DE2635026A1 - Beer brewery wort boiling system - which saves heat energy by heating lower pressure stages with vapour from higher pressure stages - Google Patents
Beer brewery wort boiling system - which saves heat energy by heating lower pressure stages with vapour from higher pressure stagesInfo
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Abstract
Description
Verfahren zur Energieeinsparung beim Würzekochen in BierbrauereienProcess for saving energy when boiling wort in beer breweries
Die Erfindung betrifft ein Verfahren, mit dem der Primärheizenergieeinsatz am Sudkessel von Bierbrauereien durch Teilausnutzung von Brüdenkondensationswärme auf ca. 1/3 des normalen Wertes gesenkt werden kann. Außerdem fallen in der Abluft der Sudpfanne nur noch 1/3 der sonst ausgestoßenen aromareichen Brüdendämpfe an womit sich die Umweltbelastung um eben 2/3 verringert. Bei den zur Zeit gebräuchlichen Sudanlagen in Bierbrauereien wird die Würze in einer wandbeheizten Sudpfanne ca. 1 1/2 Stunden bei turbulenter Strömung gekocht. Zweck dieses Vorganges ist erstens eine Eindickung der Würze durch Verdampfen von etwa 11 % des in der Einsatzwürze vorhandenen Wassers sowie zweitens eine Koagulierung der in der Würze vorhandenen Eiweisstoffe. Die für die Verdampfung des Wassers nötige Wärme wird in voller Höhe durch Direktbeheizung oder durch Dampf oder Heißwasser aufgebracht.The invention relates to a method with which the primary heating energy use in the brewing kettle of beer breweries through partial use of vapor condensation heat can be reduced to about 1/3 of the normal value. They also fall in the exhaust air only 1/3 of the otherwise emitted aromatic vapor fumes in the brewing pan which reduces the environmental impact by just 2/3. With the currently used Brewing systems in beer breweries, the wort is poured into a wall-heated brewing pan for approx. Cooked for 1 1/2 hours in a turbulent flow. The purpose of this process is first a thickening of the wort by evaporation of about 11% of that in the wort used existing water and, secondly, a coagulation of the water present in the wort Proteins. The heat required for the evaporation of the water is in full applied by direct heating or by steam or hot water.
Zur Wärmerückgewinnung sind bisher Brüdendunstkondensatoren bekannt, die im Dunstrohr der Sudpfanne instiliert werden und einen Teil der Brüden durch Kondensation abscheiden und die Kondensationswärme in Form von warmem Wasser zurückgewinnen. Der Nachteil dieses Verfahrens ist, daß das Wasser hierbei auf maximal 65 - 70 OC erwärmt werden kann, während bis zu einem Temperaturniveau von 100 OC im Brauereibetrieb ohnehin ein Wärmeüberschuß vorhanden ist, der nicht verwendet werden kann.So far, vapor condensers are known for heat recovery, which are instilled in the steam pipe of the brewing pan and part of the vapors through Separate condensation and recover the heat of condensation in the form of warm water. The disadvantage of this process is that the water is limited to a maximum of 65 - 70 OC can be heated, while up to a temperature level of 100 OC in the brewery Anyhow there is an excess of heat that cannot be used.
Es wird außerdem in besonderen Fällen ein Überdruck - Wärmetauscher parallel zur Sudpfanne eingesetztqdurch den ein Teil der Würze unter starker Druckerhöhung gepumpt wird. Hier wird die Würze bei hoher Temperatur gekocht,was eine Beschleunigung der Eiweißkoagulation bewirkt; die entsprechend erhitzte Würze wird dann entspannt und wieder in die Sudpfanne geleitet, wobei die Überhitzungswärme in Verdampfungsleistung umgesetzt wird.In special cases, there is also an overpressure heat exchanger used parallel to the brewing kettle through which part of the wort is subjected to a strong increase in pressure is pumped. Here the wort is boiled at a high temperature, which speeds up the process which causes protein coagulation; the correspondingly heated wort is then relaxed and fed back into the brewing pan, with the superheating in evaporation power is implemented.
Mit dem vorliegendem Verfahren soll nun die Brüdenkondensationswärme z.T. bei hohem Temperaturniveau wieder gewonnen werden, daß diese Wärme direkt beim Würzekochen wiederverwendet werden kann.With the present method, the heat of vapor condensation should now partly be recovered at a high temperature level that this heat directly with Wort boiling can be reused.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Würze bei verschiedenen Druckstufen gekocht wird, wobei die Wärme zum größten Teil in Verdampfungsleistung umgesetzt wird, und jeweils die Brüden durch Kondensation in der nächstniedrigeren Druckstufe deren Wärmebedarf decken.This object is achieved in that the wort at different pressure levels are cooked, with the heat for the most part in evaporation power is implemented, and in each case the vapors by condensation in the next lower one Pressure stage cover their heat requirements.
Hierzu wird am Boden der Sudpfanne (1) nahe dem Außenrand eine Teilmege der Würze abgesaugt und durch eine Druckerhöhungspumpe auf den gewünschten Siededruck des Kochers (4.1) der ersten Druckstufe gebracht.For this purpose, a Teilmege is on the bottom of the brewing pan (1) near the outer edge the wort is sucked off and by a pressure booster pump to the desired boiling pressure the cooker (4.1) brought the first pressure stage.
Ein Teil der Würze dieses Druckniveaus wird nun abgezweigt und durch einen Wärmetauscher (3.1) geleitet, wo die im Gegenstrom mit der aus dem Kocher (4.1) abfließenden Würze nahezu auf Siedetemperatur des Kochers (4.1) vorgewärmt wird. Die restliche Würze der ersten Druckstufe wird von einer weiteren Druckerhöhungspumpe (2.2) auf das Druckniveau des nächsten Kochers (4.2) gebracht und ebenfalls durch einen vorgeschalteten Wärmetauscher (3.2) im Gegenstrom mit der abfließende den Würze aus dem Kocher (4.2) nahezu auf Siedepunkt dieses Kochers (4.2) vorgewärmt.Part of the wort at this pressure level is now diverted and passed through a heat exchanger (3.1) passed, where the countercurrent with that from the cooker (4.1) the draining wort is preheated to almost the boiling point of the digester (4.1) will. The remaining wort of the first pressure stage is from another pressure booster pump (2.2) brought to the pressure level of the next digester (4.2) and also through an upstream heat exchanger (3.2) in countercurrent with the outflowing the Wort from the digester (4.2) is preheated to almost the boiling point of this digester (4.2).
Ein möglichst vollständiger Wärmetausch in zwischen zu- und abfließender Würze ist entscheidend für die Höhe der Wärmeeinsparung des Verfahrens, da nur die in Verdampfung umgesetzte Wärme durch Brüdenkondensation mehrmals ausgenutzt werden kann.As complete a heat exchange as possible in between the incoming and outgoing Seasoning is critical to the amount of heat saved by the process, as only the Heat converted into evaporation can be used several times through vapor condensation can.
Dem Kocher (4.2) der höchsten Druckstufe wird nun soviel Fremdenergie (13) durch Dampf, Heißwasser, Heißöl oder Direktbefeuerung zugeführt, daß einerseits die Wärmeverluste gedeckt und die dem Kocher (4.2) zufließende Würze vollens auf Siedetemperatur erhitzt werden und andererseits soviel Wasser verdampft wird, daß die nachfolgenden Stufen niedrigeren Druckniveaus ausreichend mit Wärme durch Kondensation dieses Dampfes (5.2) versorgt werden. Dieser Dampf wird nun auf die Wärmetauscherflächen des Kochers der nächst niederen Druckstufe geleitet und dort kondensiert, da die Würze in diesem Kocher wegen des niedrigeren Druckniveaus bei entsprechend niedrigerer Temperatur siedet. Die hierbei anfallende Kondensationswärme wird ebenso wie oben beschrieben zur Deckung von Wärmeverlusten, zur Nachwärmung der zufließenden Würze auf Siedetemperatur sowie zum größten Teil zum Verdampfen von Wasser (5.1) bei dem Druckniveau des Kochers (4.1) verbraucht.The cooker (4.2) of the highest pressure level now receives so much external energy (13) fed by steam, hot water, hot oil or direct fire that one hand the heat losses are covered and the wort flowing into the digester (4.2) is fully expanded Boiling temperature are heated and on the other hand so much water is evaporated that the subsequent stages lower pressure levels adequately with heat through condensation this Steam (5.2) are supplied. This steam is now on the heat exchanger surfaces of the cooker of the next lower pressure stage and condensed there, since the Season in this cooker because of the lower pressure level at a correspondingly lower level Temperature is boiling. The resulting heat of condensation is the same as above described to cover heat losses, to reheat the inflowing wort at boiling temperature and for the most part to evaporate water (5.1) in the Pressure level of the cooker (4.1) used up.
