DE102015017203B3

DE102015017203B3 - Vorrichtung und Verfahren zur Extraktion von Aromastoffen aus in einer Suspension enthaltenen pflanzlichen Aromaträgern in einem Feststoffkuchen

Info

Publication number: DE102015017203B3
Application number: DE102015017203.4A
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-07-28
Filing date: 2015-07-28
Publication date: 2021-04-08
Anticipated expiration: 2035-07-29

Abstract

Eine Vorrichtung zur Extraktion von Aromastoffen aus in einer Suspension enthaltenen pflanzlichen Aromaträgern in einem Feststoffkuchen, wobei die pflanzlichen Aromaträger in einer Brauflüssigkeit suspendiert sind, die versehen ist mit einem Behälter (1; 1'), der zumindest einen Zulauf für die Suspension und zumindest einen Extraktionsfluidablauf (16) für die extrahierte Brauflüssigkeit aufweist, und einer in dem Behälter (1; 1') vorgesehenen Abscheideanordnung (2; 2'), die zumindest eine flüssigkeitsdurchlässige Abscheidefläche (20', 21', 22', 23', 24') aufweist, die den Innenraum des Behälters (1; 1') in einen Suspensionsraum (12) und einen Extraktionsfluidraum (11) unterteilt; zeichnet sich dadurch aus, dass eine Umwälzeinrichtung für die Suspension vorgesehen ist, die über Umwälzleitungen mit dem Suspensionsraum (12) in Verbindung steht und die zusätzlich zu der die Abscheidefläche (20', 21', 22', 23', 24') durchdringenden Extraktionsfluidströmung (F') eine Suspensionsströmung (U') entlang der Abscheidefläche (20', 21', 22', 23', 24') erzeugt, und dass die Abscheidefläche (20', 21', 22', 23', 24') senkrecht oder mit einer Vertikalkomponente geneigt im Behälter (1; 1') angeordnet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Extraktion von Aromastoffen aus in einer Suspension enthaltenen pflanzlichen Aromaträgern in einem Feststoffkuchen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Extraktion von Aromastoffen aus einer Suspension einer Brauflüssigkeit mit darin enthaltenen pflanzlichen Feststoffpartikeln. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Extraktion von Aromastoffen aus in einer Suspension enthaltenen pflanzlichen Aromaträgern in einem Feststoffkuchen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 8.
Beim Brauen von Bier wird häufig, um dem Bier besondere aromatische Noten zu verleihen, das auch als „Jungbier“ bezeichnete fertige Bier mit Aromahopfen-Presslingen, sogenannten Hopfenpellets, versetzt. Dieser Prozess wird als Kalthopfung oder Hopfenstopfen oder Dry-Hopping bezeichnet. Traditionell werden die Pellets hierzu im Lagertank vorgelegt oder auch von oben in einen Behälter eingebracht. Die Pellets quellen hierbei in einem Zeitraum von mehreren Stunden auf und bilden am Boden des Behälters ein Sediment. Die Extraktion erfolgt hierbei durch Diffusionsvorgänge. Der Stoffübergang ist langsam und ineffizient. Deshalb werden auch verschiedene Lösestationen hierzu verwendet, die die Pellets auflösen und die feinen Feststoffpartikel im Jungbier besser verteilen, um den Stoffübergang effizienter zu machen. Am Ende dieses Aromatisierungsprozesses, des so genannten Hopfenstopfens, müssen die pflanzlichen Feststoffpartikel wieder von der Brauflüssigkeit getrennt werden. Herkömmlicherweise erfolgt diese Feststoffpartikel-Abscheidung durch Sedimentation, wobei sich die Feststoffpartikel am Boden eines Absetzbehälters sammeln und durch Abschlämmen ausgetragen werden bis nur noch weitgehend feststofffreie Brauflüssigkeit im Behälter verbleibt. Dieser Sedimentationsvorgang dauert je nach Temperatur, Gärungsstadium und Feinheit der Hopfenpartikel mehrere Tage bis hin zu einigen Wochen. Der sich am Boden des Absetzbehälters sammelnde Schlamm wird am Ende des Abscheideprozesses aus dem Behälter abgeführt. Dieser Schlamm enthält jedoch noch erhebliche Mengen an Brauflüssigkeit, die beim gesamten Prozess verloren gehen. So sind bereits bei derartigen Sedimentationsverfahren Bierverluste von bis zu 50 % gemessen worden; 20 bis 35% Bierverlust sind bei kalt gehopften Bieren durchaus üblich.
Alternativ besteht die Möglichkeit, die Suspension aus Brauflüssigkeit und Hopfen Feststoffpartikeln zu zentrifugieren. Nachteilig ist hierbei, dass die Zentrifugen für hohe Feststoffbeladungen sehr groß zu bemessen sind, was hohe Investitionskosten zur Folge hat. Des Weiteren wird zum Feststoff-Austrag aus der Zentrifuge ein nicht unerheblicher Flüssigkeitsstrom benötigt, so dass die Bierverluste nur bedingt reduziert werden können. Als weitere Abtrennsysteme für die Hopfenpartikel sind sogenannte kontinuierliche oder selbstreinigende Filter oder Rückspül-Filter bekannt, die allerdings auch sehr hohe Flüssigkeitsverluste beim Feststoff-Austrag bewirken.
Die DE 201 22 045 U1 zeigt und beschreibt ein Anschwemmfilter mit einem Filterkessel, in dem eine Mehrzahl von Filterkerzen hängend angeordnet ist. Unfiltrat wird über einen Zulauf im unteren Bereich des Filterkessels zugeführt. Das Filtrat wird über einen Filtratauslauf, der mit einem mit der Sekundärseite der Filterkerzen verbundenen Registerablauf verbunden ist, abgeführt. Des Weiteren ist in einer Ausführungsform des Filterkessels in dessen oberem Bereich ein Unfiltratablauf vorgesehen, aus dem Unfiltrat über eine als Bypassleitung bezeichnete Umwälzleitung, in der eine Pumpe angeordnet ist, wieder in den Unfiltratzulauf zurückgeführt wird. Auf diese Weise wird ein Umwälzbetrieb des Unfiltrats ermöglicht.
Die DE 813 144 B zeigt und beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Hofpentrubfiltration, wobei in einem Filterkessel vertikal stehende Plattenfilter vorgesehen sind. Das Unfiltrat wird in dem unteren Bereich des Filterkessels eingeleitet, wobei die gröberen Partikel absedimentieren und die kleineren Partikel an die Filterplatten angeschwemmt werden.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Extraktion von Aromastoffen aus in einer Suspension enthaltenen pflanzlichen Aromaträgern, insbesondere von in einer Brauflüssigkeit enthaltenen pflanzlichen Feststoffpartikeln, in einem Feststoffkuchen anzugeben, deren Extraktionseffizienz hoch ist und die eine Minimierung des Brauflüssigkeitsverlustes und des Energievrbrauchs ermöglichen und die kompakter aufgebaut ist.
