DE1064458B

DE1064458B - Verfahren und Vorrichtung zur Belueftung von hefehaltigen Maischen

Info

Publication number: DE1064458B
Application number: DEST9828A
Authority: DE
Inventors: Eugen Georg Stich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1955-05-02
Filing date: 1955-05-02
Publication date: 1959-09-03

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Belüftung von hefehaltigen Maischen Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Belüftung hefehaltiger Maischen. Es ist bekannt, daß für die Erzeugung von Hefe eine große Luftmenge benötigt wird und zur bestmöglichen Ausnutzung des Sauerstoffes der zur Belüftung verwendeten Luft eine möglichst feine Zerteilung der Luft erforderlich ist. Der zur Veratmung der Hefezellen erforderliche Sauerstoff muß aus den in der Maische enthaltenen Luftbläschen in die Maische hineindiffundieren. Diese Diffusionsmenge ist bestimmt durch die Diffusionsgeschiwindigkeit des Sauerstoffes aus der Luft in die Maische und durch die Oberfläche, aus der sie herausdiffundiert. Entsprechend der geringen Diffusionsgeschwindigkeit des Sauerstoffes aus der Luft in die Maische werden zur Deckung der Veratmung der Hefezellen große Oberflächen der in der Maische enthaltenen Luftmenge benötigt, was gleichbedeutend mit geringen Schichtdicken der Maische ist.
Gleichlaufend mit einer möglichst feinen Zerteilung der Luft ist selbstverständlich für eine gleichmäßige Verteilung der Luft in dem Maischebottich Sorge zu tragen.
Sowohl für eine Feinstbelüftung wie auch für eine gleichmäßige Verteilung der Luft in der Maische sind eine ganze Reihe von Vorschlägen bekannt, die jedoch alle nicht voll befriedigen.
Zu den Vorrichtungen, bei denen für eine gleichmäßige Verteilung der Luft in dem Bottich Sorge getragen wird, gehören solche, die mechanische Rührvorrichtungen benötigen. Solche Rührvorrichtungen unterliegen jedoch immer einem Verschleiß und sind in der Praxis unerwünscht, insbesondere dann, wenn sie sich direkt in der hefehaltigen Maische befinden.
Bewährt hat sich dagegen für diesen Zweck das sogenannte Kreislaufgär-erfahren, bei dem eine Kreislaufbewegung der Maische durch eine feststehende Bodenbelüftung erreicht wird, die infolgedessen keine angetriebenen beweglichen Teile in dem Kreislaufgärbottich zur Erzeugung des Kreislaufes erfordert. Bei diesen bekannten Verfahren wird das Volumen der Maische durch die feststehende Bodenbelüftung vergrößert und die Maische dadurch im aufsteigenden Maischeweg nach oben zweckmäßig durch eine Siebwand od. dgl. in einen Entlüftungsraum getrieben, aus dem die Luft abgeführt wird und von dem die Maische entlüftet durch einen besonderen Kanal od. dgl. wieder zu dem Bottichboden absinkt, wodurch der Bewegungskreislauf geschlossen wird.
Bei Anwendung dieses Verfahrens handelt es sich dann darum, eine möglichst feine Belüftung durch die feststehenden Bodenbelüfter zu erreichen. Auch hierfür sind verschiedene Vorschläge bekanntgeworden. Beispielsweise kann die zur Belüftung verwendete Luft durch frittenähnliche Belüfterelemente, d. h. Belüfter mit porösen Wandungen, oder durch Diaphragmenplatten in die hefehaltige Maische eingeblasen werden. Es tritt dann eine feine Zerteilung der Luft innerhalb der Frittenwandung und bei Austritt an der Frittenoberfläche in die Maische ein. Die Größe der austretenden Gasbläschen ist von dem Porendurchmesser der verwendeten Fritte abhängig. Eine beliebigeVerkleinerung des Porendurchmessers führt nun aber nicht zu einer entsprechenden Verkleinerung des Bläschendurchmessers. Beispielsweise ergeben Poren von 24 #t Durchmesser nur Bläschen von 0,93 mm Durchmesser gegenüber Bläschen mit 1 mm Durchmesser aus Poren mit 30 [, Durchmesser. Außerdem. kann mit dem Porendurchmesser der Fritte nicht beliebig weit heruntergegangen werden, weil der Gaswiderstand in der Fritte zu hoch wird und der Kraftaufwand für den Durchsatz des Gases durch die Fritte unwirtschaftlich hohe Werte annehmen würde.
