertikální kolony se spádovým tokem sladiny a proudem páiy směrem nahoru,

- oddělení prostředků toku páry a prostředků toku sladiny na horním patře, což má tendenci snižovat dobu kontaktu mezi sladinou a párou v koloně,

- rozdělování toku sladiny a toku páry pravidelně a stejnoměrně přes celý průřez dané kolony, což redukuje příslušné rychlosti, a rovněž snižuje doby kontaktu a následně výměny těkavého materiálu mezi sladinou a párou, a zvyšuje nebezpečí nerozpustných materiálů v suspenzi při usazování sladiny,

- použití sladinu rozdělujících prostředků v podobě otvorů skrze horní patro, počet a průměr těchto otvorů je předem stanoven, aby se umožnila předem stanovená velikost toku sladiny, za předpokladu předem stanovené hloubky sladiny na vršku daného patra, při současném bránění toku páry,

- použití pro tok páry komínkových kanálů předem stanovené výšky, dostatečné k bránění jakémukoli přetékání sladiny anebo pěny do těchto kanálů, což uvádí do pohybu předem stanovenou výšku kolony,

- použití tělesa plniva s relativně velkou velikostí a tudíž poměrně malou povrchovou plochu výměny na jednotku objemu, což redukuje výměny sladina/pára, například prstence mající průměr alespoň 3 až 4 cm,

- použití patra k podpoře těles plniva s otvory majícími ekvivalent celkové plochy 90 nebo 100 % plochy průřezu kolony, což minimalizuje kontakt sladina/pára,

- rozdělování vstupních otvorů páry pravidelně přes celý průřez kolony, což redukuje jakýkoli horizontální komponent toku páry usnadňující kontakt sladina/pára,

- vyloučení stojanů, které tradičně obsahují tělesa plniva a které umožňují, aby byla tělesa plniva z kolony velmi rychle odstraněna za účelem jejich vyčištění, jakož i vnitřku dané kolony. Toto činí čištění určité kolony dlouhým a na intenzivní práci náročným postupem, a tudíž se to provádí pouze za výjimečných okolností. Toto znamená, že provoz dané kolony závisí zcela na efektivnosti čištění těles plniva uvnitř kolony, ačkoliv jak již bylo zmíněno výše, sladina je nestabilní suspenzí, ze které se může usazovat materiál.

Zcela překvapivým způsobem jsme spolehlivě obdrželi okolo 85 % vyloučení DMS při velikosti toku sladiny v řádu 40 m³/hod., a velikosti toku páiy v řádu od 0,5 do 1,5 % hmotnosti množství toku dané sladiny.

Většina z úprav (charakteristických rysů), zmíněných výše, usnadňuje čištění vnitřku kolony vypuzování těkavých složek s tím výsledkem, že tato kolona pracuje výjimečně spolehlivě, ačkoli horká sladina vytváří tekutou suspenzi, se kterou se musí zacházet s velkou péčí. Čištění na místě vnitřku dané kolony může být prováděno dostatečně efektivně oproti vyprázdňování kolony pro vyjímání z ní těles plniva s nulovou užitečností.

-3CZ 293361 B6

Prvním cílem tohoto vynálezu je tudíž poskytnout desorpční zařízení pro vylučování nežádoucích těkavých složek z pivovarnické sladiny.

Druhým cílem tohoto vynálezu je poskytnout způsob pro vylučování nežádoucích těkavých složek z pivovarnické sladiny použitím malého odpařování.

Třetí cíl tohoto vynálezu se týká použití zařízení pro vylučování nežádoucích těkavých složek z pivovarnické sladiny.

Toto zařízení pro eliminování nežádoucích těkavých složek z pivovarnické sladiny zahrnuje:

- prostředky pro stejnoměrné rozdělovači pivovarnické sladiny uvnitř této kolony v prvním směru,

- prostředky pro stejnoměrné rozdělování proudu inertního plynu nebo páiy uvnitř kolony ve druhém směru, přednostně proti řečenému prvnímu směru, a

- prostředky pro zvyšování povrchové plochy kontaktu sladiny uvnitř této kolony s proudem inertního plynu nebo páry.

V souladu s tímto vynálezem, řečené prostředky pro stejnoměrné rozdělování sladiny zahrnují rozdělovači patro, rovina procházející tímto rozdělovacím patrem je v podstatě kolmá k podélné ose kolony, rozdělovači patro je uspořádáno na stejné úrovni jako dodávání sladiny do kolony, přednostně v horní části této kolony, rozdělovači patro obsahuje první prostředky pro stejnoměrný tok sladiny v řečeném prvním směru a druhé prostředky pro tok proudu inertního plynu anebo páiy v řečeném druhém směru.