Der auf die Vorrichtung gerichtete Teil der Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Patentanspruchs 1.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Extraktion von Aromastoffen aus in einer Suspension enthaltenen pflanzlichen Aromaträgern in einem Feststoffkuchen, wobei die pflanzlichen Aromaträger in einer Brauflüssigkeit suspendiert sind, ist versehen mit einem Behälter, der zumindest einen Zulauf für die Suspension und zumindest einen Extraktionsfluid-Ablauf für die extrahierte Brauflüssigkeit aufweist; mit einer in dem Behälter vorgesehenen Abscheideanordnung, die zumindest eine flüssigkeitsdurchlässige Abscheidefläche aufweist, die den Innenraum des Behälters in einen Suspensionsraum und einen Extraktionsfluidraum unterteilt; wobei eine Umwälzeinrichtung für die Suspension vorgesehen ist, die über Umwälzleitungen mit dem Suspensionsraum in Verbindung steht und die zusätzlich zu der die Abscheidefläche durchdringenden Extraktionsfluidströmung eine Suspensionsströmung entlang der Abscheidefläche erzeugt, und wobei die Abscheidefläche senkrecht oder mit einer Vertikalkomponente geneigt im Behälter angeordnet ist. Erfindungsgemäß weist die Umwälzeinrichtung für die Suspension eine Wasserstrahlpumpe auf, die von in den Behälter zurückgeführter Suspension angetrieben ist.
Die strömungsleitenden Mittel in dem auch als „Unfiltratraum“ bezeichneten Suspensionsraum ermöglichen es, zusätzlich zu der die Abscheidefläche durchdringenden Extraktionsfluidströmung eine Suspensionsströmung entlang der Abscheidefläche zu erzeugen. Diese Suspensionsströmung, die nicht - wie die Extraktionsfluidströmung - rechtwinklig zur Abscheidefläche verläuft, sondern parallel zur Abscheidefläche, ermöglicht es, die gesamte Abscheidefläche mit Suspension zu benetzen, so dass sich auf der gesamten Abscheidefläche gleichmäßig Feststoffpartikel absetzen können und so einen im Wesentlichen homogenen Feststoffkuchen auf der Abscheidefläche aufbauen. Dieser homogene Feststoffkuchen weist über im Wesentlichen die gesamte Abscheidefläche eine gleichmäßige Dicke, eine gleichmäßige Permeabilität, also einen gleichmäßigen Strömungswiderstand, und eine im Wesentlichen homogene Partikelgrößenverteilung auf. Die Anordnung der Abscheidefläche senkrecht oder mit einer Vertikalkomponente geneigt im Behälter kann die natürliche Schwerkraftwirkung strömungstechnisch unterstützen. Das Vorsehen einer Umwälzeinrichtung für die Suspension ermöglicht es, die Suspensionsströmung entlang der Abscheidefläche im Umwälzbetrieb zu führen, so dass diese Suspensionsströmung unabhängig ist von der die Vorrichtung durchströmenden Extraktionsfluidströmung.
Die Trennung der Feststoffpartikel aus der Suspension erfolgt dann durch diesen Feststoffkuchen hindurch, wobei aufgrund des homogenen Aufbaus des Feststoffkuchens eine gleichmäßige Extraktion der Aromastoffe aus den sich im Feststoffkuchen sammelnden pflanzlichen Aromaträgern stattfindet. Aufgrund der Trennung der Feststoffpartikel aus der Suspension durch den Feststoffkuchen können nicht nur wesentlich feinere Feststoffpartikel abgeschieden werden, sondern es wird auch eine dichte und feste Feststoffkuchenpackung erzeugt, die nur noch zu geringem Teil Brauflüssigkeitsbestandteile enthält. Dieser geringe Anteil von Brauflüssigkeit kann zudem nach erfolgter Extraktion beispielsweise mit entgastem Wasser durch eine sogenannte Kuchenwaschung weitgehend aus dem Feststoffkuchen verdrängt und somit rückgewonnen werden. Eventuelle Verdünnungen der Brauflüssigkeit können durch Einbrauen mit etwas höherer Konzentration ausgeglichen werden. Der Verlust von Brauflüssigkeit ist folglich beim Einsatz dieser Vorrichtung deutlich geringer als im eingangs beschriebenen Stand der Technik. Des Weiteren kann dadurch erheblich Zeit für den Kalthopfungsvorgang eingespart werden, dass die Aromaextraktion in einem gemeinsamen Verfahrensschritt mit der Trennung der Feststoffpartikel aus der Suspension und der damit verbundenen Rückgewinnung der aromatisierten Brauflüssigkeit als Extraktionsfluid stattfindet. Bei geeigneter Strömungsführung der Brauflüssigkeit während des Durchströmens des Feststoffkuchens kann zudem ein größeres Konzentrationsgefälle erzielt werden, wodurch die Extraktion noch effizienter wird.
Ziel des Feststoffkuchenaufbaus ist die Erzeugung eines gleichmäßig durchlässigen Festbetts oder Feststoffkuchens auf der Abscheidefläche zur gleichmäßigen Extraktion des Feststoffkuchens durch die Brauflüssigkeit. Auf der Abscheidefläche werden zwar die Feststoffpartikel abgeschieden, jedoch kaum feindisperse Eiweiße und Hefen, so dass der Abscheidungsvorgang bei der erfindungsgemäßen Extraktion keine Bierfiltration im klassischen Sinne ist, bei der Eiweiße und Hefen aus der Brauflüssigkeit ausgefiltert werden. Für ein blank filtriertes Bier ist daher noch eine nachgeschaltete Bierfiltration erforderlich.
Für die Phasentrennung der Feststoffe aus der Suspension sind Abscheideapparate mit senkrechten Abscheideflächen vorteilhaft, da sich die abgeschiedenen Aromaträger-Feststoffe nach der Extraktion mittels Brauflüssigkeit durch Wasser und/oder Gas einfach rückspülen und austragen lassen.
Die Wasserstrahlpumpe nutzt die Energie der in den Behälter zugeführten Suspensionsströmung, so dass es keiner zusätzlichen elektrischen Umwälzpumpe bedarf, obwohl zusätzlich zur Wasserstrahlpumpe eine Umwälzpumpe vorgesehen sein kann.
Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Ansprüchen 2 bis 7 angegeben.
Vorteilhaft ist es dabei, wenn die Umwälzeinrichtung eine Umwälzpumpe aufweist.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Abscheideanordnung von Filterkerzen gebildet. Alternativ kann die Abscheideanordnung auch von Plattenfiltern oder einem Filterkorb oder anderen weitgehend senkrechten Abscheideflächen gebildet sein.
Vorteilhaft ist es, wenn die Vertikalkomponente der Strömungsgeschwindigkeit der Feststoffpartikel in der, insbesondere entgegen der Schwerkraftrichtung gerichteten, Suspensionsströmung entlang der Abscheidefläche gleich der vertikalen Sedimentationsgeschwindigkeit der Feststoffpartikel oder größer ist als die vertikale Sedimentationsgeschwindigkeit der Feststoffpartikel im Suspensionsraum vor der Abscheidefläche. Hierdurch wird eine Sedimentation der Feststoffpartikel verhindert und so gewährleistet, dass sich sämtliche Feststoffpartikel, die in der Suspension enthalten sind, mit gleichmäßiger Partikelgrößenverteilung und somit gleichem Feststoffkuchenwiderstand (oder Strömungswiderstand), an der Abscheidefläche beziehungsweise an dem sich auf der Abscheidefläche aufbauenden Feststoffkuchen ablagern.
