DE2940407A1 - Verfahren und vorrichtung zur anreicherung von fluessigkeiten mit gasen - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zur anreicherung von fluessigkeiten mit gasenInfo
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Description
CORNELlUo Apparate-Gesellschaft mit beschränkter Haftung
Carl-Leverkus-Straße 15, 1K)IB Langenfeld
Verfahren und Vorrichtung r.nr Anreicherung
von Flüssigkeiten mit Gasen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Anreicherung von Flüssigkeiten
mit Gasen ,insbesondere von Wasser mit 00,.,-GaS r,ur Herstellung
vori (Jetränken ,bei welchem d.i.1? Flüssigkeit ^')kü\\Vt und eine
intensive Berührung von Gas und Flüssigkeit !■' i der Zufuhr eines
der beiden Medien in das andere bewirkt vird , rjowie eine Vorrichtung
zur Durchführung dieses Verfahrens.
Insbesondere in der Getränke-Industrie werden derartige Verfahren und Vorrichtungen zur Herstellung >/on sogenannten F,rr!"'i:;chungsget
ranke η ve r v/endet ,die als Limonaden,Fruchtsaf teet r· -:i r1': τ 11, i-lineral wasser oder alkoholische Flüssigkeiten mit CO „-'■''?.;■■ angereichert v/erden,
um diesen Flüssigkeiten wünschenswerte l-'.i genschaften zn geben,insbesondere
um sie durch Karbonisierung bekömmlicher und erfrischender zu machen. Zum Anreichern dieser Flüssigkeiten mit Gasen sind
unterschiedliche Verfahren bekannt.
Bei einem dieser bekannten Verfahren wird das Wasser 'lurch eine
Düse gepumpt und im Düsenbereich Gas zugeführt,wodurch eine intensive
Berührung von Gas und Flüssigkeit stattfindet. Bei einem anderen Verfahren wird die Flüssigkeit unter hohem Druck durch eine
Düse in einen sogenannten Karbonatorbehälter auf eine Wasserfläche gespritzt,wobei C0„-Gas in das Wasser gezogen wird. Weitere Verfahren
arbeiten bei der Einspritzung der Flüssigkeit mit Nebeldüsen
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oder Wasserablaufkörpern zur Vergrößerung der im Karbonatorbehälter
ausgebildeten Wasseroberfläche. Schließlich sind Verfahren bekannt, bei denen COp-Gas in einem Karbonatorbehälter unterhalb der Wasseroberfläche
durch Diffusionskörper eingeleitet wird, um eine grössere
Kontaktfläche zwischen dem Gas und dem Wasser zu erreichen.
Damit der Wirkungsgrad der Vermischung erhöht wird,ist es bekannt,
die Flüssigkeit vor der Karbonisierung vorzukühlen.
Alle diese bekannten Verfahren v/eisen den entscheidenden Nachteil
auf, daß mit ihnen keine Anreicherung bis zum Erreichen des Sättigungsgrades oder des Gleichgewichtsdrucks möglich ist. Dies bedeutet,daß
bei jedem der bekannten Karbonisierungsvorgänge nicht mit der Flüssigkeit in Lösung gegangenes C0„-Gas komprimiert wird,welches
sich im sogenannten Kopfraum des Karbonatorbehälters oberhalb des Flüssigkeitsspiegels befindet.
Die Erhöhung des Gasdruckes im Kopfraum des Karbonatorbehälters bewirkt eine weitere Verschlechterung des Karbonisierungswirkungsgrades
während des Karbonisierungsvorganges infolge der stets kleiner werdenden Druckdifferenz swiwchen dem Wassereinspritzdruck
und dem Gasdruck. In ungünstigen Fällen kann der Gasdruck bis zum vorhandenen Wassereinspritzdruck ansteigen,wodurch dem Karbonatorbehälter
kein wasser mehr zugeführt wird. Aus diesem Grunde wird bei den bekannten Verfahren und Vorrichtungen zur Vermeidung eines
unerwünscht hohen Druckanstieges Gas kontrolliert an die Atmosphäre abgegeben,womit nicht unerhebliche Verluste verbunden sind.
Zur Verbesserung des Karbonisierungswirkungsgrades müssen deshalb bei den bekannten Verfahren hohe Arbeitsdrücke aufgewendet werden.
Bedingt durch diesen erhöhten Druck ergeben sich beim Befüllen und Entleeren des Karbonatorbehälters Schwierigkeiten,die insbesondere
darin bestehen,daß durch den hohen von den Ventilen zu überbrückenden
Druckunterschied das öffnen und Schließen der Ventile beträchtliche
Druckwellen erzeugt,durch welche die Ventile und die
Pumpen stark beansprucht werden,woraus sich frühzeitige Funktionsstörungen der Karbonisierungsvorrichtungen ergeben.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,die Nachteile der bekannten
Verfahren und Vorrichtungen zu beseitigen und eine schnellere und stärkere Karbonisierung der Flüssigkeit bis zum Gleichgewichtsdruck bei geringem Behälterinnendruck zu ermöglichen.
Diese Aufgabenstellung wird durch das erfindungsgemäße Verfahren
dadurch gelöst,daß eine ständige Durchmischung von Gas und karbonisierter
Flüssigkeit durch einen der Zufuhr der beiden Medien überlagerten geschlossenen Kreislauf eines der Medien erfolgt. Zu diesem
Zweck kann erfindungsgemäß entweder ständig Gas dem sich oberhalb
der Flüssigkeit bildenden Gaspolster entnommen und unterhalb des Flüssigkeitsspiegels in die karbonisierte Flüssigkeit eingespeist
werden oder ein Teil der karbonisierten Flüssigkeit ständig entnommen und in das sich oberhalb der Flüssigkeit ausbildende Gaspolster
zurückgespeist werden.
Durch diese erfindungsgemäße Ausgestaltung des Verfahrens wird eine
gleichmäßige und intensive Anreicherung der Flüssigkeit mit Gas bis zur völligen Gas^jsorbierung bei Erreichen des jeweiligen
Gleichgewichtsdrucks erreicht, ohne daß zu diesem Zweck der Betriebsdruck erhöht werden muß. Der niedrige Betriebsdruck ermöglicht
nicht nur die Verwendung einfacherer und preiswerterer Druckbehälter ,Verbindungsleitungen und Pumpaggregate,sondern gewährleistet
darüber hinaus trotz einer erheblichen Steigerung des Anreicherungsgrades einen funktionssicheren Betrieb.
Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens besitzt einen die karbonisierte Flüssigkeit aufnehmenden Druckbehälter,der mit einer
Kühleinrichtung und einer Isolierung versehen ist und in dem ein oberhalb des Flüssigkeitsspiegels endendes Einspeisrohr für die
Flüssigkeit,ein unterhalb des Flüssigkeitsspiegels mündendes Gasrohr
sowie ein bis in die Nähe des Bodens geführtes Tauchrohr zur Entnahme der karbonisierten Flüssigkeit angeordnet sind.