Množství, příslušné rozměiy a uspořádání otvorů na rozdělovacím patře nejsou samy o sobě kritické a musí být pouze takové, aby umožňovaly stejnoměrný tok sladiny skrze rozdělovači patro, obzvláště v souladu s velikostí toku sladiny používaným v průmyslu.

Příslušné otvory jsou přednostně navrženy a uspořádány tak, aby sladina přicházející do kolony neprocházela rozdělovacím patrem okamžitě, ale zůstávala na vrchní části rozdělovacího patra po několik vteřin předtím, než proteče danými otvory.

Tímto způsobem (přednostně v podstatě konstantní) objem sladiny zůstává na vršku rozdělovacího patra v průběhu celého ošetření, za účelem kompenzace za variace v míře toku sladiny vtékající do kolony a dále ke zvýšení stejnoměrnosti rozdělování sladiny uvnitř kolony.

Množství sladiny zůstávající na vršku rozdělovacího patra není samo o sobě kritické a závisí obzvláště na příslušných rozměrech kolony a mírách toku zvolených pro ošetření sladiny.

V přednostním ztvárnění tohoto vynálezu druhé prostředky pro tok proudu inertního plynu nebo páry spočívají v komínkových kanálech, uspořádaných na povrchu rozdělovacího patra.

Výška těchto komínkových kanálů je přednostně zvolena tak, aby sladina vtékající do kolony zůstávala na vršku rozdělovacího patra předtím, než bude stejnoměrně protékat otvory v rozdělovacím patře, bez toho aby procházela komínkovými kanály. Přímý průchod sladiny komínkovými kanály celkově působí vytváření pěny, což je škodlivě působící na účinnost dané kolony a musí mu být předejito.

Osoba kvalifikovaná v dané technice vybere rozměry komínkového kanálu a míru toku sladiny tak, že hloubka objemu sladiny zůstávající na vršku rozdělovacího patra je ve všech momentech menší než je výška těchto komínků a tímto se předchází procházení jakékoli sladiny těmito kanály.

-4CZ 293361 B6

V souladu s tímto vynálezem jsou těkavé složky vylučovány ze sladiny prostřednictvím přenosu mezi tekutou fází sladiny a plynnou fází proudu inertního plynu anebo páry. V souladu s tímto vynálezem je účinnost tohoto přenosu zvýšena prostřednictvím zvětšení povrchové plochy kontaktu mezi sladinou a proudem inertního plynu anebo páry.

Povrchová plocha kontaktu je přednostně zvýšena použitím prstenců umístěných pod řečenými prostředky pro stejnoměrné rozdělování sladiny.

Prstence tohoto typu, které mohou být použity v kontaktu přítomného vynálezu, obsahují miniprstence značky Cascade^R, prodávané firmou Glitsch lne., USA.

Tyto prstence jsou přednostně uspořádány na spodním patru v podstatě kolmo k podélné ose kolony a jsou na patře uspořádány nahodile, formujíce difuzní uspořádání na sebe nakupených prstenců.

Sladina tekoucí přes tyto prstence následně sleduje méně nebo více nahodilou dráhu zjednoho prstence do druhého, například, prostřednictvím gravitace samotné, a těkavé složky jsou progresivně přenášeny do proudu inertního plynu či páiy, jenž přednostně proudí v obráceném směru.

Netřeba říkat, že jakýkoli jiný systém potravinářské jakostní třídy, jako takový známý a zvyšující povrchovou plochu kontaktu, může být použit namísto prstenců zmíněných výše. Neomezujícími příklady výrobků, jež mohou být použity v kontextu tohoto vynálezu, jsou produkty s nahodilou strukturou, jako jsou výrobky s obchodní značkou Pall Rings, Raschig Rings (prstence) a Bearl Saddles (sedla), prodávané firmou Glitsch lne., USA, produkty s uspořádanou strukturou jako jsou produkty Gempak*, prodávané firmou Glitsch lne., USA, a další.

V přednostním ztvárnění tohoto vynálezu má spodní patro rovněž prostředky pro zvyšování povrchové plochy kontaktu, které snižují odpař toku inertního plynu nebo páry.

V prvním ztvárnění tohoto vynálezu má v sobě spodní patro otvory a je nad alespoň částí povrchu zvlněno. Příslušné otvory a zvláště přednostně poskytují volnou povrchovou plochu mezi přibližně 90 % a přibližně 100 % plochy průřezu dané kolony.

Ve druhém ztvárnění tohoto vynálezu je spodní patro zvlněným roštem.

V souladu s tímto vynálezem je proud inertního plynu anebo páry dodáván stejnoměrně do vnitřku kolony z regionu odebírání ošetřované sladinky, což je přednostně ve spodní části kolony.

Prostředky pro stejnoměrné rozdělování proudu inertního plynu anebo páry přednostně zahrnují hlavní trubku či potrubí, eventuálně spojené se sekundárními trubkami, obsahující mnohost otvorů pravidelně uspořádaných přes větší část hlavního potrubí a sekundárních či vedlejších trubek, za účelem umožnění toho, aby proud inertního plynu anebo páry byl dodáván do vnitřku kolony v podstatě přes celý průřez kolony. Prostředky pro stejnoměrné rozdělování proudu inertního plynu nebo páry jsou přednostně na stejné úrovni jako je region pro odebírání ošetřované pivovarnické sladiny, což je přednostně ve spodní část kolony.

Příslušné otvory jsou přednostně namířeny směrem ke spodní části kolony, k bránění tomu aby sladina vtékala do určité trubky či trubek.

V přednostním ztvárnění zařízení tohoto vynálezu zahrnuje prostředky pro odebírání a/nebo znovuzískání zpět proudu inertního plynu nebo páry.

V prvním ztvárnění tohoto vynálezu je horní část kolony opatřena jedním anebo více ventily pro uvolňování proudu inertního plynu nebo páry do vnějšku.

-5CZ 293361 B6

V ještě dalším přednostním ztvárnění tohoto vynálezu je proud inertního plynu nebo páry získán zpátky použitím jakéhokoli systému jako takového známého, například jedním anebo více kondenzátory, když je použita pára, připojenými k vrchní části kolony prostřednictvím trubek.

Velikost a rozměry kolony a jejích rozmanitých komponentních částí nejsou kritické samy o sobě a mohou být zvoleny tak, aby odpovídaly místu výroby, objemu sladiny k ošetřování a, například, požadované účinnosti eliminace nežádoucích těkavých sloučenin.

Avšak uspořádání rozmanitých komponentů uvnitř této kolony by mělo být takové, aby vzdálenosti mezi, například, výstupem dodávajícího potrubí pivovarnické sladiny a patrem rozdělování sladiny, mezi patrem rozdělování sladiny a difuzním uspořádáním prstenců, a mezi spodním patrem a systémem získávání zpátky sladiny, nebyly příliš veliké, aby se předešlo formování pěny, která by mohla snížit optimální účinnost zařízení tohoto vynálezu.

Výše uvedené vzdálenosti nejsou přednostně většími než přibližně 0,5 m.

V přednostním ztvárnění tohoto vynálezu jsou poskytnuty prostředky pro čištění vnitřku kolony po mnohosti pracovních cyklů, a to bez demontáže této kolony. Zařízení podle tohoto vynálezu má četné přívody a vývody (vstupy a výstupy) a čištění pouze prostřednictvím zavádění čistící tekutiny do tohoto zařízení tak, že tato sleduje normální dráhu sladiny, není vždy účinné. Jsou, tudíž, poskytnuty dodatečné čisticí prostředky.

Dodatečné čisticí prostředky přednostně zahrnují jeden anebo více rozdělovačů vymývací či 25 proplachovací tekutiny, umístěné v různých oblastech této kolony.

Rozdělovače tohoto druhu mohou být poskytnuty, například, na úrovni prostředků pro rozdělování sladiny, na úrovni prostředků pro zvyšování povrchové plochy kontaktu sladiny s proudem inertního plynu nebo páry, na úrovni prostředků rozdělování proudu inertního plynu nebo páry, či 30 na úrovni prostředků pro získávání zpátky inertního plynu nebo páry.

Těmito distributory jsou, například, produkty známé jako „čisticí koule“, umožňující aby byla konkrétní plocha pokryta vymývací či proplachovací tekutinou, například, roztokem vody či sody (uhličitanu sodného), dodávané dovnitř potrubím.

Čisticími koulemi, použitelnými v kontextu tohoto vynálezu jsou, například, „sprejová čisticí zařízení“ prodávaná německou firmou Tuchenhagen.

Příslušné rozdělovače jsou přednostně připojeny k vnějším známým ovládacím a řídicím systé40 mům.

Různé komponenty zařízení tohoto vynálezu a operací, které tyto vykonávají, jsou přednostně ovládány, regulovány a řízeny prostřednictvím systému, kterým je přednostně nějaký vnější systém.