Für besonders schwere Feststoffpartikel kann es aber besonders von Vorteil sein, wenn die Vertikalkomponente der Suspensionsströmung in Schwerkraftrichtung verläuft und wenn dabei die Suspension aus dem Bodenbereich des Behälters abgezogen wird. Dadurch wird die Bildung eines von den sedimentierenden Feststoffpartikeln gebildeten Bodensatzes verhindert, da diese abgesunkenen Feststoffpartikel in den Umwälzkreislauf mitgenommen und wieder in den oberen Bereich des Behälters eingeleitet werden. Es werden im Idealfall somit alle Feststoffpartikel zum Aufbau des Feststoffkuchens herangezogen und der dortigen Extraktion der Aromastoffe unterworfen. Der erforderliche Volumenstrom ist hierbei deutlich geringer als bei Strömungsführung gegen die Schwerkraftrichtung. Eine niedrigere Querströmung am Feststoffkuchen ist vorteilhaft für einen gleichmäßigen Feststoffkuchenaufbau.
Weiterhin ist es besonders von Vorteil, wenn das Verhältnis des Volumenstroms der die Abscheidefläche durchdringenden Extraktionsfluidströmung zum Volumenstrom der entlang der Abscheidefläche strömenden Suspensionsströmung variabel einstellbar ist. Diese variable Einstellbarkeit ermöglicht es, zu Beginn eines Abscheideprozesses für einen Schwellenaufbau eines gleichmäßigen Feststoffkuchens auf der gesamten Abscheidefläche zu sorgen.
Der auf das Verfahren gerichtete Teil der Aufgabe wird gelöst durch das Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8.
Dieses erfindungsgemäße Verfahren zur Extraktion von Aromastoffen aus in einer Suspension enthaltenen pflanzlichen Aromaträgern in einem Feststoffkuchen, wobei die pflanzlichen Aromaträger in einer Brauflüssigkeit suspendiert sind, weist die folgenden Schritte auf:

a) Bereitstellen einer abzuscheidende Feststoffpartikel enthaltenden Suspension in einem Behälter, der eine mit zumindest einer flüssigkeitsdurchlässigen Abscheidefläche versehene Abscheideanordnung aufweist, wobei die zumindest eine Abscheidefläche vertikal oder mit einer Vertikalkomponente geneigt ausgerichtet ist und wobei die Suspensionsströmung entlang der Abscheidefläche im Umwälzbetrieb geführt wird;
b) Anschwemmen der Suspension an die Abscheidefläche derart, dass auf der gesamten Abscheidefläche ein gleichmäßiger, im Wesentlichen homogener und gleichmäßig durchlässiger Feststoffkuchen aufgebaut wird, wozu eine Suspensionsströmung erzeugt wird, die entlang der Abscheidefläche mit einer aufwärts gerichteten Strömungsgeschwindigkeit fließt, die gleich der Sedimentationsgeschwindigkeit der Feststoffpartikel ist oder die größer ist als diese, und
c) Hindurchleiten von Suspension durch den Feststoffkuchen zur Abtrennung der Feststoffpartikel aus der in der Suspension enthaltenen Brauflüssigkeit, wobei in einem gemeinsamen Verfahrensschritt mit der Abtrennung der Feststoffpartikel die Aromastoffe von der durch den Feststoffkuchen hindurchströmenden, ein Extraktionsfluid bildenden Brauflüssigkeit aus den im Feststoffkuchen zurückgehaltenen pflanzlichen Aromaträgern extrahiert werden

Vorteilhaft ist dabei, wenn das Verhältnis des Volumenstroms der die Abscheidefläche durchdringenden Extraktionsfluidströmung zum Volumenstrom der entlang der Abscheidefläche strömenden Suspensionsströmung derart einstellbar ist, dass der Volumenstrom der entlang der Abscheidefläche strömenden Suspensionsströmung zum Aufbau des Feststoffkuchens in Schritt b) größer ist als der Volumenstrom der die Abscheidefläche durchdringenden Extraktionsfluidströmung und dass der Volumenstrom der entlang der Abscheidefläche strömenden Suspensionsströmung nach dem erfolgten Aufbau des Feststoffkuchens bei der Abscheidung in Schritt c) kleiner ist als der Volumenstrom der die Abscheidefläche durchdringenden Extraktionsfluidströmung.
Es ist jedoch nicht zwingend erforderlich, dass der Suspensionsstrom größer ist als der Extraktionsfluidstrom. Die besonders geeignete Geschwindigkeit und der besonders geeignete Volumenstrom hängen von der Sedimentationsgeschwindigkeit der Feststoffe ab und von der Richtung der Strömung (mit oder entgegen der Schwerkraftrichtung).
Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Idee besteht also darin, auf der Abscheidefläche oder auf den jeweiligen Abscheideflächen in einem von der Wasserstrahlpumpe unterstützten Umwälzbetrieb zunächst eine im Wesentlichen homogene Schicht eines Feststoffkuchens aufzubauen und dann die Phasentrennung der restlichen Brauflüssigkeit durch diesen Feststoffkuchen hindurch vorzunehmen. Versuche haben ergeben, dass bei der Nutzung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Reduktion der Bierverluste gegenüber dem Stand der Technik um ein Vielfaches möglich ist. Beispielsweise können die Bierverluste von bis zu 50 % (nach dem Stand der Technik) je nach Verdichtung des Feststoffkuchens und der Partikelgrößenverteilung auf ein Fünftel bis maximal ein Drittel reduziert werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Beispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; in dieser zeigt:

1 eine erste Variante einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
2 eine zweite Variante einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
3 einen vergrößerten Ausschnitt aus der Vorrichtung nach 1 mit geschnittener Filterkerze und auf der Abscheidefläche gebildetem Feststoffkuchen;
4 die erste Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit umgekehrter Strömungsrichtung;
5 eine zweite Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit umgekehrter Strömungsrichtung und
6 einen vergrößerten Ausschnitt aus der Vorrichtung nach 4 mit geschnittener Filterkerze und auf der Abscheidefläche gebildetem Feststoffkuchen.

1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Extraktion von Aromastoffen aus in einer Suspension enthaltenen pflanzlichen Aromaträgern in einem Festbett oder Feststoffkuchen, wobei die pflanzlichen Aromaträger in einer Brauflüssigkeit suspensiert sind, wie sie beispielsweise bei der Kalthopfung eines Bieres in einer Brauereianlage eingesetzt wird.
