DE1517502A1

DE1517502A1 - Strahlapparat zum Saettigen von Wasser mit gasfoermiger CO2

Info

Publication number: DE1517502A1
Application number: DE19661517502
Authority: DE
Inventors: Hartmut Meinert
Original assignee: Noll Maschinenfabrik W GmbH; W Noll maschinenfabrik GmbH
Current assignee: Seitz Enzinger Noll Maschinenbau AG
Priority date: 1966-12-31
Filing date: 1966-12-31
Publication date: 1969-05-22

Description

Strahlapparat zum Sättigen von Wasser mit gasförmiger C02 Um Wasser mit gasförmiger C02 möglichst 100 Xig sättigen zu können, ist es erforderlioh, die beiden Komponenten ineinander möglichst fein zu verteilen, damit für den Diffusionsvorgang eine möglichst große Oberfläche zur Verfügung steht.
Es ist bekannt, die gasförmige Komponente dadurch auf einen möglichst hohen Verteilungsgrad zu bringen, daß man sie durch zwei mit Austrittsöffnungen versehene Verteilerelemente, insbesondere keramische Kerzen oder Filterplatten, in die Flüssigkeit hineinpreßt und außerdem sind Rührwerke und ähnliche mechanische Einrichtungen bekannt. Es ist weiter bekannt, daß mit Hilfe eines Injektors oder Strahlapparates, dem die C02 gasseitig zugeführt und in den das Wasser unter Druck eingespritzt wird, eine gute Vermischung von Gas und Flüssigkeit erzielt wird. Es hat sich jedoch ergeben, daß die Bindung des Gases in der Flüssigkeit nach dem Passieren des Injektors nicht ausreichend ist und die C02 bald in Form von Blasen und Bläschen wieder aus dem Wasser heraustritt. Dies ist auch dann der Fall, wenn man durch gute vorherige Entlüftung des Wassers dafür sorgt, daß kaum noch Luftreste im Wasser vorhanden und damit eine annähernd 100 ziege Entlüftung erzielt wurde. Es ist bekannt, daß mit solchen Strahlapparaten zwar hohe spezifische Imprägnierleistungen und auch hohe Sättigungen erzielbar sind. Es hat sich jedoch gezeigt, daß besonders bei hohen Füllerleistungen, bei denen die Flaschen in sehr kurzer Zeit gefüllt und entlastet werden, ein anschließendes Schäumen und Schießen der Flaschen bei hohen Leistungen auftritt, Trotzdem also die Imprägnieranlage in der lage ist, eine entsprechend große C02-Menge der Flüssigkeit zuzuteilen, kann diese Leistung nicht verwertet werden, weil das Gas anschließend viel zu rasch wieder entbindet und eine hohe Abfüll-Leistung vereitelt.
Es ist auch bereits bekannt, als Abschluß an den Diffusor des Strahlapparates eine Zerstäuberdüse anzusetzen, um eine bessere Bindung des Gases zu erhalten. Die ZerstSuberdüse arbeitet hierbei jedoch in einem mit CO2 gefüllten Imprägnierkessel. Es hat sich gezeigt, daß auch hierdurch keine gute Bindung der CO2 erzielt werden kann, weil hinter dem Diffusor des Strahlapparates, nachdem also der Druck bereits wieder erhöht wurde, eine neue Absenkung des Druckes in der Zerstäuberdüse erfolgt. Hierbei erfolgt wieder eine Entgasung und das zuvor aufgenommene Gas wird wieder entbunden und muß dann wieder im Streukegel der Zerstäuberdüse in die einzelnen Wassertröpfchen hineindiffundieren. Die Wirkung des Strahlapparates ist dadurch praktisch aufgehoben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Strahlapparat zu schaffen, mit dem eine nahezu 100 ziege Sättigung von Wasser mit Kohlensäure möglich ist und ihn so zu gestalten, daß nicht nur die erforderliche Menge an Kohlensäure gelöst wird, sondern daß diese Lösung auch so innig ist, daß eine Entbindung erst nach langer Zeit und dann nur in Form von feinsten Bläschen eintritt. Die Aufgabe wird durch die erfindungsgemäße Dimensionierung der an sich bekannten Teile eines Strahlapparates, nämlich der Spritzdüse, der Fangdüse und eines zylindrischen Mischrohres, gelöst. Gemäß der Erfindung ist ein solcher Strahlapparat dadurch gekennzeichnet, daß sich die freien Querschnittsflächen des Spritzdüsenaustrittes fl, des Fangdtlseneintrittes f2 in der Ebene E des Spritzdtlsenaustrittes sowie des Mischrohres £M verhalten wie 1 : 0,5 bis 1,2 : 2,8 bis 3,4 und die Länge L des zylindrischen Mischrohres M dem 15- bis 24-fachen Durchmesser des Mischrohres dM entspricht.
Gemäß der Erfindung wird weiter vorgeschlagen, daß die Proportion rl : f2 : fM = 1 : 0,75 :3,O5 erzielt ist und fur die Länge des Misohrohres M die Formel L = dM . 19,4 gilt, wobei die wirksamen Drücke so gewählt sind, daß das zu imprägnierende Wasser mit einer Geschwindigkeit von etwa 30 m/sec aus der Spritzdüse 5 austritt.
Entsprechend dem Verhältnis f1 : 2 wird der Gaseintrittsquerschnitt klein und es handelt sich eigentlich nur um einen Ringspalt, durch den das Gas in die Fangdüse eintritt. Der Gasraum des Strahlapparates und der Gasanschluß selbst sind aber reichlich dimensioniert.
Es ist auch zu beachten, daß anschließend an die Fangdüse ein relativ sehr großes zylindrisches Mischrohr angeordnet ist, in welchem der Diffusionsvorgang und die Bindung stattfindet. Um zu der feinporigen, außerordentlich festen und fast 100 zeigen Sättigung zu gelangen, müssen die angegebenen Abmessungen verhältnismäßig eng eingehalten werden, wobei die Toleranzbreite angegeben ist. Geht man von einer Spritzgeschwindigkeit des Wassers von etwa 50 m/sec und dem angegebenen Spritzdüsenquerschnitt aus, so lassen sich alle anderen Abmessungen leicht errechnen. Hierbei verhält sich dann die in der Masse Zeiteinheit durchgesetzte Wasser- zur durchgesetzten Gasmenge'etwa wie 50 : 1. Der Streubereich dieses Verhältnisses beträgt etwa 46 : I bis 54 : 1. Soweit andere Flüssigkeiten als Wasser Verwendung finden, kann die Einspritzgeschwindigkit entsprechend den Eigenschaften niedriger gewählt werden, zum Beispiel etwa 20 mzsec bei Getränkeextrakten der üblichen Viskosität.
Gemäß der Erfindung wird weiter vorgeschlagen, daß anschließend an das zylindrische Mischrohr M ein an sich bekanntes Diffusorstück DS mit einem Öffrnrngswinkel von etwa 6 bis 10 Grad angeschlossen ist.
In dem Diffusor sollte möglichst mit wenig Verlusten der ursprünglichte Wasserdruck wieder erreicht werden. Es ist deshalb auf entspre. chend geringen öffnungswinkel von etwa 80 zu achten, damit keine zu großen Ablösungen und Verwirbelungen und damit keine nachträglichen Gasentbindungen oder Gaslockerungen eintreten.
Gemäß der Errindung wird weiter torgeschlagen, daß der Strahlapparat in der Wasserzuleitung zu dem gasförmige C02 enthaltenden Imprägnierkessel angeordnet und gasseitig mit dem C02-Vorratsraum des Imprägnierkessels verbunden ist. Der Strahlapparat kann mit dem üble, hohen Imprägnierkessel zusammenarbeiten und aus diesem Imprägnierkessel gasförmige C02 entnehmen. In diesem Imprägnierkessel, der schon zwecks Sammlung der imprägnierten Flüssigkeit erforderlich ist und daher eigentlich nur ein Sammelbehälter darstellt, können zusätzlich noch Einrichtungen zum Nachimprägnieren vorgesehen sein.
Gemäß der Erfindung wird vorgeschlagen, daß im Inneren des Imprägnierkessels für das eingeführte Wasser ein Strahlapparat vorgesehen und gasseitig mit dem Gasraum dieses Kessels verbunden ist.
Außerdem wird vorgeschlagen, daß am Austritt des im Inneren des Imprägnierkessels vertikal nach oben gerichteten Strahlapparates eine Schaumleitvorrichtung angeordnet ist. Die Schaumleitvorrichtung kann zweckmäßigerweise aus einer um den Strahlapparat herumgelegten Manschette bestehen, der die aus dem Diffusor des Strahlapparates austretende Schaummenge nach unten und über Leitbleche und dgl. an die Wände oder andere, im Inneren des Kessels angeordneten Einbauten leitet.
Das Verhältnis f1 : f2 wurde bisher wesentlich hhör,- nämlich wie 1 : 4 oder höher gewählt. Es wurde angenommen, daß der Spalt zwischen Spritzdüse und Fangdüse möglichst breit sein soll, damit möglichst viel Gas ungehindert in das Mischrohr eintreten kann. Diese Ueberlegung ist an sich richtig, weil hierbei auch eine große Menge Gas eintritt und eine hohe Sättigung erreicht werden kann. Gleichzeitig wird hierbei jedoch das Gas nur ganz gering gebunden und schon bei der kleinsten Störung wieder freigegeben, zumal durchweg auch die Länge des Mischrohres viel zu kurz war. Wiederum ist eine zu große Länge dieses Misahrohres dem Lösungs- und Bindungsvermögen von C02 nicht dienlidh, weil durch die Reibung dann wieder zu viel Energie verloren geht und eine Entbindung oder Lockerung der CO2 stattfindet. Stets muß nicht nur die richtige Menge von Gas zutreten bezw. angesaugt werden, sondern das angesaugte Gas muß auch so innig und fein mit dem Wasser verbunden werden, daß eine spätere spontane Entbindung und Lockerung nicht mehr erfolgen kann. Der in die Mischdüse eintretende Strahl muß völlig in sich geschlossen sein und darf zuvor nicht durch Strahlkörper etc. in Wirbelung gebracht werden. Neben der Länge des Mischrohres und der Querschnittsverhältnlsse ist auch das Verhältnis von Nischrohrdurchmesser zu Mischrohrlänge von großer Bedeutung.
Auf der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise und schematisch dargestellt.
Figur 1 zeigt einen Strahlapparat gemäß der Erfindung nicht völlig maßstabgerecht zur Klarlegung der Querschnittsabmessungen.
Figur 2 zeigt die Anordnung solcher Strahlapparate zur Imprägnierung von Flüssigkeit.
Der Strahlapparat 1 besteht aus der Spritzdüse S, aus der Gaskammer 2 mit Gasanschluß 3 und Wasserzufluß 4, Wasserabfluß 5, dem Diffusor D5, dem Mischrohr M und der Fangdüse Fd. Die Wasserspritzdüse S endet mit dem Querschnitt f1. In der Meßebene E ist der Fangdüsenringquerschnitt mit f2 bezeichnet. Die Länge L der Mischdüse M beträgt etwa das Zwanzigfache des Durchmessers dM des Mischrohres M. Die Länge L wird vom Ende der Fangdüse ab (E1) aus gemessen. Anschließend an die Mischdüse M ist der Diffusor Ds mit einem Öffnungswinkel von etwa 80 vorgesehen. Wird durch den Querschnitt fl Wasser mit etwa 30 m/sec Geschwindigkeit hindurchgespritzt, tritt durch den Querschnitt f2 die hierfür erforderliche Gasmenge in die Fangdüse. Beide werden im Mischrohr innig miteinander vermengt und fest gebunden. Der Druck der Flüssigkeit wird anschließend im Diffusor D5 - abgesehen von den auftretenden möglichst geringen Verlusten - wieder etwa auf den Anfangswert des Druckes erhöht.
Wie Figur 2 zeigt, kann diese Imprägnierdüse unmittelbar hinter der Druckpumpe 6 vorgesehen und gasseitig mit der Leitung 7 mit dem Inneren eines Vorratskessels 8, der durch die C02-Leitung 9 mit frischer C02 versorgt wird, in Utbindung stehen. Die durch die Leitung 10 ins Innere des Kessels 8 eingeführte karbonisierte FlUssigkeit wird dann zweckmäßigerweise an den Kesselwänden in den als Sammelbecken für imprägnierte Flüssigkeit 11 ausgebildeten Vorratskessel abgelassen. In diesem Falle ist der Strahlapparat im Inneren des Kessels 8, der mit 12 bezeichnet ist, nicht vorhanden. Eine zusätzliche Sicherheit bei der Imprägnierung wird jedoch durch die Anordnung eines zweiten Strahlapparates 12 im Inneren des Vorratskessels 8 erreicht, wobei in den Strahlapparat 12 bereits fast die gesamte Kohlensäure schon von der Flüssigkéit mit eingebracht wird.
Nur noch ein etwaiger Rest an Kohlensäure wird durch die Gaszuleitung 13 in die Flüssigkeit eingebracht. Aus dem Diffusor des Strahlapparates 12 tritt die Flüssigkeit weitgehend als Schaum aus und gelangt über Leitbleche 14 in das Sammelbecken des Behälters 8. Der Vorratsbehälter kann so als zusätzlicher Imprägnierbehälter Verwendung finden. Der Strahlapparat 12 kann hierbei von einer Manschette 15 zur Ableitung des Schaumes nach unten umgeben sein. Aus dem Vorratsbehälter 8 gelangt die Flüssigkeit über Leitung 16, 16t, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung einer Pumpe 17, die auch als Dosierpumpe ausgebildet sein kann, zur weiteren Bearbeitung zum Beispiel zum Sirupmischgefäß oder unmittelbar zum Füller. Der Druckpumpe 6 wird über die Leitung 18 bereits weitgehend entlüftetes Wasser zugeführt; ohne eine solche Entlüftung kann keine gute Bindung der Kohlensäure erzielt werden.
Die versohiedenen Druckleitungen weisen die üblichen Armaturen, Ventile, Rückschlagventile auf. Außerdem sind Wasserkontrollschalter und dgl, Regeleinrichtungen vorgesehen, die nicht weiter angegeben sind.

Claims

Patentansprüche (1.)) Strahlapparat zum Sättigen von Wasser mit gasförmiger CO2, bestehend aus einer Spritzdüse für Wasser, einer mit Gaszufuhr versehenen Gaskammer, einer Fangdüse, einem zylindrischen Mischrohr und einem angeschlossenen Diffusor, dadurch gekennzeichnet, da# sich die freien Querschnittsflächen des Spritzdüsenaustrittes (f1), des Fangdüseneintrittes (f2) in der Ebene (E) des Spritzdüsenaustrittes sowie des Mischrohres (fM) verhalten wie 1 : 0,5 bis 1,2 : 2,8 bis 3,4 und die Länge (L) des zylindrischen Mischrohres (M) dem 15- bis 24-fachen Durchmesser des Dlischrohres (dN) entspricht.
2.) Strahlapparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Proportion f1 : 2 : fM = 1 : 0,75 : 3,05 erfüllt ist und für die Länge des Mischrohres (M) die Formel L = dM # 19,4 gilt, wobei die wirksamen Drücke so gewählt sind, daß das zu imprägnierende Wasser mit einer Geschwindigkeit von etwa 30 m/sec aus der Spritzdüse (5) austritt.
3.) Strahlapparat nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß anschließend an das zylindrische Mischrohr (M) ein an sich bekanntes Diffusorstück (DS) mit einem ()ffnungswinkel von etwa 6 bis 10 Grad angeschlossen ist.
4.) ) Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlapparat in der Wasserzuleitung zu dem gasförmige C02 enthaltenden Imprägnierkessel (8) angearctnet und gasseitig mit dem C02-Vorratsraum des Imprägnierkes sels (9) verbunden ist.
5.) Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Inneren des Imprägnierkessels (8) für das eingeführte Wasser ein Strahlapparat (12) vorgesehen und gasseitig mit dem Gasraum dieses Kessels (8) verbunden ist.
6.) Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß am Austritt des im Inneren des Imprägnierkessels (8) vertikal nach oben gerichteten Strahlapparates (12) eine Schaumleitvorrichtung (15) angeordnet ist.