Například přívodní trubka sladinky, vstupující do kolony, obsahuje detekční prostředky, například infračervený senzor, detekující přechody voda-sladina. Pumpa dodávání pivovarnické sladiny je rovněž řízena prostřednictvím jednoho anebo více regulačních ventilů. Rozmanité ventily použité v zařízení tohoto vynálezu obsahují solenoidní (elektromagnetické) ventily a/nebo 50 pneumatické ventily.

Vstup a výstup systému zahřívání jsou rovněž připojeny k senzorům teploty, k bezpečnostnímu ventilu na výstupu tohoto systému, umožňující vypuštění tepla, jestliže to bude nezbytné.

-6CZ 293361 B6

Odebírání ohřáté sladiny je regulováno prostřednictvím výstupního čerpadla. Tato výstupní pumpa je přednostně nastavena na stejnou míru toku jako je nastavena přírodní pumpa sladiny, k udržování stálé hladiny sladiny ve spodní části kolony, formující ůstrojný roztok sladiny.

Zařízení podle tohoto vynálezu zahrnuje rovněž přednostně systémy pro detekování toho, když kolona prázdná a úrovně sladiny v koloně, systémy pro měření úrovně ústrojného roztoku pivovarnické sladiny ve spodku kolony, systémy pro měření tlakových rozdílů, když se kolona plní, a různé bezpečnostní ventily, obzvláště ventily vyfukující do atmosféry za účelem předcházení podtlakům a přetlakům během naplňování a čištění.

Příslušné různé ovládací, regulační a/nebo řídicí systémy jsou připojeny k známým eletronickým a/nebo počítačovým řídicím prostředkům.

Zařízení tohoto vynálezu pracuje stejně tak dobře při atmosférickém tlaku, při zvýšeném tlaku a při nepatrně sníženém tlaku.

Tento vynález rovněž spočívá ve způsobu vylučování nežádoucích těkavých sloučenin z pivovarnické sladiny.

V tomto způsobu odstraňování nežádoucích těkavých složek z pivovarnické sladiny bez významného odpařování první fáze zahrnuje vaření sladiny za teploty měnící se mezi přibližně 90 °C a přibližně 150 °C, kterou následuje druhá fáze oddělování nežádoucích těkavých složek z pivovarnické sladiny, tento druhý krok je prováděn v zařízení, jak je popsáno výše.

Způsob podle tohoto vynálezu probíhá stejně tak dobře při atmosférickém tlaku jako při sníženém tlaku anebo při nepatrně zvýšeném tlaku.

V prvním ztvárnění tohoto způsobu je tlak v dané koloně nepatrně snížen, například, prostřednictvím vakuové pumpy. V tomto případě může být teplota vaření pivovarnické sladiny, vtékající do kolony, nižší než je teplota varu sladiny při atmosférickém tlaku. Teplota varu se odlišuje podle příslušného tlaku, a vhodné nastavení tlaku uvnitř kolony ke snížení tlaku umožňuje vyloučení nežádoucích těkavých komponent ze sladiny při vstupní teplotě sladiny nižší než je teplota varu při atmosférickém tlaku.

Tímto způsobem je možno se obejít bez předběžného ohřívání příchozí sladiny.

Na druhé straně, pokud má přiléhající sladina teplotu vyšší než je teplota varu při atmosférickém tlaku, je možné upravit tlak uvnitř této kolony tak, aby odpovídal teplotě přitékající sladiny a tudíž k vyloučení všech nežádoucích těkavých sloučenin bez toho, aby bylo nutné přitékající sladinu ochlazovat.

Tento vynález rovněž spočívá v použití zařízení jak je popsáno výše, za účelem odstranění nežádoucích těkavých sloučenin z pivovarnické sladiny.

Přehled obrázků na výkresech

Dostatečné přednosti a charakteristické rysy tohoto vynálezu se stanou zřejmějšími při posuzování v souvislosti s příslušným následujícím podrobnějším popisem jednoho ztvárnění tohoto vynálezu, prostřednictvím neomezeného a čistě ilustrativního příkladu, a společně s doprovodnými výkresy, na nichž:

Obr. 1 - znázorňuje schéma ilustrující jedno ztvárnění tohoto zařízení vynálezu pro odstraňování nežádoucích těkavých komponent.

-7CZ 293361 B6

Obr. 2 - znázorňuje schematický perspektivní pohled zepředu na jedno ztvárnění patra rozdělování sladiny.

Obr. 3 - znázorňuje schematický pohled svrchu najedno ztvárnění spodního patra.

Obr. 4 - znázorňuje schematický pohled na spodní patro z obr. 3 v příčném řezu na linii A-A¹.

Obr. 5 - znázorňuje schematický pohled ze spodku na jedno ztvárnění systému pro rozdělování proudu inertního plynu anebo páry.

Příklady provedení vynálezu

Podle obr. 1, na kterém šipky znázorňují rozmanité směry proudu příslušných použitých fluid anebo plynů, zařízení pro odstraňování nežádoucích těkavých složek z pivovarnické sladiny obsahuje desorpční kolonu 1, mající na svém vršku systém 2 pro stejnoměrné rozdělování sladiny.

Kolona 1 je zásobována prostřednictvím trubky 3. Předtím, než dosáhne kolony 1, pivovarnická sladina může projít ohřívacím systémem 4. Tento ohřívací systém 4 je známého typu a tradičně pracuje ke zvýšení teploty sladiny prostřednictvím výměny tepla s párou, přicházející přes trubku 5, kondenzát je odebírán přes trubku 6.

Zahřátá sladina prochází trubkou 4 do kolony 1 stejnoměrným způsobem, důsledkem rozdělovače sladiny 2. Sladina potom proudí v důsledku své váhy samotné vnitřkem naplňovacího regionu 7 kolony 1. Na sebe nakupené prstence (na obrázku není znázorněno) v regionu 7 zvyšují povrchovou plochu kontaktu mezi sladinou a proudem inertního plynu nebo páry. Příslušné prstence spočívají na dolním patru 8, popsaném podrobněji níže.

Pára anebo inertní plyn, jako je dusík, jsou dodávány z trubky 9 do vnitřku kolony 1 skrze systém stejnoměrného rozdělování 10.

Na přednostním ztvárnění na obr. 1 je pivovarnická sladinka rozdělována směrem dolů a proud inertního plynu anebo páry je rozdělován směrem nahoru.

Na zakončení své dráhy skrze naplňovací region 7, sladina padá na sběrací systém, který má zešikmený povrch 11. ze kterého tato sladina teče přes odchylovací přepážku 11a do spodní části 12 kolony 1, odpovídající spodní části řečené kolony, bez formování žádného významného množství pěny. Namísto jediného zešikmeného povrchu 11, popsaného výše, může být poskytnuta mnohost zešikmených povrchů, s příslušnými odchylovacími přepážkami s různým zešikmeným povrchem, vedoucím ošetřenou sladinu do společného prostoru. Sbíraná sladina, ze které byly odstraněny těkavé komponenty, naplňuje prostor ústrojného roztoku ve spodní části kolony, z něhož je pak odebírána přes trubici 13 do ochlazovacích a/nebo fermentačních nádrží.

Netřeba říkat, že zešikemný povrch 11 vytváří pouze jedno přednostní ztvárnění systému pro sbírání ošetřované sladiny. Namísto zešikmeného povrchu 11 může být použit jakýkoli jiný systém předcházející významnému formování pěny.

Kondenzátor 14 je poskytnut proto, aby regeneroval páru, použitou k ošetřování sladiny, a vylučované těkavé komponenty. Kondenzátor 14 přijímá chladicí vodu, například studnovou vodu, přes trubku 15. Po protečení kondenzátorem 14 je chladicí voda odebírána přes trubku 16 a kondenzát obsahující těkavé komponenty je odebírán přes trubku 17 do odvodňovacího kanálu či jakéhokoli jiného zařízení pro přechovávání anebo následné ošetření.

Na obr. 2 je znázorněno patro 2 pro stejnoměrné rozdělování pivovarnické sladiny, jež zahrnuje kovový podklad 18 s otvory 19 a komínkové kanály 20, pravidelně uspořádané na jejich povrchu.

Množství a příslušné rozměry těchto otvorů a velikost toku sladiny jsou voleny tak, že konkrétní a v podstatě stálý objem sladiny zůstává na vršku základny 18 v průběhu celého ošetření, výška komínkových kanálů 20 je taková, aby zabraňovala objem sladiny zůstávající na základně 18 procházet kanály 20.

Obr. 3 a 4 znázorňují jedno ztvárnění spodního patra 8. Spodní patro 8 je zvlněné patro s otvory 21 v sobě, kterými je plnicí region spojený se spodní částí této kolony. Obr. 3 znázorňuje pouze některé z otvorů 21, ale je třeba rozumět tomu, že otvory 21 jsou přes celý povrch spodního patra 8.

Na obr. 5, je vidět, že stejnoměrný rozdělovač 10 pro proud inertního plynu anebo páry zahrnuje hlavní trubku 22, spojenou s množinou vedlejších trubek 23. Spodní líce trubek 22 a 23 mají v sobě zapracované otvory 25, umožňující stejnoměrné rozdělení páry nebo inertního plynu uvnitř této kolony. Inertní plyn nebo pára jsou tudíž na počátku vypuzovány směrem ke spodku kolony, poté stoupají směrem k horní části kolony.

Míra toku páry anebo inertního plynu je přednostně přibližně 0,5 % až přibližně 3 % hmotnosti míry toku pivovarnické sladinky.

Jeden příklad odstraňování nežádoucích těkavých sloučenin z pivovarnické sladiny je poskytnut níže.

Příklad

Desorpční kolona s průměrem 0,95 m a 2,20 m vysoká byla předehřívána, aby se předešlo kondenzaci na počátku ošetření a rovněž k umožnění skutečné vnitřní teplota uvnitř této kolony. Pro tento účel byla do této kolony dodávána voda s teplotou 70 až 85 °C a po dobu pěti minut ohřívána na 90 °C.

Pára s množstvím toku 900 kg/hod. pak byla vstřikována do kolony po dobu pěti minut a přebytečná pára byla kondenzována prostřednictvím kondenzátoru, jenž je zásobován studenou vodou.

Změřená vnitřní teplota odpovídá atmosférickému tlaku a je použita k vypočítání teploty varu, který musí sladina k ošetření mít při vstupu do této kolony.

Předtím než do kolony byla pivovarnická sladinka zavedena, tato kolona byla vyprázdněna, za účelem zabránit ředění sladiny během nabírání provozu ošetřování.

Vzorek 420 hl pivovarnické sladiny typu Pils pak byl dodán do kolony v míře toku 400 hl/hod. Sladinka vstupující do kolony byla předehřívána na teplotu stanovenou podle vnitřního tlaku kolony, jmenovitě 100,5 °C. Pára při teplotě 100 °C při atmosférickém tlaku byla dodávána do kolony v množství toku 600 kg/hod., odpovídající 1,5 % hmotnosti páry ve vztahu ke sladině.

Příslušné ošetřování pokračovalo a spodní část kolony byla postupně naplňována pomocí přílivu ošetřené sladiny. Byla spuštěna výstupní pumpa s mírou průtoku upravenou tak, že úroveň ošetřené vyrovnávací sladiny zůstává konstantní, na hloubce 0,3 m.

Efektivnost ošetření za účelem vyloučení nežádoucích těkavých komponent byla verifikována prostřednictvím následujícího způsobu.

-9CZ 293361 B6

Obsah DMS (dimethylsulfídu) pivovarnické sladiny k ošetření byl analyzován chromatografii plynové fáze před zahájením jejího dodávání do kolony. Sladina opouštějící kolonu byla analyzována stejným způsobem a obsah DMS byl porovnán s počátečním obsahem DMS.

Analýza tohoto vzorku prokázala, že obsah DMS před vstupem do zařízení tohoto vynálezu byl 200 až 300 částí na bilion (ppb). Vzorek opouštějící tuto kolonu měl obsah DMS od 35 do 45 ppb, odpovídající vyloučení přibližně 85 % hmotnosti těkavých složek.

Tento nízký obsah vede ke konečnému produktu, ve kterém je obsah DMS menší než je hodnota 500 ppb, týkající se akceptovatelné hodnoty v pivovarnickém průmyslu.

Analýza obsahu DMS v kondenzátu potvrdila, že množství DMS nepřítomného ve sladině opouštějící kolonu odpovídá tomu, co bylo zjištěno v kondenzátech, čímž se potvrdila účinnost zařízení tohoto vynálezu při odstranění nežádoucích těkavých komponent.

Jestliže bude eliminace DMS 85% nepostačující, vezmeme-li v úvahu podíl DMS ve sladině, vstupující do kolony pro zbavování těkavých látek, je jednoduchou záležitostí krátce a bouřlivě povařit pivovarnickou sladinu předtím, než vstoupí do této kolony, například po dobu 5 až 10 minut, za účelem snížení podílu DMS při vstupu do této kolony.

Eliminování DMS může být velmi významně zvýšeno, například na alespoň 90 % anebo 95 %, prostřednictvím významného zvýšení výšky a průměru kolony pro zbavování těkavých látek.

Rozumí se samo sebou, že tento vynález není omezený na ta ztvárnění, která byla právě popsána, ale naopak, že zahrnuje všechna jeho variantní provedení.

Osoba kvalifikovaná v příslušné technice bude schopna přizpůsobit tento vynález svým vlastním požadavkům prostřednictvím jednoduchých úprav, které se neodchylují za rámec tohoto vynálezu tak, jak je definován v příslušných provázejících patentových nárocích.

Claims (25)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Zařízení pro odstraňování nežádoucích těkavých složek z pivovarnické sladiny, zahrnující protiproudou kontaktní kolonu /1/ pro kontakt mezi stoupajícím proudem páry nebo inertního plynu a klesajícím proudem sladiny za teploty blízko teploty varu sladiny při tlaku v koloně /1/, kde kolona /1/ obsahuje tělesa plniva kde zvýšení povrchové plochy kontaktu uvnitř kolony /1/ mezi sladinou a proudem páry anebo inertního plynu, vyznačující se tím, že kolona /1 / zahrnuje:

   - v horní části kolony /1/ prostředky /2/ pro dodávání a stejnoměrné rozdělování pivovarnické sladiny do kolony /1/ skládající se z otvorů, kterými prochází sladina, přizpůsobených k pravidelnému a stejnoměrnému rozdělování proudu pivovarnické sladiny přes celou příčnou povrchovou plochu kolony /1/, a prostředky, kterými prochází pára nebo inertní plyn, jež jsou odděleny od prostředků jimiž prochází sladina,

   - v dolní části kolony /1/ prostředky /8, 10/ pro dodávání a stejnoměrné rozdělování proudu páry nebo inertního plynu uvnitř kolony /1/ skládající se z otvorů, kterými prochází pára nebo inertní plyn, přizpůsobených k pravidelnému a stejnoměrnému rozdělování proudu páry nebo inertního plynu přes celou příčnou povrchovou plochu kolony /1/.

   -10CZ 293361 B6
2. 2. Zařízení podle nároku 1,vyznačující se tím, že prostředky pro stejnoměrné rozdělování pivovarnické sladiny zahrnují rozdělovači patro /2/, rovina procházející tímto rozdělovacím patrem /2/je v podstatě kolmá k podélné ose kolony /1/, rozdělovači patro /2/je uspořádáno pod přívodem pivovarnické sladiny /4a/ kolony /1/ na úrovni horní části kolony /1/, rozdělovači patro /2/ obsahuje první prostředky pro stejnoměrný tok sladiny v sestupném směru a druhé prostředky pro tok proudu páry nebo inertního plynu ve vzestupném směru.
3. 3. Zařízení podle nároku 2, v y z n a č u j í c í se t í m , že první prostředky pro stejnoměrný tok sladiny zahrnují množství otvorů /19/ v rozdělovacím patře /2/.
4. 4. Zařízení podle nároku 2, vyznačující se tím, že druhé prostředky pro tok proudu inertního plynu nebo páry zahrnují množství komínkových kanálů /20/ na povrchu rozdělovacího patra /2/.
5. 5. Zařízení podle nároku 4, vyznačující se tím, že komínkové kanály /20/ mají výšku dostatečnou k tomu, aby zabraňovala sladině na vršku rozdělovacího patra /2/ při provozu kolony /1/ protékat komínkovými kanály /20/.
6. 6. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že tělesa plniva pro zvýšení povrchové plochy kontaktu sladiny s proudem inertního plynu nebo páry zahrnují množství prstenců uspořádaných nahodile na spodním patru /8/ a tímto formujících difuzních uspořádání nakupených prstenců, přičemž toto difuzní uspořádání je umístěno pod prostředky /2/ pro stejnoměrné rozdělování sladiny.
7. 7. Zařízení podle nároku 6, vyznačující se tím, že rovina procházející spodním patrem /8/je v podstatě kolmá k podélné ose kolony /1/ a toto spodní patro /8/ má prostředky pro zvyšování povrchové plochy kontaktu, přičemž tyto prostředky jsou přizpůsobeny tak, že mají celkovou povrchovou plochu, kterou prochází proud inertního plynu nebo páry, rovnající se alespoň 90 % příčné povrchové plochy kolony /1/.
8. 8. Zařízení podle nároku 7, vyznačující se tím, že spodní patro /8/ má alespoň přes část svého povrchu zvlnění a množství otvorů /21/ uspořádaných na svém povrchu.
9. 9. Zařízení podle nároku 6 nebo 7, vyznačující se tím, že spodní patro /8/ je zvlněným roštem.
10. 10. Zařízení podle jakéhokoli z předchozích nároků, vyznačující se tím,že prostředky /10/ pro stejnoměrné rozdělování proudu inertního plynu a/nebo páry zahrnují hlavní trubku /22/, volitelně spojenou s vedlejšími trubkami /23/, uspořádanou na úrovni regionu, ze kterého je odebírána ošetřená sladina, ve spodní části kolony /1/ a mající množství otvorů /25/, přičemž tyto otvory /25/jsou pravidelně uspořádány na větší části hlavní trubky /22/ a vedlejších trubkách /23/ tak, že proud inertního plynu nebo páry může být dodáván do vnitřku kolony /1/ přes v podstatě celý průřez této kolony /1/.
11. 11. Zařízení podle nároku 10, vyznačující se tím, že otvory /25/jsou namířeny směrem ke spodní části kolony /1/.
12. 12. Zařízení podle jakéhokoli z předchozích nároků, vyznačující se tím,že obsahuje prostředky pro sbírání ošetřené sladiny bez významného vytváření pěny.
13. 13. Zařízení podle nároku 12, vyznačující se tím, že prostředky pro získávání zpět ošetřené sladiny zahrnují alespoň jeden, přednostně zešikmený, povrch /11/ namířený směrem ke spodku kolony /1/ a ve spodní části této kolony /1/, kterýžto povrch /11/ má prostředek /11a/ formující usměrňující přepážku /1 la/ namířenou směrem ke spodku kolony /1/.