Die Vorrichtung weist einen vorzugsweise zylindrischen Behälter 1 auf, der in seinem oberen Bereich eine innere, horizontale Trennwand 10 aufweist, die einen oberhalb der Trennwand 10 ausgebildeten Extraktionsfluidraum 11 (Filtratraum) von einem unterhalb der Trennwand 10 ausgebildeten Suspensionsraum 12 (Unfiltratraum) separiert. Von der Trennwand 10 erstrecken sich eine Mehrzahl von Abscheideelementen einer Abscheideanordnung 2 nach unten in den Extraktionsfluidraum 11. Die Abscheideelemente sind im gezeigten Beispiel als Filterkerzen 20, 21, 22, 23, 24 ausgebildet. Jede dieser Filterkerzen 20, 21, 22, 23, 24 ist mit einer flüssigkeitsdurchlässigen Filterfläche oder Abscheidefläche 20', 21', 22', 23', 24' versehen, die eine Grenze zwischen dem Suspensionsraum 12 und dem Extraktionsfluidraum 11 bildet. Die Abscheideelemente können alternativ auch als Plattenfilter ausgebildet sein. Die Abscheideflächen können, wie in den gezeigten Beispielen, vertikal angeordnet sein, sie können aber auch - zumindest teilweise oder abschnittsweise - mit einer Vertikalkomponente geneigt schräg ausgerichtet sein oder auch horizontal verlaufen.
Im konisch ausgeführten unteren Bereich 13 des Behälters 1 ist ein zentraler Suspensionszulauf 14 vorgesehen, der über eine Suspensionszulaufleitung 15 mit der Suspension aus Brauflüssigkeit und Feststoffpartikeln beschickbar ist, wie durch den Pfeil U symbolisch dargestellt ist. Die Suspensionszulaufleitung 15 ist mittels eines Zulaufventils 15' absperrbar und auch der durch die Suspensionszulaufleitung 15 fließende Volumenstrom ist mittels dieses Zulaufventils 15' veränderbar. Der Suspensionszulauf 14 ist weiterhin über ein Ventil 14' mit einer Auslaufleitung 14" verbunden, durch welche der Behälter 1 entleerbar ist.
Im oberen Bereich des Behälters 1 ist ein Extraktionsfluidablauf 16 vorgesehen, durch den das sich im Extraktionsfluidraum 11 sammelnde Filtrat in eine Extraktionsfluidablaufleitung 17 geleitet und durch diese zu einer nächsten Stufe weitergeleitet werden kann, wie durch den Pfeil F symbolisiert ist.
Im Beispiel der 1 ist der Behälter 1 in seinem unteren Bereich unterhalb der Filterkerzen 20, 21, 22, 23, 24 mit einem Umwälz-Einlauf 30 einer außerhalb des Behälters 1 vorgesehenen Umwälzeinrichtung 3 versehen. In seinem oberen Bereich unmittelbar unterhalb der Trennwand 10 und oberhalb der Abscheideflächen 20', 21', 22', 23', 24' ist der Behälter 1 mit einem Umwälzauslauf 32 versehen, der über eine obere Umwälzleitung 33 mit einer Wasserstrahlpumpe 34 in Fluidverbindung steht. Die obere Umwälzleitung 33 mündet in einen Ringraum im oberen Bereich der Wasserstrahlpumpe 34, der eine zentrale Einspritzleitung 35 umgibt, die mit einer Einspritzdüse 35' in einen im Durchmesser verengten Abschnitt der Wasserstrahlpumpe 34 mündet.
Im unteren Bereich der Wasserstrahlpumpe 34 ist eine untere Umwälzleitung 31 angeschlossen, die zum Umwälzeinlauf 30 führt und dort unterhalb der Abscheideanordnung 2 in den Behälter 1 mündet.
Die Einspritzleitung 35 ist mittels einer mit einem Ventil 36' versehenen Zuführleitung 36 an die Suspensionszulaufleitung 15 in Strömungsrichtung vor dem Ventil 15' angeschlossen. Mittels des Ventils 36' lässt sich der Volumenstrom, der in die Einspritzleitung 35 führt, dosieren und absperren, so dass mit dem Ventil 36' die Intensität der Wasserstrahlpumpe 35 und damit die auf die obere Umwälzleitung 33 einwirkende Saugwirkung einstellbar ist. Ist die Wasserstrahlpumpe 34 in Betrieb, so wird Suspension (auch als „Unfiltrat“ bezeichnet) aus dem Suspensionsraum 12 des Behälters 1 durch den Umwälzauslauf 32 und die obere Umwälzleitung 33 abgesaugt und zusammen mit der durch das zentrale Einspritzrohr 35 zugeführten Suspension durch die untere Umwälzleitung 31 und den Umwälzeinlauf 30 in den Suspensionsraum 12 des Behälters wieder zugeführt.
Dadurch entsteht eine auch als „Bypass-Strömung“ bezeichnete Umwälzströmung B, die im Suspensionsraum 12 des Behälters 1 die zur Abscheidefläche (20', 21', 22', 23', 24') hin (und als Extraktionsfluidströmung F' durch diese hindurch) fließende Suspensionsströmung überlagert und dadurch mit dieser eine von unten nach oben entlang der Abscheideflächen 20', 21', 22', 23', 24' strömende resultierende Suspensionsströmung U' bildet, die vertikal entlang der gesamten Abscheidefläche fließt.
Anstelle der Einleitung der umgewälzten Suspension in den unteren Teil des vorzugsweise zylindrischen Teils des Behälters 1 durch den dort vorgesehenen Umwälzeinlauf 30 kann die Zurückführung der Suspension auch durch den im unteren Bereich 13 des Behälters 1 vorgesehenen zentralen Suspensionszulauf 14 erfolgen.
In 1 ist weiterhin eine alternative oder zusätzliche Umwälzeinrichtung 4 gezeigt, die mit einer elektrischen Umwälzpumpe 44 versehen ist. Von einem unmittelbar unterhalb der Trennwand 10 und oberhalb der Abscheideflächen 20', 21 ', 22', 23', 24' gelegenen Umwälzauslauf 40 des Behälters 1 führt eine obere Umwälzleitung 43 zur Umwälzpumpe 44. Eine untere Umwälzleitung 41 führt von der Umwälzpumpe 44 zu einem unteren Umwälzeinlauf 40. In der unteren Umwälzleitung 41 ist ein Ventil 41' vorgesehen, mittels dem der durch die Umwälzeinrichtung 4 fließende Suspensions-Volumenstrom einstellbar oder absperrbar ist. Die Umwälzpumpe 44 pumpt die Suspension aus dem Behälter 1 durch den oberen Umwälzauslauf 42 und die Umwälzleitungen 43, 41 zurück zum unterhalb der Abscheideanordnung 2 in den Behälter 1 mündenden Umwälzeinlauf 40, wodurch auch hier eine vertikal aufwärts gerichtete Suspensionsströmung U' bewirkt wird.
In einer alternativen (nicht dargestellten) Ausführungsform können die Abscheideelemente, anstatt an der Trennwand 10 angebracht zu sein, auch an einem Register aus Sammelrohren angebracht sein, wobei dann keine Trennwand im Behälter vorgesehen ist und der gesamte Behälterinhalt zum Suspensionsraum wird. Der Umwälzauslauf 32 oder 42 ist dabei an der höchsten Stelle des Behälters 1 vorgesehen.
In 2 ist eine alternative Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt, bei welcher die Umwälzeinrichtung 5 in den Behälter 1 integriert ist. Der Aufbau des Behälters 1 und von dessen Peripherie entspricht dem Aufbau des in 1 dargestellten Behälters 1, so dass diesbezüglich auf die Ausführungen zur 1 Bezug genommen wird. Dementsprechend bezeichnen die in 2 aufgeführten gleichen Bezugszeichen auch gleiche Elemente wie in 1.
Die in 2 gezeigte Abscheideanordnung 2' besteht wie im Beispiel der 1 aus einzelnen Filterkerzen 20, 21, 23, 24, wobei die mittlere, zentrale Filterkerze gegenüber dem Beispiel der 1 weggelassen worden ist. Stattdessen ist an diesem zentralen Ort des Behälters 1' eine Wasserstrahlpumpe 54 angeordnet, die ähnlich aufgebaut ist wie die im Beispiel der 1. Die Wasserstrahlpumpe 54 weist ein zylindrisches Rohr 54' auf, welches an seinem oberen und unteren Ende offen ist und am oberen Ende trichterförmig erweitert ist. Das obere Ende des zylindrischen Rohrs 54' befindet sich unmittelbar unterhalb der Trennwand 10 und oberhalb der Abscheideflächen 20', 21', 22', 23', 24'. Das untere offene Ende des zylindrischen Rohrs 54' liegt unterhalb des unteren Endes der jeweiligen Abscheideflächen 20', 21', 22', 23', 24'. Ein Einspritzrohr 55 greift mit einer Einspritzdüse 55' versehen von oben zentral in das Rohr 54' der Wasserstrahlpumpe 54 ein, wobei das Einspritzrohr 55 mit einer Zuführleitung 56 verbunden ist, die wie im Beispiel der 1 an die Zuführleitung 15 in Strömungsrichtung vor dem Ventil 15' angeschlossen ist. Das Einspritzrohr 55 sowie dessen Zuführleitung 56 sind abdichtend durch den Extraktionsfluidraum 11 hindurchgeführt. Ein Absperr- und Stellventil 56' ist in der Zuführleitung 56 angeordnet und dafür vorgesehen, die Pumpwirkung der Wasserstrahlpumpe 54 einzustellen und zu regulieren.
Wird durch die Einspritzleitung 55 Suspension in das zylindrische Rohr 54' der zentralen Wasserstrahlpumpe 54 eingespritzt, so entsteht im oberen Bereich des zylindrischen Rohrs 54' ein Sog, der Suspension aus dem Raum zwischen den Filterkerzen 20, 21, 23, 24 unterhalb der Trennwand 10 ansaugt und im Behälter 1 nach unten in den Raum unterhalb der Filterkerzen 20, 21, 23, 24 fördert. Auf diese Weise entsteht innerhalb des Suspensionsraums 12 des Behälters 1' eine Umwälzströmung, die die Suspensionsströmung U' entlang der Abscheideflächen 20', 21', 23', 24' generiert.
Bei einer nicht dargestellten Ausführungsform, bei der die Filterkerzen 20, 21, 22, 23, 24 nicht an der Trennwand 10 sondern an einem Sammelrohrregister angebracht sind und bei der der gesamte Innenraum des Behälters 1' den Suspensionsraum bildet, erfolgt die Absaugung der Suspension in den Einlass der Wasserstrahlpumpe 54 oberhalb des Sammelrohrregisters.
Vorteilhaft ist bei allen gezeigten Ausführungsformen, wenn die jeweilige Abscheidefläche 20', 21', 22', 23', 24' der Filterkerzen 20, 21, 22, 23, 24 unterhalb der Trennwand 10 und mit einem Abstand a zur Trennwand 10 endet, so dass die Absaugung der Suspension in die entsprechende Umwälzeinrichtung 3, 4, 5 oberhalb der Abscheideflächen 20', 21', 22', 23', 24' erfolgt.
Sowohl in den Ausführungsformen, die in 1 dargestellt sind, als auch in der Ausführungsform, die in 2 dargestellt ist, wird die Suspensionsströmung U' bevorzugt so eingestellt, dass die durch die Suspensionsströmung U' hervorgerufene und nach oben gerichtete Vertikalgeschwindigkeit der in der Suspensionsströmung U' enthaltenen Feststoffpartikel größer ist als deren nach unten gerichtete Sedimentationsgeschwindigkeit der Fraktion der großen und größten Partikel. Dadurch wird eine Sedimentation der Feststoffpartikel verhindert und die Feststoffpartikel bewegen sich ausschließlich mit der Suspensionsströmung U' nach oben entlang der Abscheideflächen 20', 21', 22', 23', 24' und setzen sich aufgrund der quer zur Suspensionsströmung U' verlaufenden Extraktionsfluidströmung F' durch die Abscheidefläche 20', 21', 22', 23', 24' auf dieser ab.
Da die Suspensionsströmung U' aufgrund des Aufbaus des jeweiligen Behälters 1, 1' im Suspensionsraum 12 über die gesamte vertikale (und auch horizontale beziehungsweise umfangsmäßige) Erstreckung der Abscheideflächen 20', 21', 22', 23', 24' entlang strömt, werden die Abscheideflächen gleichmäßig mit der Suspension benetzt und die Feststoffpartikel, die in der Suspension enthalten sind, lagern sich nahezu gleichmäßig auf den Abscheideflächen 20', 21', 22', 23', 24' ab, so dass dort ein über die gesamte Abscheidefläche im Wesentlichen homogener und gleichmäßig dicker Feststoffkuchen K aufgebaut wird, wie in 3 gezeigt ist.
Ist der Aufbau des Feststoffkuchens K erfolgt, so muss die im Behälter vorhandene und diesem weiterhin zugeführte Suspension nicht nur die jeweilige Abscheidefläche 20', 21', 22', 23', 24' durchdringen, sondern auch den darauf jeweils gebildeten Feststoffkuchen K, um dann als Extraktionsfluidströmung F' in den Extraktionsfluidraum 11 zu strömen. Dadurch wird nicht nur die Abscheidewirkung verbessert, sondern es erfolgt außerdem eine Kompaktierung des Feststoffkuchens K, so dass dieser nach Abschluss der Feststoffabscheidung kaum noch Brauflüssigkeit enthält. Bei dieser Durchströmung der als Feststoffe im Feststoffkuchen abgeschiedenen pflanzlichen Aromaträger erfolgt zudem eine sehr wirksame Extraktion von noch in den Feststoffen enthaltenen Aromastoffen. Dadurch verschmelzen die Extraktion der Aromastoffe aus den Feststoffen und die Abscheidung der Feststoffe aus der Suspension zu einem gemeinsamen Verfahrensschritt, wodurch das gesamte Extraktionsverfahren zeitlich verkürzt und räumlich kompaktiert wird.
3A zeigt ein Diagramm, in dem der Geschwindigkeitsverlauf der auf die entlang der Vertikalerstreckung L der Abscheidefläche 24' strömenden Suspensionspartikel, also der in der Suspension enthaltenen Feststoffpartikel, einwirkenden Bewegungsgeschwindigkeiten dargestellt ist. Dementsprechend gestaltet sich auch der Volumenstromverlauf entlang der Vertikalerstreckung L.
Die durchgezogene Linie gibt die ideale aufwärts gerichtete Strömungsgeschwindigkeit V_ID der Suspensionspartikel wieder, die bei nicht vorhandener Schwerkraft herrschen würde, wenn die Umwälzströmung B nicht vorgesehen wäre. Bei diesem Idealzustand ist die aufwärts gerichtete Strömungsgeschwindigkeit V_ID am oberen Ende der Abscheidefläche 24' null. Da aber die Schwerkraft auf die Suspensionspartikel einwirkt und diese nach unten zieht, sorgt die schwerkraftbedingte Sedimentationsgeschwindigkeit V_SED der Suspensionspartikel dafür, dass die Suspensionspartikel nicht bis zum oberen Ende der Abscheidefläche 24' dringen, weil die reale aufwärts gerichtete Strömungsgeschwindigkeit V_R der Suspensionspartikel (gestrichelte Linie) schon vor dem oberen Ende der Abscheidefläche 24' null wird; es gilt hier die Subtraktion der Geschwindigkeiten, nämlich: $V_{R} = V_{ID} - V_{SED} .$
Erfindungsgemäß wird die reale aufwärts gerichtete Strömungsgeschwindigkeit V_R von der Strömungsgeschwindigkeit V_B der aufwärts gerichteten Umwälzströmung B überlagert, die zumindest so groß ist, dass die abwärts gerichtete Sedimentationsgeschwindigkeit V_SED kompensiert wird; es gilt: V_B >= V_SED.
Durch diese Überlagerung (Addition) der mit der realen Strömungsgeschwindigkeit V_R (gestrichelte Linie) aufwärts und zur Abscheidefläche (20', 21', 22', 23', 24') hin fließenden Suspensionsströmung mit der aufwärts gerichteten Umwälzströmung B, deren Verlauf ohne den Einfluss der Sinkgeschwindigkeit V_G der Suspensionspartikel als strichpunktierte Linie gezeichnet ist, ergibt sich eine resultierende Strömungsgeschwindigkeit V_RES der Suspensionspartikel, die gleich oder größer ist als die ideale aufwärts gerichtete Strömungsgeschwindigkeit V_ID.
Ohne die erfindungsgemäße Suspensions-Umwälzung nähme also im Suspensionsraum 12 des Behälters 1 die vertikale Leerrohrgeschwindigkeit nach oben wegen der kontinuierlichen Abfuhr von Brauflüssigkeit durch die senkrechte Abscheidefläche kontinuierlich linear nach oben ab. Nach einer gewissen Höhe hätte sich dann die Aufwärtsströmung soweit reduziert, dass die größeren Partikel nicht weiter nach oben transportiert werden könnten. Hier begänne der sogenannte Klassiereffekt einzusetzen, so dass im abgeschiedenen Feststoffkuchen nach oben die Partikel immer kleiner werden würden, bis nach ganz oben nur noch kleinste Partikel transportiert werden würden. Insbesondere bei schnell sedimentierenden Aromaträgern, wie Hopfenpartikeln, ist dies problematisch, da sich hierdurch ein inhomogener und ungleichmäßig permeabler Feststoffkuchen entlang der Höhe aufbauen würde. Durch die nach oben abnehmende Permeablilität würde die Extraktion der Aromastoffe aus dem Feststoffkuchen nach oben auch immer ineffizienter werden. Durch die erfindungsgemäße Umwälzung der Suspension und die damit verbundene Suspensionsströmung entlang der Abscheideflächen wird dieser Effekt vermieden und ein gleichmäßiger Feststoffkuchen kann aufgebaut werden. Somit erfolgt beim erfindungsgemäßen Verfahren eine gleichmäßige Abscheidung der Feststoffpartikel auf der Abscheidefläche beziehungsweise auf dem sich dort ausbildenden Feststoffkuchen und eine gleichmäßige Extraktion der Aromastoffe aus dem Feststoffkuchen ist möglich.
In den Beispielen der 1 bis 3 sind Varianten gezeigt, bei denen die Suspensionsströmung U' entlang der Abscheideflächen 20', 21 ', 22', 23', 24' entgegen der Schwerkraft, also von unten nach oben, strömt. Diese Variante kann vorteilhaft sein, wenn die Dichtedifferenz zwischen der Brauflüssigkeit und den Feststoffpartikeln nicht allzu groß ist oder die Partikel in einer engen Parkelgrößenverteilung eine kleine mittlere Partikelgröße haben. Beides ist beispielsweise bei Hopfenfeststoffen im Gegensatz zu Filterhilfsmitteln wie Kieselgur, Perliten oder Zellulose nicht gegeben. Bei bestimmten Eigenschaften, die zu hohen Sedimentationsgeschwindigkeiten führen, müsste die Suspensionsströmung U'eine so hohe Strömungsgeschwindigkeit aufweisen, um ein schwerkraftbedingtes Absinken der Feststoffpartikel zu vermeiden, dass diese hohe Strömungsgeschwindigkeit der Suspension den Aufbau eines homogenen Feststoffkuchens auf den Abscheideflächen stören könnte. In diesem Fall kann es sinnvoll sein, die Suspensionsströmung U' nicht von unten nach oben, also entgegen der Schwerkraft, sondern von oben nach unten, also mit der Schwerkraft, zu führen.
Eine solche vertikal abwärts gerichtete Führung der Suspension entlang der Abscheideflächen ist in den 4 bis 6 dargestellt. Die 4 entspricht dabei im grundsätzlichen Aufbau dem Beispiel der 1, die 5 entspricht im grundsätzlichen Aufbau dem Beispiel der 2 und die 6 entspricht dabei der vergrößerten Ausschnittdarstellung der 3. Der Aufbau weicht lediglich in der Anordnung der Umwälzeinrichtung 3', 4', 5' von den Beispielen der 1 bis 3 ab, wobei die abweichenden Komponenten mit um den Wert 100 erhöhten Bezugszeichen versehen sind. Es werden daher nachstehend nur die gegenüber den Beispielen der 1 bis 3 abweichenden Umwälzeinrichtungen 3', 4', 5' sowie die entgegengesetzt verlaufenden Umwälzströmungen beschrieben.
Bei dem mit der Wasserstrahlpumpe 134 versehenen Umwälzkreislauf 3' ist die Wasserstrahlpumpe 134 gegenüber dem Beispiel der 1 um 180° verdreht eingebaut, so dass die zentrale Einspritzleitung 135 von unten in das Gehäuse der Wasserstrahlpumpe 134 einmündet und die umzuwälzende Suspension durch die Einspritzdüse 135' von unten nach oben, also entgegen der Schwerkraftrichtung, in die Wasserstrahlpumpe 134 eingespritzt wird. Die zentrale Einspritzleitung 135 ist mit einer Zulaufleitung 136 verbunden, die an die Suspensionszulaufleitung 15 angeschlossen und mittels eines Ventils 136' absperrbar ist. Mittels des Ventils 136' ist der in die Zulaufleitung 136 eintretende Suspensions-Volumenstrom zudem einstellbar. Der Auslauf der Wasserstrahlpumpe erfolgt durch die obere Umwälzleitung 133, die in einen unterhalb der inneren Trennwand 10 und oberhalb der Abscheideflächen 20', 21', 22', 23', 24' in einen Umwälzeinlauf 132 des Behälters 1" mündet.
