DE2358591A1

DE2358591A1 - Verfahren und einrichtung zur herstellung eines karbonisierten produkts

Info

Publication number: DE2358591A1
Application number: DE2358591A
Authority: DE
Inventors: Fred A Karr
Original assignee: Cons Foods Corp
Current assignee: Cons Foods Corp
Priority date: 1973-11-24
Filing date: 1973-11-24
Publication date: 1975-05-28

Description

Verfahren und Einrichtung zur Herstellung
eines karbonisierten Produkts

Bei der Herstellung qualitativ hochwertiger karbonisierter, d.h. mit Kohlensäure versetzter Produkte, insbesondere
Getränken, und Abfüllen derselben in Behälter wie z.B. Dosen oder Flaschen muß für- jeden Getränketyp jeweils ein konstanter und reproduzierbarer Karbonisierungsgrad aufrecht erhalten
werden.

Ein bekanntes, kontinuierlich arbeitendes Karbonisierungssystem, welches diesen Forderungen gerecht wird, ist beispielsweise in der U.S. Patentschrift 3 256 802 beschrieben. Bei diesem bekannten System wird ein in eine Rohrleitung geschalteter Karbonisator verwendet, mit dem Kohlendioxid im wässrigen, flüssigen Zustand durch ein Einspritzventil in eine die zu karbonisierende Flüssigkeit führende Rohrleitung eingespritzt wird. Das karbonisierte Getränk wird dann anschließend einem Stabilisierungsbehälter zugeführt, der auf einem Druck gehalten wird, welcher höher ist als der (als "Karbonisierungsdruck" bezeichnete) theoretische Kohlendioxid-Sättigungsdruck, welcher der zur Stabilisierung des Kohlendioxids im Getränk erforderliche Druck ist. Aus Gasvolumen-PrüftabeIlen ist
ersichtlich, daß beim Karbonisierungsdruck ein vorgegebener Rauminhalt Kohlendioxid als Funktion der Temperatur in
einer Raumeinheit Wasser gelöst wird. Nach Stabilisierung, bei der für höhere Sollwerte des Karbonisierungsgrades verhältnismäßig hohe Werte auftreten können, wird-das Getränk' der Füllkammer eines Gegendruckfüllapparats zugeführt. Die Abfüllung in Dosen oder Flanschen erfolgt in der Weise, daß

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auf den Behälterinnenraum zunächst ein Gegendruck ausgeübt wird, der um einen zur Erzielung eines gewünschten Durchsatzes erforderlichen Betrag unter dem Produktdruck liegt. Wenn der Produktdurchsatz beispielsweise zwischen 3,4 und

4,5 m /h betragen soll, wird der Druckabfall in der Füllkammer des Gegendruckfüllapparats auf etwa 0,14 bis 0,21

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kp/cm unter dem Druck im Stabilisierungsbehälter eingestellt,

Bei dem in der vorgenannten Patentschrift beschriebenen System werden Gegendruckfüllapparate für mäßig bis hoch karbonisierte Getränke als Gegengewicht bei den sehr hohen Abfülldurchsätzen verwendet, welche sich ansonsten aus der unmittelbaren oder Schwerkraftbefüllung mit dem für den Stabilisierungsbehälter erforderlichen Gegendruck ergeben und zu übermäßiger Schaumbildung und weiteren Abfüllproblemen führen. Die entsprechenden Abfüllvorrichtungen sind sehr kostspielig, sowohl in der Anschaffung als auch im Einbau. Zur Verringerung von Verschleiß an den Druckzylindern und der allgemeinen Wartungs- und Betriebskosten sollten Gegendruckfüllapparate mit einem möglichst niedrigen Betriebsdruck arbeiten. Bei niedrigen Drücken werden außerdem druckbedingte Beschädigungen an den befüllten Behältern verringert .

Durch die Erfindung sollen nunmehr ein Verfahren und eine Einrichtung zur kontinuierlichen Herstellung eines karbonisierten Produkts mit gesteuerter Druckverringerung vor dem Füllvorgang unter Vermeidung übermäßiger Produktkarbonisierung geschaffen werden, für welche entweder Gegendruckfüllapparate nicht erforderlich sind oder bei Verwendung derselben der Betriebsdruck verringert werden kann, und welche eine genau einstellbare und wiederholbare Produktkarbonisierung gestatten.

Das zur Lösung der gestellten Aufgabe vorgeschlagene Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung eines zum Abfüllen in

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Behälter bestimmten karbonisierten Produkts, insbesondere eines Getränks, bei dem durch Einspritzen von Kohlendioxid in einer Karbonisierungszone in eine Flüssigkeit ein karbonisiertes Produkt ausgebildet und dieses durch Halten in einem Stabilxsierungsbehälter unter einem Gasdruck oberhalb der Flüssigkeit, welcher wenigstens gleich ist dem Karbonisierung sdruck, stabilisiert wird, ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß das karbonisierte Produkt aus dem Stabilxsierungsbehälter in einen Druckminderbehälter übergeführt wird, in welchem der oberhalb der Flüssigkeit herrschende Gasdruck auf einen wesentlich unterhalb des Karbonisierung sdrucks liegenden Wert verringert und das Produkt zur Stabilisierung auf diesem verringerten Druckwert gehalten wird, und das karbonisierte Produkt aus dem Druckminderbehälter unmittelbar einer Abfüllvorrichtung zugeführt und in dieser bei einem unter dem Karbonisierungsdruck liegenden ausgewählten Druckwert in Behälter abgefüllt wird, wobei der an der Abfüllvorrichtung anliegende Produktdruck durch den im Druckminderbehälter eingestellten Druck vorgegeben wird.

Die zur Ausführung des Verfahrens vorgeschlagene Einrichtung ist mit einem Stabilisierungsbehälter, einer Speisequelle einer zu karbonisierenden Flüssigkeit, einer die Speisequelle mit dem Stabilisierungsbehälter verbindenden Rohrleitung, einer unter Druck stehenden Kohlendioxidquelle, einer mif der Kohlendioxidquelle verbundenen, in der Verbindungsrohrleitung angeordneten und zur Zumischung von Kohlendioxid zu der durch die Rohrleitung hindurchfließenden, zu karbonisierenden Flüssigkeit und Ausbildung eines karbonisierten Produkts vor Eintritt desselben in den Stabilxsierungsbehälter dienenden Karbonisator versehen und erfindungsgemäß gekennzeichnet durch ein zwischen dem Stabilisier ungsbehä It er und einer unter Druck stehenden Kohlendioxidquelle angeordnetes, zur Einstellung des Drucks des im Stabilxsierungsbehälter über dem karbonisierten Produkt

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herrschenden Kohlendioxid-Gasdrucks dienenoas erstes Ventil, einen Druckminderbehälter, eine den Stabilisierungsbehälter mit dem Druckminderbehälter verbindende Rohrleitung, ein zur Einstellung des im Druckminderbehälter im Raum über dem karbonisierten Produkt herrschenden Kohlendioxidgasdrucks dienendes zweites Ventil, eine Abfüllvorrichtung für das karbonisierte Produkt und eine die Abfüllvorrichtung unmittelbar mit dem Druckminderbehälter verbindende Rohrleitung, aufgrund deren der Druck in der Abfüllvorrichtung durch den Gasdruck im Druckminderbehälter vorgebbar ist.

Weitere Merkmale bilden den Gegenstand der Unteransprüche 4-10.

Im Karbonisator wird der durchfließenden Flüssigkeit Kohlendioxid beigemischt und dadurch ein karbonisiertes Produkt ausgebildet, welches dem Stabilisierungsbehälter zugeführt wird. Der Stabilisierungsbehälter steht über ein Ventil mit einer Kohlendioxidquelle in Verbindung, wobei der Druck im Gasraum oberhalb des karbonisierten Produkts wenigstens gleich dem Karbonisierungsdruck gehalten wird. Das karbonisierte Produkt wird dann aus dem Stabilisierungsbehälter in den Druckminderbehälter eingeführt, welcher ein zweites Ventil aufweist, mit dem der Kohlendioxid-Gasdruck oberhalb des karbonisierten Produkts auf einen vorbestimmten, unterhalb des Karbonisierungsdrucks liegenden Druckwert eingestellt wird. Aus diesem Druckminderbehälter wird das karbonisierte Produkt unmittelbar einer Abfüllvorrichtung zugeführt, und vermittels dieser in Behälter abgefüllt. Der Druckunterschied zwischen Stabilisierungsbehälter und den zu befüllenden Behältern ist von der gewünschten Füllgeschwindigkeit abhängig. Wenn der Durchsatz an karbonisiertem Produkt zur

Abfüllvorrichtung beispielsweise zwischen 3,4 und 4,5 m /h betragen soll, wird dieser Druckunterschied auf etwa 0,14 bis 0,21 kp/cm eingestellt.

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Die vermittels des Verfahrens und der Einrichtung erzielten Vorteile beruhen darauf, daß der Druck im Stabilisierungs- · behälter wenigstens gleich dem Karbonisierungsdruck gemacht wird, was zur Folge hat, daß die im Karbonisator eingeführten Kohlendioxid-Gasblasen in sich zusammenfallen und das Kohlendioxid verhältnismäßig stabil in Lösung geht. .Anschließend läßt sich der Druck des so stabilisierten karbonisierten Produkts wesentlich verringern und auf einen Wert bringen, bei dem der gewünschte Abfülldurchsatz möglich ist. Es wurde gefunden, daß Gegendruckfüllapparate bei Verwendung eines Druckminderbehälters durch eine Schwerkraft-Abfüllvorrichtung oder auch eine mit geringem Unterdruck arbeitende Abfüllvorrichtung ersetzt werden können. Wenn die Einrichtung für verhältnismäßig hoch karbonisierte Produkte verwendet wird, wird vorzugsweise ein Gegendruckfüllapparat verwendet, wobei sich der Betriebsdruck in diesem absenken läßt, wodurch der Verschleiß an den Zylindern und die Betriebskosten gesenkt werden und weniger Behälter beim Abfüllen zu Bruch gehen.

Die Erfindung wird im nachfolgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten schematischen Ausführungsbeispiels der Einrichtung näher erläutert, wobei in der Zeichnung der zu befüllende Behälter in einem größeren Maßstab dargestellt ist.

Bei der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform .der erfindungsgemäßen Einrichtung ist eine Quelle zu karbonisierender, erwärmter Flüssigkeit durch eine Rohrleitung 11 mit einem Stabilisierungsbehälter 12 verbunden. Gasförmiges Kohlendioxid, das von einer unter Druck stehenden Kohlendioxidquelle 13 geliefert wird, wird über ein Zweiwegventil 16 einem in die Rohrleitung 11 geschalteten Karbonisator Ik zugeführt.

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Die Zufuhr an gasförmigem Kohlendioxid zum Karbonisator 14 kann in gleicher V/eise wie in der vorgenannten U.S. Patentschrift 3 256 802 erfolgen. Der Karbonisator 14 besteht aus einem flüssigkeitsdichten inneren Gehäuse 17, das in ein größeres, äußeres Gehäuse 18 eingesetzt ist. Das Gehäuse 17 besteht aus einem zylindrischen Rohr mit sich konisch verjüngenden vorderen und hinteren Enden und ist aus einem porösen oder gesinterten Werkstoff ausreichend hoher Porosität (z.B. mit Öffnungen in der Größenordnung von etwa 2-5 pm) hergestellt und gestattet den Durchgang von blasenförmigem Kohlendioxid einer entsprechend kleinen Bläschengröße bei verhältnismäßig niedrigem Druck der Kohlendioxidquelle 13. Die Abgabe von Kohlendioxid in die Flüssigkeit erfolgt unter Druck.

Die Karbonisierung kann auch ggf. mit flüssigem Kohlendioxid vermittels eines Einspritzventils 15 für flüssiges Kohlendioxid erfolgen, das über eine herkömmliche Druckzumeßpumpe mit einer Quelle flüssigen Kohlendioxids verbunden ist. Entsprechend der Zeichnungsdarstellung bildet das Einspritzventil 15 an der Rohrleitung 11 ein T-Stück und weist einen federbelasteten Plunger 15a auf, welcher sich normalerweise in der Sperrstellung befindet und den Kohlendioxiddurchgang so lange sperrt, bis er bei Anliegen eines vorbestimmten

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Drucks (von z.B. 70 kp/cm ) abgehoben wird.

Flüssiges Kohlendioxid wird beispielsweise in einem Speicherbehälter bei einer Temperatur von angenähert - 17,8 C und unter einem Gasdruck von angenähert 21 kp/cm aufbewahrt. Im Karbonisator expandiert das flüssige Kohlendioxid, d.h. explodiert in den gasförmigen Zustand, unter Ausbildung von Gasblasen, deren Größe vergleichbar ist der Gaseinspritzung in Karbonisator 14. Der bei Expansion von flüssigem Kohlendioxid innerhalb der Produktflüssigkeit auftretende Kühleffekt läßt sich durch Steigerung des Einspritzdrucks entsprechend steigern. Aufgrund dieser Temperarturabsenkung

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kann die zu karbonisierende Flüssigkeit größere Kohlendioxidmengen aufnehmen. Bei niedrigeren Temperaturen wird außerdem der Druck im Stabilisxerungsbehälter 12 bei der Ausbildung eines stabilisierten Produkts verringert. Selbstverständlich wird die beispielsweise durch zusätzliche Kühlvorrichtungen aufzubringende Kälteleistung zur Kühlung des Endprodukts durch die bei Umwandlung von flüssigem Kohlendioxid in den gasförmigen Zustand auftretende Kühlung verringert .

Ein betriebsmäßig mit einer Pumpe für die zu karbonisierende Flüssigkeit verbundener Durchflußschalter 19 ist entweder mit dem Ventil 16, welches die Zufuhr an gasförmigem Kohlen- dioxid zu dem Karbonisator 14 steuert, oder dem Einspritzventil 15 für flüssiges Kohlendioxid oder auch im Falle einer Kombination der vorstehend beschriebenen Art mit beiden Ventilen gekoppelt. Auf diese Weise wird die Zufuhr von zu karbonisierender Flüssigkeit durch die Rohrleitung 11 und von Kohlendioxid z'u dem Karbonisator 14 in Abhängigkeit von anderen, weiter unten beschriebenen Steuervorrichtungen gleichzeitig geöffnet oder unterbrochen. Dadurch wird Oberoder Unterkarbonisierung im Karbonisator 14 verhindert.

Der Karbonisator 14 für gasförmiges Kohlendioxid und das Einspritzventil 15 für flüssiges Kohlendioxid können beide in der Rohrleitung 11 eingebaut sein, wobei das erstere als Aushilfsvorrichtung zur Karbonisierung bei Ausfall des Flüssigkeitskarbonisators verwendet werden kann.

Der Stabilisxerungsbehälter 12 ist mit Pegelstandsregler-Elektroden 20 versehen, die aus einem oberen und einem unteren Elektrodenpaar 21 bzw. 22 bestehen. Das Elektrodenpaar 21 ist betriebsmäßig mit dem normalerweise geöffneten Ventil 16 und dem Durchflußschalter 19 verbunden und dient zur gleichzeitigen Sperrung von Flüssigkeits- und Gaszufuhr, wenn

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der Flüssigkeitspegelstand innerhalb des Stabilisierungsbehälters 12 in Berührung mit dem Elektrodenpaar ansteigt. Das Elektrodenpaar 2 2 ist ebenfalls betriebsmäßig mit dem Ventil 16 und dem Durchflußschalter 19 gekoppelt und dient zum öffnen derselben bei Abfall des Flüssigkeitspegelstands innerhalb des Stabilisierungsbehälters 12 unter die Elektrodenkontakthöhe. Durch den Pegelstandsregler 20 wird somit der Flüssigkeitspegelstand innerhalb des Stabilisierungsbehälters 12 zwischen den beiden vorbestimmten Grenzwerten gehalten.

Eine zur Regelung des Kohlendioxid-Gasdrucks im Gasraum über dem karbonisierten Produkt im Stabilisierungsbehälter 12 dienende Ventilanordnung besteht aus einem Elektromagnet-Überdruckventil 23 und einem mit einer Kohlendioxidquelle verbundenen Druckregelventil 24. Wenn im Betrieb der Einrichtung die Ventile 23 und 24 geschlossen sind, wird durch vom Produkt abgegebenes Kohlendioxidgas ein Druck im Gasraum des Stabilisierungsbehälters 12 aufrecht erhalten, der angenähert gleich ist dem Karbonisierungsdruck im Karbonisator 14. Das Druckregelventil 24 wird so eingestellt, daß es in den Stabilisierungsbehälter 12 Kohlendioxid unter Karbonisierungsdruck einführt, um die Stabilität des Produkts zu steigern und die Kohlendioxidverdampfung aus dem Produkt zu verhindern. Für bestimmte Produkte (wie z.B. Pampelmusensaft) muß der Druck im Stabilisierungsbehälter 12 über dem Karbonisierungsdruck liegen. Dadurch wird der Karbonisierungsgrad, welcher durch den unabhängigen Durchsatz an Kohlendioxidgas durch das Ventil 16 in den Karbonisator 14 vorgegeben ist, nicht gesteigert. Das Produkt wird im Stabilisierungsbehälter 12 während einer ausreichend langen Zeit belassen, damit es sich unter dem Behälterdruck stabilisieren kann.