Die Erfindung betrifft nun ein Verfahren, durch das eine außerordentlich feine Zerteilung der Gasbläschen auch an gröberen Fritten erzielt wird.
Gemäß der Erfindung wird zur Belüftung hefehaltiger, nach dem Kreislaufgärverfahren selbsttätig umströmender Maischen unter Verwendung -feststehender Bodenbelüfter in dem Verhefungsbottich die entlüftete Maische durch Spalte zwischen Reihen von= porösen Belüfterelementen durchgeführt, wobei sie-die Luftbläschen von den die Spalte begrenzenden porösen Wandungen der Belüfterelemente abreißt und sich in den Spalten mit der Luft vermischt.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens der Erfindung kann die Luft in den Belüfterelementen außerdem in Vibration versetzt werden. Durch beide Maßnahmen wird erreicht, daß die sich an der Oberfläche der Fritte bildenden Gasbläschen nicht wie bei ruhender Luft zu ihrer maximalen Größe anwachsen, mit der sie sich bei ruhender Luft ablösen würden, sondern schon vorzeitig kurz nach ihrer Bildung, wenn sie also noch sehr klein sind, bereits von der Frittenoberfläche abgelöst werden.
Die der Maische je Zeiteinheit zugeführte Luftmenge kann erfindungsgemäß durch Wahl des Verhältnisses der Geschwindigkeiten der aus den Poren des Belüfters austretenden Luft und der durch die Spalte tretenden Maische bestimmt werden. Vorzugsweise wird die Geschwindigkeit der in die Spalte der Belüfter eintretenden Maische so groß gemacht, daß sie ein Mehrfaches der Geschwindigkeit der aus den Poren austretenden Luft beträgt.
Es ist hierbei jedoch zu bemerken, daß bei diesem schnellen Vorbeiströmen der Maische an der Frittenoberfläche es sich nicht um die bekannte Maßnahme handelt, die Strömungsgeschwindigkeit der Maische größer zu halten als die Aufsteiggeschwindigkeit der Gasbläschen in der Maische. Durch diese bekannte Maßnahme wird zwar die Berührungszeit zwischen jeder Gasblase und der Maische vergrößert. Es kann durch sie aber keine Verkleinerung der Gasbläschen bzw. keine Vergrößerung der Luftoberfläche und somit Verminderung der Maischeschichtdicken erzielt werden. Die Vergrößerung der Oberfläche der Gasbläschen ist aber ein viel wirksameres '.Mittel, um den Austausch zwischen Gas und Flüssigkeit zu erhöhen, als das bekannte Mittel, die Verweilzeit großer Blasen in der Maische zu erhöhen.
Vorzugsweise wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren mit einer Schichtdicke der Maische gearbeitet, die etwa der Diffusionsgeschwindigkeit des Sauerstoffs in die Maische entspricht.
Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung besteht aus einem Kreislaufgärbottich, bei dem in Bodennähe eine Reihe von porösen Belüfterelementen derart angeordnet sind, daß zwischen ihnen Spalte zum Durchlaß der nach oben strömenden Maische gebildet werden. Vorzugsweise werden innerhalb der Belüfterelemente Vorrichtungen angeordnet, durch die die durch die Belüfter strömende Luft in Schwingungen versetzt wird. Diese Vorrichtungen können pfeifenähnlich ausgebildet sein, sie können aber auch beispielsweise einfach aus rotierenden oder vibrierenden Zylindern bestehen.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden an Hand der Figuren beschrieben werden, die schematisch eine beispielsweise Ausführungsform für die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung zeigen.
Fig. 1 zeigt perspektivisch schematisch einen Kreislaufgärbottich zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung, Fig.2 zeigt perspektivisch schematisch einen Teil der in Reihen nebeneinander angeordneten porösen Belüfterelemente.
In Fig.l ist schematisch perspektivisch ein Teil eines Kreislaufgärbottichs 1 gezeigt, in dem die Belüftung gemäß der Erfindung vorgenommen wird. Der Kreislaufgärbottich besteht aus einem Teil 2, in dem die belüftete Maische aufsteigt, aus einem Entlüftungsraum 3, aus dem die Luft der durch die beispielsweise siebförmig ausgeführte Wandung 4 tretenden Maische durch die Leitung 5 abgeführt bzw. abgesaugt wird, und dem Bottichteil 6 in dem die entlüftete Maische abfällt. Der Bottichteil 6 ist von dem Bottichteil 2 durch eine Zwischenwand 7 getrennt. Bei der gezeigten Ausführungsform erstreckt sich der Bottichteil 6 entlang einer ganzen Seitenwand des Kreislaufgärbottichs 1. Die Zwischenwand 7 endet kurz über dem Bottichboden. In an sich bekannter Weise kann die Nährlösung durch eine Zufuhrleitung 8 in den Bottich 6 eingeführt werden. Außerdem kann mittels einer Kühlanordnung 9 eine geeignete Temperierung der selbsttätig umlaufenden Maische vorgenommen werden. Schematisch ist noch die Höhe 10 eingezeichnet, die die unbelüftete Maischemenge in dem Bottich einnehmen würde. Durch Vermischung mit Luft steigt dann die Maische so hoch an, daß sie aus dem Bottichteil 2 in den Bottichteil 3 übertritt. In Bodennähe des Kreislaufgärbottichs 1 in dem Bottichteil 2 ist eine Reihe von porösen Belüfterelementen 11 angeordnet, und zwar derart, daß zwischen ihnen Spalte 12 für den Durchtritt der nach oben selbsttätig strömenden Maische gebildet werden. Wie die Fig. 2 zeigt, können diese rohrförmigen Belüfterelemente auch mit viereckigem Querschnitt ausgebildet sein. Bei der Ausführungsform der Fig. 1 verlaufen die Belüfterelemente parallel zum Bottichboden und senkrecht zu der Zwischenwand 7. Zur Luftzufuhr in die Belüfterelemente 11 ist eine gemeinsame, etwa am unteren Rand der Zwischenwand 7 angebrachte Leitung 13 vorgesehen.
Bei den in der Fig. 2 gezeigten Belüfterelementen 11 bestehen die den Spalten 12 zugekehrten Wände aus porösem Stoff und stellen die Frittenwandungen dar. In den Belüfterelementen sind Vorrichtungen 14 angeordnet, die pfeifenförmig ausgebildet sind und die durch die Belüfterelemente strömende Luft in Schwingungen versetzen.
Mit v," (Geschwindigkeit der Maische) ist die Strömungsrichtung der durch die Spalten tretenden Maische bezeichnet, mit v, (Porengeschwindigkeit) die aus den Poren der Belüfterelemente austretenden Luftbläschen und mit q, die Luftmenge, die durch die in die Belüfter 11 eingebrachten Pfeifen od. dgl. 14 in Schwingungen versetzt wird.
Durch die an der Frittenwandung mit der Geschwindigkeit v," vorbeiströmende Maische wird das Volumen der aus der Fritte austretenden Gasbläschen gegenüber dem Volumen der im stationären Zustand austretenden Bläschen proportional zur Porengeschwindigkeit vp, d. h. zur Ausströmgeschwindigkeit der Luft aus der Fritte und umgekehrt proportional zur Geschwindigkeit der an der Fritte vorbeiströmenden Flüssigkeit, die vorzugsweise ein Vielfaches der Ausströmgeschwindigkeit beträgt, verkleinert. Dieses Volumen ist aber proportional zur dritten Potenz des Bläschendurchmessers.