Der für das Befüllen des Behälters 1" vorgesehene untere Suspensionszulauf 14 bildet im Umwälzbetrieb gleichzeitig einen Umwälzauslauf für die umzuwälzende Suspension. Dazu ist im Umwälzbetrieb das Ventil 15' in der Suspensionszulaufleitung geschlossen, so dass die umzuwälzende Suspension durch die Suspensionszulaufleitung in eine davon abzweigende untere Umwälzleitung 131 strömt, die in den die zentrale Einspritzleitung 135 umgebenden Ringraum der Wasserstrahlpumpe 134 mündet. Durch die Entnahme der Suspension für den Umwälzkreislauf an der tiefsten Stelle des Behälters 1" wird außerdem gewährleistet, dass sedimentierte Feststoffe wieder in den Umwälzkreislauf gelangen und sich nicht am Boden des Behälters 1" absetzen.
In entsprechender Weise ist auch die Störmungsrichtung der umzuwälzenden Suspension in der alternativ oder zusätzlich vorgesehenen Umwälzeinrichtung 4' gegenüber dem Beispiel der 1 entgegengesetzt gerichtet. Die umzuwälzende Suspension wird in dieser Umwälzeinrichtung 4' von der Umwälzpumpe 144 durch die mit dem Ventil 141' versehene untere Umwälzleitung 141 aus dem im unteren Bereich 13 des Behälters 1" gelegenen Suspensionszulauf 14 abgesaugt und durch die obere Umwälzleitung 143 in einen oberen Umwälzeinlauf 142 in den vorzugsweise zylindrischen Behälter 1" unterhalb der inneren Trennwand 10 und oberhalb der Abscheideflächen 20', 21 ', 22', 23', 24' wieder eingeleitet.
Sowohl bei Betrieb der Umwälzeinrichtung 3' als auch bei Betrieb der Umwälzeinrichtung 4' fließt die umgewälzte Suspensionsströmung U'' mit der Schwerkraftrichtung von oben nach unten entlang der jeweiligen gesamten Abscheidefläche 20', 21', 22', 23', 24' und sorgt dabei für einen gleichmäßigen Aufbau des Feststoffkuchens K auf der jeweiligen Abscheidefläche. Dementsprechend ist auch der Verlauf der die Suspensionsströmung U'' betreffenden Pfeile in 3 bei diesen Beispielen der 4 (und auch 5) umgekehrt und somit von oben nach unten gerichtet. Die Strömungsrichtung der Extraktionsfluidströmung F' bleibt davon unberührt.
Bei der in 5 gezeigten Abwandlung der Vorrichtung nach 2 ist das im Inneren des Behälters 1''' vorgesehene zentrale zylindrische Rohr 154' der internen Wasserstrahlpumpe 154 ebenfalls um 180° verdreht eingebaut, so dass auch hier der Einspritzrohr 155 mit seiner am in das zylindrische Rohr 154' eintretenden und die Einspritzdüse 155' bildenden Mündung von unten nach oben gerichtet ist. Die Strömung im Inneren des zylindrischen Rohrs 154' der Wasserstrahlpumpe 154 ist in diesem Beispiel von unten nach oben, also entgegen der Schwerkraft gerichtet, so dass die entlang der Abscheideflächen 20', 21', 22', 23', 24' strömende Suspensionsströmung U''' von oben nach unten gerichtet ist. Das untere, trichterförmig erweiterte Ende des zylindrischen Rohrs 154' liegt unterhalb der Abscheideflächen 20', 21', 22', 23', 24' im unteren, konischen Bereich 13 des Behälters 1''', sodass hier abgelagerte, sedimentierte Feststoffe mitgerissen und wieder dem Umwälzkreislauf zugeführt werden. Die obere Öffnung des zylindrischen Rohrs 154' der Wasserstrahlpumpe 154 liegt oberhalb des jeweiligen oberen Endes der Abscheideflächen 20', 21', 23', 24' unterhalb der inneren Trennwand 10', so dass gewährleistet ist, dass die Abscheideflächen 20', 21', 23', 24' über ihre gesamte Länge von der in Schwerkraftrichtung von oben nach unten verlaufenden Suspensionsströmung U''' bestrichen werden.
Die gegenüber der Varianten der 1 bis 3 entlang der Abscheideflächen in Schwerkraftrichtung vertikal abwärts gerichtete Suspensionsströmung U" ist in 6 dargestellt. Auch hier sorgt die Suspensionsströmung U'' - wie im Beispiel der 3 - für den Aufbau eines gleichmäßig dicken und homogenen Feststoffkuchens K' auf der jeweiligen gesamten Abscheidefläche, von denen in 6 nur die Abscheidefläche 24' gezeigt ist.
Als Systembasis für die Abscheideanordnungen können auch so genannte Horizontalfilter oder auch Kammerfilterpressen verwendet werden. Die Grundidee der Strömungsführung der Suspension entlang der gesamten Filterfläche wäre dann entsprechend an die Filterkonstruktion anzupassen, so dass die beschriebenen Effekte des homogenen Filterkuchenaufbaus erzielt werden.
Die Erfindung ist nicht auf die obigen Ausführungsbeispiele beschränkt, die lediglich der allgemeinen Erläuterung des Kerngedankens der Erfindung dienen. Im Rahmen des Schutzumfangs kann die erfindungsgemäße Vorrichtung vielmehr auch andere als die oben beschriebenen Ausgestaltungsformen annehmen. Die Vorrichtung kann hierbei insbesondere Merkmale aufweisen, die eine Kombination aus den jeweiligen Einzelmerkmalen der Ansprüche darstellen.
Bezugszeichen in den Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen dienen lediglich dem besseren Verständnis der Erfindung und sollen den Schutzumfang nicht einschränken.
Bezugszeichenliste
Es bezeichnen:

1: Behälter
1': Behälter
1": Behälter
1 ‚‘‘: Behälter
2: Abscheideanordnung
2': Abscheideanordnung
3: Umwälzeinrichtung
3': Umwälzeinrichtung
4: Umwälzeinrichtung
4': Umwälzeinrichtung
5: Umwälzeinrichtung
5': Umwälzeinrichtung
10: innere Trennwand
11: Extraktionsfluidraum
12: Suspensionsraum
13: unterer Bereich des Behälters 1
14: Suspensionszulauf
14': Ventil
14": Auslaufleitung
15: Suspensionszulaufleitung
15': Ventil
16: Extraktionsfluidablauf
17: Extraktionsfluidablaufleitung
20: Filterkerze
20': Abscheidefläche
21: Filterkerze
21': Abscheidefläche
22: Filterkerze
22': Abscheidefläche
23: Filterkerze
23': Abscheidefläche
24: Filterkerze
24': Abscheidefläche
30: Umwälzeinlauf
31: untere Umwälzleitung
32: Umwälzauslauf
33: obere Umwälzleitung
34: Wasserstrahlpumpe
35: zentrale Einspritzleitung
35': Einspritzdüse
36: Zulaufleitung
36': Ventil
40: Umwälzeinlauf
41: untere Umwälzleitung
41': Ventil
42: Umwälzauslauf
43: obere Umwälzleitung
44: Umwälzpumpe
45: Einspritzrohr
54: Wasserstrahlpumpe
54': zylindrisches Rohr
55: Einspritzrohr
55': Einspritzdüse
56: Zuführleitung
56': Absperr- und Stellventil
131: untere Umwälzleitung
132: Umwälzeinlauf
134: Wasserstrahlpumpe
135: zentrale Einspritzleitung
136: Zulaufleitung
136': Ventil
141: untere Umwälzleitung
141': Ventil
142: oberer Umwälzeinlauf
143: Umwälzleitung
154: Wasserstrahlpumpe
154': zylindrisches Rohr
155: Einspritzrohr
155': Einspritzdüse
F: Extraktionsfluidabfuhr
F': Extraktionsfluidströmung
K: Feststoffkuchen
K': Feststoffkuchen
U: Suspensionszufuhr
U': Suspensionsströmung
U'': Suspensionsströmung
U''': Suspensionsströmung

Claims

Vorrichtung zur Extraktion von Aromastoffen aus in einer Suspension enthaltenen pflanzlichen Aromaträgern in einem Feststoffkuchen, wobei die pflanzlichen Aromaträger in einer Brauflüssigkeit suspendiert sind, mit - einem Behälter (1; 1'; 1"; 1'''), der zumindest einen Zulauf für die Suspension und zumindest einen Extraktionsfluidablauf (16) für die extrahierte Brauflüssigkeit aufweist, und - einer in dem Behälter (1; 1'; 1"; 1'''') vorgesehenen Abscheideanordnung (2; 2'), die zumindest eine flüssigkeitsdurchlässige Abscheidefläche (20', 21', 22', 23', 24') aufweist, die den Innenraum des Behälters (1; 1'; 1"; 1''') in einen Suspensionsraum (12) und einen Extraktionsfluidraum (11) unterteilt; - wobei eine Umwälzeinrichtung (3, 4; 3', 4'; 5; 5') für die Suspension vorgesehen ist, die über Umwälzleitungen mit dem Suspensionsraum (12) in Verbindung steht und die zusätzlich zu der die Abscheidefläche (20', 21', 22', 23', 24') durchdringenden Extraktionsfluidströmung (F') eine Suspensionsströmung (U'; U''; U''') entlang der Abscheidefläche (20', 21', 22', 23', 24') erzeugt, und - wobei die Abscheidefläche (20', 21', 22', 23', 24') senkrecht oder mit einer Vertikalkomponente geneigt im Behälter (1; 1'; 1"; 1''') angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, - dass die Umwälzeinrichtung (3, 4; 3', 4'; 5; 5') eine Wasserstrahlpumpe (34; 54; 134; 154) aufweist, die von in den Behälter (1; 1'; 1"; 1''') zugeführter Suspension angetrieben ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Umwälzeinrichtung (4; 4') eine Umwälzpumpe (44; 144) aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abscheideanordnung (2; 2') von Filterkerzen (20, 21, 22, 23, 24) gebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abscheideanordnung (2, 2') von einem Filterkorb gebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abscheideanordnung (2, 2') von Plattenfiltern gebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die entgegen der Schwerkraft gerichtete Vertikalkomponente der Strömungsgeschwindigkeit der Feststoffpartikel in der Suspensionsströmung (U'; U''; U'") entlang der Abscheidefläche (20', 21', 22', 23', 24') gleich der Sedimentationsgeschwindigkeit (V_SED) der Feststoffpartikel oder größer als die vertikale Sedimentationsgeschwindigkeit (V_SED) der Feststoffpartikel im Suspensionsraum (12) vor der Abscheidefläche (20', 21', 22', 23', 24') ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis des Volumenstroms der die Abscheidefläche (20', 21', 22', 23', 24') durchdringenden Extraktionsfluidströmung (F') zum Volumenstrom der entlang der Abscheidefläche (20', 21', 22', 23', 24') strömenden Suspensionsströmung (U'; U''; U''') variabel einstellbar ist.
Verfahren zur Extraktion von Aromastoffen aus in einer Suspension enthaltenen pflanzlichen Aromaträgern in einem Feststoffkuchen, wobei die pflanzlichen Aromaträger in einer Brauflüssigkeit suspendiert sind, mit den Schritten: a) Bereitstellen einer abzuscheidende Feststoffpartikel enthaltenden Suspension in einem Behälter (1; 1; 1"; 1 „'), der eine mit zumindest einer flüssigkeitsdurchlässigen Abscheidefläche (20', 21', 22', 23', 24') versehene Abscheideanordnung (2; 2') aufweist, wobei die zumindest eine Abscheidefläche (20', 21', 23', 24') vertikal oder mit einer Vertikalkomponente geneigt ausgerichtet ist und wobei die Suspensionsströmung entlang der Abscheidefläche (20', 21', 22', 23', 24') im Umwälzbetrieb geführt wird; b) Anschwemmen der Suspension an die Abscheidefläche (20', 21', 22', 23', 24') derart, dass auf der gesamten Abscheidefläche (20', 21', 22', 23', 24') ein gleichmäßiger, im Wesentlichen homogener und gleichmäßig durchlässiger Feststoffkuchen aufgebaut wird, wozu eine Suspensionsströmung (U'; U“; U''') erzeugt wird, die entlang der Abscheidefläche (20', 21', 22', 23', 24') mit einer aufwärts gerichteten Strömungsgeschwindigkeit (V_B) fließt, die gleich der Sedimentationsgeschwindigkeit (V_SED) der Feststoffpartikel ist oder die größer ist als diese und c) Hindurchleiten von Suspension durch den Feststoffkuchen zur Abtrennung der Feststoffpartikel aus der in der Suspension enthaltenen Brauflüssigkeit, wobei in einem gemeinsamen Verfahrensschritt mit der Abtrennung der Feststoffpartikel die Aromastoffe von der durch den Feststoffkuchen hindurchströmenden, ein Extraktionsfluid bildenden Brauflüssigkeit aus den im Feststoffkuchen zurückgehaltenen pflanzlichen Aromaträgern extrahiert werden dadurch gekennzeichnet, dass die Umwälzung der Suspensionsströmung mittels einer Umwälzeinrichtung (3, 4; 3', 4'; 5; 5') erfolgt, die eine Wasserstrahlpumpe (34; 54; 134; 154) aufweist, welche von in den Behälter (1; 1'; 1''; 1''') zugeführter Suspension angetrieben ist.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, - dass das Verhältnis des Volumenstroms der die Abscheidefläche (20', 21', 22', 23', 24') durchdringenden Extraktionsfluidströmung (F') zum Volumenstrom der entlang der Abscheidefläche (20', 21', 22', 23', 24') strömenden Suspensionsströmung (U'; U''; U''') derart einstellbar ist, - dass der Volumenstrom der entlang der Abscheidefläche (20', 21', 22', 23', 24') strömenden Suspensionsströmung (U'; U''; U''') zum Aufbau des Feststoffkuchens in Schritt b) größer ist als der Volumenstrom der die Abscheidefläche (20', 21', 22', 23', 24') durchdringenden Extraktionsfluidströmung (F') und - dass der Volumenstrom der entlang der Abscheidefläche (20', 21', 22', 23', 24') strömenden Suspensionsströmung (U'; U''; U''') nach dem erfolgten Aufbau des Feststoffkuchens bei der Abscheidung in Schritt c) kleiner ist als der Volumenstrom der die Abscheidefläche (20', 21', 22', 23', 24') durchdringenden Extraktionsfluidströmung (F').