Das Produkt gelangt aus dem Stabilisierungsbehälter 12 zu einem Druckminderbehälter 27 durch eine Rohrleitung 28, in

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die ein Durchsatzanzeiger 2 9 geschaltet ist, welcher dazu, dient, die Unterbrechung von Durchfluß zur Abfü.llvorrichtung anzuzeigen. Das Überdruckventil 23 wird unter folgenden Bedingungen in die Öffnungsstellung verstellt: (a) Durchflußschalter 19 offen, Cb) Durchsatzanzeiger 2 9 zeigt eine Unterbrechung des Produktzuflusses zur Abfüllvorrichtung an und (c) die Elektroden des Pegelstandsreglers 20 zeigen an, daß sich der Pegelstand des Produkts im Stabilisierungsbehälter 12 zwischen den Elektrodenpaaren 21 und 2 2 befindet. Wenn sämtliche drei Bedingungen (a), (b) und (c) erfüllt sind, steigt der Produktpegelstand im Stabilisierungsbehälter 12 ausreichend schnell an, so daß der Gasraum oberhalb der Flüssigkeit zusammengedrückt wird und der Druck im Behälter in unerwünschter Weise ansteigt. Ein solcher Druckanstieg wird durch das selbsttätige Öffnen des Überdruckventils 2 3 verhindert. Sobald wieder ein Produktdurchfluß zur Abfüllvorrichtung einsetzt, schließt der Durchsatzanzeiger 2 9 selbsttätig das Überdruckventil 23, da die Gefahr einer raschen Druckzunahme nicht mehr besteht. Wenn der Produktpegelstand im Stabilisierungsbehälter 12 weiter ansteigt und kein Abfüllvorgang erfolgt, gelangt der Flüssigkeitspegel allmählich zum oberen Elektrodenpaar 21. Sobald diese Elektroden durch die Flüssigkeit berührt werden, wird dadurch der Durchflußschalter 19 selbsttätig geschlossen, wodurch auch die Produktpumpe abgestellt wird. Außerdem wird durch diesen Kontakt das Überdruckventil 23 geschlossen. Das Überdruckventil 23 ist somit nur dann offen, wenn Flüssigkeit durch den Durchflußschalter 19 hindurch in den Stabilisierungsbehälter 12 gepumpt wird und kein Produktzufluß zur Abfüllvorrichtung vorhanden ist.

Der Druckminderbehälter 27 weist einen Pegelstandsregler mit einem normalerweise offenen Zweiwegventil 31 in der Rohrleitung 2 8 auf, welches sich schließt, wenn der Flüssigkeitspegelstand im Behälter über einen vorbestimmten

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Pegelstandswert ansteigt, und sich öffnet, wenn der Flüssigkeitspegelstand diesen Wert unterschreitet. Bei der hier dargestellten Ausführungsform ist der Pegelstandsregler 30 in der Lage, die Einrichtung in einen Drosselzustand zu steuern, in welchem ein im wesentlichen konstanter Produktdurchsatz und Pegelstand im Behälter erzielt werden.

Das Zweiwegventil 31 wird durch einen Schwimmer 32 betätigt, welcher über einen Schwimmerarm 3 3 mit einem Drehpunkt 3 4 verbunden ist. Der Schwimmer 32 betätigt einen Kolbensteller 36, durch den der Produktflüssigkeitsdruchsatz durch das Zweiwegventil 31 gestattet oder unterbrochen wird. Der Kolbensteller 36 weist ein Ventilgehäuse 37 auf, in dem ein gleitend verschiebbarer Kolben oder eine federbelastete Membran 3 8 als Stellglied angeordnet ist. Bei Bewegung des Membran- oder Kolbenstellgliedes 3 8 nach unten aufgrund eines auf dessen Oberseite einwirkenden Gasdrucks wird das Ventil 31 geschlossen, während sich das Stellglied bei Fortfall des Gasdrucks nach oben bewegt und das Ventil 31 öffnet.

Eine Gaszuführvorrichtung übt auf die Oberseite des Membranoder Kolbenstellgliedes 38 einen in Abhängigkeit vom Flüssigkeitspegelstand im Behälter 2 7 abhängigen Druck aus. Die Gaszuführvorrichtung besteht aus einer Gasleitung 39, die einerseits mit dem Gasraum im oberen Bereich des Druckminderbehälters 27 und andererseits mit dem oberen Ende des Membran- oder Kolbenstellgliedes 3 8 in Verbindung steht. Ein Stopfen 40 ist vermittels einer Stange 41 mit einem mittigen Abschnitt des Schwimmerarms 3 3 verbunden und sitzt bei unterhalb eines vorbestimmten Werts liegendem Flüssigkeitspegelstand gegen einen erweiterten Abschnitt der Gasleitung 3 9 an, indem der Schwimmerarm 33 dabei so weit nach unten verschwenkt ist, daß sich der Stopfen 40 in abdichtender Sitzstellung befindet. Wenn der Flüssigkeitspegel ausreichend weit über den vorbestimmten Pegelstandswert ansteigt, wird

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der Stopfen HO von seinem Sitz abgehoben, so daß Gas aus dem oberen Gasraum im Druckminderbehälter 27 in die Gasleitung 39 eintreten kann. Ein Gasabblasventil 42, welches beispielsweise aus einem leicht geöffneten Nadelventil bestehen kann, ist im Gasstrom zwischen Druckminderbehälter 27 und Membran- oder Kolbenstellglied 3 8 innerhalb eines Ventilgehäuses 3 7 angeordnet und dient dazu, den Gasdruck mit vorbestimmter Geschwindigkeit abzusenken.

Im Betrieb des Pegelstandsreglers 30, wenn der Flüssigkeitspegel den vorbestimmten Pegelwert überschreitet, wird der Stopfen 40 abgehoben, so daß der Gasdurchsatz durch die Gasleitung 39 größer ist als der durch das Gasabblasventil 42, wodurch das Membran- oder Kolbenstellglied 38 nach unten gedrückt wird, das Ventil 31 dadurch geschlossen wird und die Zufuhr von Produktflüssigkeit in den Behälter 27 sperrt. Dadurch sinkt wiederum der Flüssigkeitspegelstand im Behälter 27 unter den vorbestimmten Pegelwert ab, wodurch der Stopfen 40 wiederum in Sitzeingriff gelangt und den Gasaustritt aus dem Behälter 2 7 in die Leitung 39 sperrt. Bei der langsamen Gasentlüftung durch das Gasabblasventil 42 kann das federbelastete Kolben- oder Membranstellglied 3 8 sich langsam wieder nach oben verstellen, wodurch dementsprechend das Ventil 31 wieder geöffnet wird. Durch entsprechende Bemessung des Abblasdurchsatzes durch das Gasabblasventil 42 bewirkt der Pegelstandsregler 30 einen im wesentlichen konstanten Durchsatz durch die Rohrleitung.2 8 mit verhältnismäßig kurzen Verzögerungszeiten.

Der Druckminderbehälter 2 7 ist außerdem mit einer Ventilanordnung versehen, vermittels welcher der Gasdruck des Kohlendioxids oberhalb des karbonisierten Produkts im Behälter geregelt wird. Diese Ventilanordnung besteht aus einem Oberdruckventil 43 ggf. in Verbindung mit einem Druckregelventil 44, welches mit einer Kohlendioxidquelle 46 ver-

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bunden ist. Das Oberdruckventil M-3 ist auf einen Ansprechdruck eingestellt, der wesentlich über dem Druck in der Abfüllvorrichtung liegt, damit wie weiter unten erläutert ein gewünschter Abfülldurchsatz erhalten wird. Da der Betriebsdruck des Druckminderbehälters 2 7 unter dem des Stabilisierungsbehälters 12 liegt, gibt die Flüssigkeit wie z.B. ein Getränk eine bestimmte Kohlendioxidmenge ab, welche, wenn diese nicht durch das Überdruckventil 43 abgeführt wird, zu einer Steigerung des Gasdrucks im Gasraum des Druckminderbehälters 27 führt, bis dieser gleich ist dem Druck im Stabilisierungsbehälter 12. Das Produkt wird unter dem Betriebsdruck im Behälter 27 so lange gehalten, um es bei diesem Druckwert zu stabilisieren. Um den gleichen Produktkarbonisierungsgrad zu erhalten, wenn der Behälter 2 7 auf höherem Druck als der Behälter 12 gehalten wird, wird der Gasdurchsatz durch das Ventil 16 zum Karbonisator proportional gesteigert, damit die Kohledioxidfreisetzung aus dem Produkt während der Druckverringerung ausgeglichen wird.

Wenn für ein Produkt der Druck im Stabilisierungsbehälter wesentlich über dem Karbonisierungsdruck liegen muß, kann nach Druckverringerung von z.B. 0, IM- bis 0,7 kp/cm der Druck im Druckminderbehälter 2 7 nach wie vor über dem Karbonisierungsdruck liegen. Auch in diesem Falle ergibt sich der Vorteil, daß der Abfülldruck verringert werden kann.

Die bei 47 schematisch dargestellte Abfüllvorrichtung ist über eine Produktleitung 48 mit dem Druckminderbehälter 2 verbunden. Der Übersichtlichkeit halber ist die Abfüllvorrichtung 47 in Verbindung mit einer maßstäblich stark vergrößerten Flasche 49 dargestellt, welche auf einer Bühne steht. Die Abfüllvorrichtung weist einen Zentriernapf 51 auf, durch den gasdicht eine mit der Produktleitung 48 verbundene Produktabgabeleitung 52 und ein Gasentlüftungsrohr 5 3 durchgeführt sind.

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Bei der hier dargestellten Ausführungsform kann eine ggf. vorgesehene Vakuumpumpe 54 Gas aus dem Behälter absaugen und in diesem einen geringen Unterdruck erzeugen. In diesem Falle wird eine Abfüllvorrichtung des Unterdrucktyps verwendet. Wenngleich Unterdruck- oder Vakuumabfüllvorrichtungen normalerweise für nicht karbonisierte Getränke verwendet werden, lassen sie sich auch für Systeme mit ausreichend niedrigem Karbonisierungsgrad verwenden, bei dem größere Kohlendioxidmengen bei Anlegen eines geringen Unterdrucks (von z.B. bis zu 0,21 kp/cm Unterdruck) nicht' verloren gehen. Durch das Anlegen eines Unterdrucks wird der im Druckminderbehälter 27 erforderliche Gasdruck bei Befüllung der Flaschen 49 mit einem gewünschten Abfülldurchsatz verringert.■ Dieser Druckunterschied gibt den Abfülldurchsatz vor.

Wenn die ggf. angeschlossene Vakuumpumpe 54 -in Fortfall kommt, kann das in der Flasche 4 9 befindliche Gas wie z.B. Luft durch das Entlüftungsrohr 5 3 hindurch zur freien Atmosphäre entweichen, wenn die Flasche mit Produktflüssigkeit gefüllt wird. Eine solche Abfüllvorrichtung wird als Schwerkraft-Abfüllvorrichtung bezeichnet. Bei einer bekannten Ausführung einer derartigen Schwerkraft-Abfüllvorrichtung ist eine Abfüllkammer vorgesehen, welche das abzufüllende Produkt auf mehrere Behälter verteilt. Bei einer weiteren Ausführungsform ist ein mittiges Verteilerventil mit getrennten Produktabgabeleitungen zu einzelnen Abfüllventilen vorgesehen.

Bei einer herkömmlichen Schwerkraft- oder Niederdruck-Abfüllvorrichtung mit mittigem Verteilerventil wird das Produkt der Abfüllvorrichtung vermittels einer Pumpe zugeführt. Bei dieser Art der Produktzufuhr wird kein gleichförmig karbonisiertes Endprodukt erhalten, weil sich der Pumpendruck in Abhängigkeit von der Abfüllgeschwindigkeit stark ändert und die Abfüllgeschwindigkeit großen Schwankungen unterliegt, beispielsweise wenn an einigen Ventilen keine Behälter zur

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Verfügung stehen. Durch diese hohen Druckschwankungen werden der Karbonisierungsgrad und die Stabilität des Endprodukts verändert. Bei.Verwendung eines Druckminderbehälters 27 wird ein gleichförmig karbonisiertes Produkt auch bei einer Schwerkraft-Abfüllvorrichtung mit mittiger Verteilung erhalten, weil der Durchsatz zur Abfüllvorrichtung durch den Druckunterschied zwischen Behälter 2 7 und Abfüllvorrichtung vorgegeben wird und unabhängig davon ist, ob einige Abfüllventile benutzt werden oder nicht.

Aufgrund des Druckminderbehälters kann die Einrichtung auch mit der beschriebenen Schwerkraft- oder Niederdruck-Abfüllvorrichtung anstelle eines wesentlich kostspieligeren Gegendruckfüllapparats verwendet werden.

Ein Gegendruckfüllapparat läßt sich jedoch andererseits vorteilhaft in Verbindung mit der Erfindung einsetzen, da der erforderliche Gegendruck um jeden gewünschten Grad verringert werden kann, indem vor dem Abfüllvorgang zunächst der Druck im Behälter 27 verringert wird. Wenn die Abfüllvorrichtung beispielsweise mit einer Arbeitsgeschwindigkeit betrieben wird, welche einen Produktdurchsatz zur Abfüllvorrichtung

von 3,4 bis 4,5 m /h erforderlich macht, wird der Betriebs-

2 druck im Gegendruckfüllapparat um 0,14 bis 0,21 kp/cm unter dem Betriebsdruck im Druckminderbehälter 27 eingestellt. Durch die Verringerung des Behälterdrucks ist somit eine als Abgleich dienende Betriebsdruckverringerung in der Abfüllvorrichtung möglich. Die Arbeitsweise eines herkömmlichen Gegendruckfüllapparats ist in der vorgenannten U.S. Patentschrift 3 2 56 802 im einzelnen beschrieben, und an dieser Stelle wird wegen der Einzelheiten auf diese Beschreibung verwiesen.

Das Verfahren und die Einrichtung nach der Erfindung sind auf karbonisierte Getränke jeder Art wie z.B. alkoholfreie

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Getränke, künstlich karbonisierte Weine, Bier usw. anwendbar. Bei alkoholfreien Getränken werden Sirup und Wasser zur Ausbildung der zu karbonisierenden Flüssigkeit vermischt und abgekühlt, wie in der vorgenannten U.S. Patentschrift ausführlich erläutert ist.

Zum Betrieb der erfindungsgemäßen Einrichtung wird zunächst der Abfülldurchsatzsollwert ermittelt und dann die Einrichtung dementsprechend eingestellt. Wenn der Produktdurchsatz beispielsweise zwischen 3,4 und 4,5 m /h betragen soll, wird der Druckabfall von Behälter 2 7 zur Abfüllvorrichtung auf 0,14 bis 0,21 kp/cm eingestellt. Bei Verwendung von

Abfüllvorrichtungen höherer Leistung mit einem Produkten

durchsatz von z.B. 11 - 13 m /h wird der Druckabfall ent-

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sprechend auf 0,28 - 0,35 kp/cm gesteigert.

Beispiel 1

Bei Karbonisierung eines alkoholfreien Getränks mit 3,7 Raumteilen Kohlendioxid mit einem Produktdurchsatz zu einem

3 Gegendruckfüllapplfcr&rT: von 3,4 bis 4,5 m /h wird zunächst ein Gemisch aus Wasser und Sirup (im nachfolgenden als "Flüssigkeit" bezeichnet) durch die Rohrleitung 11 zugeführt. Das Ventil 16 wird so eingestellt, daß Kohlendioxid mit dem erforderlichen Durchsatz dem in der Rohrleitung 11 angeordneten Karbonisator 14 zugeführt wird. Bei Zufuhr von flüssigem Kohlendioxid wird eine Zumeßpumpe für flüssiges Kohlendioxid so eingestellt, daß die erhaltene ,Karbonisierung 3,7 Raumteile Kohlendioxid beträgt. Vermittels eines nicht dargestellten Kühlers wird die Temperatur des Getränks auf etwa 1,1 ⁰C abgesenkt, bei welcher der Kohlendioxid-Gleichgewichtsdruck angenähert 1,41 kp/cm (atü) beträgt.

Der Stabilisierungsbehälter 12 wird auf einen Gasdruck oberhalb der Flüssigkeit eingestellt, welcher geringfügig über dem Karbonisierungsdruck liegt und beispielsweise 2,11 atü

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beträgt. Dazu wird das Druckregelventil 24 entsprechend eingestellt. Durch Zusammenfallen der Kohlendioxidblasen im karbonisierten Produkt wird dieses stabilisiert.

Im Anschluß an die Stabilisierung wird das karbonisierte Produkt dem Druckminderbehälter zugeführt, in dem beispielsweise vermittels des Überdruckventils 43 ein niedrigerer Betriebsdruck von z.B. 1,05 atü eingestellt ist. Die Druckabsenkung unter den Karbonxsxerungsdruck von 1,41 atü ist ohne erheblichen Kohlendioxidverlust möglich, weil das Kohlendioxid im Stabilisierungsbehälter 12 im Produkt stabilisiert worden ist.

Das Getränk wird dann dem Gegendruckfüllapparat zugeführt, welcher mit einem Druck betrieben wird, der um einen zur Erzielung des gewünschten Produktdurchsatzes erforderlichen Druckwert unter dem im Druckminderbehälter 27 herrschenden Druck von 1,05 atü liegt. Dieser Druckunterschied beträgt wie oben erläutert zwischen 0,14 und 0,21 atü für einen Produktdurchsatz von 3,4 bis 4,5 m /h. Der Druck im Gegendruckfüllapparat liegt somit bei 1,20 - 1,27 atü. Wenn der Druckunterschied für den vorbestimmten Solldurchsatzwert wesentlich über dem angegebenen Wert liegt, tritt starke Schaumbildung auf.