Als Beispiel seien folgende Zahlenwerte angegeben: Der Porendurchmesser der Belüfterelemente kann sowohl bei keramischen als auch bei metallischen Belüftern 30 #t betragen. Bei einer Luftgeschwindigkeit in den Poren von 2 bis 4 cm je Sekunde ergeben sich in einer derartigen Apparatur Luftbläschen mit einem Durchmesser von 1 mm. Daraus läßt sich für 1 cm3 hefehaltiger Maische mit einem Inhalt von 1 m3 Luft (Bläschen von 1 mm Durchmesser) die sogenannte Diffusionsoberfläche der Luftbläschen zu 6000 cm 2 bestimmen. Diese Diffusionsoberfläche entspricht einer Schichtdicke von etwa 166 R, welche der Schichtdicke des Luftinhaltes entspricht. Die Diffusionsgeschwindigkeit von Sauerstoff aus den Luftbläschen in die Maische beträgt bei halber Sättigung der Maische mit Luft unter Berücksichtigung des Partikaldruckes jedoch 8 #t je Sekunde. Wird nach dem Verfahren gemäß der Erfindung die Maische mit einer 20fach größeren Geschwindigkeit, als die Porengeschwindigkeit der Luft beträgt, an den Belüfterelementen entlanggeführt, so erhält man einen Durchmesser der Luftbläschen von 0,37 mm. Die Diffusionsoberfläche beträgt 15 000 cm2. Bei 50fach größerer Strömungsgeschwindigkeit der Maische wird der Bläschendurchmesser 0,27 mm, die Diffusionsoberfläche 22 000 cm2, bei 100fach größerer Strömungsgeschwindigkeit wird der Bläschendurchmesser 0,214 mm und die Diffusionsoberfläche etwa 28 000 cm2. Die Schichtdicke hierfür beträgt 36 1, und der Abstand der Luftbläschen im Luftmaischegemisch voneinander in Kugelhaufenanordnung etwa 0,22 mm. Da ein Luftbläschen beim Auf steigen eine Grenzgeschwindigkeit von 10 1. Maische mit sich führt, überschneiden sich die Grenzschichten mit ihrem Hefeinhalt, so daß eine ausreichende Sauerstoffversorgung der Hefezellen in der Maische ohne Alkoholanfall gewährleistet wird.
Durch das Verfahren gemäß der Erfindung läßt sich mit außerordentlich hohen Hefekonzentrationen bis zu 500 kg Hefe in 1 m3 hefehaltiger Maische arbeiten, wobei selbst bei unvollkommenen Versuchsapparaturen etwa 115% Hefe auf 1 kg Melasse mit 50% Rohrzuckergehalt erhalten werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zur Belüftung hefehaltiger, nach dem Kreislaufgärverfahren selbsttätig umströmender Maischen unter Verwendung feststehender Bodenbelüfter in dem Verhefungsbottich, dadurch gekennzeichnet, daß die entlüftete Maische durch Spalte zwischen Reihen von porösen Belüfterelementen durchgeführt wird, wobei sie die Luftbläschen von den die Spalte begrenzenden porösen Wandungen der Belüfterelemente abreißt und sich in den Spalten mit der Luft vermischt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Luft in den Belüfterelementen in Vibration versetzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die der Maische je Zeiteinheit zugeführte Luftmenge durch Wahl des Verhältnisses der Geschwindigkeiten der aus den Poren des Belüfters austretenden Luft und der durch die Spalte tretenden Maische bestimmt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit der in die Spalte der Belüfter eintretenden Maische ein mehrfaches der Geschwindigkeit der aus den Poren austretenden Luft beträgt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mit einer Schichtdicke der Maische gearbeitet wird, die etwa der Diffusionsgeschwindigkeit des Luftsauerstoffes in die Maische entspricht.
6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Kreislaufgärbottich in Bodennähe eine Reihe von porösen Belüfterelementen derart angeordnet sind, daß zwischen ihnen Spalte zum Durchlaß der nach oben strömenden Maische gebildet werden.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der Belüfterelemente Vorrichtungen angeordnet sind, durch die die durch die Belüfter strömende Luft in Schwingungen versetzt wird. B.
Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Bottichteil für die abfallende entlüftete Maische sich entlang einer ganzen Seitenwand des Kreislaufgärbottiches erstreckt und durch eine kurze über dem Bottichboden endende Zwischenwand von dem Bottichteil für die aufsteigende Maische getrennt ist und daß die rohrförmigen Belüfterelemente mit kreisförmigem oder auch viereckigem Querschnitt parallel zum Bottichboden und senkrecht zu der Zwischenwand angeordnet sind.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Luftzufuhr in die Belüfterelemente eine gemeinsame, etwa am unteren Rand der Zwischenwand angebrachte Leitung vorgesehen ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 247 488, 336 246, 594 671, 752 360, 246 709, 338 886, 594 361, 900 087.