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Vorrichtung zum Belüften vergärbarer Flüssigkeiten bei der Essigherstellung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Belüften vergärbarer Flüssigkeiten bei
der Essigherstellung, bei welcher Flüssigkeit unter Druck mindestens einer im Abstand
von der im Behälter befindlichen Flüssigkeit angeordneten Austrittsöffnung zugeführt
wird, aus welcher die Flüssigkeit als freier Strahl durch einen Luftraum in den
Behälter tritt.
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Derartige Vorrichtungen arbeiteten bisher einfach nach dem. Prinzip
der Badewannenbrause, d. h., aus dem Flüssigkeitsbehälter wurde Flüssigkeit in ein
darüber angeordnetes Becken mit durchlöchertem Boden gepumpt, aus welchem die Flüssigkeit
wieder in den Behälter herabregnete. Die Belüftungswirkung war verhältnismäßig gering,
da die einzelnen Flüssigkeitsstrahlen oder -tropfen nur wenig Luft mit sich rissen.
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Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, dieses Prinzip so umzugestalten,
daß eine sehr intensive Belüftung erzielt wird. Für diesen Zweck genügt es nicht,
wenn man einfach dafür sorgt, daß viel Luft in die Flüssigkeit eingebracht wird.
Es ist vielmehr erforderlich, daß diese Luft möglichst lange in der Flüssigkeit
bleibt und darüber hinaus.auch die Berührungsoberfläche zwischen Flüssigkeit und
Luft ein Maximum aufweist. Diese Bedingungen werden dann erfüllt, wenn es gelingt,
die Luft in möglichst feinen Blasen in die Flüssigkeit einzubringen. Die Vielzahl
der feinen Blasen hat ein Maximum an Oberfläche; außerdem sinkt die Aufsteiggeschwindigkeit
von Blasen in der Flüssigkeit mit der Blasengröße. Dadurch wird die Verweilzeit
der Blasen in der Flüssigkeit bei kleinen Blasen erhöht.
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Dieser Effekt der Einbringung der Luft in kleinen bis kleinsten Blasen
wird gemäß der Erfindung bei einer Vorrichtung der eingangs erwähnten Art dadurch
erreicht, daß, den aus der Austrittsöffnung kommenden Strahl aufnehmend, eine gegenüber
dieser erweiterte Eintrittsöffnung einer Leitung vorgesehen ist, welche mit der
Austrittsöffnung nach Art einer Wasserstrahlpumpe zusammenwirkt.
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Dabei können die Austrittsöffnungen oberhalb der freien Oberfläche
der im Behälter befindlichen Flüssigkeit angeordnet sein und ihre Strahlen senkrecht
nach unten in ebenfalls senkrecht verlaufende Rohre richten, welche in die Flüssigkeit
im Behälter eintauchen. Hierbei können mehrere Austrittsöffnungen zugleich in ein
Rohr speisen.
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Die Konstruktion ist zweckmäßig so getroffen, daß vor der Austrittsöffnung
eine zylindrische Kammer 1 für tangentialen Lufteintritt vorgesehen ist, deren Querschnitt
größer ist als derjenige des Austrittsstückes, wobei die Kammer mit der Außenluft
durch eine Leitung mit einer kalibrierten oder regelbaren Lufteintrittsöffnung in
Verbindung steht und nach unten zu an ein Rohr anschließt, dessen Querschnitt kleiner
ist als derjenige der Kammer, jedoch größer als der Querschnitt der speisenden Austrittsöffnung
bzw. Austrittsöffnungen.
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Eine andere, für besonders vorteilhaft erachtete Ausführungsform zeichnet
sich dadurch aus, daß die Austrittsöffnung als Ringspalt ausgebildet ist, welcher
einen sich zentrifugal nach außen bewegenden, blattförmigen Strahl radial ausstößt.
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Hierbei ist vorteilhaft der Ringspalt von einer Luft enthaltenden
Ringkammer umgeben, durch welche der blattförmige Strahl hindurchgeht, bevor er
zusammen mit der von ihm mitgerissenen Luft durch einen weiteren Ringspalt in den
Behälter eintritt.
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Der Luft und Flüssigkeit mischende Teil ist bei dieser Ausführungsform
vorteilhaft in die Flüssigkeit im Bottich untergetaucht.
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Hierbei ist die Ausführung vorteilhaft so getroffen, daß zwei Rohrstutzen
vorgesehen sind mit den beiden koaxial einander gegenüberliegenden öffnungen, deren
kreisförmige Ränder durch einen geringen Zwischenraum voneinander getrennt sind,
welcher den Ringspalt bildet.
