DE102015116626B3

DE102015116626B3 - Vorrichtung und Verfahren zur Abscheidung von Feststoffpartikeln aus einer gelöste Gase enthaltenden Suspension

Info

Publication number: DE102015116626B3
Application number: DE102015116626.7A
Authority: DE
Inventors: Friedrich Banke; Markus Langer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-09-30
Filing date: 2015-09-30
Publication date: 2016-10-27
Anticipated expiration: 2035-10-01
Also published as: US20170088802A1

Abstract

Eine Vorrichtung zur Abscheidung von Feststoffpartikeln aus einer gelöste Gase enthaltenden Suspension, insbesondere einer Suspension aus einer gelöstes CO2 enthaltenden Brauflüssigkeit und pflanzlichen Aromaträger-Feststoffpartikeln, ist versehen mit – einer Filterfläche (13; 213), die einen die Suspension (U) aufnehmenden Unfiltratraum (16; 116; 216) von einem Filtratraum (17; 117; 217) abtrennt, – einem in den Unfiltratraum (16; 116; 216) mündenden Suspensionszulauf (11; 111), – einem in den Filtratraum (17; 117; 217) mündenden Filtratablauf (15), – einer im Unfiltratraum (16; 116; 216) vorgesehenen mechanischen Verdichtereinrichtung (3; 203), die ausgebildet ist, um die Suspension (U) unter Abscheidung der Brauflüssigkeit durch die Filterfläche (13; 213) hindurch innerhalb des Unfiltratraums (16; 116; 216) entlang der Filterfläche (13; 213) zu einem Kompressionsbereich (16''; 216'') des Unfiltratraums (16; 116; 216) hin zu fördern und die zurückbleibenden Feststoffe zu verdichten, und – einer in der Wandung des Unfiltratraums (16; 116; 216) in dessen Kompressionsbereich (16''; 216'') vorgesehenen Feststoffaustragsöffnung (19; 119; 219), die gegenüber der Atmosphäre gasdicht und druckdicht absperrbar ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Abscheidung von Feststoffpartikeln aus einer gelöste Gase enthaltenden Suspension gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Abscheidung von in einer Brauflüssigkeit enthaltenen pflanzlichen Aromaträger-Feststoffpartikeln. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Abscheidung von Feststoffpartikeln aus einer gelöste Gase enthaltenden Suspension unter Einsatz einer derartigen Vorrichtung.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Beim Brauen, zum Beispiel von Bier, wird häufig, um dem Bier besondere aromatische Noten zu verleihen, das fertige Bier mit pflanzlichen Aromaträgern, zum Beispiel Aromahopfen-Presslingen (so genannten Hopfenpellets), versetzt. Diese Hopfenpellets dispergieren im Bier und dabei werden die in diesen pflanzlichen Bestandteilen enthaltenen Aromastoffe an das Bier abgegeben. Am Ende dieses Aromatisierungsprozesses, des so genannten Hopfenstopfens, müssen die pflanzlichen Feststoffpartikel wieder von der Brauflüssigkeit, also zum Beispiel vom Bier, getrennt werden.
STAND DER TECHNIK
Herkömmlicherweise erfolgt diese Feststoffpartikel-Abscheidung durch Sedimentation, wobei sich die Feststoffpartikel am Boden eines Absetzbehälters sammeln und die Brauflüssigkeit am oberen Ende des Behälters abgeführt wird. 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. Bei Biersorten wie zum Beispiel ”Pale Ale” oder ”Indian Pale Ale” mit Dosierung von Pellets im Bereich von 200 g/hl bis 600 g/hl (Gramm Hopfen-Pellets pro Hektoliter Bier) sind Verluste von 15% bis 40% üblich.
Alternativ besteht die Möglichkeit, die Suspension aus Brauflüssigkeit und Hopfen-Feststoffpartikeln zu zentrifugieren, jedoch sind für den Austrag der abgeschiedenen Feststoffe, dem sogenannten Abschießen, nicht unerhebliche Mengen an Flüssigkeit erforderlich, so dass die Bierverluste im Vergleich zur Sedimentation nur etwa halbiert werden können und bei diesem Verfahren zudem ein großer Investitionsaufwand besteht.
Bei hohen Feststoffbeladungen werden zum Abtrennen von Feststoffen auch Dekanter eingesetzt, die einen deutlich geringeren Verlust an Flüssigkeit bewirken, jedoch auch mit sehr hohem Investitionsaufwand verbunden sind.
Aus der DE 10 2012 110 830 A1 ist eine gattungsgemäße Vorrichtung bekannt, bei der die Abscheidung von Feststoffpartikeln aus einer Suspension an einer Siebvorrichtung erfolgt.
Des Weiteren können auch so genannte kontinuierliche Filter, wie sie aus der Wassertechnik bekannt sind, für die Abscheidung von Feststoffen eingesetzt werden. Jedoch arbeiten diese Filter ebenfalls mit einem Austrag der Feststoffe durch Spülen, so dass auch bei einer solchen Vorgehensweise noch erhebliche Bierverluste auftreten werden.
Zur Vermeidung von Bier- und Würzeverlusten ist auch eine Vorrichtung zur Extraktion von Aromastoffen bekannt, bei der die Hopfenfeststoffe in Form eines kompakten Filterkuchens an einer Filterfläche angeschwemmt und dabei extrahiert werden. Bei diesem Verfahren ist nach der Extraktion der Aromastoffe durch einen Prozessschritt der Kuchenwaschung der Bier- bzw. Würzeverlust auf ein Minimum reduzierbar. Bei großen Hopfenmengen stellt der dort beschriebene Filterapparat jedoch auch einen großen Investitionsaufwand dar. Zudem besteht die Gefahr, dass sich bei großen Hefebeladungen des Bieres oder Jungbieres der Filterkuchen aus den Hopfenpartikeln zusetzt und kein wirtschaftlicher Betrieb der Anlage mehr möglich ist.
Für die Abtrennung von Feststoffen aus landwirtschaftlichen Abwässern, wie beispielsweise Gülle, sind sogenannte Pressschnecken-Separatoren, zum Beispiel aus der EP 0 367 037 B1 , bekannt, mit denen eine kontinuierliche Feststoffabscheidung möglich ist, wobei die Feststoffe als trockener Filterkuchen ausgetrieben werden. Für die Anwendung zur Abscheidung von Hopfenfeststoffen aus Bier sind diese Separatoren jedoch nicht geeignet, da CO₂-haltige Brauflüssigkeit, wie zum Beispiel Bier, darin aufschäumen würde.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Abscheidung von Feststoffpartikeln aus einer gelöste Gase enthaltenden Suspension, insbesondere einer Suspension aus einer gelöstes CO₂ enthaltenden Brauflüssigkeit und pflanzlichen Aromaträger-Feststoffpartikeln, anzugeben, deren Wirksamkeit hoch ist und die eine Minimierung des Brauflüssigkeitsverlustes ermöglichen.
Die die Vorrichtung betreffende Aufgabe wird gelöst durch die Vorrichtung zur Abscheidung von Feststoffpartikeln aus einer gelöste Gase enthaltenden Suspension, insbesondere einer Suspension aus einer gelöstes CO₂ enthaltenden Brauflüssigkeit und pflanzlichen Aromaträger-Feststoffpartikeln, mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist versehen mit einer Filterfläche, die einen die Suspension aufnehmenden Unfiltratraum von einem Filtratraum abtrennt, mit einem in den Unfiltratraum mündenden Suspensionszulauf, mit einem in den Filtratraum mündenden Filtratablauf, mit einer im Unfiltratraum vorgesehenen mechanischen Verdichtereinrichtung, die ausgebildet ist, um die Suspension unter Abscheidung der Brauflüssigkeit durch die Filterfläche hindurch innerhalb des Unfiltratraums entlang der Filterfläche zu einem Kompressionsbereich des Unfiltratraums hin zu fördern und die zurückbleibenden Feststoffe zu verdichten, und mit einer in der Wandung des Unfiltratraums in dessen Kompressionsbereich vorgesehenen Feststoffaustragsöffnung, die gegenüber der Atmosphäre gasdicht und druckdicht absperrbar ist.
VORTEILE
Diese Vorrichtung ermöglicht einen kontinuierlichen Abscheidebetrieb, bei dem durch die Kompression der Feststoffe zu einem Feststoffkuchen, der durch die Feststoffaustragsöffnung kontinuierlich abgeführt wird, eine hohe Rückgewinnung an Brauflüssigkeit erzielt wird. Die gas- und druckdichte Absperrbarkeit des Unfiltratraums gestattet es, den Unfiltratraum beim Anfahren des Abscheideprozesses, wenn sich noch kein Feststoffkuchen gebildet hat, unter Druckabschluss gegenüber der Umgebungsatmosphäre zu halten. Ist dann ein Feststoffkuchen aufgebaut worden, der durch die dann geöffnete Feststoffaustragsöffnung abgeführt wird, so übernimmt der Feststoffkuchen diese Abdichtfunktion und der Unfiltratraum bleibt gegenüber der Umgebung gasdicht abgeschottet. Da der Suspensionszulauf und der Filtratablauf als Bestandteile der Brauflüssigkeitsleitungen der Brauereianlage ebenfalls gegenüber der Umgebung gasdicht und druckdicht abgeschottet sind, tritt beim Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung aus der Brauflüssigkeit kein oder nahezu kein CO₂ aus, wodurch verhindert wird, dass die Brauflüssigkeit aufschäumt. Die gas- und druckdichte Absperrung der Feststoffaustragsöffnung und damit des Unfiltratraums beim Anfahren des Abscheideprozesses bewirkt also eine Gegendruckhaltung, die eine Entbindung von Kohlendioxid (CO₂) aus der Brauflüssigkeit, zum Beispiel aus dem Bier, im Anfahrbetrieb verhindert; nach dem Aufbau eines Filterkuchens sorgt dieser für die Abdichtung des Unfiltratraums und somit für die Gegendruckhaltung.
Versuche des Erfinders haben gezeigt, dass beim Auspressen von Hopfen-Feststoffsuspension im Feststoffkuchen circa 2 kg bis 3 kg Flüssigkeit pro kg Hopfenfeststoff gebunden sind. Somit ergeben sich bei üblichen Hopfen-Dosagemengen von 400 g/hl bis 600 g/hl bei stark gehopften Bieren Verluste im Bereich von 1% bis 2% gegenüber 20% bis über 30% Verluste bei der bislang üblichen Sedimentation und Abschlämmen aus dem Lagertank.
Versuche des Erfinders haben ergeben, dass bereits mit einem Filter mit einer Partikeldurchlässigkeit von bis zu 50 μm über 95% der Hopfenpartikel zurückgehalten werden können.
Weitere bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 12.
Vorzugsweise ist die mechanische Verdichtereinrichtung von einer Verdichterschnecke gebildet, die in einem die Filterfläche aufweisenden Siebrohr drehbar angeordnet ist. Diese Ausführungsform gestattet auf besonders wirksame Weise einen kontinuierlichen Abscheidebetrieb.
Dabei ist es von Vorteil, wenn die Verdichterschnecke einen Förderabschnitt und einen Verdichterabschnitt aufweist. Im Förderabschnitt erfolgt ein kontinuierlicher Transport der Suspension hin zum Verdichterabschnitt entlang der Filterfläche, so dass hier bereits eine Stofftrennung stattfindet, wobei die sich auf der Filterfläche absetzende eingedickte Suspension vom Förderabschnitt der Verdichterschnecke weiter zum Verdichterabschnitt hin transportiert wird. Ein Zusetzen des Filters in diesem dem Förderabschnitt der Verdichterschnecke zugeordneten Filterabschnitt wird dadurch vermieden. Besonders vorteilhaft ist dabei, wenn der Förderabschnitt kontinuierlich in den Verdichterabschnitt übergeht, wodurch eine kontinuierliche Eindickung der Suspension entlang der Filteroberfläche bis hin zur Bildung eines verdichteten Feststoffkuchens erfolgt.
Von besonderem Vorteil ist es dabei, wenn der wendelförmig verlaufende radial äußere Rand der Verdichterschnecke in unmittelbarer Nähe der Filterfläche liegt. Das sorgt für einen besonders wirksamen Weitertransport der eingedickten Suspension entlang der Filterfläche.
Vorzugsweise ist die Verdichterschnecke an ihrem wendelförmig verlaufenden radial äußeren Rand mit zumindest einer Schabereinrichtung versehen ist, die die Filterfläche berührt und sie reinigt, wenn die Verdichterschnecke sich dreht.
In einer alternativen Ausführungsform weist die Verdichtereinrichtung einen Kolben auf, der in einem die Filterfläche aufweisenden und den Unfiltratraum radial begrenzenden Zylinder zwischen einer Dekompressionsstellung und einer Kompressionsstellung axial verfahrbar ist, wobei Bypass-Mittel vorgesehen sind, die bei einer Bewegung des Zylinders in die Dekompressionsstellung ein Nachströmen von Suspension in den Kompressionsbereich des Unfiltratraums ermöglichen. Diese nach dem Prinzip eines Kolbenverdichters aufgebaute Verdichtereinrichtung ermöglicht einen oszillierenden dauerhaften Betrieb, der als quasi-kontinuierlich angesehen werden kann.
Dabei sind die Bypassmittel von Öffnungen im Kolben gebildet, die vorzugsweise mit Rückschlagventilen versehen sind, um beim Zurückziehen des Kolbens aus der Kompressionsstellung ein Nachströmen von Suspension in den Kompressionsraum zu ermöglichen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Feststoffaustragsöffnung mit einem Verschlusskörper versehen, der mittels einer Vorspannkraft in die Schließstellung vorgespannt ist, in der die Feststoffaustragsöffnung gasdicht und druckdicht vom Verschlusskörper verschlossen ist. Dieser Verschluss der Feststoffaustragsöffnung erfolgt zu einem Zeitpunkt, an dem sich noch kein kompaktierter Feststoffkuchen gebildet hat, also im Anfahrzustand der Vorrichtung. Hat sich bereits ein Feststoffkuchen gebildet, wirkt die von der Verdichtereinrichtung auf den Feststoffkuchen ausgeübte Vorschubkraft entgegen der Vorspannkraft des Verschlusskörpers. Der Feststoffkuchen verdrängt dabei den Verschlusskörper und wird von der Verdichtereinrichtung durch die sich auf diese Weise öffnende Feststoffaustragsöffnung ausgeschoben. Da der durch die Feststoffaustragsöffnung austretende kompaktierte Feststoffkuchen die Feststoffaustragsöffnung gasdicht abschließt, ist auch in diesem Zustand die Aufrechterhaltung des Überdrucks im Unfiltratraum und im Filtratraum gewährleistet.
Vorteilhaft ist es, wenn der Verschlusskörper mittels einer Feder in die Schließstellung gegen einen Dichtsitz der Feststoffaustragsöffnung vorgespannt ist. Dies gewährleistet eine automatische Wiederabdichtung der Feststoffaustragsöffnung, falls der Feststoffstrom unterbrochen werden sollte.
Eine weitere vorteilhafte Ausführung der Erfindung weist zur Vorspannung des Verschlusskörpers einen auf den Verschlusskörper wirkenden Pneumatikzylinder auf, wobei die Anpresskraft durch Änderung des Gasdruckes einfach und flexibel anpasst werden kann.
In einer anderen Ausführungsform ist die Feststoffaustragsöffnung mit einer Feststoffabführleitung verbunden, die in einen unter Druck stehenden Feststoffsammelbehälter mündet. Diese Variante benötigt keinen vorgespannten Verschlusskörper für die Feststoffaustragsöffnung. Der Gasdruck im unter Druck stehenden Feststoffsammelbehälter bewirkt den erforderlichen Gegendruck in der Feststoffaustragsöffnung, damit sich kein Gas aus der Brauflüssigkeit entbindet. Der Feststoffsammelbehälter ist mit einer verschließbaren Auslassöffnung versehen, durch die der sich ansammelnde Feststoff batchweise abgelassen werden kann, zum Beispiel wenn der kontinuierliche Abscheidebetrieb in der Abscheidevorrichtung beendet worden ist.
Bei dieser Variante ist es von Vorteil, wenn der Feststoffsammelbehälter einen Druckgasanschluss aufweist, durch den Druckgas in das Innere des Feststoffsammelbehälters einleitbar ist. Durch diesen Druckgasanschluss kann Druckgas in den Feststoffsammelbehälter eingeleitet und aus ihm abgelassen werden, so dass der Gegendruck bei ansteigendem Feststofffüllgrad im Feststoffsammelbehälter konstant gehalten werden kann.
Ein weiterer Vorteil dieser Variante ist die Möglichkeit einer weiteren Rückgewinnung der im Feststoff verbliebenen Brauflüssigkeit durch eine Waschung der im Feststoffsammelbehälter abgeschiedenen Feststoffe mittels Resuspendierung. Hierzu wird beispielsweise entgastes Wasser in den Feststoffsammelbehälter zugegeben, so dass wieder eine Suspension entsteht und diese wird wieder in die erfindungsgemäße Vorrichtung gegeben, so dass bei einer erneuten Abscheidung die verbliebene Brauflüssigkeit weitgehend zurückgewonnen werden kann.
Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der vor dem oder im Kompressionsbereich des Unfiltratraums zumindest eine Fluideintrittsöffnung für ein Waschfluid zur Feststoffkuchenwaschung vorgesehen ist. Durch diese Fluideintrittsöffnung kann der bereits verdichtete, aber noch nicht vollständig komprimierte Feststoffkuchen mit einer Waschflüssigkeit, beispielsweise Wasser, versetzt werden. Diese Waschflüssigkeit dringt bei der weiteren Verdichtung des Feststoffkuchens in die sich im Feststoffkuchen ausbildenden Kapillaren ein und verdrängt daraus die in den Kapillaren gespeicherte Brauflüssigkeit, die so ebenfalls rückgewonnen werden kann. Die in die Kapillaren eindringende Waschflüssigkeit verbleibt in den Kapillaren und lässt sich auch bei der weiteren Verdichtung des Feststoffkuchens nicht aus den Kapillaren austreiben, so dass die Brauflüssigkeit durch das Hinzugeben der Waschflüssigkeit nicht verdünnt wird.
Durch die Kuchenwaschung wird eine weitere Reduzierung der Extraktverluste aus der Brauflüssigkeit erzielt. Eine Verdünnung durch das Waschwasser kann durch stärkere Extraktkonzentration beim Einbrauen kompensiert werden, so dass auch zusammen mit dem Waschwasser am Ende des Prozesses wieder die gewünschte Extraktkonzentration (Stammwürze) vorliegt.
Der auf das Verfahren gerichtete Teil der Aufgabe wird gelöst durch das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 13.
Dieses erfindungsgemäße Verfahren zur Abscheidung von Feststoffpartikeln aus einer gelöste Gase enthaltenden Suspension, insbesondere einer Suspension aus einer gelöstes CO₂ enthaltenden Brauflüssigkeit und pflanzlichen Aromaträger-Feststoffpartikeln, mit einer Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche umfasst die Schritte:

a) kontinuierliches Zuführen der Suspension aus einer Feststoffpartikel enthaltenden Brauflüssigkeit in den Unfiltratraum;
b) Fördern der Suspension im Unfiltratraum entlang der Filterfläche unter Abscheidung der Brauflüssigkeit durch die Filterfläche und Komprimieren der Feststoffe zu einem verdichteten Feststoffkuchen;
c) kontinuierliches Austragen des Feststoffkuchens aus dem Unfiltratraum durch die Feststoffaustragsöffnung unter Aufrechterhaltung eines Überdrucks im Unfiltratraum gegenüber der Umgebungsatmosphäre.

Mit diesem Verfahren werden die bereits in Bezug auf die erfindungsgemäße Vorrichtung geschilderten Vorteile erzielt.
Vorzugsweise ist die Feststoffaustragsöffnung beim Anfahren der Vorrichtung bis zum erfolgten Aufbau eines verdichteten Feststoffkuchens

– entweder von einem Verschlusskörper verschlossen
– oder sie steht in Fluidverbindung mit einem externen Druckraum, in dem ein Druck herrscht, der dem Überdruck im Unfiltratraum entspricht.

Um auch die in den Kapillaren des Feststoffkuchens gebundene Brauflüssigkeit rückzugewinnen, wird dem Feststoffkuchen kurz vor dem Erreichen von dessen maximaler Verdichtung ein Waschfluid, zum Beispiel Wasser, zugegeben, das die Brauflüssigkeit aus den Kapillaren verdrängt und dort bei der weiteren Verdichtung des Feststoffkuchens verbleibt und nicht daraus austritt.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung mit zusätzlichen Ausgestaltungsdetails und weiteren Vorteilen sind nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben und erläutert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es zeigt:
1 eine schematische Schnittdarstellung einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
1A eine vergrößerte Darstellung des Ausschnitts A aus 1;
1B eine Darstellung des Ausschnitts B aus 1 bei geschlossener Feststoffaustragsöffnung;
2 eine schematische Schnittdarstellung einer Abwandlung der ersten Ausführungsform aus 1;
3 eine schematische Schnittdarstellung einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
4 eine schematische Schnittdarstellung einer dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
4A eine vergrößerte Darstellung des Ausschnitts A aus 4 und
5 ein schematisches Prozess-Schaubild eines Ausschnitts einer Brauanlage mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
DARSTELLUNG VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
In 1 ist in schematischer Schnittansicht eine Vorrichtung 1 zur Abscheidung von Feststoffpartikeln gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt.
Die Vorrichtung 1 weist ein Gehäuse 10 mit einem Einlaufteil 10', einem zylindrischen Mittelteil 10'' und einem Auslaufteil 10''' auf. Der Einlaufteil 10' ist mit einem Suspensionszulauf 11 versehen, durch welchen eine ein Unfiltrat bildende Suspension aus Brauflüssigkeit und Feststoffpartikeln, beispielsweise aus Jungbier und pflanzlichen Aromaträger-Feststoffen, wie zum Beispiel Hopfenpellets, einleitbar ist.