Durch Verwendung des Druckminderbehälters 27 in der Einrichtung läßt sich der erforderliche Gegendruck in der Abfüllvorrichtung wesentlich verringern, wodurch der Verschleiß an den Druckhebezylindern und der Wartungsbedarf entsprechend verringert werden und das Risiko von Behälterbeschädigungen wesentlich herabgesetzt ist.

Beispiel 2

Für dieses Beispiel wurde anstelle eines Gegendruckfüllapparats eine Schwerkraft-Abfüllvorrichtung zur Abfüllung

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eines mäßig bis niedrig karbonisierten Weins benutzt. Der gewünschte Karbonisierungsgrad des Endprodukts betrug bei Raumtemperatur 1,75 Raumteile Kohlendioxid und war damit äquivalent einem Karbonisierungsgleichgewichtsdruck von etwa 0,91 atü. Der Druck im Stabilisierungsbehälter 12 würde bei diesem Karbonisierungsgrad etwas über diesem Gleichgewichtswert und etwa bei 1,41 atü liegen. Nach Stabilisierung beträgt der Druck im Gasraum des Druckminderbehälters 27 wesentlich weniger, so z.B. 0,21 bis 0,35 atü, abhängig jeweils von dem gewünschten Durchsatz und vermittels des Oberdruckventils 31 einstellbar veränderlich. Nach Druckverringerung fließt das Produkt unmittelbar durch die Leitung 48 in die Schwerkraft-Abfüllvorrichtung, welche auf atmosphärischem Druck gehalten wird. Für Produkte der genannten Art ist kein Gegendruckfüllapparat erforderlich, mit dem Ergebnis, daß sich wesentlich niedrigere Investitions- und Betriebskosten bei gleichzeitig ..niedrigerem Behälterbeschädigungsrisiko als bei Verwendung eines Gegendruckfüllapparats ergeben.

Vermittels des Verfahrens und der Einrichtung nach der Erfindung läßt sich ein Endprodukt äußerst gleichförmigen, von DurchsatzSchwankungen und dgl. unabhängigen Karbonisierungsgrades erzeugen. Wie im einzelnen dargelegt, ist die dem Karbonisator zugeführte Kohlendioxidmenge unabhängig vom Druck im Stabilxsierungsbehälter oder im Druckminderbehälter 27, so daß auch dadurch eine gleichförmige Karbonisierung gewährleistet ist. Außerdem werden die Kohlendioxidzufuhr durch das Ventil 16 und die Flüssigkeitszumessung durch den Durchflußschalter 19 synchron gesteuert, so daß die Unterbrechung von Flussigkeits- und Gaszufuhr gleichzeitig erfolgt. Ein übermäßig hoher Druckanstieg im Stabilxsierungsbehälter 12 wird durch öffnen des Überdruckventils 23 verhindert, was dann der Fall sein könnte, wenn der Durchsatzanzeiger 29 eine Unterbrechung der Produktzufuhr zur Abfüllvorrichtung 47 anzeigt und der Durchflußschalter

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gleichzeitig offen ist, so daß der Flüssigkeitspegel im
Stabilisierungsbehälter 12 rasch ansteigt. Sobald der
Flüssigkeitspegel das obere Elektrodenpaar 21 erreicht,
wird die Flüssigkeitszufuhr zum Stabilisierungsbehälter unterbrochen, das Überdruckventil 2 3 wird geschlossen und Kohlendioxid wird zur Erzielung des gewünschten Gasdrucks oberhalb der Flüssigkeit durch das Druckregelventil 24 zugeführt.

Der Druckminderbehälter 27 ist mit einem neuartigen Pegelstandsregler 30 versehen, durch den der Flüssigkeitspegel im Druckminderbehälter auf einem verhältnismäßig konstanten Pegelstand gehalten wird. Zur Erzielung des Abfülldrucksollwerts ist daher nur eine einzige, konstante Einstellung des Überdruckventils U3 erforderlich, und dieses braucht
nicht in Abhängigkeit von einem steigenden oder fallenden Flüssigkeitspegelstand kontinuierlich nachgestellt zu werden.

Entsprechend dem Verfahren und vermittels der Einrichtung nach der Erfindung zur Herstellung eines zum Abfüllen in Behälter bestimmten karbonisierten Produkts wird dieses zunächst stabilisiert und dann sein Druck vor der Abfüllung ohne größeren Karbonisierungsverlust herabgesetzt. Auf
diese Weise erfolgt die Abfüllung unter Vermeidung übermäßiger Schaumbildung, wobei entweder auf einen Gegendruckfüllapparat verzichtet oder der Arbeitsdruck eines solchen wesentlich niedriger gewählt werden kann.

- Patentansprüche

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Claims

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Patentansprüche :

.\ Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung eines zum Abfüllen in Behälter bestimmten, karbonisierten Produkts, insbesondere eines Getränks, bei dem

(a) durch Einspritzen von Kohlendioxid in einer Karbonisierungs zone in eine Flüssigkeit ein karbonisiertes Produkt ausgebildet und

(b) dieses durch Halten in einem Stabilisierungsbehälter unter einem Gasdruck oberhalb der Flüssigkeit, welcher wenigstens gleich ist dem Karbonisxerungsdruck, stabilisiert wird,

dadurch gekennzeichnet , daß

(c) das karbonisierte Produkt aus dem Stabilisierungsbehälter (12) in einen Druckminderbehälter (27) übergeführt wird, in welchem der oberhalb der Flüssigkeit herrschende Gasdruck auf einen wesentlich unterhalb des Karbonisierungsdrucks liegenden Wert verringert und das Produkt zur Stabilisierung auf diesem verringerten Druckwert gehalten wird und

(d) das karbonisierte Produkt aus dem Druckminderbehälter (27) unmittelbar einer Abfüllvorrichtung (47) zugeführt und in dieser bei einem unter dem Karbonisxerungsdruck liegenden ausgewählten Druckwert in Behälter (49) abgefüllt wird, wobei der an der Abfüllvorrichtung (47) anliegende Produktdruck durch den im Druckminderbehälter (27) eingestellten Druck vorgegeben wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasdruck oberhalb der Flüssigkeit in den Behältern (49) beim Abfüllvorgang auf einen nicht über dem atmosphärischen Druck liegenden Wert bemessen wird, und der Gasdruck oberhalb der Flüssigkeit im Druckminderbehälter (27) um gerade so viel höher eingestellt wird, daß der gewünschte Abfülldurchsatz in die Behälter erhalten wird.

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Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, mit einem Stabilisierungsbehälter, einer Speisequelle einer zu karbonisierenden Flüssigkeit, einer die Speisequelle mit dem Stabilisierungsbehälter verbindenden Rohrleitung, einer unter Druck stehenden Kohlendioxidquelle, einer mit der Kohlendioxidquelle verbundenen, in der Verbindungsrohrleitung angeordneten und zur Zumischung von Kohlendioxid zu der durch die Rohrleitung hindurchfließenden, zu karbonisierenden Flüssigkeit und Ausbildung eines karbonisierten Produkts vor Eintritt desselben in den Stabilisierungsbehälter dienenden Karbonisator, gekennzeichnet durch ein zwischen dem Stabilisierungsbehälter (12) und einer unter Druck stehenden Kohlendioxidquelle (26) angeordneten, zur Einstellung des Drucks des im Stabilisierungsbehälter über dem karbonisierten Produkt herrschenden Kohlendioxiddrucks dienendes erstes Ventil (2H), einen Druckminderbehälter (27), eine den Stabilisierungsbehälter mit dem Druckminderbehälter verbindende Rohrleitung (28), ein zur Einstellung des im Druckminderbehälter im Raum über dem karbonisierten Produkt herrschenden Kohlendioxiddrucks dienendes zweites Ventil (43), eine Abfüllvorrichtung (47) für das karbonisierte Produkt und eine die Abfüllvorrichtung unmittelbar mit dem Druckminderbehälter verbindende Rohrleitung (48), aufgrund deren der Druck in der Abfüllvorrichtung durch den Gasdruck im Druckminderbehälter vorgebbar ist.

Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckminderbehälter (27) mit einem Pegelstandsregler (30) versehen ist, der ein Ventil (31) aufweist, das bei Anstieg des Pegelstandes der Flüssigkeit im Behälter über einen ersten vorbestimmten Pegelstandswert in die Schließstellung bringbar, bei Abfall des Pegelstandes unter diesen Wert in die öffnungsstellung bringbar und in der

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Rohrleitung (28) zwischen Stabilisierungsbehälter und Druckminderbehälter angeordnet ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Pegelstandsregler (30) aus einem im Druckminderbehälter (27) befindlichen Schwimmer (32), einem zum Schließen des Ventils (31) unter einem in einer Rohrleitung (39) zwischen Schwimmer und Kolbensteller (36) herrschenden Gasdruck und zum Öffnen des Ventils bei Verringerung des Gasdrucks dienenden Kolbensteller (36), einem in Abhängigkeit von einer dem ersten bzw. dem zweiten Pegelstandswert entsprechenden Stellung des Schwimmers (32) zum Sperren bzw. Freigeben von Gasdurchsatz durch die Rohrleitung (39) dienenden Stopfen (M-O) und einem in der Rohrleitung zwischen dem Stopfen und dem Kolbensteller angeordneten Gasabblasventil (42) besteht, wobei die Anordnung in der Weise ausgelegt ist, daß der Stopfen bei einem den vorbestimmten Pegelstandswert übersteigenden Pegelstand der Flüssigkeit den Gasdurchtritt durch die Rohrleitung (39) freigibt und das Ventil (3.1.) vermittels des Kolbenstellers (36) geschlossen wird, und bei einem unter dem vorbestimmten Pegelstandswert liegenden Pegelstand den Gasdurchtritt durch die Rohrleitung unterbricht, der Gasdruck durch das Abblasventil verringert und das Ventil vermittels des Kolbenstellers in die Öffnungstellung gebracht wird.

6. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Ventil (43) aus einem Überdruckventil besteht, das so einstellbar ist, daß bei Überschreiten eines vorbestimmten Gasdrucks im Druckminderbehälter (27) Gas aus diesem entlüftet wird.

7. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stabilisierungsbehälter (12) mit einem auf den Gas-

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druck oberhalb der Flüssigkeit ansprechbaren Überdruckventil (23) versehen ist.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Überdruckventil (2 3) mit einem zur Ermittlung der Unterbrechung des Durchsatzes an karbonisiertem Produkt zu der Abfüllvorrichtung (47) dienenden ersten Fühler (29), einem zur Ermittlung von Flüssigkeitszufuhr zu dem Stabilisierungsbehälter (12) dienenden zweiten Fühler (19) und einem auf die Anzeige von erstem und zweitem Fühler ansprechbaren und zum Öffnen des Überdruckventils dienenden Pegelstandsregler (20) gekoppelt ist.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Fühler aus einem auf den Durchfluß an zu karbonisierender Flüssigkeit durch die zu dem Stabilisierungsbehälter (12) führende Rohrleitung (11) ansprechbaren Durchflußschalter (19) mit einer Öffnungs- und einer Schließstellung besteht und auf die Öffnungsstellung des ersten Fühlers (29) ansprechbar eingestellt ist.

10. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Schalter (19) mit zwei Schaltstellungen für Öffnen bzw. Sperren der Zufuhr an zu karbonisierender Flüssigkeit zu dem Stabilisierungsbehälter (12), ein zweiter Schalter (16) mit zwei Schaltstellungen für Öffnen bzw. Sperren der Kohlendioxidzufuhr zu dem Karbonisator (IH) und an dem Stabilisierungsbehälter ein Pegelstandsregler (20) vorgesehen ist, welcher dazu dient, ersten und zweiten Schalter bei einem unter einem vorbestimmten ersten Pegelstandswert liegenden Pegelstancl gleichzeitig in die Öffnungstellung, und bei einem über einem vorbestimmten zweiten Pegelstandswert liegenden Pegelstand gleichzeitig in die Schließ- bzw. Sperrstellung zu bringen.

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