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Vorteilhaft steht die Ringkammer mit der Außenluft durch zwei Kanäle
in Verbindung, welche zu
beiden Seiten des äußeren Ringspaltes abgehen
und sich in einer Leitung für den Zutritt von Luft vereinigen.
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Die konstruktive Ausbildung ist vorteilhaft so getroffen, daß zwei
Ringe in der Ringkammer zu beiden Seiten des Strahls angebracht sind und kreisförmige
zentrale Kanten haben, welche im Abstand den Austritt des inneren kreisförmigen
Spalts umgeben und mit zwei sich gegenüberliegenden konischen Oberflächen versehen
sind, welche aufeinander zu laufen und an die den zweiten kreisförmigen Spalt bildenden
Kanten der Ringkammer anschließen.
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Nachfolgend sind an Hand der Zeichnungen zwei vorteilhafte Ausführungsbeispiele
der Erfindung beschrieben.
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F i g. 1 zeigt schematisch einen Schnitt durch einen Gärbottich mit
einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung; F i g. 2 zeigt teilweise
im Schnitt in vergrößertem Maßstab eine der bei der Vorrichtung gemäß F i g. 1 verwendeten
Einrichtungen zur Mischung des Flüssigkeitsstrahls mit Luft; F i g. 3 zeigt den
Schnitt gemäß der Linie 1-I in Fig.2; Fi g. 4 zeigt teilweise im Schnitt eine Ausführung
der Einrichtung gemäß F i. g. 2 mit mehreren Flüssigkeitsaustrittsöffnungen; F i
g. 5 zeigt den Schnitt gemäß. der Linie. II-I1 in F i g. 4; F i g. 6 ist eine schematische
Schnittansicht durch eine zweite Vorrichtung, welche lediglich die Wirkungsweise
dieser zweiten Vorrichtung erkennen lassen soll; F i g. 7 ist eine schematische
perspektivische Darstellung, welche lediglich die räumliche Anordnung dieser zweiten
Ausführungsform verdeutlichen soll; F i g. 8 zeigt einen Schnitt durch die tatsächliche
Ausführungsform der Konstruktion gemäß F i g. 7. Diese Darstellung ist jedoch auch
in gewissem Maße schematisiert. So sind die gußtechnischen und fertigungstechnischen
Notwendigkeiten in dieser Darstellung nicht berücksichtigt; F i g. 9 zeigt schematisch
die. Anordnung der Vorrichtung gemäß F i g. 7 und 8 in einem Gärbottich. Die Vorrichtung
zur Erzeugung mehrerer Strahlen gemäß, F i g. 1 besteht aus. Kammern 1 mit gleichachsigen
Tauchrohren 2, in welche die Strahlen der den Behälter 3 füllenden gärfähigen Flüssigkeit
eintreten, Der Behälter sitzt auf einem auf dem Boden ruhenden Traggestell 4. Die
Flüssigkeit wird durch eine Kreiselpumpe. 5 über eine Rohrleitung 6 angesaugt und
durch eine weitere Rohrleitung 7 in ein ringförmiges Verteilungsrohr 8 gedrückt,
an das die in die Kammern 1 mündenden Düsen angeschlossen sind., Diese Kammern 1
sind ferner durch Rohre 10, vorzugsweise: durch Schläuche mit einem ringförmi gen
Luftverteilungsrohr 9 verbunden, dem ein Luftzähler 11 vorgeschaltet ist, welcher
zum Messen des als Emulsion in die Flüssigkeit des Behälters 3 eingebrachten Sauerstoffes
dient. Ein ringförmiger Wärmeaustauscher 12, der zentrisch im Behälter angeordnet
ist, erhält durch eine Rohrleitung 13 Wasser von der gewünschten Temperatur zum
Erwärmen oder Kühlen der gärfähigen Flüssigkeit. Dieses Wasser fließt durch eine
Rohrleitung 14 wieder ab. Eine an sich bekannte Vorrichtung 15 zum Einstellen der
Wassermenge, die von Hand oder in. selbsttätiger Weise von einem Thermostaten 16
gesteuert wird, dient zum Einstellen der Temperatur der gärfähigen Flüssigkeit auf
den gewünschten Wert. Ein Ablaßhahn 17 gestattet das Entleeren des Behälters, wobei
nach Bedarf in diesem Behälter eine genügende Menge zurückgelassen wird, um das
Besäen der zu vergärenden Flüssigkeit für den nächstfolgendene Arbeitsprozeß zu
gestatten.
