DE1517502B - Einrichtung mit Strahlapparat zum Sättigen von Wasser mit gasförmigem CO tief 2 - Google Patents

Description

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Um Wasser mit gasförmigem CO₂ möglichst Fangdüseneintrittes /₂ in der Ebene E des SpritzlOO°/oig sättigen zu können, ist es erforderlich, die düsenaustrittes sowie des Mischrohres f_M verhalten beiden Komponenten ineinander möglichst fein zu wie 1:0,5 bis 1,2:2,8 bis 3,4 und die Länge L des verteilen, damit für den Diffusionsvorgang eine mög- zylindrischen Mischrohres M dem 15- bis 24fachen liehst große Oberfläche zur Verfügung steht. 5 Durchmesser des Mischrohres d_M entspricht und

Es ist bekannt, die gasförmige Komponente da- der Strahlapparat in oder an einer Wasserdruckdurch auf einen möglichst hohen Verteilungsgrad zu leitung angeordnet ist, wobei dieser Strahlapparat bringen, daß man sie durch zwei mit Austrittsöffnun- oder ein weiterer Strahlapparat zusätzlich im gen versehene Verteilerelemente, insbesondere ke- Inneren eines Imprägnierkessels angeordnet sein ramische Kerzen oder Filterplatten, in die Flüssig- io können.

keit hineinpreßt, und außerdem sind Rührwerke und Gemäß der Erfindung wird weiter vorgeschlagen,

ähnliche mechanische Einrichtungen bekannt; Es ist daß die Proportion Z₁: /₂: f_M = 1:0,75 : 3,05 erfüllt weiter bekannt, daß mit Hilfe eines Injektors oder ist und für die Länge des Mischröhres M die Formel Strahlapparates, dem das CO₂ gasseitig zugeführt und L = rf_M-19,4 gilt, wobei die wirksamen Drücke so in den das Wasser unter Druck eingespritzt wird, eine 15 gewählt sind, daß das zu imprägnierende Wasser mit gute Vermischung von Gas und Flüssigkeit erzielt einer Geschwindigkeit von etwa 30m/sec aus der wird. Es hat sich jedoch ergeben, daß die Bindung Spritzdüse 5 austritt. Entsprechend dem Verhältnis des Gases in der Flüssigkeit nach dem Passieren des ft'f₂ wird der Gaseintrittsquerschnitt klein, und es Injektors nicht ausreichend ist und das CO₂ bald in handelt sich eigentlich nur um einen Ringspalt, durch Form von Blasen und Bläschen wieder aus dem ao den das Gas in die Fangdüse eintritt. Der Gasraum Wasser heraustritt. Dies ist auch dann der Fall, wenn des Strahlapparates und der Gasanschluß selbst sind man durch gute vorherige Entlüftung des Wassers aber reichlich dimensioniert. Es ist auch zu beachten, dafür sorgt, daß kaum noch Luftreste im Wasser vor- daß anschließend an die Fangdüse ein relativ sehr handen und damit eine annäherd 100%ige Ent- großes zylindrisches Mischrohr angeordnet ist, in lüftung erzielt wurde. Es ist bekannt, daß mit solchen as welchem der Diffusionsvorgang und die Bindung Strahlapparaten zwar hohe spezifische Imprägnier- stattfinden. Um zu der feinporigen, außerordentlich leistungen und auch hohe Sättigungen erzielbar sind. festen und fast lOO°/oigen Sättigung zu gelangen, Es hat sich jedoch gezeigt, daß besonders bei hohen müssen die angegebenen Abmessungen verhältnis-Füllerleistungen, bei denen die Flaschen in sehr mäßig eng eingehalten werden, wobei die Toleranzkurzer Zeit gefüllt und entlastet werden, ein an- 30 breite angegeben ist. Geht man von einer Spritzschließendes Schäumen und Schießen der Flaschen geschwindigkeit des Wassers von etwa 30m/sec und bei hohen Leistungen auftritt. Trotzdem also die Im- dem angegebenen Spritzdüsenquerschnitt aus, so prägnieranlage in der Lage ist, eine entsprechend lassen sich alle anderen Abmessungen leicht ergroße CO₂-Menge der Flüssigkeit zuzuteilen, kann rechnen. Hierbei verhält sich dann die in der Zeitdiese Leistung nicht verwertet werden, weil das Gas 35 einheit durchgesetzte Wasser- zur durchgesetzten anschließend viel zu rasch wieder entbindet und eine Gasmenge (Masse) etwa wie 50:1. Der Streubereich hohe Abfüll-Leistung vereitelt. dieses Verhältnisses beträgt etwa 46:1 bis 54:1. So-

Es ist auch bereits bekannt, als Abschluß an den weit andere Flüssigkeiten als Wasser Verwendung Diffusor des Strahlapparates eine Zerstäuberdüse an- finden, kann die Einspritzgeschwindigkeit entzusetzen, um eine bessere Bindung des Gases zu er- 40 sprechend den Eigenschaften niedriger gewählt werhalten. Die Zerstäuberdüse arbeitet hierbei jedoch in den, z.B. etwa 20m/sec bei Getränkeextrakten der einem mit CO₂ gefüllten iilmpragnierkessel. Es hat üblichen Viskosität.

sich gezeigt, daß auch hierdurch kerne gute Bindung - Gemäß der Erfindung wird weiter vorgeschlagen, des CO₂ erzielt werden kann, weil hinter dem daß anschließend an das zylindrische Mischrohr M Diffusor des Strahlapparates, nachdem also der 45 ein an sich bekanntes Diffusorstück DS mit einem Druck bereits wieder erhöht wurde, eine neue Ab- öffnungswinkel von etwa 6 bis 10° angeschlossen Senkung des Druckes in der Zerstäuberdüse erfolgt. ist. In dem Diffusor sollte möglichst mit wenig Ver-Hierbei erfolgt wieder eine Entgasung, und das zuvor lusten der ursprüngliche Wasserdruck wieder eraufgenommene Gas wird wieder, entbunden und muß reicht werden. Es ist deshalb auf entsprechend gedann wieder im Streukegei der Zerstäuberdüse in die 50 ringen öffnungswinkel von etwa 8° zu achten; damit einzelnen Wassertröpfchen hineindiffundieren. Die kerne zu großen Ablösungen und Verwirbelungen Wirkung des Strahlapparates ist dadurch praktisch und damit keine nachträglichen Gasentbindungen aufgehoben. oder Gaslockerungen eintreten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Gemäß der Erfindung wird weiter vorgeschlagen,

Einrichtung mit'Strahlapparat zu schaffen, mit dem 55 daß der Strahlapparat in der Wasserzuleitung zu dem eine nahezu lOO°/oige Sättigung von Wasser mit gasförmiges CO₂ enthaltenden Imprägnierkessel anKohlensäure möglich ist, und ihn so zu gestalten, daß geordnet und gasseitig mit dem CO₂-Vorratsraum nicht nur die erforderliche Menge an Kohlensäure des Imprägnierkessels verbunden ist. Der Strahlgelöst wird, sondern daß diese Lösung auch so apparat kann mit dem üblichen Imprägnierkessel zuinnig ist, daß eme Entbindung erst nach langer Zeit 60 sammenarbeiten und aus diesem Imprägnierkessel und dann nur in Form von feinsten Bläschen ein- gasförmiges CO₂ entnehmen. In diesem Imprägniertritt. Die Aufgabe wird durch die erfindungsgemäße kessel, der schon zwecks Sammlung der imprägnier-Dimensionierung der an sich bekannten Teile eines ten Flüssigkeit erforderlich ist und daher eigentlich Strahlapparates, nämlich der Spritzdüse, der Fang- nur einen Sammelbehälter darstellt, können zusätzlich düse und eines zylindrischen Mischrohres und die 65 _noch Einrichtungen zum Nachimprägnieren vorAnordnung des Strahlapparates gelöst. Gemäß der gesehen sein.

Erfindung wird vorgeschlagen, daß sich die freien Gemäß der Erfindung wird vorgeschlagen, daß im

Querschnittsflächen des Spritzdüsenaustrittes f_v des 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 u. dgl. an die Wände oder andere, im Inneren des Kessels angeordneten Einbauten leitet.

Das Verhältnis Z₁ :/₂ wurde bisher wesentlich höher, 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 Überlegung 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 Mischrohres dem Lösungs- und Bindungsvermögen von CO₂ nicht dienlich, weil durch die Reibung dann wieder zu viel Energie verlorengeht und eine Entbindung oder Lockerung des CO₂ stattfindet. Stets muß nicht nur die richtige Menge von Gas zutreten bzw. 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 usw. in Wirbelung gebracht werden. Neben der Länge des Mischrohres und der Querschnittsverhältnisse ist auch das Verhältnis von Mischrohrdurchmesser zu Mischrohrlänge von großer Bedeutung.

In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise und schematisch dargestellt.

Fig. 1 zeigt einen Strahlapparat gemäß der Erfindung nicht völlig maßstabgerecht zur Klarlegung der Querschnittsabmessungen;

F i g. 2 zeigt die Anordnung solcher Strählapparate 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 D_s, dem Mischrohr M und der Fangdüse F_d. Die Wasserspritzdüse 5 endet mit dem Querschnitt Z₁. In der Meßebene E ist der Fangdüsenringquerschnitt mit /₂ bezeichnet. Die Länge L der Mischdüse M beträgt etwa das Zwanzigfache des Durchmessers d_M des Mischrohres M. Die Länge L wird vom Ende der Fangdüse ab (E₁) aus gemessen. Anschließend an die Mischdüse M ist der Diffusor D_s mit einem öffnungswinkel von etwa 8° vorgesehen. Wird durch den Querschnitt Z₁ Wasser mit etwa 30 m/sec Geschwindigkeit hindurchgespritzt, tritt durch den Querschnitt^ 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 D_s — abgesehen von den auftretenden möglichst geringen Verlusten — wieder etwa auf den Anfangswert des Druckes erhöht.

Wie Fig. 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 CO₂-Leitung 9 mit frischem CO₂ versorgt wird, in Verbindung stehen. Die durch die Leitung 10 ins Innere des Kessels 8 eingeführte karbonisierte Flüssigkeit 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 Flüssigkeit 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, 16', gegebenenfalls unter Zwischenschaltung einer Pumpe 17, die auch als Dosierpumpe ausgebildet sein kann, zur weiteren Bearbeitung z. B. 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 verschiedenen Druckleitungen weisen die üblichen Armaturen, Ventile, Rückschlagventile auf. Außerdem sind Wasserkontrollschalter und dergleichen Regeleinrichtungen vorgesehen, die nicht weiter angegeben sind.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Einrichtung mit Strahlapparat zum Sättigen von Wasser mit gasförmigem CO₂, bestehend aus einer Spritzdüse für Wasser, einer mit Gaszufuhr versehenen Gaskammer, einer Fangdüse, einem zylindrischen Mischrohr und einem angeschlossenen Diffusor, sowie Mittel zum Zuführen und Sammeln von Wasser, dadurch gekennzeichnet, daß sich die freien Querschnittsflächen des Spritzdüsenaustrittes (Z₁), des Fangdüseneintrittes (Z₂) in der Ebene (E) des Spritzdüsenaustrittes sowie des Mischrohres (f_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 24fachen Durchmesser des Mischrohres (d_M) entspricht und der Strahlapparat in oder an einer Wasserdruckleitung angeordnet ist, wobei dieser Strahlapparat oder ein weiterer Strahlapparat zusätzlich im Inneren eines Imprägnierkessels angeordnet sein können.

2. Strahlapparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Proportion Z₁ : Z₂ : fm = 1:0,75 :3,05 erfüllt ist und für die Länge des Mischrohres (M) die Formel L = d_M-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 (S) austritt.

3. Strahlapparat nach den Ansprüchen 1 oder i2, dadurch gekennzeichnet, daß anschließend an das zylindrische Mischrohr (M) ein an sich bekanntes Diffusorstück (DS) mit einem öffnungswinkel Von etwa 6 bis 10° angeschlossen ist.

4. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlapparat in der Wasserzuleitung zu dem gasförmiges CO₂ enthaltenden Imprägnierkessel (8) angeordnet und gasseitig mit dem CO₂-Vorrätsraum des Imprägnierkessels (8) verbunden ist.

5. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 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 einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß am Austritt des im Inneren des Imprägnierkessels (8) vertikal nach oben gerichteten Strahlapparates (12) eine Schaumleitvorrichtung (15) angeordnet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen