DE1517502C

DE1517502C - Einrichtung mit Strahlapparat zum Sattigen von Wasser mit gasförmigem CO tief 2

Info

Publication number: DE1517502C
Authority: DE
Inventors: Hartmut 4951 Haddenhausen Meinert
Original assignee: Noil Maschinenfabrik GmbH, 4950 Min den
Publication date: 1971-06-24

Description

Um Wasser mit gasförmigem CO₂ möglichst lOO°/oig sättigen zu können, ist es erforderlich, 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 Verteilerelernente, insbesondere ke-

düsenaustrittes /öwie des Mischrphres^ verhalten wie 1:0,5 bis 1^2:^8 bis 3,4und die LängeL des zylindrischen Mischrphres M dem 15- bis j24fachen Durchmesser des Mischrohres. d_M entspricht und der Strahlapparat in oder van; einer Wasserdruckleitung <■ angeordnet dsi^wobeiliidjeser Strahlapparat oder 'ein 'weiterer ■ Strahlapparat zusätzlich f im Inneren eines imprägnierkesseis angeordnet sein

ramische Kerzen oder FUterplatten, in die Flüssig- io können. , ^:Λ'^.: _Λ'·:^^ί'_:' \:i ./^'

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

ähnliche niecijarijsche Einrichtungen bekannt^EsiisjI f -daß; die-Proportion Z₁ :/₂: f_M = 1 :Ö,75;: 3,05^erfüllt weiter bekannt, daß mit Hilfe eines Injektors oder ist und für die Länge des Mischr^res M diej Formel Strahlapparätes, dem das GO₂ gasseitig zugeführt und L — d_M· 19,4 gilt, wobei die wirksamen Drücke;so in den das Wasser unter Druck eingespritzt wird, eine 15 gewählt sind, daß das zu imprägnierendeWässer ;mit gute Vermischung von Gas und Flüssigkeit/erzielt einer Geschwindigkeit von etwa; 30 m/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 ./_x:/₂ 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 20 den das Gas in die Fangdüse eintritt. Der Gasraum Wasser, heraustritt. Dies ist auch dann der/FaIl, wenn des Strahlapparates und der Gasanschluß selbst sind man durch gute vprherigeEntlüftung des, Wassers aber reichlich dimensioniert. Es ist auch zu beachten, dafür sorgt, daß kaum noch Luftreste im Wässer 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 35 welchem der Diffusionsvorgang und die Bindung Strahlapparaten zwar hohe spezifische Imprägnier- stattfinden. Um zu der feinporigen, außerordentlich leistungen und auch höhe Sättigungen erzielbar sind. festen und fast 100%igen Sättigung zu gelangen, Es hat sich jedoch gezeigt, daß besonders bei hohen müssen die angegebenen Abmessungen verhältnis-Füllerleistiingen, 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 30 m/sec und

dem angegebenen Spritzdüsenquerschnitt aus, so lassen sich alle anderen Abmessungen leicht errechnen. Hierbei verhält sich dann die in der Zeit-

diese Leistung nicht verwertet werden, weil dasfias 35 einheit' durchgesetzte Wasser- zur durchgesetzten . anschließend viel zu rasch wieder entbindet und eine Gasmenge (Masse) etwa wie 50:1. Der Streubereich höhe" AbfüII-Leisturtgvereitelt. ■ . . dieses Verhältnisses beträgt etwa 46:1 bis 54:1. So-

: Es ist auch bereits bekarintj als Abschluß an den \ weit andere Flüssigkeiten als Wasser Verwendung 'Diffusor des Strählapparates eineZerstäuberdüse an- !finden, kann die Einspritzgeschwindigkeit ent-. zusetzen, um eine bessere Bindung des Gases zu er- 40 sprechend den Eigenschaften.niedriger gewählt werhälten. Die Zerstäuberdüse arbeitet hierbei jedoch in den, z. B. etwa 20 m/sec bei Getränkeextrakten der v. einem. mit CO₂ gefüllten''■"imptägnierkessel.-^^Es hat ^üblichen Viskosität. ^'

sich gezeigt, daß auch hierdurch keine gute Bindung Gemäß der Erfindung wird weiter vorgeschlagen,

des CO₂ erzielt werden kann, weil hinter dem daß anschließend an das zylindrische MischrohrM Diffusor "des Strahl apparates, 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 er- ; aufgenommene Gas wird wieder ent^nder^ijndjmuß _r; ^eicht^werden. Es ist deshalb auf entsprechend gedann wieder im Streukegel der Zerstäuberdüse in die 50 ringen öffnungswinkel von etwa 8° zu achten, damit ' einzelnen ^Wassertröpfchen hineindiffuridiereh. /Die 'keine' zu großen Ablösungen und Verwirbelungen - Wirkung des Strahläpparates ist dadurch praktisch und damit keine nachträglichen' Gasentbindungen ! hoder Gäslockerungen eintreten. - -, ,

Erfindung wird weiter vorgeschlagen, ϊίμβϊαβStrahlapparat in der Wasserzuleitung zu dem gasförmiges CO., enthaltenden Imprägnierkessel angeordnet und gasseitig mit dem CO^-Vorratsraum des Imprägnierkesseis verbunden ist." Der Strahlapparat kann mit dem üblichen Imprägnierkessel zu-

bei hoiien Leistungen auftritt. Trotzdem a]so die .Imprägnieranlagc in der Lage/ist, eine entsprechend große CO^-Mcnge der Flüssigkeit zuzuteilen, kann

Einrichtung mit Stiahlappärät^u schaffen^ mit"dehi 'β /eine nahezu H)0%ige Sättigung von /Wasser mit
: Kohlensäure möglich ist, und ihn so zu gestalten, daß
nicht nut die erforderliche Menge an Kohlensäure ^: gelöst wird, sondern daß diese Lösung auch so

Flüssigkeit erforderlich ist und daherj eigentlich Strahlapp;iNilcs, itämlich der Spfitzdiise, der Fang- nur einen Sammelbehälter darstellt, können zusätzlich "düse und eines zylindrischen Mischrohres und die 65 noch Einrichtungen zum Nachimjirägnicreri vpr-AiiordnUng des Strahlapparales gelöst. Gemäß der
liriindüng wird vorgeschlagen, daß sich die freien

puefschnillsniicliei) des Spritzdüscnaiistrittes f_r des

gesehen sein.

Gemäß der Erfindung wird vorgeschlagen, daß im Inneren des impriigriierkessels 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 Schaumleim vorrichtung 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 Kesseis "angeordneten Einbauten leitet.

Das Verhältnis Z₁: /₂ wurde bisher wesentlich höher, nämlich wie 1:4 oder hpher 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 Mischdiise eintretende Strahl muß völlig in sich geschlossen sein und darf, zuvor nicht durch Strahl körper usw. in Wirbelung gebracht werden. Neben der Länge des Mischrohres und der Querschnittsverhältnisse' ist auch das Verhältnis von Mischrohrdurchmesser zu Mischrohrlänge von großer Bedeutung. '40

In der'Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise und schematisch dargestellt.

i^N Fig. 1 zeigt einen Strahlapparat gemäß der Er- t) findung nicht völlig maßstabgerecht zur Klarlegung der Querschnittsabmessungen; ' -,

F i g/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 D_s, dem Mischrohr M und der Fangdüse F_d. Die Wasserspritzdüse S "endet mit dem Querschnitt Z₁. In der Meßebene E ist der Fangdüsenringquerschnitt mit f., 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 /, Wasser mit etwa 30 m/sec Geschwindigkeit hindurchgespritzt, tritt durch den Querschnitt/o 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. , \

; ν Wie F i g. 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 CO.,-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

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 (/,), des Fangdüseneintrittes (Z₂) in der Ebene (E) des Spritzdüsenaustrittes sowie des Mischrohres (/_AI) 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 (i/,κ) 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 /,: f.,: /„ = 1 : 0,75 : 3,05 erfüllt ist und für die Länge" des Mischrohres (M) die Formel L - J_tl · 19,4 gilt,

1517 5Ö2

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 2; dadurch gekennzeichnet, daß anschließend an das zylindrische Mischrohr'(Λί) ein an sich bekaniites 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 CO* enthaltenden Imprägnierkessel (8) angeordnet und gasseitig mit dem CO₂-Vorratsraum des Imprägnierkessels (8) verbunden ist.

5. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Inneren des Imprägnierkessels (8) fur das eingeführte Wasser ein Strahlapparat (12) vorgesehen und gasseitig mit dem Gasraum dieses Kessels (8) verbünden ist.

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

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen