DE2149986B2 - Kombinierter gaer- und lagertank - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen kombinierten Gär- und Lagertank von der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 genannten Gattung.

Tanks mit einem zylindrischen Mantel und einem konischen Boden sind bekannt. Dabei sind die Konen verhältnismäßig spitz und haben einen Innenwinkel von etwa 60 bis 90". In ihrer Anschaffung sind solche Konen etwa 15% teurer als ebene Böden und ein einen solchen spitzen Konus aufweisender Tank benötigt für das gleiche Flüssigkeitsvolumen mehr Höhe, da der außerhalb des spitzen Konus liegende Raum nicht als Gärraum verwendbar ist. Baut man solche Tanks zum Ausgleich dieses verlorenen Volumens höher, ergeben sich wegen der größeren Füllhöhe höhere Drücke. Dies bedingt die Verwendung von stärkeren Blechen.

Ebenso ist es bekannt, von unten Kohlendioxid in einen Gärbottich einzuleiten.

Dieses Einleiten kann zu verschiedenen Zwecken dienen:

1. zur Kohlensäureanreicherung im Bier (Karbonisierung),

2. zur Kohlensäurewäsche, das heißt zum Auswaschen unerwünschter Geruchs- und Geschmacksstoffe,

3. seltener zum Aufrühren frühzeitiger abgesetzter Hefe, um sie erneut der Gärung zuzuführen.

In allen Fällen werden die abgesetzten Sedimentstoffe aller Art wieder aufgewirbelt, was unerwünscht ist, weil· es den Reifungsprozeß verzögert bzw. die Bierqualität nachteilig beeinflussen kann.

Ein Einführen von Kohlendioxid oder eines anderen inerten Gases zur Schaffung einer Bewegung während der Phase der nachlassenden Gärung und während der Reifung, die die _c; wünschte Sedimentation von Hefe und anderen Sedimentstoffen sogar noch fördert, eine wesentlich verstärkte Kühlung durch Erhöhung des k-Werts verursacht und zugleich Kohlensäure wäsche und Karbonisierung bewirkt, war bisher unbekannt.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Gärgefäß zu schaffen, mit dem die bisher widersprechenden Forderungen erfüllt werden können, Kohlendioxid für die genannten Zwecke einzuführen und gleichzeitig Hefe und Trübungsstoffe am Boden abzusetzen. Die Lösung für diese Aufgabe ergibt sich nach der Erfindung mit der im Kennzeichen des Patentanspruches 1 aufgeführten Ausbildung.

Durch den Verteiler wird Kohlendioxid oberhalb des Konus in auf die Größe des Tanks abgestimmter Menge und Gasbläschengröße in diesen eingeführt. Durch das Einführen oberhalb des-Konus werden die dort bereits abgesetzten Sedimentstoffe nicht erneut aufgerührt. Dagegen werden die in Schwebe befindlichen Sedimentstoffe, wie Eiweißstoffe und Kühltrub zu größeren Partikeln zusammengeklumpt. In dieser Form können sie sich in kürzerer Zeit im Konus absetzen. Dadurch erhält das Bier eine bessere Filtrierbarkeit. Filtrationskosten werden gespart. Gleichzeitig bleiben jedoch die bekannten Vorteile erhalten. Durch das eingeleitete Kohlendioxid wird das Bier weiter karbonisiert, gewaschen und auch in starkem Maße homogenisiert.

Wie ausgeführt wurde, können sich die Sedimentstoffe ungehindert im Konus absetzen und werden nicht durch das eingeblasene Kohlendioxid ständig aufgewirbelt. Somit kann man diese abgelagerten Sedimentstoffe schon während der Gärung selbst kontinuierlich cder diskontinuierlich abziehen. Damit läßt sich das Bier in einem einzigen Tank mit guter Raumausnutzung gären, lagern und reifen. Aufwand und Energie, die mit dem Umpumpen des Bieres zwischen mehreren Tanks verbunden sind, entfallen. Wegon der ständigen und nicht etwa zum Absetzen der Sedimentstoffe unterbrochenen Durchströmung des Bieres mit Kohlendioxid wird dies in besonders starkem Maße homogenisiert Damit klärt es sich in kürzerer Zeit und seine Fertigung läßt sich schneller abschließen. Unter dem Einfluß des kontinuierlich aus dem Verteiler hochperlenden Kohlendioxides ergibt sich in der Mitte des Tanks eine Bewegung des Bieres nach oben. An der Tankwandung sinkt das Bier in einem Kreislauf wieder nach unten Damit wird der k-Wert wesentlich vergrößert und es kann an Kühlflächen gespart werden. Als Folge dieses Kreislaufes des Bieres und der bewirkten Homogenisierung sinkt der Temperaturunterschied zwischen verschiedenen Stellen in der Flüssigkeitsmasse auf wenigei als 0,2°C. Gegen Ende eines Kühlzyklus kann dei Temperaturunterschied zwischen Kühlmantel und Flüssigkeitsmasse sogar weniger als 2,8°C betragen. Die mittels der Einführung von Kohlendioxid induzierte Konvektion ermöglicht eine wirksame Abkühlung mii nur sehr geringen Temperaturunterschieden zwischer Kühlmantel und Flüssigkeitsmasse. Bei schnellen· Abkühlen des Bieres wird häufig mit sehr niedriger Temperaturen auf der Kühlseite gearbeitet, was die Gefahr mit sich bringt, daß Wasser aus dem Bier an der

Kühlflächen festfriert, was zur Qualitätsveräncerung des Bieres führt (Erhöhung des Stammwürzegehalts etc.). Die Endtemperatur in der Flüssigkeiismasse läßt sich beim beschriebenen Verfahren dagegen ohne Eisbildung bis auf etwa 0,5⁰C an ihren Gefrierpunkt heranbringen.

Trotz des kontinuierlichen Einblasens von Kohlendioxid in den erfindungsgemäßen Tank mit den sich daraus ergebenden Vorteilen können sich die zu größeren Partikeln zusammenklumpenden Sedimentstoffe ungehindert im Konus absetzen und werden dort nicht erneut aufgewirbelt. Schon während der Gärung kann man sie kontinuierlich oder diskontinuierlich abziehen.

Wie bereits erwähnt wurde, führt das kontinuierliche Einblasen von Kohlendioxid zu einer besonders ausgeprägten Homogenität des Bieres. Bei Versuchen wurden an fünf Stellen des Tanks Temperaturen gemessen, Bierproben entnommen und untersucht. Die Messungen zeigten eine ausgezeichnete Homogenität. Ober diese Messungen wird in MBAA TECHNICAL QUARTERLY, Band H. vom 1. November 1974. im Aufsatz »Fermenting Reproducibility — Universal Tanks vs. Cenventional Tanks« von F. B. Knudsen und L. W.La rson berichtet.

Der erfindungsgemäß vorgesehene verhältnismäßig flache Konus des Bodens führt auch zu einer guten Volumennutzung. Trotz des gleichen Gesamtvoluiv.-ens wird der Tank niedriger. Damit sinken die Füllhöhe und der auf den unteren Tankbereichen lastende hydrostat!- sehe Druck. Die Tankwände können schwächer und entsprechend kostengünstiger ausgebildet werden. Auch die Fundamente für den Tank lassen sich kostengünstiger gestalten.

Für den Tankboden hat sich ein Neigungswinkel von 5° bis 25° gegenüber der Horizontalen als besonders zweckmäßig herausgestellt.

Eine zweckmäßige Ausgestaltung ist durch die Merkmale des Patentanspruches 2 gekennzeichnet. Über diesen rohrförmigen Ring wird Flüssigkeit in den Tank eingeleitet und parallel zum Tankboden ausgedrückt. Die dabei entstehenden Flüssigkeitsstrahlen treiben die abgelagerten Sedimentstoffe längs des Bodens zur Auslnßleitung und erleichtern damit deren Ableitung.

Am Beispiel der in der Zeichnung gezeigten Ausführungsformen wird die Erfindung nun weiter beschrieben. In der Zeichnung ist:

Fig. 1 eine Seitenansicht, teilweise aufgebrochen, einer ersten Ausführungsform, F i g. 2 ein Längsschnitt durch diesen Tank.

Fig. 3 ein Schnitt durch das Fundament und einen unteren Teil des Tanks,

Fig.3A ein Schnitt durch den unteren Bereich des Tanks und das Fundament unter besonderer Darstellung eines zur Armierung verwendeten Bandeisens,

Fig.4 eine Seitenansicht der den Mantel bildenden Platten unter besonderer Darstellung der Wärmeübertragungsplatten,

F i g. 5 eine perspektivische Darstellung einer solchen Wärmeübcrtragungsplatte,

F i g. 6 eine Aufsicht auf einen Verteiler,

Fig. 7 eine Seitenansicht eines Verteilers, teilweise im Schnitt, und

Fig.8 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, durch bj den unteren Teil des Tanks, des Fundamentes und der Pumpeinrichtungen.

Gemäß den F i g. 1 bis 3 ruht der zylindrische Tank 10 auf einem Fundamentring 11 aus Beton, der seinerseits auf einem Betonsockel 12 aufsitzt. Lm Fundamentring 11 und im Sockel 12 sind Stahlverstärkungen 13 angeordnet. Innerhalb des Betonrings 11 befindet sich eine gestampfte Erdfüllung 14. Auf der Erdfüllung 14 liegt eine etwa 22,5 bis 30 cm starke Isolierschicht aus zum Beispiel Vermiculitbeton. Auf der Erdfüllung 14 mag auch eine dünne Folie aus zum Beispiel Polyvinylchlorid liegen und eine Dampfsperre bilden.

Der Tank 10 hat einen Boden 16. Er besteht aus Platten aus nicht rostendem Stahl. Sie sind durch Stumpfschweißen miteinander verbunden. Die Innenseiten der Schweißnähte sind geschliffen. Vom Boden 16 ge!it die Auslaßleitung 17 aus. Sie liegt in einer Isolierung 18. Der Boden 16 hat die Form eines flachen Konus mit einem Neigungswinkel von 5 bis 25° zur Waagerechten. Ein Neigungwinkel von etwa 12 bis 15^C ist im allgemeinen am besten. Der konische Boden 16 ist mit einer auf Hochglanz polierten Metalloberfläche oder einem glatten Überzug versehen. Dies begünstigt das Gleiten von Hefe und Trübstoffen zum mittleren unteren Teil des Bodens. Der Boden 16 kann mit Polytetrafluoräthylen beschichtet sein.

Das tankseilige Ende 19 der Auslaßleitung 17 mündet axial in den unteren Bereich des Bodens 16 ein. Die Umfangskante 20 (F i g. 3) des Bodens 16 ist nach oben abgebogen und ist an die Unterkante 21 des Mantels 22 des Tanks angeschweißt. Der Boden 16 besteht aus nicht rostendem Stahl in einer Stärke von 3,5 mm bei einem Tank mit einem Durchmesser von etwa 8,53 m und einer Höhe von etwa 10,67 m von der tiefsten Stelle des Bodens bis zur Oberseite des Daches.

Der Mantel 22 hat die Form eines aufrechten Zylinders mit Kreisquerschnitt. Er besteht zweckmäßig aus mehreren ringartigen Reihen. Jede höhere Reihe steht mit ihrer Unterkante auf der Oberkante der unteren Reihe und ist mit ihr durch Siumpfschweißung verbunden. Nach Fig. 2 weist der Tank sieben Reihen A, B. C. D. E, F und G auf. jede Reihe besteht aus Metallplatten gleicher Höhe. Aus wirtschaftlichen Gründen werden in größtmöglichem Maße rechteckige Platten handelsüblicher Größe verwendet. Die Reihen sind gleich oder verschieden hoch. Im allgemeinen sind die Platten 1,22 m hoch.

Die Reihen können gleich stark sein. Die oberen Reihen sollten jedoch dünner sein, da sie geringerem hydraulischen Druck ausgesetzt sind. Die Reihe A kann daher 4,702 mm, die Reihe B 3,50 mm und die Reihen C bis G 2,725 mm stark sein. Dünnere Platten halten dem auf die oberen Reihen einwirkenden hydraulischen Druck stand. Es ist jedoch zu beachten, daß sie auch Knickbeanspruchung und Windkräften ausgesetzt sind.

