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Vorrichtung zum Suspendieren und Homogenisieren von WArze-Hefe-Feststoffteilchen
in Waeser nie Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Suspendieren und Homogenisieren
von Würze-Hefe-Feststoffteilchen in Wasser zur kontinuierlichen Bierherstellung.
In der Brsuereitechnik wurden Vorrichtungen zum Suspendieren und Homogenisieren
von WUrze-Iefe-?eststoffteilcben in Wasser bisher nicht angewendet, weil die Gärprozesse
in Absetzbehälter ohne Durchmischung durchgeführt werden.
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Es sind Vorrichtungen zum Suspendieren und Homogenisieren bekannt,
die aus einem zylindrischen WIischbehälter mit radial bzw. axial angeordneten Düsen
und aus einer Umpumpeinrichtung, die saugseitig am Boden des Mischbehälters und
druckseitig an den Düsen angeschlossen ist, bestehend Die aus den Düsen austretenden
Flüssigkeitaströme werden gegen Strömungsbrecher, Behälterwandung oder Behälterboden
gerichtet, wodurch Turbulenz und Durchmischung erreicht wird.
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Diese Vorrichtungen zeigen aber auch bei großem Energiezintrag Gebiete
geringer neetung, die zur Ablagerung von Feststöffen unterhalb und seitlich der
Düsen auf dem Behälterboden und zu einer schleppenden Vermischung in diesen Gebieten
führen. Auf Grund dieser Düsenanordnungen sind diese Vorrichtungen nur mit kleinen
Durchmessern, d.h. mit relativ kleinem Verhältnis der Bodenfläche zum Behältervolumen
ausführbar, weil keine gleichmäßige Strömungageschwindigkeit über der Bodenfläche
erzielt wird und deshalb mit steigendem Durchmesser immer schlechtere Suspendiereigenschaftell
vorliegens Die in diesen Vorrichtungen teilweise venvendeten Einbauten zur Strömungsführung
und Strömungsbrechung verhindern einen schnellen Temperaturausgleich und erschweren
eine notwendige Säuberung und Desinfektion der Vorrichtung auf mechanischem Wege.
Diese Vorrichtungen belarken auf Grund des hohen Energie intrages hohe Betriebskosten.
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Zweck der Erfindung ist es, eine gleichmäßige Strömungsgeschvindigkeit
der Würze-Hefe-Suspension über dem Boden des Gärbehälters zu gewährleisten, Gebiete
schleppender Vermischung und Temperatunlnterschiede in der Suspension und Ablagerungsgebiete
am Behälterboden zu vermeiden, die Säuberung und Desinfektion des Gärbehälters auf
mechnischem Wege zu ermöglichen und die Betriebskosten zu senken.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu entwickeln,
die ge ignet ist, Würze-Hefe-Feststoffteilchen in Gärtehältern- mit großem Verhältnis
Bodenfläche zu Behältervolumen, bei geringem Energie intrag, in Wasser zu suspendieren
und
homogenisieren ohne die für die Geschmacksbildung des Bieres c ünschten Hefehaufwerke
in der Suspension zu zerstören und die Gärzeit des Bieres zu verkürzen.
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Die Aufgabe wird erfindungagemaß dadurch gelöst, daß im Boden und
in der Wandung des Gärbehälters, der durch ein großes Verhältnis von Bodenfläche
zu Behältervolumen gekennzeichnet ist, zur Suspendierung und Homogenisierung Düsen
angeordnet sind, am Gärbehälter eine Umwälzpumpe, saugseitig am Boden und druckseitig
an den Düsen angeschlossen iet und in den Druckleitungen der Umwälzpumpe Regelventile
angeordnet sind Die Düsen in der Wandung des Gärbehälters ermöglichen vorwiegend
die Suspendierung der Würze-llefe-Feststoffteilchen im Wasser. Sie sind zu diesem
Zweck von einer gedachten radialen Anordnung zum Boden des Gärbehälters geneigt
und zur Wand des Gärbehälters gedreht angeordnet. In Abhängigkeit vom Verhältnis
Bodenfläche zu Behältervolumen betragen die Winkel der Düsen 30 bis 60 Grad und
die Neigungswinkel der Düsen 20 bis 50 Grad zur Erzielung von optimalen Suspendier-
und Homogenisierverhalten. In Abhängigkeit vom Durchmesser des Gärbehälters sind
zwei oder mehrere Düsen so angeordnet, daß der Abstand zwischen ihnen gleich ist
und die ausströmende Würze-Hefe-Suspension eine rotierende Bewegung der Suspension
im Gärbehälter bewirkt. Die Einbauhöhe ist für alle Düsen gleich und ändert sich
in Abhängigkeit vorriDurchmesser des Gärbehälters. Das Verhältnis Einbauhöhe der
DUsen zu Durchmesser des Gärbehältere beträgt 0,1 bis 0,3. Im Zentrum des Bodens
des Gärbehälters sind weiterhin eine Düse axial oder mehrere Düsen koaxial angeordnet.
Wird nur eine Düse in der Mitte des Bodens angeordnet, dann wird der Suepensionsstrahl
im rechten Winkel gegen die Oberfläche der Suspension gerichtet. Werden mehrere
Düsen verwendet, dann sind sie koaxial in gleichem Abstand zueinander anzuordnen.
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Der Suspensionsstrahl kann sowohl parallel zur Achse als auch schräg
zur Achse geführt werden. Durch diese Anordnung der Dosen wird gewährleistet, daß
das durch Rotation der WUrze-Hefe-Suspension in der Mitte ausgebildete Gebiet schleppender
Vermischung, so zerstört wird, daß ein schneller Stoffaustausch
und
Tenlperaturauagleich erfolgt und die Homogenisierungseigenschaften der Vorrichtung
wesentlich verbessert werden. Die in den Druckleitungen angeordneten Regelventile
ermöglichen die Regulierung der Suspendier- und Homogenisierungseigenschaften der
Vorrichtung. So ist es möglich, abgesetzte \Erze-Hefe-Pestetoffteilchèn, z.B. nach
Stillstandszeiten, durch ausschließliche Verwendung der Düsen in der Wandung des
Gärbehälters schnell wieder zu suspendieren. Zur Gewährleistung ausreichender Durchmischung,
Suspendierung und Homogenisierung ist auch der Durchmesser der Düsen ausschlaggebend.
In Abhängigkeit vom Durchmesßer des Gärbehälters ändert sich der Durchmesser der
Düsen.
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Bei geringer Pullhöhe und mittiger Absaugung kommt es häufig zum
Lufteintrag in die IErze-Hefe-Suspension infolge Ausbildung eines Badewannenwirbels
und einer Trombe.
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Zur Vermeidung des Lufteintrages in die Suspension ist die Saugleitung
der Umwälzpumpe exzentrisch im Boden des Gärbehälters angeordnet. In diese Saugleitung
mündet auch die Zuführungsleitung ein, über die die Suspension aus der vorgeschalteten
Gärstufe eingeleitet wird.
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Das Verhältnis der neu zugeführten Suspension zur aus dem Gärbehälter
umgepumpten Suspension ist variabel und liegt in der Regel bei 1 : 50 bis 1 : 300.
Die homogenisierte WUrze-Hefe-Suspension wird kontinuierlich, vorzugsweise an der
Wandung des Gärbehälters, oberhalb der Düsen, abgezogen und in einen nachgeschalteten
Abscheider geleitet. Die Regulierung der Durchflußmengen durch die Düsen erfolgt
mittels der Regelventile in den Druckleitungen oder durch Drehzahländerungen der
Umwälzpumpe.
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Durch den Einsatz dieser Vorrichtung zur Bierherstellung wird die
kontinuierliche Bierherstellung ermöglicht und die Gärzeiten werden um 50 % verkürzt.
Diese kurzen Gärzeiten werden durch die Intensivierung der Gärreaktion erreicht.
Der hierzu notwendige Energieeintrag ist sehr gering, weniger als 100 Watt pro m3
Suspension, und dadurch ist eine schonende Durchmischung gewährleistet. Die durch
den geringen Energieeintrag bedingten geringen Strömungsgeschwindigkeiten im Gärbehälter
vermeiden die Zerstörung der für die Geschmacksbildung des Bieres notwendigen Hefehaufwerke
bzw. sie behindern nicht deren Bildung.
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Trotz des geringen EnergieZintrages wird über die gesamte Bodenfläche
des Gärbehälters eine gleichmäßige Strömung erzielt, im Gärbehälter eine vollständige
Suspendierung und eine vollständige Homogenisierung erreicht.
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(homogene Suspension) Nur diese hohe Qualität der homogenen Suspension,
wie sie mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erzeugt wird, gewährleistet einen
optimalen Verlauf der Gärreaktion und die maximale Ausnutzung der Hefe.
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Da in dem Gärbehälter keine Gebiete schleppender Durchmischung vorhanden
sind, entstehen in der Suspension praktisch auch keine Temperaturunterschiede. Die
Temperaturunterschiede sind kleiner als 0,5 Grad.
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Die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in der Brauereitechnik
trägt wesentlich zur Rationalisierung der Bierherstellung bei und gewährleistet
eine gleichbleibend gute Qualität des Bieres. Darüberhinaus ist diese Vorrichtung
auch in anderen Fachgebieten zur Herstellung von homogenen Suspensionen und zum
Homogenisieren oder Suspendieren einsetzbar.
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Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausfilhrungsbeispiel näher
erläutert. In der zugehörigen Zeichnung zeigen: Fig. 1: die schematische Darstellung
der gesamten Vorrichtung Fig. 2: die Draufsicht auf die Vorrichtung Die Vorrichtung
besteht aus einem zylindrischen Gärbehälter 1, von 8 m Durchmesser, mit Elöpperboden.
In der Wandung des Gärbehälters 1, sind 1,5 m über den Behälterboden, zwei gogenüberliegende
Düsen 2, die von einer gedachten radialen Anordnung um den Winkel s = 30° zum Boden
des Gärbehälters geneigt und um den Winkel 8 = 450 zur Wandung des Gärbehälters
gedreht sind, angeordnet. In der Mitte des Klöpperbodens ist eine Düse axial angeordnet.
Die Düsen 2, 3 haben je einen Durchmesser von 12 cm.
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Die Umwälzpumpe 5 mit einer Förderleistung von 150 m3/h ist saugseitig
am Gärbehälter 1 angeschlossen, wobei die Saugleitung 4 koaxial, 120 cm von der
Düse entfernt in den Klöpperboden eingebunden ist. Die Druckleitung 6 ist verzweigt
ausgeführt und verbindet die Düsen, 2, 3 mit der Umwälzpumpe 5. In diesen Druckleitungen
6 sind Regelventile 7 angeordslet. Die Zuführungsleitung 8 mündet in die Saugleitung
4 ein. Die Abführungsleitung 9 ist unmittelbar über den Düsen 2 in der ilandunb
des Gärbebälters eingebunden.
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Der Gärbehälter ist mit 130 m3 Würze-Hefe-Suspension, die eine dynamische
Zähigkeit von 2 cp aufweist und deren Feststoffe eine Korngröße von 8 zum haben,
gefüllt.
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Durch die Zuführungsleitung 8 läuft kontinuierlich Würze-lIefe-Suspension
aus der vorgeschalteten Gärstufe zur Umwälzpumpe 5 und wird gemeinsam mit XiFurze-Hefe-Suspension
aus dem Gärbehälter 1, bei einem Mischverhältnis von 1 : 190, mittels der Umvrälzpumpe
5 über die Druckleitungen 6 durch die Düsen 2, 3 in den Gärbehälter 1 gedrückt.
Dadurch wird bedingt durch die Anordnung der Düsen die Rotation der Würze-Hefe-Suspension
im Gärbehälter und die vollständige Suspendierung der Feststoffteilchen bewirkt.
Uber dem Boden des Gärbehälters 1 herrscht eine gleichmäßige Strömung vor. In der
Mitte der roticrenden .irze-Hefe-Suspension entsteht ein Gebiet schleppender Venaischung
und deshalb erfolgt keine vollständige Homogenisierung der Suspensimon. Durch Anordnung
der Düse 3 im Mittelpunkt des Klöpperbodens mit Strahlrichtung rechtwinklig zur
Suspensionsoberfläche wird ein radialer Stoffaustausch erzielt und damit gewährleistet,
daß dieses Gebiet schleppender Vermischung beseitigt und eine homogene Suspension
erreicht wird, Die Diese 3 verbessert die Homogenisiereigenschaften der Vorrichtung
vesentlich. Der zur Erzeugung einer homogenen Suspension notwendige Energieeintrag
beträgt 23 W/m3. Die Verweilzeit im Umpumpsystem beträgt 11 min und die Homogenisierzeit
6 min. Die Teneraturunterschiede in der Suspension betragen maximal 0,03 Grad. Die
Entnahme der homogenisierten Suspension erfolgt kontinulerlich über die Abführungsleitung
9.
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Alle drei Düsen 2, 3 haben deii gleicher Düsendurchmesser und werden
im Dauerbetrieb mit der gleichen Menge Würze-Hefe-Suspension belastet. Durch die
Anordnun£ der Regelventile 7 in den Druckleitungen der Um'välzpumpe 5 ist gewährleistet,
daß nach Stillstandszeiten die aus der Suspension abgesetzten Würze-Hefe-Feststoffteilchen
schnell wieder suspendiert werden kennen.
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Zu diesem Zweck schließt man das Regelventil 7 vor Düse 3. Dadurch
werden die Diesen 2 mit der entsprechend größeren Menge Würze-Hefe-Suspension belastet
und damit eine größere Strö mungsges chnindigkcit über der Bodenfläche erreicht.