Bei der einen erfindungsgemäßen Ausführungsform einer solchen Vorrichtung
ist an den sich oberhalb des Flüssigkeitsspiegels ausbildenden und mit Gas geflllten Kopfraum des Druckbehälters der Ansaug-
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stutzen einer Gas-Zirkulationspumpe angeschlossen,deren Druckstutzen
mit der zum Gasrohr führenden Gaszuleitung verbunden ist. Bei dieser Ausfuhrungsform wird ständig Gas dem sich oberhalb der Flüssigkeit
bildenden Gaspolster entnommen und unterhalb des Flüssigkeitsspiegels in die karbonisierte Flüssigkeit eingespeist. Die Gas-Zirkulationspumpe
kann hierbei entweder innerhalb des Kopfraumes des Druckbehälters oder in einem Gehäuse angeordnet sein,das mit dem Kopfraum
des Druckbehälters verbunden ist,so daß eine preiswerte und funktionssichere Gas-Zirkulationspumpe verwendet werden kann,weil
unabhängig von dem Druckniveau der Vorrichtung die Pumpe ausschließlich die reine Förderleistung zum Umwälzen des Gasstromes aufbringen
muß. Bei einer anderen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ragt in den Flüssigkeitsraum des Druckbehälters ein Saugstutzen einer Flüssigkeits-Zirkulationspumpe hinein,deren Druckstutzen mit
dem im Kopfraum mündenden und mit einer Einspritzdüse versehenen Einspeisrohr verbunden ist. In diesem Fall wird ständig ein Teil
der karbonisierten Flüssigkeit entnommen und in das sich oberhalb der Flüssigkeit ausbildende Gaspolster zurückgespeist,um den Anreicherungsgrad
bis zur Erreichung des Gleichgewichtsdruckes der Gasabsorbierung zu erhöhen.
In beiden Fällen der erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist es zweckmäßig,
das Ende des Gasrohres mit einem Diffusionskörper zu versehen,durch
welchen die Verteilung des in die Flüssigkeit eingespeisten Gases verbessert und die hierbei erzielte Oberfläche für
den Anreicherungsprozeß vergrößert werden.
Auf der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen
Vorrichtung schematisch dargestellt, und zwar zeigen:
Fig. 1 einen senkrechten Schnitt durch eine erste Ausführungsform der Vorrichtung und
Fig. 2 einen entsprechendervSchnitt durch eine zweite Ausführungsform.
Bei beiden Ausführungsbeispielen besitzt die Vorrichtung einen
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Druckbehälter l,der vorzugsweise aus Edelstahl hergestellt und mit
einem auf der Zeichnung nicht dargestellten Sicherheitsventil versehen ist. Im Druckbehälter 1 befindet sich eine Verdampferschlange
2 einer Kühleinrichtung,in welcher flüssiges Kältemittel verdampft
wird,so daß der Druckbehälter 1 intensiv gekühlt wird. Diese Kühlung
erzeugt im Bereich der Verdampferschlange 2 eine sogenannte Eisbank 3,die in den Fig.l und 2 angedeutet ist. Um die Wärmeaufnahme
des Druckbehälters 1 von außen zu begrenzen,ist der Druckbehälter 1 auf seiner Außenseite mit einer Isolierung 4 versehen.
Die mit Gas,vorzugsweise COp-Gas,anzureichande Flüssigkeit wird von
einer Flüssigkeitszuleitung 5 durch ein Einspeisrohr 6 in den Druckbehälter 1 eingespeist, wobei das Einspeisrohr 6 vorzugsweise mit
einer Einspritzdüse zur Verteilung der Flüssigkeit versehen ist.Die
Einspritzdüse unterstützt die Gasanreicherung durch Vergrößerung der Flüssigkeitsoberfläche. Die Füllhöhe der Flüssigkeit wird durch
einen Schwimmerschalter 7 gesteuert,der den Flüssigkeitsspiegel
innerhalb vergegebener Grenzen hält. Der maximale Flüssigkeitsstand
ist in den beiden Figuren mit einer ausgezogenen Linie und der minimale Flüssigkeitsstand mit einer strichpunktierten Linie eingezeichnet.
Auf diese Weise ergibt sich im Druckbehälter 1 ein Flüssigkeitsraum 8 und ein Kopfraum 9,der mit Gas gefüllt ist.
Das Gas wird von einer Gaszuleitung 10,die beispielsweise unter
Zwischenschaltung eines Druckminderers an eine Gasflasche angeschlossen ist,über ein Gasrohr 11 in den Flüssigkeitsraum 8 des Druckbehälters
1 eingeleitet, und zwar mittels eines Diffusionskörpers 12. Dieser Diffusionskörper 12 verteilt das Gas in feinste Gasbläschen,
so daß die Verteilung des Gases in der Flüssigkeit verbessert und die Oberfläche für die Aufnahme des Gases in der Flüssigkeit vergrössert
werden.
Die Entnahme der mit Gas angereicherten Flüssigkeit erfolgt durch ein Tauchrohr 13,welches bis in die Nähe des Bodens des Druckbehälters
1 reicht und über welches die mit Gas angereicherte Flüssigkeit einer Ausgangsleitung 14 zugeführt wird. Diese Ausgangsleitung
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-ir- β
Ik ist mit auf der Zeichnung nicht dargestellten Ventilen oder Zapfhähnen
verbunden,durch welche die mit Gas angereicherte Flüssigkeit gezielt abgezapft werden kann.
Die Eisbank 3 dient der Kältespeicherung. Die Dicke der Eisbank 3
wird durch einen Eisbankfühler 15 kontrolliert,der die Kühleinrichtung
entsprechend der Eisbankdicke ein- oder ausschaltet.
Bei der Ausführungsform nach Fig.l ist an den sich oberhalb des Flüssigkeitsspiegels
ausbildenden und mit Gas gefüllten Kopfraum 9 des Druckbehälters 1 der Ansaugstutzen l6a einer Gas-Zirkulationspumpe
angeschlossen,deren Druckstutzen 16b mit der zum Gasrohr 11 führenden
Gaszuleitung 10 verbunden ist. Die Gas-Zirkulationspumpe l6 kann bevorzugt
eine Membranpumpe sein,welche durch einen Schwingmagneten angetrieben wird. Eine derartige Pumpe enthält keine rotierenden Teile,
unterliegt keiner Wartung und ist äußerst preiswert. Die Gas-Zirkulationspumpe 16 ist in einem Gehäuse 17 angeordnet,welches mit dem
Kopfraum 9 des Druckbehälters 1 in Verbindung steht,so daß die Druckdifferenz zwischen dem Ansaugstutzen l6a und Druckstutzen l6b
unabhängig vom Betriebsdruck der Verrichtung ausschließlich der Förderleistung der Pumpe entspricht. Auf diese Weise wird der Einsatz
von druckerhöhenden Pumpen vermieden,die nicht nur teuer,sondern auch
störanfällig sind.
Durch die ständige Entnahme von Gas aus dem im Kopfraum 9 befindlichen
Gaspolster des DruckbetfiLters 1 mittels der Gas-Zirkulationspumpe
16 und die Einspeisung dieses Gases in den Flüssigkeitsraum 8 erfolgt eine ständige Durchmischung von Gas und karbonisierter Flüssigkeit
in einem geschlossenen Kreislauf des Gases,welcher der intermittierenden
Zufuhr der beiden Medien überlagert ist. Hindurch läßt
sich mit geringem Aufwand der Anreicherungsgrad bis zum Gleichgewichtsdruck erhöhen. So kann beispielsweise aus dem Stadtwassernetz
entnommenes Wasser je nach Karbonisierungsdruck und in Abhängigkeit der Temperatur die maximale Menge von COp-Gas in Lösung nehmen. Bei
einem praktischen Beispiel beträgt der Karbonisierungsdruck 1,8 bar.
Bei einer Temperatur von Null Grad Celsius ergibt sich hierbei ein zu
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erzielendes COp-Volumen von 4,65 Vol. oder 9,3 g/L.
Beim zweiten Ausführungsbeispiel gemäß Fig.2 ragt in den Flüssigkeitsraum 8 des Druckbehälters 1 ein Saugstutzen l8a einer Flüssigkeits-Zirkulationspumpe
18 hinein,deren Druckstutzen 18b mit dem im Kopfraum 9 mündenden und mit einer Einspritzdüse versehenen Einspeisrohr
6 verbunden ist. Mittels dieser Flüssigkeits-Zirkulatbnspumpe wird ständig ein Teil der karbonisierten Flüssigkeit aus dem Druckbehälter
1 entnommen und in das sich oberhalb der Flüssigkeit ausbildende Gaspolster zurückgespeist,wodurch die Flüssigkeit einer
ständigen Durchmischung mit Gas ausgesetzt wird. Auch bei dieser Ausführungsform ergibt sich somit ein geschlossener Kreislauf des
einen Medium,nämlich der karbonisierten Flüssigkeit,der der intermittierenden
Zufuhr von Gas und Flüssigkeit überlagert ist und zu einer entscheidenden Erhöhung des Anreicherungsgrades der Gasaufnahme
in der Flüssigkeit führt.
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Claims (8)
- Patentansprüche:Ι,ι Verfahren zur Anreicherung von Flüssigkeiten mit Gasen,insbesondere von Wasser mit COp-Gas zur Herstellung von Getränken, bei welchem die Flüssigkeit gekühlt und eine intensive Berührung von Gas und Flüssigkeit bei der Zufuhr eines der beiden Medien in das andere bewirkt wird,dadurch gekennzeichnet, daß eine ständige Durchmischung von Gas und mit Gas versetzter Flüssigkeit durch einen der Zufuhr der beiden Medien überlagerten geschlossenen Kreislauf eines der beiden Medien erfolgt.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ständig Gas dem sich oberhalb der Flüssigkeit bildenden Gaspolster entnommen und unterhalb des Flüssigkeitsspiegels in die mit Gas angereicherte Flüssigkeit eingespeist wird.
- 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der mit Gas ang_-scherten Flüssigkeit ständig entnommen und in das sich oberhalb der Fxüssigkeit ausbildende Gaspolster zurückgespeist wird.
- 4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 2 mit einem die mit Gas angereicherte Flüssigkeit aufnehmenden Druckbehälter,der mit einer Kühleinrichtung und einer Isolierung versehen ist und in dem ein oberhalb des Flüssigkeitsspiegels endendes Einspeisrohr für die Flüssigkeit,ein unterhalb des Flüssigkeitsspiegels mündendes Gasrohr sowie ein bis in die Nähe des Bodens geführtes Tauchrohr zur Entnahme der mit Gas angereicherten Flüssigkeit angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß an den sich oberhalb des Flüssigkeitsspiegels ausbildenden und mit Gas gefüllten Kopfraum (9) des Druckbehälters (1) der Ansaugstutzen (16a) einer Gas-Zirkulationspumpe (1β) angeschlossen ist,deren Druckstutzen (l6b) mit der zum Gasrohr (11) führenden Gaszuleitung (10) verbunden ist.130015/0600ORIGINAL INSPECTED
- 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gas-Zirkulationspumpe (16) innerhalb des Kopfraumes (9) des Druckbehälters (1) angeordnet ist.
- 6. Vorrichtung nach Anspruch H, dadurch gekennzeichnet, daß die Gas-Zirkulatbnspumpe (16) in einem Gehäuse (17) angeordnet ist, das mit dem Kopfraum (9) des Druckbehälters (1) verbunden ist.
- 7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 3 mit einem die mit Gas angereicherte Flüssigkeit aufnehmenden Druckbehälter,der mit einer Kühleinrichtung und einer Isolierung versehen ist und in dem ein oberhalb des Flüssigkeitsspiegels endendes Einspeisrohr für die Flüssigkeit,ein unterhalb des Flüssigkeitsspiegels mündendes Gasrohr sowie ein bis in die Nähe des Bodens geführtes Tauchrohr zur Entnahme der mit Gas angereicherten Flüssigkeit angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß in den Flüssigkeitsraum (8) des Druckbehälters (1) ein Saugstutzen (l8a) einer Flüssigkeits-Zirkulationspumpe (18) hineinragt,deren Druckstutzen (I8b) mit dem im Kopfraum (9) mündenden und mit einer Einspritzdüse versehenen Einspeisrohr (6) verbunden ist.
- 8. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 4 bis 75dadurch gekennzeichnet, daß das Ende des Gasrohres (11) mit einem Diffusionskörper (12) versehen ist.130015/0600COPY
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