Im zylindrischen Mittelteil 10'' des Gehäuses 10 ist im Inneren ein zylindrischer Siebkörper 12 angeordnet, dessen zylindrische Umfangswand 12' mit Sieböffnungen 12'' versehen ist und so eine Filterfläche 13 bildet. Der Siebkörper 12 kann als Spaltsieb, als Lochsieb oder aus Gewebematerial gebildet sein, wobei die Spaltbreite beziehungsweise der Lochdurchmesser zwischen 5 μm und 100 μm, vorzugsweise zwischen 20 μm und 50 μm, beträgt.
Um die mit den Sieböffnungen 12'' versehene Umfangswand 12' des Siebkörpers 12 herum ist mit radialem Abstand dazu die Außenwand 14 des Mittelteils 10'' des Gehäuses 10 angeordnet. Dadurch wird zwischen der mit den Sieböffnungen 12'' versehenen Umfangswand 12' des Siebkörpers 12 und der Außenwand 14 des Mittelteils 10' ein Ringraum 14' gebildet.
Das Innere des zylindrischen Siebkörpers 12 bildet zusammen mit dem Einlaufteil 10' einen Unfiltratraum 16 und der den Siebkörper 12 umgebende Ringraum 14' zwischen der Siebfläche 13 und der zylindrischen Wandung 14 des Mittelteils 10'' des Gehäuses 10 bildet einen Filtratraum.
Der zylindrische Mittelteil 10'' des Gehäuses 10 ist an seinem vom Einlaufteil 10' abgewandten Ende mit einem Filtratablauf 15 versehen, der in den Ringraum 14' mündet und durch den Flüssigkeit, die durch die Filterfläche 13 hindurchgetreten ist, abgeführt werden kann.
Auf der vom Zulaufteil 10' abgewandten Seite des Gehäuses 10 ist der Auslaufteil 10''' vorgesehen, der mit dem Inneren des zylindrischen Siebkörpers 12, also mit dem Unfiltratraum 16, in Fluidverbindung steht und der im Anschluss an die zylindrische Siebwand 13 als geschlossene Wandung 18 ausgebildet ist, die sich konusartig verjüngt. Am freien Ende des Auslaufteils 10''' ist eine Feststoffaustragsöffnung 19 ausgebildet, die mit einer Dichtfläche 19' versehen ist.
Vor der Feststoffaustragsöffnung 19 ist eine Verschlusseinrichtung 2 vorgesehen, die einen Verschlusskörper 20 aufweist, der mit einer konusartigen Dichtfläche 20' gegen den Dichtsitz 19' der Feststoffaustragsöffnung 19 mittels eines Aktuators 22 verfahrbar oder auch vorspannbar ist. Der Verschlusskörper 20 ist dabei mittels einer Druckfeder 21 in Richtung auf den Dichtsitz 19' der Feststoffaustragsöffnung 19 vorgespannt, so dass die Feststoffaustragsöffnung 19 in der Ruhestellung der Verschlusseinrichtung 2 vom Verschlusskörper 20 gasdicht und druckdicht verschlossen ist (1B). Die Druckfeder 21 kann auch entfallen und die Vorspannung des Verschlusskörpers 20 nur durch den Aktuator 22 erfolgen. Die Vorspannung des Verschlusskörpers 20 könnte auch gewichtsbelastet durch eine (nicht dargestellte) mit zumindest einem Gewichtelement belastete Hebelanordnung erfolgen.
Im Inneren des zylindrischen Siebkörpers 12 ist koaxial mit der Zylinderachse X eine Verdichtereinrichtung 3 angeordnet. Die Verdichtereinrichtung 3 ist als Verdichterschnecke 30 ausgebildet und weist eine von einem Motor 31 antreibbare Schneckenwelle 32 auf, an deren Außenumfang entlang der axialen Erstreckung eine in den Figuren nur stilisiert dargestellte Schneckenwendel 34 als Förderorgan angebracht ist. Der radial äußere Rand 34' der Schneckenwendel 34 liegt in unmittelbarer Nähe der Filterfläche 13 und ist mit zumindest einer Schabereinrichtung 34'' versehen, die die Filterfläche 13 berührt, wie in 1A zu erkennen ist.
Die Schneckenwendel 34 bildet in ihrem zum Einlaufteil 10' weisenden oberen Bereich einen Förderabschnitt der Verdichterschnecke 30 aus, der sich über den größten Teil der Axialerstreckung der Filterfläche 13 (etwa 75% bis 85% der Axialerstreckung der Filterfläche 13) erstreckt und der dann in einen Verdichterabschnitt 30'' übergeht. Die Steigung der Schneckenwendel 34 ist im Verdichterabschnitt 30'' flacher als im Förderabschnitt 30', so dass der axiale Vorschub pro Umdrehung der Verdichterschnecke 30 im Förderabschnitt 30' größer ist als im Verdichterabschnitt 30''. Die Verdichterschnecke 30 erstreckt sich mit ihrem Verdichterabschnitt 30'' über das zum Auslaufteil 10''' weisende Ende der Filterfläche 13 hinaus in den konusartigen Verdichterraum 18' des Auslaufteils 10''' hinein. Dazu ist der Radius der Schneckenwendel 34 in diesem Bereich des Verdichterabschnitts 30'' geringfügig reduziert, um in den sich konisch verjüngenden Auslaufteil 10''' eingreifen zu können.
Im Ausgangszustand, also wenn noch keine Suspension in die Vorrichtung eingefüllt worden ist, ist die Verschlusseinrichtung 2 geschlossen, wie in 1B dargestellt ist. Dazu drückt die Feder 21 den Verschlusskörper 20 mit seinem Ventilsitz 20' gegen den Ventilsitz 19' der Feststoffaustragsöffnung 19 des Auslaufteils 10''', wodurch die Feststoffaustragsöffnung 19 gasdicht und druckdicht verschlossen ist. Die von der als Druckfeder ausgebildeten Feder 21 aufgebrachte Schließkraft der Verschlusseinrichtung 2 wird dabei so groß gewählt, dass ein im Inneren der Vorrichtung herrschender vorgegebener Systemdruck kleiner ist als der von der Feder 21 der Verschlusseinrichtung 2 auf den Dichtsitz 19' der Feststoffaustragsöffnung 19 aufgebrachte Schließdruck.
In diesem Zustand mit verschlossener Feststoffaustragsöffnung 19 wird nun durch den Suspensionszulauf 11 kontinuierlich die zu separierende Suspension U aus einer gelöstes Kohlendioxid enthaltenden Brauflüssigkeit und pflanzlichen Aromaträger-Feststoffpartikeln, die auch als Unfiltrat bezeichnet wird, in den Unfiltratraum 16 unter Überdruck gegenüber der Umgebungsatmosphäre eingeleitet. Dieser Überdruck kann im Suspensionszulauf 11 mit einem Manometer 11' gemessen werden. Die Suspension strömt durch den Einlaufteil 10' in den zylindrischen Mittelteil 10'' zu der mit den Sieböffnungen 12'' versehenen Umfangswand 12' des Siebkörpers 12 hin. Dort tritt die in der Suspension enthaltene Brauflüssigkeit durch die Sieböffnungen 12'' hindurch in den Ringraum 14', während sich die Feststoffpartikel P auf der Filterfläche 13 an der radial inneren Seite der Umfangswand 12' des Siebkörpers 12 anlagern. Die hier als Filtrat F bezeichnete Brauflüssigkeit, die durch die Filterfläche 13 hindurch in den einen Filtratraum 17 bildenden Ringraum 14' geflossen ist, wird durch den Filtratablauf 15 aus der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zu einer nachfolgenden Prozessstufe abgeführt. Auch im Filtratablauf 15 herrscht gegenüber der Umgebungsatmosphäre ein Überdruck, der mittels eines Manometers 15' gemessen werden kann.
Die sich auf der Filterfläche 13 absetzenden Feststoffpartikeln P werden von der sich drehenden Verdichterschnecke 30 zum Auslaufteil 10''' des Gehäuses 10 gefördert. Dabei reinigen die Schabereinrichtungen 34'' die Filterfläche 13 und die Schneckenwendel 34 schiebt die Feststoffpartikel P mit dem Förderabschnitt 30' der Verdichterschnecke 30 entlang eines Förderbereichs 16' des Unfiltratraums 16 hin zu einem Kompressionsbereich 16'' des Unfiltratraums 16 in der Nähe des konisch geformten Auslaufteils 10''', dort wo die Verdichterschnecke 30 ihren Verdichterabschnitt 30'' aufweist.
Durch die geringere Steigung der Schneckenwendel 34 im Bereich des Verdichterabschnitts 30'' ist der axiale Vorschub der geförderten Feststoffpartikel P geringer als im Förderabschnitt 30', so dass die Feststoffpartikel P im Verdichterabschnitt 30'' zu einem Feststoffkuchen verpresst werden, wobei die noch enthaltene Brauflüssigkeit aus dem Feststoffkuchen herausgepresst wird und durch die Filterfläche 13 nach außen in den Filtratraum 17 fließt. Die zu einem Feststoffkuchen verdichteten Feststoffpartikel P werden durch den sich konisch verjüngenden Verlauf des Auslaufteils 10''' noch weiter verdichtet. Dieser verdichtete Feststoffkuchen wird von der Kraft der sich drehenden Verdichterschnecke 30 gegen den Verschlusskörper 20 der Verschlusseinrichtung 2 gedrückt und verdrängt den Verschlusskörper 20 gegen die Kraft der Druckfeder 21. Die Feststoffaustragsöffnung 19 wird dadurch geöffnet und der Feststoffkuchen kann nach außen aus der Vorrichtung heraustreten. Durch die starke Verdichtung des Feststoffkuchens im Auslaufteil 10''' ist der Feststoffkuchen zu einer festen gasdichten Masse verpresst, die dicht an der Innenwand des Auslaufteils 10''' anliegt, so dass kein Überdruck aus dem Inneren der Vorrichtung 1, insbesondere nicht aus dem Unfiltratraum 16, durch die geöffnete Feststoffaustragsöffnung 19 austreten kann. Die Aufrechterhaltung des Überdrucks in der Vorrichtung 1 ist damit auch bei geöffneter Verschlusseinrichtung 2 gewährleistet.
Eine Abwandlung der in 1 gezeigten Vorrichtung ist in 2 dargestellt. Dieselben Bezugszeichen wie in 1 bezeichnen daher dieselben Teile. Es werden anschließend nur die Abweichungen gegenüber der Ausführungsform aus 1 beschrieben.
Der zylindrische Mittelteil 10'' der Vorrichtung 1 ist unterhalb des den Filtratraum 17 bildenden Ringraums 14' mit einem gegen den Ringraum 14' abgeschotteten zweiten, unteren Ringraum 14'' versehen. Die mit den Sieböffnungen 12'' versehene Umfangswand 12' des Siebkörpers 12 erstreckt sich dabei in axialer Richtung über die Länge des ersten Ringraums 14' und des darunter gelegenen zweiten Ringraums 14''. Der Verdichterabschnitt 30'' der Verdichterschnecke 30 wird vom zweiten Ringraum 14'' umgeben. Der erste Ringraum 14' ist mit dem bereits in Verbindung mit 1 beschriebenen Filtratablauf 15 versehen, der jetzt jedoch oberhalb des zweiten Ringraums 14'' gelegen ist. Der zweite Ringraum 14'' weist an seinem dem Auslaufteil 10''' benachbarten Ende einen Ablauf 15'' auf.
Die Schneckenwelle 32 weist bei der Variante aus 2 ein den Wellenkern umgebendes Waschflüssigkeitsrohr 40 einer Feststoffkuchen-Wascheinrichtung 4 auf. Das Waschflüssigkeitsrohr 40 bildet um den Kern der Schneckenwelle 32 herum einen Waschflüssigkeitsringraum 41 aus und ist an seinem aus dem Einlaufteil 10' herausragenden Ende mit einem Waschflüssigkeitszulauf 42 versehen. Der im Inneren des Gehäuses 10 gelegene Teil des Waschflüssigkeitsrohrs 40 dreht sich mit der Verdichterschnecke 30 mit. Waschflüssigkeit W kann durch diesen Waschflüssigkeitszulauf 42 in den Waschflüssigkeitsringraum 41 eingeleitet werden. Das die Schneckenwelle 32 umgebende Waschflüssigkeitsrohr 40 erstreckt sich bis in jenen Bereich der Verdichterschnecke 30, der vom zweiten Ringraum 14'' umgeben ist, also bis zum Verdichterabschnitt 30''.
Dort ist das Waschflüssigkeitsrohr 40 mit radial angeordneten Austrittsöffnungen 44 versehen, durch welche Waschflüssigkeit in den Unfiltratraum 16 und damit in den sich dort ausbildenden Feststoffkuchen kurz vor dessen maximaler Verdichtung eintreten kann, wie durch die Pfeile 46 symbolisiert ist.
Das hier in den auch als Filterkuchen bezeichneten Feststoffkuchen eintretende Waschfluid verdrängt bei der Kompression des Feststoffkuchens die dort in den Kapillaren gespeicherte Brauflüssigkeit und gibt diese frei, so dass diese Brauflüssigkeit zusammen mit gegebenenfalls überdosiertem Waschfluid im Kompressionsbereich 16'' durch den hier gebildeten Teil des Siebkörpers 12 in den zweiten Ringraum 14'' fließen kann. Dieses Gemisch WF aus Waschflüssigkeit und Brauflüssigkeit wird durch den Ablauf 15 zu einer nachstehenden Prozessstufe abgeführt, wo gegebenenfalls die Brauflüssigkeit von der mit ihr vermischten Waschflüssigkeit nochmals getrennt werden kann.
3 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1', die ebenfalls mit einer Verdichterschnecke 30 als Verdichtereinrichtung 3 ausgestattet ist. Auch in 3 bezeichnen die gleichen Bezugszeichen wie in 1 gleiche Teile, die auch schon in Bezug auf 1 beschrieben worden sind, so dass nachstehend nur die Abweichungen gegenüber 1 beschrieben werden.