    -11 CZ 293361 B6
14. 14. Zařízení podle jakéhokoli z předchozích nároků, vyznačující se tím, že dále zahrnuje přídavné prostředky pro čištění vnitřku kolony /1/.
15. 15. Zařízení podle nároku 14, vyznačující se tím, že čisticí prostředky zahrnují množství rozdělovačů vymývací či proplachovací tekutiny, umístěných na úrovni prostředků /2/ pro rozdělování sladiny, na úrovni prostředků pro zvyšování povrchové plochy kontaktu sladiny s proudem inertního plynu nebo páry, na úrovni prostředků /10/ pro rozdělování proudu inertního plynu nebo páry a na úrovni prostředků /11, 11a/ pro sbírání ošetřené sladiny; přičemž tyto rozdělovače jsou připojeny k vnějším ovládacím a řídicím prostředkům.
16. 16. Zařízení podle jakéhokoli z předchozích nároků, vyznačující se tím, že dále zahrnuje systém /4/ pro ohřívání sladiny před jejím vstupem do kolony /10/, přičemž tento ohřívací systém /4/ je připojen ke koloně /10/ prostřednictvím potrubí /4a/.
17. 17. Zařízení podle jakéhokoli z předchozích nároků, vyznačující se tím, že dále zahrnuje prostředky pro odebírání proudu inertního plynu nebo páry.
18. 18. Zařízení podle nároku 17, vyznačující se tím, že odebírací prostředky zahrnují jeden nebo více ventilů v horní části kolony /1/, pro uvolňování inertního plynu nebo páry do vnějšku kolony /1/.
19. 19. Zařízení podle jakéhokoli z předchozích nároků, vyznačující se tím, že dále zahrnuje prostředky pro získávání zpět proudu inertního plynu a/nebo páry a kondenzátů.
20. 20. Zařízení podle nároku 19, vyznačující se tím, že prostředky pro získávání zpět proudu páry a kondenzátů zahrnují jeden nebo více kondenzátorů /14/, připojených k horní části kolony /1/ prostřednictvím trubek.
21. 21. Zařízení podle jakéhokoli z předchozích nároků, vyznačující se tím, že dále zahrnuje prostředky pro regulování a/nebo řízení velikosti toku sladiny vstupující do kolony /1/.
22. 22. Zařízení podle jakéhokoli z předchozích nároků, vyznačující se tím, že dále zahrnuje prostředky pro regulování a/nebo řízení velikosti toku proudu inertního plynu nebo páry do kolony /1/.
23. 23. Zařízení podle nároku 21 nebo 22, vyznačující se tím, že prostředky pro regulaci a/nebo řízení zahrnují elektromagnetické ventily a/nebo pneumatické ventily.
24. 24. Použití zařízení podle jakéhokoli z předcházejících nároků k provádění způsobu odstraňování nežádoucích těkavých složek z pivovarnické sladiny, bez významného odpařování, zahrnující první krok vaření sladiny za teploty v rozmezí od přibližně 90 °C do přibližně 150 °C, následovaný druhým krokem oddělování nežádoucích těkavých složek z pivovarnické sladiny.
25. 25. Použití podle nároku 24, vyznačující se tím, že vnitřní tlak v koloně je řízen v souladu s teplotou pivovarnické sladiny vstupující do kolony.