Mehrere Bandeisen 27 (Fig. 3 und 3A) sind im unteren Bereich des Mantels 22 angeordnet. Mit ihren unteren Enden sind sie in den Betonring 11 eingegossen. Ein Metallring 23 liegt auf dem unteren Umfang des Mantels 22 und ist mit den Bandeisen 27 verschweißt. Der Ring 23 kann auch mit dem Mantel 22 verschweißt sein. Auf diese Weise wird ein Gleiten oder Kippen des Tanks verhindert.

Auf dem Tank 10 ruht ein Dach 30, das gewölbt, konisch, halbelliptisch, flach oder anders geformt sein kann. Es besteht zweckmäßig ebenfalls aus Platten aus nicht rostendem Stahl, die durch Stumpfschweißung verbunden sind. Rund um den oberen Teil des Mantels 22 liegt ein Ring 31, der eine Versteifung gegen Winddruck bildet. In der Mitte des Daches 30 ist eine öffnung 32 mit einer Entlüftungkappe 33 angeordnet,

von welcher ein Rohr 34 nach außen und dann längs des Mantels 22 nach unten bis zu einem Filter 35 verläuft. Das Rohr 34 ist mit einer Wärmeisolierung 36 versehen.

Eine Leitung 40 verläuft längs des Tanks 10 nach oben und dann über dem Dach 30 in waagerechter Richtung in die Entlüftungskappe 33. Von dort tritt ein Verlängerungsrohr 41 in den Tank 10 ein. Das Verlängerungsrohr 41 hat an seinem unteren Ende eine Düse 42. Aus ihr wird Reinigungslösung in den Tank zu dessen Reinigung zerstäubt. Die Düse 42 und das Rohr 41 bleiben auch bei Nichtgebrauch in Stellung. Die Leitung 40 hat eine Wärmeisolierung 43.

In der Nähe des unteren Endes des Mantels 22 befindet sich ein Mannloch 44. Der Mantel 22 ist außen mit einer Isolierung 45, zum Beispiel aus Polyurethanschaum, versehen. Sie ist mit einer Wetterschicht 46, zum Beispiel Aluminiumblech, bedeckt. Das Dach 30 ist ebenfalls mit einer Isolierung 47 versehen, welche ihrerseits mit einer Wetterschicht 48 aus Aluminiumblech bedeckt ist. Der Tank ist daher vollständig isoliert. Dies ermöglicht eine genaue Temperaturkontrolle des Tankinha!*s.

Zur indirekten Wärmeübertragung auf den Tankinhalt, um dessen Temperatur zu erhöhen oder zu senken, ist im Tankmantel 22 mindestens eine zur Wärmeübertragung dienende geschichtete Metallplatte angeordnet. Sie hat Durchgänge für ein Kühl- oder Heizmedium entweder ein Gas oder eine Flüssigkeit. Diese Wärmeübertragungsplatte wird im Mantel 22 anstelle einer normalen Metallplatte angeordnet. Die pro Volumen übliche Kühloberfläche läßt sich durch Verwendung der geschichteten Wärmeübertragungsplatte um etwa 35 bis 50% verringern.

F i g. 5 zeigt eine Ausführungsform einer Wärmeübertragung. Die Platte 50 weist eine innere Platte 51 aus nicht rostendem Stahl mit glatter Oberfläche und eine äußere Platte 52 aus nicht rostendem Stahl auf. Die Platte 52 hat einen gewellten Umriß. Beide Platten sind mit Schweißpunkten 53 verbunden. Die Wärmeübertragungsplatte 50 ist an ihrem Umfang 54 verscheißt.

Wie Fig.4 zeigt, liegen in einer Reihe E mehrere Wärmeübertragungsplatten 50 rr.it gleicher Höhe wie die übrigen in der Reihe verwendeten Metallplatten. Die Kanten der Wärmeübertragungsplalten 50 werden mit den Kanten der anderen Metallplatten durch Stumpfschweißung verbunden. Das Wärmeübertragungsmedium wird durch die Wärmeübertragungsplatten 50 mit einer Einlaßleitung 55 und einer Auslaßleitung 56 in Umlauf gesetzt.

In der Nähe des Tankbodens 16 ist in dessen Mitte ein Verteiler 60 (F i g. 2, 6 und 7) auf Füßen 61 angeordnet. Der Verteiler 60 hat eine Oberseite 64, eine Unterseite 65 und Wände 66 und ist kreuzförmig ausgebildet. Eine Einlaßleitung 62 führt von außen zum Verteiler 60 und führt ihm Kohlendioxidgas zu, das durch Auslaßöffnungen 63 nach oben austritt. Eine beliebige Anzahl von öffnungen 63 kann vorgesehen sein. Der Verteiler 60 ist genügend hoch oberhalb des Tankbodens 16 angeordnet, um eine Störung der auf diesem abgesetzten oder sich absetzenden Hefe zu vermeiden.

Das Gemisch aus abgesetzter Hefe und Kühltrub wird durch die Auslaßleitung 17 mit einer Pumpe abgesaugt. Die Pumpe kann kontinuierlich, intermittierend oder nur während der letzten Absetzungsphase der Gärung betätigt werden.

Um die Entfernung der sich auf der.i Tankboden 16 absetzenden Stoffe zu unterstützen, ist ein rohrförmigei Ring 70 an der Verbindungslinie zwischen Tankboden 16 und Mantel 22 mit Abstandsstützen 72 angeordnet (F i g. 2, 3 und 8). Der Durchmesser des rohrförmigen Rings 70 liegt unter dem des Tanks 10, damit die festen Stoffe an ihm vorbei auf seinen beiden Seiten nach unten strömen können. Der rohrförmige Ring 70 weist mehrere öffnungen 73 auf. Aus diesen tritt Flüssigkeit aus und strömt längs des Tankbodens 16 gegen dessen Mitte. Diese Flüssigkeitsströmung bewegt die fester Stoffe längs des Bodens zur Auslaßleitung 17. Wie F i g. 8 zeigt, ist diese an eine Pumpe 75 angeschlossen die Flüssigkeit und feste Stoffe absaugt. Die Pumpe 75 drückt das Gemisch auf ein Filter 74, das die fester Stoffe abtrennt. Die Flüssigkeit wird dann in eine Zuführungsleitung 71 gedrückt und dem rohrförmiger Ring 70 zugeführt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Großer, außenliegender, dünnwandiger Metalltank zur kombinierten Gärung, Lagerung und Behandlung von Bier mit einem konischen Metallboden, mit einer Leitung, die mit dem Inneren des Tanks am Scheitel des konischen Bodens verbunden ist, mit einer kreisförmigen, zylindrischen, senkrechten Metallwand, die mit dem Boden verbunden ist, mit einem Metalldach, das mit der senkrechten Wand verbunden und durch dieselbe abgestützt ist, mit einer Isolierung auf der Außenseite des Bodens, der Wand und des Daches, mit einer Entlüftungsöffnung in dem Dach, mit einer von der Außenseite des Tanks zu einem Verteiler im Inneren des Tanks führenden OO2- Leitung und bei dem die Tankwand durch Wärmeaustausch mit einem kalten Medium äußerlich kühlbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der konische Metallboden (16) eine Neigung von 5 bis 25" gegenüber der Horizontalen aufweist und in der Mitte des konischen Metallbodens (16) und zur Vermeidung einer Störung der auf dem konischen Metallboden (16) abgesetzten bzw. sich absetzenden Hefe genügend oberhalb des konischen Metallbodens (16) ein Verteiler (60) mit einer Vielzahl von Auslaßöffnungen (63) für das CO2-Gas angeordnet ist.

2. Metalltank nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er zusätzlich einen rohrförmigen Ring (70) aufweist, der innerhalb des Tanks (10) angrenzend an den Umfang des Bodens (16) angeordnet ist, ferner eine Flüssigkeits-Zuführungsleitung (71) besitz!, die mit dem rohrförmigen Ring (70) und mit der Außenseite des Tanks (10) in Verbindung steht, und der rohrförmige Ring (70) eine Vielzahl von unter Druck stehende Flüssigkeit längs des konischen Metallbodens (16) austreten lassende öffnungen (73) aufweist.

40