-
Vorrichtung zum Einbringen von Gas.n in gashältige Flüssigkeiten,
insbesondere Gärflüssigkeiten Die erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum
einbringen von Gasen in gashtltige Flüssigkeiten, insbesondere Gärflüssigkeiten,
bei welcher der Gaszuführunseinrichtung eine zum Entzug der in der ihr zuströmenden
Flüssigkeit enthaltenen Gase dienende Entgasungseinrichtung vorgeschaltet ist.
-
Bei bekannten ausführungen dieser Art ist das Gefäß, das die von
der neuerlichen belüftung zu entgasende Flüssigkeit enthält, von einem Mantel umgeben,
in welchen die über den oberen Rand des Gefäßez tretende Flüssigkeit, beispielsweise
Maische, gelangt, um dort durch ein Sieb verteilt zu werden und sodann auf ein Prallblech
zu fallen. Die Entgasung soll also bei diesen bekannten Ausführungen durch ein unter
des
Einfluß der Schwerkraft erfolgendes Aufprallen der gashältigen
Flüssigkeit stattfinden. Zum Absaugen der durch dieses Aufprallen freigewordenen
Gase ist ein Ventilator vorgesehen, der in der Entgasungseinrichtung ein geringes
Vakuum erzeugt.
-
Die durch dieses Vakuum ausgelösten, auf die gashältige Flüssigkeit
einwirkenden Kräfte sind aber wesentlich geringer als die Schwerkraft, so daß für
die Entgasung letzthin wohl nur das durch die Schwerkraft bewirkte Auf prallen in
Betracht keimt. Dies reicht aber für eine auch nur halbwegs wirksame Entgasung keineswegs
aus. Namentlich für das Entgasen von zähflüssigen hefemaischen ist der mit den bekannten
Ausfiihrungen erzielbare Entgasungseffekt unzulänglich. Die Folge davon ist, daß
die Flüssigkeit nachfolgend nicht im erforderlichen Maß mit den für die betreffende
Reaktion, beispielsweise für den Gärungsprozeß, erforderlichen Friachgasen versorgt
werden kann, da die in ihr verbleibenden, bei der Reaktion veränderten oder sonstwie
zum weiteren Unterhalt derselben untauglichen Gase, wie Kohlendioxyd oder Stickstoff,
einer genügenden Aufnahme von Frischgasen hinderlich sind. Die bekannten AusfUhrungen
sind deshalb auch nicht für die moderne industrielle Hefesrzeugung geeignet, bei
der man bestrebt ist, möglichst hohe Hefekonzentrationen in der Gärflüssigkeit zu
erreichen, was aber eine dementsprechende, auf die Voluueinheit der Gärflüssigkeit
und auf die Zeiteinheit bezogene Erhöhung der Menge der zuzuführenden Frischluft
voraussetzt.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs
genannten Art zu schaffen, deren Entgasungseinrichtung nicht auf die Wirkung von
bloß durch die Schwerkraft bestimmten Prall- oder sonstigen Trennkräften angewiesen
ist, sondern bei einfacher Ausgestaltung eins grundsätzlich beliebige Steigerung
der die Medien trennenden Kräfte ermöglicht, wodurch die Flüssigkeit so intensiv
entgast werden kann, daß' sie für die in sie einzubringenden Frischgase maximale
Aufnahmefähigkeit erlangt. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Entgasungseinrichtung
durch eine mit einem Gasaustrittsstutzen versehene Zentrifuge gebildet ist. Durcheine
solche Ausgestaltung lassen sich ohne weiteres als Trennkräfte ausnützbare Zentrifugal-und/oder
Coriolisräfte erzielen, die größenordnungsmäßig mindestens tausendmal so groß sind
wie die auf dieselbe Masse bezogene Schwerkraft. Die erfindungsgemäße Vorrichtung
ist daher insbesondere zum Einbringen von Gasen in gashältige Gärflüssigkeiten geeignet,
mögen letstere auch besonders zähflüssig sein, denn durch die überaus intensive
Trennwirkung und den dadurch bedingten, beliebig weitgehenden Gasentzug wird die
Flüssigkeit für das in sie einzubringende Frischgas besonders aufnahmefähig. Der
für die Absorption des einzubringenden Gases maßgebende Druck bzw. Partialdruck
wird ebön kaum beeinträchtigt, da sich mangels nennenswerten Vorhandenseins eines
andern Gases kein niedfriger Partialdruck
einstellen kann. Die Zentrifuge
kann hiebei in an sich bekannter Weise mit rotierenden Tellern, schaufeln od.dgl.
ausgestattet oder als bekannte vollmantelschleuder ausgebildet sein. bei all diesen
Ausführungen erfolgt die Phasentrennung mit Hilfe der Zentrifugal- und/oder coriolisbeschleunigung.
-
Wie weit mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung das Einbringen von
Gasen in gashältige Flüssigkeiten gesteigert werden kann, sei im folgenden unter
Aführung von Versuchsergebnissen dargelegt, die sich auf eine zur industriellen
Hefeerzeugung dienende Gärflüssigkeit beziehen: Die aus einen Gärbottich abgezogene,
also durch aen Gärungsvorgang hinsichtlich ihrer Beschaffenheit veränderte Gärflüssigkeit
wies ungefähr folgenden Gehalt an Sauerstoff, Stickstoff und Kohlendioxyd auf, wobei
sich die angegebenen Volumsprozente stets auf die Gesamtmengs der in der Flüssigkeit
enthaltenen Gase beziehen, in welcher Gesamtmenge auch die gelösten Gas anteile
inbegriffen sind: 1 Vol.-% O2 , 60 Vol.-% N2, 39 Vol.-% CO2 Diese Gärflüssigkeit
wurde zunächst nicht rnit der erfindungsgemäßen Vorrichtung auch entgast, sondern
lediglich begast, u.zw. mit Luft (21 Vol.-% Sauerstoff, 79 Vol.-% Stickstoff). Die
belüftete Gärflüssigkeit enthielt sodann etwa
9 Vol.-% 02 s 69 Vol.-5
N2 22 vol.-% CO2 Nunmchr wurde auch die im Rahmen der erfindungsgemäßen Vorrichtung
vorgesehene Entgasungszentrifuge eingesetzt, worauf die Gärflüssigkeit nach ßelüftung
derselben ungefähr 19 Vol.-% O2, 68 Vol-% N2 und 13 Vol.-% CO2 enthielt. Der iilr
die Aufnahme des Sauerstoffes maßgebende Partialdruck war also infolge der vorhergehenden
intensiven Entgasung auf mehr als das Doppelt gestiegen, was eine gleichgroße Verbesserung
des Delüftungseffektes bedeutet.
-
Wie ersichtlich, ergab sich auch eine wesentliche Verringerung des
CO2-Gehaltes, wobei lediglich der N2-Gehalt annähernd derselbe wie bei nicht durchgeführter
vorheriger Entgasung war, was vor allem darauf zurückzuführen ist, daß eben mit
einem sehr stickstoffhältigen Medium, nlilich Luft, begast warde.
-
Vorteilhafterweise kann hiebei eine solche Zentrifuge vorgesehen
sein, deren antriebsenergie auch zur flüssigkeitsförderung ausreicht. Die Zentrifuge
übt dann nicht nur eine Trennwirkung aus, sondern vollführt eine Doppelfunktion,
indem sie überdies wie eine Zentrifugalpumpe, also flüssigjkeitsfördernd wirkt.
Auch solche Zentrifugen sind an sich
bekannt. bei den betreffenden
Ausführungen weisen z.B. die umlaufenden Zentrifugentrommeln in ihrem Inneren feststehende
Greifer auf, in denen, auf gleiche Art wie in der Leitvorrichtung einer Zentrifugalpumpe,
die Umlafenergie der betreffenden Flüssigkeit in Druck umgewandelt wird. Solche
Zentrifugen bewähren sich insbesondere für die Entgasung von im Kreislauf zu belüftenden
Flüssigkeiten.
-
Die gaszuführungseinrichtung kann dabei in an sich bekannter Weise
als Wasserstrahlpumpe ausgebildet sein.
-
Weitere erfindungsgemäße Merkmale sind an Hand der Zeichnung beschrieben,
die ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Begasungsvorrichtung in schematischer
Darstellung wiedergibt.
-
Mit 1, 2 sind die beiden Teile einer Flüssigkeitsleitung bezeichnet,
in welche mittels einer gaszuführungzeinrichtung 3 Luft einbringbar ist. Die Gaszuführungseinrichtung
ist als Wasserstrahlpumpe ausgebildet, deren Luftanszug-n rohr mit 4 bezeichnet
ist. Sie kann aber auch durch eins sonstige Einrichtung zum Dispergieren von Gasen
in Flüssigkeiten gebildet sein, beispielsweise durch ein ruhendes, rohrförmiges
Luftverteilungssystem oder durch rotierende Flügel mit Luftaustrittsöffnungen. Die
Verwendung einer Wasserstrahlpumpe als Gaszuführungseinrichtun erweist sich Jedoch
in vorliegendem Zusammenhang als besonders vorteil
haft, w.il rie
infolge der vorhergehenden intensiven Entgasung der ihr zustrümenden Flüssigkeit
in diese auch dann genügend Luft einzusaugen vermag, wenn die ihr über das Ansaugerohr
4 4 zugeführte Luft lediglich unter Atnosphärendruck steht. ks erübrigt sich dadurch
ein Kompressor für die einbringung der Luft in die Flüssigkeit, was eine wesentlicht
Vereinfachung bedeutet.
-
Die zum vorhergehenden Gas entzug dienende und demgemäß der Gaszuführungseinrichtung
3 in Strömungsrichtun vorgeschaltete Entgasungseinrichtung ist durch eine in die
Flüssigkeitsleitung 1, 2 eingebaute, mit einem Gasaustrittsstutzen 6 versehene Zentrifuge
5 gebildet, die überdies so beschaffen ist, daß ibre Antriebsenergie auch zur Flüssigkeitsförderung
ausreicht. Zum Antrisb der Zentrifuge 5 ist ein Motor 8 vorgeschen. Die Verbindung
zwischen Entgasusngszentrifuge 5 und Gaszuführungseinrichtung 3 ist durch einen
Stutzen 7 hergestellt, doc können beide Einrichtungen auch eine bauliche einheit
bilden.
-
Der zur Entgasungszentrifuge 5 führende Teil 1 der Flüssigkeitsleitung
1, 2 geht vorn Bodenbereich eines beispielsweise als Gärbottich dienenden Behälters
9 aus, in welchen der von der Gaszuführungseinrichtung 3 wegführende Teil 2 der
Flüssigkeitsleitung 1, 2 einmündet. Flüssigkeitsleitung 1, 2, Entgasungszentrifuge
5 und Luftzuführungseinrichtung 3 können auch innerhalb des Behälters 9 angeordnet
sein, den man vorzugsweise
geschlossen, also mit einer oberen Abschlußwand
versehen, ausbilden wird. Die an sich bekannten Verwendung eines geschlossenen behälters
bietet nämlich in vorliegendem Zusammenhang den Vorteil, daß man die in ihm befindliche
Flüssigkeit unter einem bruck halten kann, der den atmosphärendruck übersteigt.
Dadurch wird nach dem Henryschen Gesetz die Löslichkeit der mittels der Luftzuführungseinrichtung
von au an eingebrac ten Luft erhoht, was einen noch besseren Belüftungseffekt ergibt.
Auch geaß aern dargestellten Ausführungsbeispiel weist der behälter 9 eine obere
Begrenzungs-Rand 10 auf, die ihn abschließt und durch welche der von der außerhalb
des Behälters angeordneten Caszuführungseinrichtung 3 wegführende Leitungsteil 2
einmündet. äer Leitungsteil 1 zweigt dabei vorn Behälterboden nach auf3en hin zu
der ebenfalls auf3erhalb des Behälters angeordneten Entgazlsungszentrifuge 5 ab.
-
Vom oberen Teil des als Gärbottich dienenden Behälters 9 führt zur
Ent asungszentrifuge 5 eine Schaum- bzw.
-
Gasleitung 11, die mit der Entgasungszentrifuge über den zu dieser
führenden, voll bodenbereich des behälters 9 ausgehenden Leitungsteil 1 in Verbindung
steht. Dabei ist im Leitungsteil 1 von der Einmündeung der Schau@- bzw. Gasableitung
11 eine einstellbare, beispielsweise durch einen hahn, ein Ventil oder einen @chieber
gebildete Drosseleinrichtung 12
vorgesehen. Anstelle dieser Drosseleinrichtung
oder, wie dargestellt, auch zusätzlich zu dieser ist in den Leitungsteil 1 an der
Einmündungsstelle der Schaum- bzw. Gasauleitung 11 eine zum Einsaugen des Schau@es
bzw. der Abgase in den Leitungsteil 1 dienende Wasserstrahlpumpe 13 vorgesehen.
-
In das Gaseinsaugrohr 4 der Gaszuführungseinrichtung 3 mündet eine
mit einem abs@errorgan 14 versehene Zuleitung 15 für in die Flüssigkeit einzubringende
Zusatzstoffe ein, die von einem die betreffenden Stoffe enthaltenden Behälter 16
abzweigt.
-
Bei durch den Motor 8 angetriebener Entgasungszentrifuge 5 wird durch
die flüssigkeitsfördernde Wirkung derselben aus dem Gärbottich 9 über den Leitungsteil
1 Gärflüssigkeit angesaugt und letzterer die in ihr enthaltenen Gas. entsogen. Neben
Stickstoff ist dies insbesondere auch das während des Gärungsprozesses anfallende
Kohlendioxyl. Die ausgetriebenen Gase entweichen Lurch den Gasaustrittsstutzen 6,
während die durch die Zentrifugal- und corioliskräfte weitgehend entgaste Flüssigkeit
zufolge der Förderwirkung der Entgasungszentrifuge über den Verbindungsstutzen 7
in die als Wasserstrahlpurnpe ausgebildete Gaszuführungseinrichtung 3 eintritt,
wo sie über das Ansaugrohr 4 Luft ansaugt und in sich aufnimmt. Ueber den Leitungsteil
2 gelangt dann die belüftete Flüssigkeit in den unter Ueberdruck stehenden Innenraum
des geschlossenen Gärbottichs 9, in welchem währand
des dort stattfindenden
Gärungsprozesses Kohlendioxyd entsteht, des samt dem in der zugeführten Luft enthaltenen
Stickstoff von der durch den Leitungsteil 1 austretenden Flüssigkeit mitterissen
und sodann in der Entlüftungszentrifuge 5 ausgeschieden wird, worauf wieder die
Belüftung der entgasten Flüssigkeit erfolgt und der Kreislauf fortgesetzt wird.
-
Ueber das in das Luftansaubrohr 4 der Gaszuführungseinrichten 3 einmümdende
Zulaufrohr 15 werden hiebei zeitweise oder ständig erforderliche Zusatz stoffe in
den Kreislauf miteinbezogen, die beispielsweise bei zar Hefeerzeugung dienenden
aeroben Gwrungsvorgängen notwendig sind. Als sdche Zusatzstoffe kommen insbesondere
Nährlösungen, also wässerige, Zucker, Melasse und Nährstoffe enthaltende Lösungen,
aber auch hauptsächlich in Pulverform einzubringend. feste Substanzen in Betracht.
Der Zulauf dieser in den Kreislauf einzusaugenden Zusatzstoffe kann mittels des
Absperrorgans 14 von Hand aus, aber auch automatisch geregelt werden, Die Zuführung
der Zusatzstoffe über das Luftansaugrohr 4 der Gaszuführungseinrichtung 3 ergibt
eine besonders innige Vermen@ gung mit der belüfteten Flüssigkeit und ist insbesondere
dann a@ Platze, wenn der Gärbottich geschlossen ausgebildet ist.
-
Ueber die schaum- bzw. Gasableitung 11 werden auch der oberhalb des
Flüssigkeitsspiegel im ßehälter 9 auftretende
Schaum und die aort
befindlichen Abgase der Lntgasungszentrifuge 5 zugeführt. Somit findet auch eine
Entgasung der Schaummasse statt, wodurch lediglich die das chaumgerüst bildende
Flüssigkeit in den weiteren Kreislauf einbezogen wird, nicht aber auch das von dieser
in Blasenform umschlossene Gas, welches sich ebenfalls aus Kohlendioxyd und Stickstoff
zusammensetzt. Dabei wird der namentlich im Verlauf des modernen Luftq hefeverfahrens
in sehr erheblichen Mengen anfallende Schaum zerstört, wodurch sich die Verwendung
der üblichen, als Gäröle, Gärfette u.dgl. bekannten Schaumdämpfungsmittel erübrigt.
-
Dies ist nicht nur im hinblick auf die verhältnismäßig hohen anschaffungskosten
dieser Mittel vorteilhaft, sondern auch insofern, als die bei Verwendung von Schaumdwmpfungsmitteln
an den Grenzflächen zwischen flüssiger und gasförmiger Phase auftretenden unlöslichen
Oberflächenfilme entfallen, die zwar die Schaumbildung hemmen, jedoch einen zusätzlichen
Widerstand für den Stoffaustausch verursachen. schaumdämpfungsaittel erschweren
auch die beispielsweise bei der Hefeerzeugung durchzufuhrende nachherige Separation
und Filtration der Gärflüssigkeit und beeinträchtigen den Geschmack der Hefe ittels
der im L.ituagsteil 1 vor der Einmündung der Schaum-bzw. Gasableitung 11 angeordneten
Drosseleinrichtung 12 kann der Druck an der Einuündungsstelle so niedrig gehalten
werden, baß der Schaum bzw. di. Abgase in den Leitungsteil 1 zuverlässig eingesaugt
werden. Durch entsprechende Einstellung der
Drosseleinrichtung
12 kann die Ffenge aes aus dem Behälter 9 abzusaugenden Schaumes geregelt, also
beispielsweise auf die Menge des im Behälter jeweils anfallenden schaumes angestimst
werden.
-
Mittels der anstelle oder neben der Drosseleinrichtung 12 vorgesehenen
Wasserstrahlpumpe 13 wird benfalls eine entsprechende Saugwirkung für das einbringen
des Schaumes bzw. der Abgase in den zur Entgasungszentrifuge 5 führenden Leitungsteil
1 erzielt. Somit werden nicht nur der aus dem Behälter 9 abgesaugten Gärflüssigkeit,
sondern auch dem im Behälter gebildeten Schaum die Gase entzogen, wobei der Schaum
zerstört und die in ihm enthaltene Flüssigkeit in entgastem Zustand in den sonstigen
Flüssigkeitskreislauf einbezogen wird.