Während im Beispiel der 1 und 2 der Suspensionszulauf 11 oberhalb des im zylindrischen Mittelteil 10'' vorgesehenen Siebkörpers 12 gelegen ist und der Filtratablauf 15 und die Feststoffaustragsöffnung 19 unterhalb des Suspensionszulaufs 11 liegen, so dass die Suspension im Inneren der Vorrichtung 1 schwerkraftbedingt nach unten fließt, ist die Strömungsrichtung im Inneren der Vorrichtung 1' bei der Ausführungsform nach 3 entgegengesetzt gerichtet. Der Suspensionszulauf 111 und der Einlaufteil 110' des Gehäuses 110 liegen im gezeigten Beispiel unterhalb des zylindrischen Mittelteils 110'' des Gehäuses 110, in welchem der Siebkörper 112 wie im Beispiel der 1 angeordnet ist. Der Filtratablauf 115 ist in Höhe des oberen Endes des Siebkörpers 12 vorgesehen.
Die Feststoffaustragsöffnung 119 des Auslaufteils 110''' mündet im Beispiel der 3 abweichend vom Beispiel der 1 in das eine Ende einer Feststoffabführleitung 50 einer Feststoffsammeleinrichtung 5. Die Feststoffabführleitung 50 mündet mit ihrem anderen Ende in einen Feststoffsammelbehälter 52 in dessen oberem Bereich, in gezeigtem Beispiel in eine Feststoffzuführöffnung 53 im Deckel 52' des Feststoffsammelbehälters 52. Der Feststoffsammelbehälter 52 ist an seinem unteren Ende mit einer absperrbaren Ausschlagöffnung 54 für die gesammelten Feststoffpartikel versehen. Im oberen Bereich des Feststoffsammelbehälters 52 ist eine mittels eines Ventils 55 absperrbare Druckgaszuführung 56 vorgesehen, durch die ein Druckgas G, beispielsweise Kohlendioxid, in den Feststoffsammelbehälter 52 eingeleitet werden kann. Der Druck im Inneren des Feststoffsammelbehälters 52 kann mit einem Manometer 57 gemessen werden. In der Wandung 52'' des Feststoffsammelbehälters 52 ist ein Druckhalteventil 59 vorgesehen, durch das der bei zunehmender Füllung des Feststoffsammelbehälters 52 zunehmende Überdruck abgeblasen werden kann, so dass der Innendruck im Feststoffsammelbehälter 52 beim Befüllen mit Feststoffpartikeln nicht ungewünscht zunimmt.
Weiterhin ist im oberen Bereich des Feststoffsammelbehälters 52 eine Reinigungsvorrichtung 58 vorgesehen, der durch eine Reinigungsfluidleitung 58', die mittels eines Absperrventils 58'' absperrbar ist, ein Reinigungsfluid R zugeführt und in den Feststoffsammelbehälter 52 eingeleitet werden kann. Das Volumen des Feststoffsammelbehälters 52 ist so groß bemessen, dass der Feststoffsammelbehälter 52 alle Feststoffe aufnehmen kann, die während des kontinuierlichen Betriebs der Vorrichtung 101 zur Abscheidung von Feststoffpartikeln für einen vorgegebenen Zeitraum anfallen.
Bevor die erfindungsgemäße Vorrichtung 101 in Betrieb genommen wird, wird Druckgas G durch die Druckgaszuführung 56 in den Feststoffsammelbehälter 52 und damit auch in das Innere der Vorrichtung 101, insbesondere in deren Unfiltratraum 116 und deren Filtratraum 117 eingeleitet. Die Vorrichtung 101 wird auf diese Weise gegenüber der atmosphärischen Umgebung mit einem vorgegebenen Überdruck vorgespannt, wodurch verhindert wird, dass aus der anschließend durch den Suspensionszulauf 111 eingeleiteten Suspension in der Brauflüssigkeit gelöstes Kohlendioxid ausgast.
Nachdem der kontinuierliche Betrieb der Vorrichtung 101 beendet worden ist, wird das Ausschlagventil 54' der Feststoffausschlagöffnung 54 des Feststoffsammelbehälters 52 geöffnet und Reinigungsflüssigkeit R wird durch den Reinigungsflüssigkeitszulauf der Reinigungsvorrichtung 58 in den Feststoffsammelbehälter 52 eingeleitet. Dadurch wird der im Feststoffsammelbehälter 52 abgelagerte Feststoff ausgewaschen und der Feststoffsammelbehälter 52 wird entleert und gereinigt.
4 zeigt eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Auch hier bezeichnen die gleichen Bezugszeichen wie in 1 gleiche Teile. Lediglich die Abweichungen zu 1 werden nachstehend beschrieben.
Die in 4 dargestellte Vorrichtung 1'' weist ein Gehäuse 210 auf, das im Wesentlichen dem Gehäuse 10 der Ausführungsform gemäß 1 entspricht.
Anstelle der im Beispiel der 1 vorgesehenen Verdichterschnecke 30 ist jedoch im Inneren des zylindrischen Siebkörpers 212 eine entlang der Achse X des Siebkörpers 212 verfahrbare Kolbenanordnung 6 vorgesehen, die mit dem zylindrischen Siebkörper eine Kolben-Zylinder-Einheit als Verdichtereinrichtung 203 bildet.
Die Kolbenanordnung 6 weist einen Kolben 60 auf, der mit einer koaxial und axial translatorisch verschiebbar im Siebkörper 212 angeordneten Kolbenstange 62 verbunden ist. Die Kolbenstange 62 ist im Einlaufteil 210' des Gehäuses 210 axial verschiebbar gelagert und aus dem Einlaufteil 210' gasdicht und druckdicht herausgeführt. Ein (nicht gezeigter) Antrieb der Kolbenstange ist so ausgebildet, dass er die Kolbenstange 62 mit dem daran angebrachten Kolben 60 entsprechend dem in 4 dargestellten Doppelpfeil H vor und zurück bewegen kann. Der Kolbenhub entspricht dabei im Wesentlichen der Axialerstreckung der Filterfläche 213, also dem Bereich der Umfangswand 212' des Siebkörpers 212, der mit den Sieböffnungen 212'' versehen ist. Auch wenn der Querschnitt des Siebkörpers 212 im gezeigten Beispiel der 4 – wie im Beispiel der 1 – kreisförmig ist und damit auch der Kolben 60 Kreisform aufweist, sind von der Erfindung auch Ausführungsbeispiele umfasst, bei denen ein von einer Kreisform abweichender Querschnitt von Kolben 60 und Siebkörper 212 vorgesehen ist (zum Beispiel oval oder rechteckig).
Der Kolben ist an seinem Außenumfang vorzugsweise mit einer kolbenringartig ausgestalteten Schabereinrichtung 61 (4A) versehen, die in Berührung mit der Filterfläche 213 steht und die bei der Abwärtsbewegung des Kolbens 60, also vom Einlaufteil 210' des Gehäuses 210 weg gerichtet und auf den Auslaufteil 210''' zu, an der Filterfläche 213 anhaftende Feststoffpartikel abschabt und zum Kompressionsbereich 216'' des Unfiltratraums 216 hin mitnimmt.
Damit bei der Rückwärtsbewegung des Kolbens 60, also aus dem Kompressionsbereich 216'' zurück in den Förderbereich 216' (in 4 nach oben in Richtung auf den Einlaufteil 210' zu) Suspension U in den Raum vor dem Kolben (in 4 unterhalb des Kolbens) fließen kann, sind im Kolben 60 Bypassmittel 66, 66' vorgesehen, die jeweils eine den Kolben achsparallel durchdringende Öffnung 67, 67' aufweisen, die jeweils von einer auf der dem Kompressionsbereich 216'' zugewandten Stirnseite 60' des Kolbens 60 vorgesehenen und am Kolben 60 schwenkbar gelagerten Ventilklappe 68, 68' verschließbar ist, wenn der Kolben 60 in seine Kompressionsstellung (in 4 nach unten) verschoben wird.
Der Feststoffaustrag erfolgt wie im Beispiel der 1 durch eine mittels eines Verschlusskörpers 220 verschließbaren Feststoffaustragsöffnung 219. Die Erfindung ist aber nicht auf diese Variante beschränkt; genauso gut kann die in 4 gezeigte Variante mit einer Kolben-Zylinder-Einheit als Verdichtereinrichtung mit der in 3 dargestellten und diesbezüglich beschriebenen Feststoffaustragung in einen Feststoffsammelbehälter kombiniert werden. Auch kann die in 4 dargestellte Kolbenanordnung 6 im Bereich des Kolbens mit zum Kompressionsraum 216'' hin gerichteten Waschfluid-Ausströmdüsen versehen sein, um auch bei dieser Ausführungsform die in Verbindung mit 2 beschriebenen Vorteile der Filterwaschung kurz vor der vollständigen Kompression des Feststoffkuchens und damit die Rückgewinnung von in den Kapillaren des Feststoffkuchens gebundener Brauflüssigkeit zu erzielen.
5 zeigt in der Übersicht einen Ausschnitt aus einer Brauanlage 7 mit einem Lagertank 70, in welchem eine Suspension U aus einer Brauflüssigkeit und pflanzlichen Aromastoff-Feststoffpartikeln, beispielsweise eine Suspension aus Jungbier und aufgelösten Hopfen-Pellets, gespeichert ist. Sind ausreichend Aromastoffe von den pflanzlichen Aromaträgern in die Brauflüssigkeit übergegangen, so müssen die in der Brauflüssigkeit suspendierten Feststoffe wieder aus der Brauflüssigkeit abgeschieden werden. Dazu ist am Auslauf 71 des Lagertanks 70 ein Absperrventil 71' vorgesehen, welches im geöffneten Zustand eine Fluidverbindung zwischen dem Inneren des Lagertanks 70 und einer Förderleitung 72 herstellt. In der Förderleitung 72, die zum Suspensionszulauf 11 der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 führt, ist eine Förderpumpe 73 vorgesehen. Anstelle der in 1 gezeigten erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 können selbstverständlich auch die anderen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wie sie in den 2, 3 und 4 dargestellt sind, hier vorgesehen sein.
An die Förderleitung 72 ist mittels eines Absperrventils 74' eine Inertgasleitung 74 angeschlossen. Der Filtratablauf 15 der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 ist mit einer Auslaufleitung 75 verbunden, die zu einem nachgeordneten (nicht gezeigten) Lagertank für die filtrierte Brauflüssigkeit F führt und die mittels eines Absperrventils 75' absperrbar ist. Außerdem ist an die Auslaufleitung 75 ein mittels eines Absperrventils 76' absperrbarer Reinigungsauslauf 76 angeschlossen.
Bevor nun das Unfiltrat U der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zugeführt wird, werden die Ventile 71', 75' und 76' geschlossen. Auch die Feststoffaustragsöffnung 19 der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist, wie in Verbindung mit 1 beschrieben worden ist, mittels des Verschlusskörpers 20 gasdicht und druckdicht verschlossen. In das auf diese Weise gasdicht und druckdicht verschlossene System aus der Vorrichtung 1 mit den angeschlossenen Leitungen 72 und 75 wird nun zunächst durch Öffnen des Inertgas-Absperrventils 74' Inertgas I, beispielsweise Kohlendioxid, durch die Inertgasleitung 74 eingeleitet, wozu auf der entgegengesetzten Seite, beispielsweise im Reinigungsauslauf 76 das Absperrventil 76' geöffnet wird, damit die im System enthaltene Luft entweichen kann. Ist im Inneren des Systems die Luft durch das Inertgas ersetzt worden, wird das Ventil 76' geschlossen und es wird im System mittels des Inertgases ein Überdruck in einer vorgegebenen Höhe aufgebaut.
Analog zur Befüllung und Spülung der Vorrichtung 1 mittels Inertgas kann dies auch durch entgastes Wasser auf gleicher Weise erfolgen. Der Zulauf von entgastem Wasser wäre dann wie die Inertgasleitung 74 und das Inertgasventil 74' hinter dem Absperrventil 71' angeordnet.
Der Überdruck durch die Vorspannung mittels Inertgas I bewirkt, dass nach dem Öffnen des Absperrventils 71' am Auslauf 71 des ebenfalls unter dem gleichen Überdruck stehenden Lagerbehälters 70 die Suspension U in eine Umgebung, nämlich in die Förderleitung 72, austreten kann, die denselben Überdruck aufweist, so dass es nicht zum Freisetzen von Kohlendioxid aus der in der Suspension enthaltenen Brauflüssigkeit kommt und so ein Aufschäumen der Suspension verhindert wird. Die Suspension wird dann mittels der Förderpumpe 73 durch die Förderleitung 72 zum Suspensionszulauf 11 der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 gefördert und dort – wie bereits beschrieben worden ist – so behandelt, dass die Feststoffpartikel aus der Suspension abgeschieden werden und die im Wesentlichen partikelfreie Brauflüssigkeit rückgewonnen werden kann, die dann durch den Filtratablauf 15 und die Auslaufleitung 75 zum nachgeordneten Lagertank fließt.
Die Erfindung ist nicht auf das obige Ausführungsbeispiel beschränkt, das lediglich der allgemeinen Erläuterung des Kerngedankens der Erfindung dient. 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

1: Vorrichtung
1'': Vorrichtung
2: Verschlusseinrichtung
3: Verdichtereinrichtung
5: Feststoffsammeleinrichtung
6: Kolbenanordnung
7: Brauanlage
10: Gehäuse
10': Einlaufteil
10'': zylindrisches Mittelteil
10''': Auslaufteil
11: Suspensionszulauf
11': Manometer
12: Siebkörper
12': Umfangswand
12'': Sieböffnungen
13: Filterfläche
14: Außenwand
14': erster Ringraum
14'': zweiter Ringraum
15: Filtratablauf/Waschflüssigkeitsablauf
15': Manometer
15'': Ablauf
16: Unfiltratraum
16': Förderbereich
16'': Kompressionsbereich
17: Filtratraum
18: geschlossene Wandung
18': Verdichterraum
19: Feststoffaustragsöffnung
19': Dichtfläche/Dichtsitz
20: Verschlusskörper
20': konusartige Dichtfläche
21: Druckfeder
22: Aktuator
30: Verdichterschnecke
30': Förderabschnitt
30'': Verdichterabschnitt
31: Motor
32: Schneckenwelle
34: Schneckenwendel
34': radial äußerer Rand
34'': Schabereinrichtung
40: Waschflüssigkeitsrohr
41: Waschflüssigkeitsringraum
42: Waschflüssigkeitszulauf
44: Austrittsöffnung
46: Pfeil
50: Feststoffabführleitung
52: Feststoffsammelbehälter
52': Deckel des Feststoffsammelbehälters
53: Feststoffzuführöffnung
54: absperrbare Ausschlagöffnung/Feststoffausschlagöffnung
54': Ausschlagventil
55: Ventil
56: Druckgaszuführung
57: Manometer
58: Reiniungsvorrichtung/Reinigungsflüssigkeitszulauf
58': Reinigungsfluidleitung
58'': Absperrventil
60: Kolben
60': Stirnseite des Kolbens 60
61: Schabereinrichtung
62: Kolbenstange
66: Bypassmittel
66': Bypassmittel
67: Bohrung
67': Bohrung
68: Ventilklappe
68': Ventilklappe
70: Lagertank
71: Auslauf des Lagertanks 70
71': Absperrventil
72: Förderleitung
73: Förderpumpe
74: Intertgasleitung
74': Inertgas-Absperrventil
75: Auslaufleitung
75': Absperrventil
76: Reinigungsauslauf
76': Absperrventil
101: Vorrichtung
110: Gehäuse
110': Einlaufteil
110'': zylindrisches Mittelteil
110''': Auslaufteil
111: Suspensionszulauf
112: Siebkörper
115: Filtratablauf
116: Unfiltratraum
117: Filtratraum
119: Feststoffaustragsöffnung
203: Verdichtereinrichtung
210: Gehäuse
210': Einlaufteil
210''': Auslaufteil
212: Siebkörper
212': Umfangswand
212'': Sieböffnung
213: Filterfläche
216: Unfiltratraum
216': Förderbereich
216'': Kompressionsbereich
220: Verschlusskörper
219: Feststoffaustragsöffnung
F: Filtrat
F': Filtratraum
G: Druckgas
H: Doppelpfeil
I: Inertgas
P: Feststoffpartikel
R: Reinigungsfluid
U: Suspension
W: Waschflüssigkeit
WF: Gemisch aus Waschflüssigkeit und Brauflüssigkeit
X: Zylinderachse

Claims

Vorrichtung zur Abscheidung von Feststoffpartikeln aus einer gelöste Gase enthaltenden Suspension, insbesondere einer Suspension aus einer gelöstes CO₂ enthaltenden Brauflüssigkeit und pflanzlichen Aromaträger-Feststoffpartikeln, mit – einer Filterfläche (13; 213), die einen die Suspension (U) aufnehmenden Unfiltratraum (16; 116; 216) von einem Filtratraum (17; 117; 217) abtrennt, – einem in den Unfiltratraum (16; 116; 216) mündenden Suspensionszulauf (11; 111), – einem in den Filtratraum (17; 117; 217) mündenden Filtratablauf (15), gekennzeichnet durch – eine im Unfiltratraum (16; 116; 216) vorgesehene mechanische Verdichtereinrichtung (3; 203), die ausgebildet ist, um die Suspension (U) unter Abscheidung der Brauflüssigkeit durch die Filterfläche (13; 213) hindurch innerhalb des Unfiltratraums (16; 116; 216) entlang der Filterfläche (13; 213) zu einem Kompressionsbereich (16''; 216'') des Unfiltratraums (16; 116; 216) hin zu fördern und die zurückbleibenden Feststoffe zu verdichten, und – eine in der Wandung des Unfiltratraums (16; 116; 216) in dessen Kompressionsbereich (16''; 216'') vorgesehene Feststoffaustragsöffnung (19; 119; 219), die gegenüber der Atmosphäre gasdicht und druckdicht absperrbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Verdichtereinrichtung (3) von einer Verdichterschnecke (30) gebildet ist, die in einem die Filterfläche (13) aufweisenden Siebrohr (12; 112) drehbar angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdichterschnecke (30) einen Förderabschnitt (30') und einen Verdichterabschnitt (30'') aufweist, wobei der Förderabschnitt (30') vorzugsweise kontinuierlich in den Verdichterabschnitt (30'') übergeht.
Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der wendelförmig verlaufende radial äußere Rand (34') der Verdichterschnecke (30) in unmittelbarer Nähe der Filterfläche (13) liegt.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdichterschnecke (30) an ihrem wendelförmig verlaufenden radial äußeren Rand (34') mit zumindest einer Schabereinrichtung (34'') versehen ist, die die Filterfläche (13) berührt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdichtereinrichtung (203) einen Kolben (60) aufweist, der in einem die Filterfläche (213) aufweisenden und den Unfiltratraum (216) radial begrenzenden Zylinder (64) zwischen einer Dekompressionsstellung und einer Kompressionsstellung axial verfahrbar ist, wobei Bypass-Mittel vorgesehen sind, die bei einer Bewegung des Zylinders (64) in die Dekompressionsstellung ein Nachströmen von Suspension in den Kompressionsbereich (216'') des Unfiltratraums (216) ermöglichen.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Bypassmittel (66, 66') von, vorzugsweise mit Rückschlagventilen versehenen, Öffnungen (67, 67') im Kolben (60) gebildet sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Feststoffaustragsöffnung (19; 219) mit einem Verschlusskörper (20; 220) versehen ist, der mittels einer Vorspannkraft in die Schließstellung vorgespannt ist, in der die Feststoffaustragsöffnung (19; 219) gasdicht und druckdicht vom Verschlusskörper (20; 220) verschlossen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschlusskörper (20; 220) mittels einer Feder (21) in die Schließstellung gegen einen Dichtsitz (19') der Feststoffaustragsöffnung (19; 219) vorgespannt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Feststoffaustragsöffnung (119) mit einer Feststoffabführleitung (50) verbunden ist, die in einen unter Druck stehenden Feststoffsammelbehälter (52) mündet.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Feststoffsammelbehälter (52) eine Druckgaszuführung (56) aufweist, durch den Druckgas in das Innere des Feststoffsammelbehälters (52) einleitbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem oder im Kompressionsbereich (16'') des Unfiltratraums (16) zumindest eine Fluideintrittsöffnung (44) für ein Waschfluid zur Feststoffkuchenwaschung vorgesehen ist.
Verfahren zur Abscheidung von Feststoffpartikeln aus einer gelöste Gase enthaltenden Suspension, insbesondere einer Suspension aus einer gelöstes CO₂ enthaltenden Brauflüssigkeit und pflanzlichen Aromaträger-Feststoffpartikeln, mit einer Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche mit den Schritten, a) kontinuierliches Zuführen der Suspension aus einer Feststoffpartikel enthaltenden Brauflüssigkeit in den Unfiltratraum (16; 116; 216); b) Fördern der Suspension im Unfiltratraum (16; 116; 216) entlang der Filterfläche (13; 213) unter Abscheidung der Brauflüssigkeit durch die Filterfläche (13; 213) und Komprimieren der Feststoffe zu einem verdichteten Feststoffkuchen; c) kontinuierliches Austragen des Feststoffkuchens aus dem Unfiltratraum (16; 116; 216) durch die Feststoffaustragsöffnung (19; 119; 219) unter Aufrechterhaltung eines Überdrucks im Unfiltratraum (16; 116; 216) gegenüber der Umgebungsatmosphäre.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Feststoffaustragsöffnung (19; 119; 219) beim Anfahren der Vorrichtung bis zum erfolgten Aufbau eines verdichteten Feststoffkuchens – entweder von einem Verschlusskörper (20; 220) verschlossen ist – oder in Fluidverbindung mit einem externen Druckraum steht, in dem ein Druck herrscht, der dem Überdruck im Unfiltratraum (16; 116; 216) entspricht.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass dem Feststoffkuchen kurz vor dem Erreichen von dessen maximaler Verdichtung ein Waschfluid, zum Beispiel Wasser, zugegeben wird.