Das Kondensat der Brüden (5.2) der darüberliegenden Stufe, das im Kocher (4.1) dieser Druckstufe anfällt, wird durch eine Drossel (6.3) auf den Siededruck des Kochers (4.1) entspannt, wobei die Überhitzungswärme in Nachverdampfungsleistung umgesetzt wird. In einem Phasentrenner (7) wird der Dampf abgenommen und dem Dampf (5.1) des Kochers (4.1) zugemischt.The condensate of the vapors (5.2) of the level above, which is in Cooker (4.1) of this pressure level occurs, is reduced to the boiling pressure by a throttle (6.3) of the cooker (4.1) relaxed, with the overheating in post-evaporation performance is implemented. In a phase separator (7) the steam is removed and the steam (5.1) of the cooker (4.1) mixed in.
Die nun erhaltene Gesamtdampfmenge der letzten Druckkochstufe wird auf die Wärmetauscherflächen (8) der Sudpfanne (1) geleitet, wo sie unter Abgabe ihrer Kondensationswärme an die Würze in der Sudpfanne (1) konsensieren.The total amount of steam now obtained from the last pressure cooking stage is passed to the heat exchanger surfaces (8) of the brewing pan (1), where they are discharged their heat of condensation on the wort in the brewing pan (1).
Die Menge der zu den Druckkochern gepumpten Würze ist so zu bemessen, daß die prozentuale Verdampfungsmenge pro Einsatzwürze in jeder Stufe in einer vergleichbaren Größenordnung zu der des Gesamtprozesses liegt.The amount of wort pumped to the pressure cooker is to be measured in such a way that that the percentage of evaporation per wort used in each stage in a comparable Of the order of magnitude of the overall process.
Da die Druckkocher (4..) aus Kostengründen klein sind im Verhältnis zur Sudpfanne, muß also ständig eine große Würzemenge durch diese Kocher gepumpt werden, um eine unzulässige Eindickung in diesen Kochern zu vermeiden.Since the pressure cookers (4 ..) are small in relation to cost reasons to the brewing pan, so a large amount of wort has to be constantly pumped through this cooker in order to avoid impermissible thickening in these cookers.
Die aus den einzelnen Druckkochern (4...) abfließende Würze fließt durch passieren der Wärmetauscher (3...), wo sie jeweils ihre Überhitzungswärme zum großen Teil an die zufließende Würze abgibt, zur Sudpfanne (1) zurück, wo sie kurz vor Eintritt in die Sudpfanne mittels einer Drossel auf Atmosphärendruck entspannt wird. Die nach den Wärmetauschern (3...) verbleibende Restüberhitzungswärme wird hier in Nachverdampfungsleistung umgesetzt. Aus strömungstechnische Überlegungen soll die zurücklaufende Würze nahe der Mittelachse der Sudpfanne (1) von unten eingeleitet werden, da der Nachverdampfungsvorgang ein intensives Aufkochen der Würze in der Sudpfanne (1) und damit eine höchst erwünschte starke Durchmischung der Flüssigkeit zur Folge hat.The wort flowing out of the individual pressure boilers (4 ...) flows pass through the heat exchanger (3 ...), where they each have their overheating for the most part to the inflowing wort, back to the brewing pan (1), where it released shortly before entering the brewing pan by means of a throttle to atmospheric pressure will. The after the Heat exchangers (3 ...) remaining residual overheating is implemented here in post-evaporation performance. For fluidic considerations the returning wort is to be introduced from below near the central axis of the brewing kettle (1) because the re-evaporation process requires intensive boiling of the wort in the Brewing pan (1) and thus a highly desirable thorough mixing of the liquid has the consequence.
Die in der Sudpfanne (1) entstehenden Brüden,die nun mengenmäßig nur noch ca. 1/3 Anteil der sonst anfallenden Brüden ausmachen, werden mit der nachströmenden Frischluft (10) zusammen über das Dunstrohr (11) ins Freie geleitet. Mit Hilfe eines Brüdenkondensators kann gegebenenfalls auch die Wärme dieser Brüden ausgenutzt werden, allerdings wie schon oben gesagt bei einem relativ niedrigen Temperaturniveau.The vapors produced in the brewing pan (1) are now only in terms of quantity still make up about 1/3 of the otherwise accumulating vapors, are combined with the incoming Fresh air (10) passed through the vent pipe (11) into the open air. With help of a Vapor condenser, the heat of these vapors can optionally also be used, however, as already said above, at a relatively low temperature level.
Das bei einem Temperaturniveau von über 100 "C auffallende Kondensat (9) der verschiedenen Druckstufen kann an anderer Stelle z.B. zur Laugenaufheizung in der Flaschenwäscherei weiter verwendet werden.The condensate that occurs at a temperature level of over 100 "C (9) of the various pressure levels can be used elsewhere, e.g. to heat up the lye can still be used in the bottle laundry.
Die mit diesem Verfahren erzielbaren Vorteile liegen erstens darin, daß mit einer beliebigen zur Verfügung stehenden Primärenergiequelle ohne nennenswerten Aufwand an mechanischer Energie der kostenaufwendige Einsatz von Fremdenergie je nach Anzahl der Druckkochstufen erheblich verringert werden kann. Zum Zweiten wird durch das Kochen der Würze bei z.T. höheren Temperaturen als 100 "C der Vorgang der Eiweißkoagulation intensiviert. Zum Dritten fällt bei diesem Verfahren der größte Teil der geruchsintensiven und damit umweltbelastenden Brüden flüssig an und kann ohne Geruchsverbreitung direkt abgeleitet werden.The advantages that can be achieved with this process are firstly: that with any available primary energy source without significant Expenditure of mechanical energy depending on the costly use of external energy can be reduced considerably depending on the number of pressure cooking levels. Second is by boiling the wort at temperatures sometimes higher than 100 "C the protein coagulation intensified. Third, in this procedure, the largest falls Part of the odorous and therefore environmentally harmful vapors in liquid form and can can be discharged directly without spreading odor.
Außerdem ergibt die Nachverdampfung der von den Druckkochstufen zurückfließenden Würze bei richtiger Einleitung in die Sudpfanne einen intensiven Turbulenz und Druckmischung der Würze.In addition, the re-evaporation results in the flowing back from the pressure cooking stages When introduced correctly into the brewing pan, season an intense turbulence and pressure mixing the seasoning.
In der beiliegenden Schemazeichnung ist das Verfahren am Beispiel von zwei Druckkochstufen dargestellt. Die Anzahl dieser Druckkochstufen ist jedoch von eins angefangen beliebig und errechnet sich im Einzelfall aus den Kosten für die Wärmetauscher (3...) und die Druckkocher (4...) sowie den durch den Wärmegewinn eingesparten Energiekosten, wobei sich mit der Anzahl der Stufen auch die Energieeinsparung erhöht. In der Praxis dürfte bei den heutigen Kostenverhältnissen eine Anlage mit zwei Druckstufen wie dargestellt eine optimale Amortisation ergeben.The procedure is shown in the example in the attached schematic drawing represented by two pressure cooking levels. However, the number of these pressure cooking levels is Anyway starting from one and is calculated on a case-by-case basis the end the costs for the heat exchanger (3 ...) and the pressure cooker (4 ...) as well as the the heat gain saved energy costs, with increasing number of stages also increases the energy saving. In practice, given today's cost ratios a system with two pressure levels as shown results in an optimal amortization.
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- 1976-08-04 DE DE19762635026 patent/DE2635026A1/en active Pending
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