DE2021237A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Saturieren von Fluessigkeiten mit Gasen - Google Patents

Description

• Verfahren und Vorrichtung zum Saturieren von Flüssigkeiten mit Gasen" Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Saturieren von Flüssigkeiten mit Gasen, insbesondere von Wasser mit CO20 Saturiervorrichtungen der genannten Art werden häufig in der Getränkeindustrie zur Herstellung von sogenannten Erfrischungsgetränken verwendet, die überwiegend als Säfte, Mineralwasser oder alkoholische Flüssigkeiten mit C02-Gas angereichert sind0 Durch die Anreicherung dieser Flüssigkeiten mit CO2-Gas erhalten diese wünschenswerte Eigenschaften. So wird z030 durch die Karbonisierung erreicht, daß die Getränke bekömmlicher und erfrischender sind als Flüssigkeiten, die nicht mit C02 versetzt werden.
• Verfahren zum Saturieren von Flüssigkeiten mit Gasen, insbesondere von Wasser mit C02 sind in unterschiedlicher Art bekannt. So sind Verfahren bekannt, bei denen C02-Gas am Boden eines Druckbehälters eingeführt und im Gegenstromverfahren durch das Wasser hindurchgeleitet wird, um eine möglichst starke Anreicherung der Flüssigkeit mit CO2 zu bewirken. Bei anderen Verfahren wird Wasser unter hohem Druck durch eine Düse in den Karbonator eingespritzt, um dadurch eine durch die Zerstäubung bedingte Oberflächenvergrößerung herbeizuführen, wodurch wiederum eine weitestgehende Anreicherung der Flüssigkeit mit C02 erreicht werden soll. Eine weitere bekannte Verfahrensmöglichkeit, den Wirkungsgrad der Vermischung von Flüssigkeit und C02 zu erhöhen, besteht darin, Flüssigkeiten zu verwenden, die in einem besonderen Behälter vorgekühlt werden.
• Alle diese bekannten Verfahren weisen aber den erheblichen Nachteil auf, unter hohem Druck arbeiten zu müssen Dies ist insbesondere bei dem zuletzt genannten Verfahren deshalb notwendig, weil sich die in einem gesonderten Behälter vorgekühlte Flüssigkeit während des Umfüllens und der sich anschließenden Anreicherung mit C02 wieder erwärmt und im Behälter Flüssigkeitszonen unterschiedlicher Temperatur entstehen Das Lösungsvermögen des C02-Gehaltes nimmt aber in den Zonen höherer Temperatur wieder ab, so daß die durch die Vorkühlung angestrebte stärkere Karbonisierung kaum eintritt, sondern weiter unter erhöhtem Druck gearbeitet werden muß, um einen verbesserten Wirkungsgrad der Karbonisierung zu erreichen. Auch die übrigen bekannten Verfahren benötigen zur Erhöhung des Saturierwirkungsgrades einen erheblichen Arbeitsdruck.
• Bedingt durch den erhöhten Druck ergeben sich aber beim Beschicken des Behälters und beim Abfüllen der karbonisier ten Flüssigkeit Schwierigkeiten, die insbesondere darin bestehen, daß durch den hohen Druckunterschied, den die Ventile zu überbrücken haben das Öffnen und Schließen der Ventile beträchtliche Stöße und Druckwellen erzeugt, so daß die Ventile ebenso wie gegebenenfalls vorhandene Pumpen außerordentlich beansprucht werden, wodurch frühzeitige Funktionsstörungen der Saturiervorrichtung verursacht werden. Auch werden an die bei den bekannten Verfahren verwendeten Behälter hohe Anforderungen bezüglich ihrer Druckfestigkeit gestellt» was zur Folge hat, daß nur qualitativ hochwertige Materialien verwendet werden können und auch ein größerer fertigungstechnischer Aufwand getrieben werden muß, so daß die Herstellung solcher Behälter erhebliche Kosten verursacht.
• Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bekannten Verfahren und Vorrichtungen zu beseitigen und insbesondere eine schnellere und stärkere Saturierung der Flüssigkeit bei geringem Behälterinnendruck zu ermöglichten.
• Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird dies dadurch erreicht, daß die Flüssigkeit durch aufgezwungene Zirkulation in einem mit Gas - insbesondere mit CO2 - tbeschickbaren Behälter mit einer Kühl einrichtung in Kontakt gebracht und ein Kältespeicher in Form einer Eisbank gebildet wird.
• Zur Durchfürung dieses Verfahrens findet eine Saturiervorrichtung Verwendung, die erfindungsgemäß aus einem ein Rührwerk aufweisenden Druckbehälter besteht, dessen Wände innenseitig mit Kiihlschlangen versehen sind0 Durch das erfindungsgemäße Verfahren und die zugehörige Vorrichtung wird eine gleichmäßige Temperaturverteilung in der Flüssigkeit, verbunden mit einer intensiven Kühlung bei gleichzeitiger Kältespeicherung, erreicht, so daß eine gleichmäßige und intensive Saturierung bei niedrigem Betriebsdruck gewährleistet ist.
• Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das Rührwerk über eine Antriebswelle mit einem außerhalb des Behälters angeordneten Motor verbunden und liegt die Wellendichtung im Betriebszustand unterhalb der Flüssigkeitsoberfläche. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist zweckmäßig weiterhin mit den Flüssigkeitsstand im Druckbehälter zwischen zwei Extremwerten regulierenden Steuerelektroden und mit der Kühlvorrichtung zugeordneten Temperaturfühlern ausgestattet. Durch ae Steuerelektroden wird der Flüssigkeitsstand im Druckbehälter';derart reguliert, daß ein tiefster sowie ein höchster Flüssigkeitsstand nie unter- bzw. überschritten wird, um' weder die Wellendichtung aus der Flüssigkeit auftauchen zu lassen noch das Gaspolster volumenmäßig zu gering zu halten, Die Temperaturfühler dienen dazu, die Kühlvorrichtung ein- und auszuschalten, um so zu gewährleisten, daß eine festgesetzte Kühltemperatur konstant eingehalten wird.
• Erfindungsgemäß kann die Saturiervorrichtung weiterhin mit einem am Kopf des Behälters angeordneten, einen gewünschten Arbeitsdruck aufrechterhaltenden Gas-Druckminderer, dessen Zuleitungsstutzen oberhalb des Flüssigkeitsstandes endet, versehen sein. Eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Saturiervorrichtung ist dahingehend modifiziert, daß das Rührwerk mit einer vorzugsweise aus einem Dauermagneten bestehenden Turbulatorscheibe verbunden ist, die durch ein unterhalb des Behälterbodens erzeugtes Magnetfeld bewegt wird0 Armband des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles sollen der Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens und der Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung erläutert werden0 Es zeigen: Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Saturierungsvorrichtung und Fig. 2 eine Vorrichtung gemäß Fig. 1, jedoch mit einer geänderten Antriebsvorrichtung des Rührwerks.
• Die Saturiervorrichtung besteht aus einem Gehäuse 1, in dem sich ein Behälter 2 befindet, der von oben durch einen Deckel 3 dlnuckest verschlossen ist. Zwischen dem Gehäuse 1 und dem Druckbehälter 2 ist eine Isolationsschicht 4 vorgesehen. In Druckbehälter 2 befindet sich ein Rührwerk , das über eine Antriebswelle 6 mit einem außerhalb des Behälters 2 liegenden, am Dekel 3 befestigten Antriebsmotor 7 verbunden ist. Ein ebenfalls am Deckel 3 befestigtes Flüssigkeitsmagnetventil 8 reguliert den Zufluß der Flüssigkeit in den Behälter. Dieses Ventil wird von den Elektroden 9 zur Wasserstandsregelung angesteuert, wobei die längere der Elektroden 9 den-minimalen Wasserstand 10 und die kürzere den maximalen Wasserstand 11 im Saturator überwacht und bestimmt. Erfindungsgemäß ist der minimale Wasserstand 10 mindestens so einzustellen, daß die unter Druck stehende Wellendichtung 12 der Antriebswelle 6 immer unterhalb der Wasseroberfläche liegt, damit die Abdichtung der Vorrichtung gewährleistet ist.
• Am Deckel 3 angeordnete Temperaturfühler 13 dienen zum'Ein-und Ausschalten einer Kühlvorrichtung, die im dargestellten Ausführungsbeispiel aus an den Behälterwänden befestigten Kühlschlangen 14 besteht. Durch die damit verbundene Eisbildung als Eisbank 15 an den Wänden des Behälters 2 wird eine optimale Kältesteuerung gewährleistet. Durch ein Druckminderventil 16 gelangt C02-Gas in den Behälter 2, wodurch im Kopfraum des Druckbehälters immer ein konstanter, jedoch beliebig einstellbarer CO2rDruck aufrechterhalten wird. Die Entnahme der karbonisierten Flüssigkeit 17 geschieht durch ein Steigrohr 18, an dessen Ende ein -nicht dargestelltes Absperrventil angeschlossen ist, über das die unter Druck stehende Flüssigkeit nach außen entweichen kann.
• Im Gegensatz zu den bekannten Vorrichtungen entstehen aber bei dem erfindungsgemäßen Gerät beim Öffnen bzw. Schließen der Ventile keine nennenswerten Druckstöße und Druckwellen, da das erfindungsgemäße Verfahren das Arbeiten mit nur geringem Überdruck erlaubt. Beschädigungen an den Vorrichtungsteilen, verursacht durch plötzliche Druckwellen, können daher nicht auftreten.
• Die Vorrichtung gemäß Fig. 2 unterscheidet sich von der in Fig. 1 dargestellten dadurch, daß zum Antrieb des Rührwerks 5 nicht ein außerhalb des Behälters liegender Motor 7 verwendet wird sondern das Rührwerk 5 mit einer Turbulatorscheibe 19 verbunden ist, die durch ein die Behälterwand durchdringendes, durch rotierendes beispielsweise über einen Riementrieb 20 angetriebene Dauer- oder Elektromagneten 21 erzeugtes Magnetfeld bewegt wird.
• Das Sättigungsverfahren wird folgendermaßen durchgeführt.
• In den Druckbehälter 2 wird die Flüssigkeit durch das Ventil 8 und das CO2-Gas durch das Ventil 16 eingegeben. Die einströmende Flüssigkeit wird dabei sofort durch das Riihrwerk 5 in Zirkulation versetzt und umfließt dabei die Kühlelemente 14, die die Flüssigkeit auf Gefriertemperatur abkühlen» so daß sich an den Wänden eine Eisbank 15 bildet Durch die ständige Zirkulation der Flüssigkeit wird eine intensive Durchmischung und somit gleichmäßige Temperatur erreicht. Darin liegt ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens» so daß das C02-Gas mit der gleichen Konzentration in der gesamten Flüssigkeit in Lösung geht. Dadurch wird nicht nur der Wirkungsgrad bei der Karbonisierung erheblich gegenüber dem der bekannten Saturierungsverfahren verbessert, sondern auch ein kontinuierliches Verfahren mit hohem Durchsatz erreicht. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren entfällt aufgrund der durch die außerordentlich gute Durchmischung erzielten gleichmäßigen Abkühlung der gesamten im Behälter befindlichen und der neu hinzufließenden Flüssigkeit die Notwendigkeit des erhöhten Gasdruckes, so daß gegenüber den bek.annten Saturierungsverfahren mit geringerem Druck gearbeitet werden kann.
• Die intensive Zirkulation der Flüssigkeit bei dem erfindungsgemäßen Verfahren bewirkt weiterhin, daß der Saturierungsgrad der Flüssigkeit, der naturgemäß an der Kontaktfläche zwischen dem im Kopfteil des Behälters 2 befindlichen Gaspolster und der Flüssigkeitsoberfläche am höchsten ist, gleichmäßig auf den gesamten Inhalt des C02-Saturators verteilt wird.
• Die erfindungsgemäße Saturiervorrichtung arbeitet als Kaltkarbonator bei einer Temperatur zwischen 0 und 10C, wobei bei einem Saturierungsdruck von 2 kp/cm2 sich eine CO2-Anreicherung von bis zu 5,1 Vol. einstellt. Demgegenüber benötigen Warmkarbonatoren bei einer im Sommer in den Leitungen durchaus vorhandenen Wassertemperatur von 20°C einen Druck von 4,8 kp/cm2, um dieselbe t02-Anreicherung zu erzielen, wobei überdies der Wirkungsgrad im allgemeinen schlechter ist, Die bisher bekannten Warmkarbonatoren arbeiten sogar mit Drücken von ungefähr 6,5 kp/cm2 bei gegenüber der erfindungsgemäßen Vorrichtung wesentlich schlechterem Wirkungsgrad.
• Wie eingangs erwähnt, werden die erfindungsgemäßen Saturiervorrichtungen vorzugsweise in der Getränkeindustrie verwendet, um große Flüssigkeitsmengen mit CO2 anzureichern und die Flüssigkeit nach der Karbonisierung in kleinere Behälter, z.B, Flaschen, abzufüllen0 Es ist jedoch ebenso möglich, die erfindungsgemäße Vorrichtung in ihrer Kompakten Bauweise unmittelbar an Schanktischen anzubringen, um das karbonisierte Getränk direkt in Gläser abzufüllen Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dazu besonders geeignet, da sie mit sehr geringem Gasdruck arbeitet, und es daher völlig ungefährlich ist, sie dort zu verwenden wo starker Publikumsverkehrherrscht, da die bei unter hohem Druck stehenden Anlagen bestehenden Gefahren vermieden sind. Daruber hinaus sind dort die notwendigen Kohlensäure anschlüsse ohnehin vorhanden.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Saturieren von Flüssigkeiten mit Gasen, insbesondere von Wasser mit C02, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Flüssigkeit durch aufgezwungene Zirkulation in einem mit Gas, insbesondere mit CO2, beschickbaren Behälter mit einer Kühleinrichtung (14) in Kontakt gebracht und ein Kältespeicher in Form einer Eisbank gebildet wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h einen ein Rührwerk (5) aufweisenden Druckbehälter (2), dessen Wände innenseitig mit Kühlschlangen (14) versehen sind.

Vorrichtung nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t , daß das Rührwerk (5) über eine Antriebswelle (6) mit einem außerhalb des Behälters (2) angeordneten Motor (7) verbunden ist und die Wellendichtung (12) im Betriebszustand unterhalb der Flüssigkeitsoberfläche (10) liegt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, g e k e n n z e i c hn e t d u r c h den Flüssigkeitsstand im Druckbehälter (2) zwischen zwei Extremwerten (10, 1-1) regulierende Steuerelektroden (9).

5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 4, g e k zu e n n z e i c h n e t d u r zu c h der Kühlvorrichtung (14) zugeordnete Temperaturfühler (13)>

6. Vorrichtung' nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 5, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h einen am Kopf des Behälters (2) angeordneten Gas-Druckminderer (16), dessen Zuleitungsstutzen oberhalb des Flüssigkeitsstandes (11) endet.

7. Vörrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Rührwerk (5) mit einer vorzugsweise aus einem Dauermagneten bestehenden Turbulatorscheibe (19) verbunden ist, die über ein unterhalb des Behälterbodens erzeugtes Magnetfeld bewegt wird.

L e e r s e i t e