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Bei dieser Vorrichtung sind lotrecht gerichtete Flüssigkeitsstrahlen
vorgesehen, die unter Druck in die Kammern 1 eintreten. Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der zu diesem Zweck dienenden Düsen ist in den F i g. 2 und 3 dargestellt.
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Jede Kammer 1 ist ein zylindrischer Hohlkörper mit kreisförmigem Boden
und tangentialem Luftein trittsstutzen 18, der durch den Schlauch 10 mit dem ringförmigen
Luftverteilungsrohr 9 verbunden ist. Der zylindrische Hohlkörper liegt zentrisch
zur Achse Z`-Z. Der obere Boden des Hohlkörpers 1 ist mit einem außen mit Gewinde
versehenen Stutzen 19 versehen, der mittels einer überwuxfmutter am Verteilungsrohr
8 sitzt, Der Stutzen 1:9! des oberen Kammerbodens ist kegelförmig ausgebohrt und
dient zur Aufnahme einer kegelförmigen Düse 20 mit einem kalibrierten Kanal 21 zur
Erzeugung eines Flüssigkeitsstrahles. Der urfitere Stutzen 22odes Hohlkörpers 1
ist zylindrisch ausgebohrt und dient zur Aufnahme des zentrisch zur Achse Z'-Z.
angeordneten Tauchrohres 2, dessen Bund 23 durch eine aufgeschraubte Gewindekappe
24 gegen das Ende des Stutzens 23 gedrückt wird.
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Diese Einrichtung wirkt so, daß der aus dem Kanal 21 austretende Flüssigkeitsstrahl
das Innere des Hohlkörpers 1 durchquert und hierbei unter Erweiterung seines Volumens
Luft mit sich reißt, die er dann feinverteilt durch das Rohr 2 der Flüssigkeit im
Behälter zuführt.
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Die Kammer 1 gemäß den F i g. 4 und 5 besteht aus einem zylindrischen
Hohlkörpex mit kreisförmigem Boden und tangential verlaufendem Lufteintrittsstutzen
18, Ein oberer, mit Außengewinde versehener Stutzen 19 gestattet die Verbindung
der Kammer mit dem Verteilungsrohr der Flüssigkeit. Die kegelförmige Düse 20, die
im kegelförmig ausgebohrten Stutzen 19 sitzt, ist mit mehreren kalibrierten Kanälen
21 zur Erzeugung mehrerer Strahlen versehen, die alle parallel zur Achse Z' -Z verlaufen
und in das an den unteren Boden der Kammer angeschlossene Tauchrohr 2 eintreten.
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F i g. 6 bis 9 zeigen eine weitere Ausführungsform der Erfindung.
Diese Vorrichtung ist vorteilhaft in der aus F i g, 9 ersichtlichen Weise unterhalb
des Flüssigkeitsspiegels im Gärbottich 3 angebracht. Sie wird mittels der Pumpe
5 über die. Leitung 25 mit Gärflüssigkeit gespeist und saugt über die Leitung 40
atmosphärische Luft an.
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Das Wirkungsprinzip dieser Vorrichtung wird an Hand von F i g. 6 erläutert,
Die funktione11 wesentlichen Teile dieser Vorrichtung bestehen aus, zwei axial einander
gegenüberliegenden Rohrstutzen 30 und 31, deren Enden 32 und 33 zwischen sich einen
Ringspalt 71 frei lassen. Die durch die Rohrstutzen zugeführte Flüssigkeit tritt
durch den Ringspalt 71 radial nach außen aus in den Ringspalt 72 zwischen zwei die
Rohrstutzen umgebenden Ringkammern 36 und 37, die über die Leitung 40 mit Luft versorgt
werden. Der radial nach außen austretende Flüssikeitsstrahl saugt hierbei nach Art
einer Wasserstrahlpumpe Luft aus den Ringkammern 36 und 37 an, die
er
auf diese Weise in die die Vorrichtung umgebende Flüssigkeit einbringt. Zur Erhöhung
der Wasserstrahlpumpenwirkung sind den Ringspalt 72 umgebende Kegelflächen 34 und
35 in den Ringkammern 36 und 3 7 vorgesehen.
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F i g. 7 läßt den räumlichen Aufbau der Vorrichtung erkennen, deren
Wirkungsweise an Hand von F i g. 6 erläutert wurde. Die gleichen Teile tragen hier
die gleichen Bezugszeichen. Die Flüssigkeit wird durch die beiden Rohrarme 26 und
27, welche die Rohrstutzen 30 und 31 verlängern, diesen zugeführt. Die Rohrarme
26 und 27 vereinigen sich in dem Flüssigkeitszuführrohr 25.
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Die Ringkammern 36 und 37 werden über die Rohrarme 38 und 39 mit Luft
gespeist, welche über die Leitung 40 angesaugt wird.
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F i g. 8 ist eine Schnittansicht ähnlich F i g. 6, welche jedoch den
ganzen Aufbau der Vorrichtung, die in F i g. 7 perspektivisch dargestellt ist, erkennen
läßt. Gleiche Teile tragen hier-die gleichen Bezugszeichen.
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Nachstehend wird der technische Fortschritt der erfindungsgemäßen
Vorrichtung gegenüber dem Stand der Technik dargestellt.
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Der Behälter wird mit Wein gefüllt, in den die Bakterien in gewünschter
Menge verteilt werden. Die Gärtemperatur schwankt dabei zwischen 32 und 35°C und
wird während des Betriebes durch den Wärmeaustauscher auf dieser Höhe gehalten.
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Die Umwandlung in Essigsäure erfolgt ohne weiteres in einer Zeitspanne
von 24 Stunden.
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Die Leistung der Gärung, also das Verhältnis zwischen der erzeugten
Menge an Essigsäure und der eingesetzten Alkoholmenge beträgt bis zu 9314, wogegen
bei bekannten Belüftungsvorrichtungen diese Leistung im allgemeinen nicht über 85%
hinausgeht. Obwohl mit bestimmten bekannten Vorrichtungen (Chemiker-Zeitung, 1952,
S. 815 bis 817) angeblich Leistungen von 95 % erzielt werden können, ist
demgegenüber die Vorrichtung gemäß der Erfindung sehr vorteilhaft, denn der Energieaufwand
zur Vergrößerung der Grenzfläche je 1001 Essig ist kleiner als der spezifische Energieaufwand
bei diesen Vorrichtungen.
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Nachfolgend werden die Ergebnisse von Vergleichsversuchen wiedergegeben.
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Vorrichtung K ist eine Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
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Vorrichtung N ist ähnlich derjenigen, welche in der Chemiker-Zeitung
beschrieben ist.
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Die Vorrichtung weist einen zylindrischen Bottich von 1,90 m Durchmesser
und 3,60 m Höhe (ungefähr 105 hl Fassungsvermögen) aus nichtrostendem Stahl mit
vertikaler Achse auf.
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Das eigentliche Gärsystem ist von einem Mischer (Konstruktion Thiberge)
gebildet, welcher von einem Elektromotor mit einer Nennleistung von 6 PS und einer
Umdrehungsgeschwindigkeit von 730 U/min angetrieben wird. Die Luft wird von einem
elektrischen Druckaggregat gefördert, welches 65 ms pro Stunde mit einem Druck von
400 g liefert und von einem Elektromotor mit einer Nennleistung von 3 PS und einer
Umdrehungsgeschwindigkeit von 600 U/min angetrieben wird.
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Die Versuche wurden fünfmal hintereinander mit jeweils den gleichen
Ausgangsstoffen (Wein) durchgeführt.
| Volumen |
| des Abgezogenes Erzeugte Umgesetzter Dauer |
| verwendeten Volumen Säure Alkohol 1-eistung des Umlaufes @mwand@ungs- |
| Weinmostes geschrvindigkeit |
| hl hl kg kg °/o Stunden |
| 90 45 254,64 273,16 93,22 25 0,113 |
| 90 55 346,00 368,40 93,92 37 0,104 Vor- |
| 90 50 223,60 245,01 91,26 27 0,092 richtung |
| 901 50 336,50 354,31 94,97 34 0,110 K |
| 90 20 319,20 344,05 92,78 39 0,091 |
| 75 25 37,30 54,60 68,31 43 0,011 |
| 70 20 74,98 101,82 73,64 12 0,074 Vor- |
| 85 20 259,91 297,01 87,51 48 0,064 richtung |
| 85 40 177,39 193,52 91,66 21 0,099 N |
| 85 60 216,88 239,95 90,76 40 0,064 |
Für den betrachteten Zeitraum ergibt sich somit folgende mittlere Leistung der beiden
Apparate: