DE4238031C1

DE4238031C1 - Verfahren zum Entlüften, Mischen und Karbonisieren von Getränken

Info

Publication number: DE4238031C1
Application number: DE4238031A
Authority: DE
Inventors: Manfred Dr Ing Mette
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1992-11-11
Filing date: 1992-11-11
Publication date: 1994-04-28
Anticipated expiration: 2012-11-12
Also published as: EP0602387A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Getränkes aus Wasser und einem oder mehreren CO₂-haltigen Getränkekonzentraten, insbesondere High Gravity Beer.

Eine gattungsgemäße Anlage und ein solches Verfahren ist aus dem deutschen Gebrauchsmuster DE 91 15 831 U1 bekannt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, bei dem der CO₂-Verbrauch zum Entlüften gering ist. Außerdem soll das Verfahren für die Verwendung von CO₂-haltigen Getränkekonzentraten geeignet sein, wie dies z. B. bei High Gravity Beer der Fall ist. Eine unkontrollierte Schaumbildung des Mischproduktes soll dabei vermieden werden.

Die Aufgabe wird gelöst, indem das Wasser auf eine Temperatur, die höher als die Temperatur des Getränkekonzentrats ist, eingestellt wird, das so eingestellte Wasser entlüftet, karbonisiert und zwischengelagert wird, danach abgekühlt und mit dem CO₂-haltigen Getränkekonzentrat verschnitten wird und das fertige Getränk zwischengelagert wird, wobei der Druck des gemischten Getränks beim Zwischenlagern und der Druck des karbonisierten Wassers beim Zwischenlagern höher oder gleich dem CO₂-Sättigungsdruck des CO₂-haltigen Getränkekonzentrats eingestellt wird.

Die Entlüftung ist bei der höheren Temperatur besonders wirkungsvoll. Durch die Kühlung wird die Gasausscheidung aus dem Gemisch verhindert. Die Löslichkeit des zum Mischen verwendeten Wassers wird für CO₂ erhöht, wenn das zulaufende Wasser vor dem Mischen gekühlt wird. Dadurch kann das Wasser zusätzlich CO₂ aufnehmen, das mit dem Getränkekonzentrat in die Mischstrecke eingetragen wird. Einem unkontrollierten Aufschäumen wird dadurch zusätzlich entgegengewirkt.

Dadurch, daß der Druck des gemischten Getränks beim Zwischenlagern und der Druck des Wassers beim Zwischenlagern vor dem Mischen höher oder gleich dem CO₂-Sättigungsdruck des CO₂-haltigen Getränkekonzentrats eingestellt wird, läßt sich ein Schäumen wirkungsvoll verhindern. Die Vorzüge des erfindungsgemäßen Verfahrens kommen besonders dann zur Wirkung, wenn als CO₂-haltiges Getränkekonzentrat High Gravity Beer verwendet wird.

Wenn das Wasser zusätzlich vorentlüftet und der Druck des vorentlüfteten Wassers beim Zwischenlagern kleiner eingestellt wird als der Druck beim Zwischenlagern hinter nachfolgenden Entlüftungsstufen, ergibt sich zwangsläufig ein Druckgefälle, daß dem CO₂ als Spülgas eine Fließrichtung aufprägt, die der Wasserführung entgegengerichtet ist.

Denselben Zweck verfolgt die Maßnahme, daß der Druck des Wassers bzw. des Getränks beim Zwischenlagern hinter jeder weiteren Entlüftungsstufe erhöht wird.

Als weitere Maßnahme, um Schaum zu vermeiden, ist vorgesehen daß das gemischte Getränk für das Zwischenlagern unterhalb des Flüssigkeitsspiegels eingeleitet wird.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist eine Anlage geeignet, eine Mischstrecke aufweist mit einer Zuleitung für Wasser aus dem ersten Behälter, in deren Verlauf ein Wärmetauscher zum Kühlen des Wassers angeordnet ist. Das Aufschäumen des Mischproduktes wird somit verhindert.

Eine definierte Fließrichtung für das CO₂ als Spülgas ergibt sich, wenn die Anlage einen Vorbehälter zur Sammelung des zu laufenden Wassers nach einer ersten Entlüftung aufweist, dessen Innendruck niedriger als der Druck des zweiten Behälters ist.

Die dosierte Mischung des Wassers mit dem Getränkekonzentrat wird genauer, wenn der erste und zweite Behälter annähernd denselben Innendruck aufweisen, weil dadurch der Differenzdruck zwischen den Behältern keinen Schwankungen unterworfen ist. Anlagentechnisch kann dies durch eine Druckausgleichsleitung zwischen den Behältern kostengünstig verwirklicht werden.

Die Entlüftung bzw. die Karbonisierung des Wassers bzw. des fertigen Mischprodukts wird unterstützt, wenn einer oder mehrere der Behälter Zulaufleitungen aufweisen, in denen Injektoren angeordnet sind. Der Stoffaustausch zwischen den flüssigen und gasförmigen Phasen ist in Ejektoren besonders intensiv. Durch diese zusätzlichen Lüftungsstufen wird der CO₂-Verbrauch der Anlage vorteilhaft verringert.

Weitere Vorteile, Einzelheiten und erfindungswesentliche Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung. Diese zeigt das Schema der erfindungsgemäßen Anlage.

In Fig. 1 bezeichnen im Kreis gesetzte Buchstaben Medienübergabepunkte der Anlage. Mit W ist der Zulauf für Wasser, mit K der Eingang für Konzentrat und mit G der Eingang für Spülgas, in diesem Fall CO₂, gekennzeichnet. P bezeichnet den Übergabepunkt für Produkt, während A den Abgasausgang kennzeichnet. Die flüssigen Medien strömen somit von den Übergabepunkten für Wasser W und Konzentrat K in Richtung auf den Abgabepunkt für Produkt P, während das Spülgas am Gasübergabepunkt G in die Anlage einströmt und zusammen mit der aus der flüssigen Phase entfernten Luft am Abgasausgang A ausströmt.

Die Anlage besteht aus vier Behältern, einem Vorbehälter 60 für die Vorentlüftung des zuströmenden Wassers, einem ersten Behälter 3 der ersten Entlüftungsstufe, einem Behälter 49 als Vorratsbehälter für Konzentrat, einem zweiten, der zweiten Entlüftungsstufe zugeordneten Behälter 4 zur Sammlung des Mischproduktes, sowie einen Dritten Behälter 30 zur Fertigkarbonisierung.

Das Wasser strömt über Zulaufleitung 61 und Absperrventil 62 unter Druck dem Ejektor 63 zu. Der Ejektor 63 saugt durch Unterdruckleitung 64 die Atmosphäre des Vorbehälters 60 an, so daß nach intensiver Durchmischung eine Entlüftung des zu laufenden Wasser und Anreicherung mit CO₂ erfolgt bevor das Wasser über Leitung 65 der Sprühvorrichtung 66 zugeleitet wird. Durch Versprühen wird zur Intensivierung des Stoffaustausches mit der Atmosphäre des Behälters 60 die Oberfläche des Wassers erhöht. Dadurch erfolgt schon in dieser Stufe eine Vorentlüftung- und -karbonisierung des Wassers. Über Abgasleitung 68 strömt ein CO₂-Luft gemisch aus Vorbehälter 60 zum Abgasübergabepunkt A. Der Druck in Vorbehälter 60 kann mittels Überdruckventil 45 eingestellt werden.

Das Spülgas CO₂ strömt dem Vorbehälter 60 über Leitung 59 zu, die die Räume des Vorbehälters 60 und des ersten Behälters 3 oberhalb des Flüssigkeitsspiegels verbindet. In der Leitung 59 ist ein Druckregelventil 58 angeordnet, daß den Differenzdruck zwischen dem Vorbehälter 60 und dem ersten Behälter 3 konstant hält. Das Wasser wird vom Boden des Vorbehälters 60 über Leitung 54 durch Pumpe 8 abgezogen und über Rückflußverhinderer 7 dem Ejektor 28 zugeleitet. Ejektor 28 saugt durch Leitung 6 Gas aus der Atmosphäre des ersten Behälters 3 an, so daß das zufließende Wasser weiter entlüftet und karbonisiert wird, noch bevor es durch Sprühvorrichtung 9 in Behälter 3 eintritt.

Behälter 3 und 4 sind als zylinderförmiger, liegend angeordneter Behälter 1 ausgebildet. Der Innenraum des Behälters 1 ist durch eine vertikal angeordnete Trennwand 2 in den ersten Behälter 3 und den zweiten Behälter 4 aufgeteilt. Die zulaufende Flüssigkeit, das Wasser, wird über Zulaufleitung 10 und Sprühvorrichtung 9 dem ersten Behälter 3 zugeführt.

Am Boden des ersten Behälters 3 ist eine Umwälzleitung 26 angeschlossen und mit einer Pumpe 27 versehen, die das Wasser einer durch Überlaufwehr 18 gebildeten Kammer mit konstantem Flüssigkeitsspiegel zuleitet.

Eine Verbindungsleitung 5 führt vom Boden der durch Überlaufwehr 18 gebildeten Kammer mit konstantem Flüssigkeitsspiegel aus dem ersten Behälters 3 das Wasser der Kreiskolbenpumpe 20A zu, die das Wasser durch Ejektor 17, Wärmetauscher 16 und Rücklaufverhinderer 7 dem Mischrohr 22 zuführt. Im Mischrohr 22 wird das durch die zweite Zulaufleitung 21 zugeführte und aus dem Vorratsbehälter 49 von Kreiskolbenpumpe 20B abgezogene Konzentrat mit dem Wasser vermischt und anschließend durch Tauchrohr 57 einer im zweiten Behälter 4 mittels Überlaufwehr 23 gebildeten Kammer mit konstantem Flüssigkeits spiegel eingeleitet, so daß der Gegendruck für die Doppelkreiskolbenpumpe 20 konstant bleibt. Durch die Einleitung unterhalb des Flüssigkeitsspiegels wird eine Schaumbildung wirkungsvoll vermieden.

Für das Kühlmittel weist der Wärmetauscher 16 eine Kühlmittelvorlaufleitung 55 und eine Kühlmittelrücklaufleitung 56 auf.

Zur Nachbehandlung ist ein dritter Behälter 30 vorgesehen, in den das Getränk mit Pumpe 32 über einen weiteren Ejektor 34 zuführbar ist. Eine Unterdruckleitung 35 des Ejektors 34 weist ein Regelventil 36 auf und wird über Zuführleitung 37 mit CO₂ versorgt.

Am Boden des dritten Behälters 30 ist eine Ablaufleitung 40 angeschlossen, durch die das fertige Getränk abgeführt wird.

Die Ejektoren 63, 28, 17 und 34 saugen durch die Flüssigkeitsströmung in einem querschnittsverringerten Druckbereich Gas über die dort angeschlossenen Unterdruckleitungen 64, 6, 25 bzw. 35 an. Das angesogene Gas wird turbulent mit der Flüssigkeit vermischt.

Die Begasung erfolgt im Gegenstrom zur Flüssigkeit, so daß das Gas, hier CO₂, zuerst dem dritten Behälter 30 zugeführt wird. Dies geschieht über Zuführleitung 37 mit Regel- und Absperrventil 38. Aus Sicherheitsgründen ist ein Überdruckventil 52 vorgesehen. Das CO₂ ist weiter über Zuführleitung 11 dem zweiten Behälter 4 zuführbar.

In Zuführleitung 11 sind Regel- und Absperrventil 41 vorgesehen. Eine Verbindungsleitung 43 mit Absperrventil 44 ermöglicht die direkte Zuführung des CO₂ zum zweiten Behälter 4. Bei Betrieb ist das Absperrventil 44 stets geschlossen.

Das im Gasraum des zweiten Behälters 4 befindliche CO₂ strömt über Verbindungsleitung 13 in den Raum des ersten Behälters 3. Die Konzentration des zugeführten Kohlendioxids nimmt durch teilweisen Austausch gegen in der Flüssigkeit gelöste Gase vom Gasraum des zweiten Behälters 4 zum Gasraum des ersten Behälters 3 ab. Ferner wird das Kohlendioxid durch die aus der zu behandelnden Flüssigkeit austretende Luft, besonders im ersten Behälter 3, verdünnt.

Für Reinigungszwecke oder zur Produktionsumstellung läßt sich die gesamte Vorrichtung über mehrere Ablaßventile 51 entleeren.

Eine Zulaufleitung 10 führt über Absperrventil 24 auf die im Gasraum des ersten Behälters 3 angeordnete Sprühvorrichtung 9. Der Flüssigkeitsraum des ersten Behälters 3 und des zweiten Behälters 4 ist jeweils mit einem Überlaufwehr 18 bzw. 23 in Kammern mit konstantem Füllstand abgeteilt, so daß der Gegendruck für Ejektor 28 und Kreiskolbenpumpe 20 unveränderlich festgelegt ist.

Der erste 3 und zweite Behälter 4 sind über Verbindungsleitung 5 mit darin angeordneter Kreiskolbenpumpe 20 und Mischrohr 22 verbunden.

Die Kreiskolbenpumpe 20 ist als Doppelpumpe, bestehend aus Pumpe 20A und Pumpe 20B, ausgeführt und weist eine zweite Zulaufleitung 21 zum Zumischen des Getränkekonzentrats auf. Das Konzentrat, High Gravity Beer, wird über Leitung 47 mit Absperrventil 48 einem Vorratsbehälter 49 zugeführt, aus dem über die Zulaufleitung 21 die Mischung erfolgt.

Die Doppelkreiskolbenpumpe 20 besitzt eine hohe Dosiergenauigkeit durch Konstanthaltung der Drücke zwischen Saug- und Druckstutzen der, Pumpen. Somit wird ein gleichmäßiges Mischverhältnis erreicht. Das Mischrohr 22 unterstützt dabei die Vermischung beider Flüssigkeitskomponenten. Die Ablaufleitung 12 ist am Boden des zweiten Behälter 4 angeordnet und führt das gemischte Produkt über Pumpe 32 und Rückflußverhinderer 7, Ejektor 34 dem Behälter 30 zu.

Die Leitung 11 führt das aus dem dritten Behälter 30 austretende Gas dem Gasraum des zweiten Behälters 4 im Gegenstrom zu. Die Verbindungsleitung 13 leitet das Gas/Gasgemisch weiter zum ersten Behälter 3. An der Verbindungsleitung 13 ist eine Ausgleichsleitung 50 angeschlossen, die dem Druckausgleich zwischen Vorratsbehälter 49 des Getränkekonzentrats und den Behältern 3 und 4 dient.

Bei einem Mischungsverhältnis von Wasser zu Konzentrat in der Größenordnung von 3 zu 1 läßt man das Wasser beispielsweise mit 20°C und das Konzentrat mit 2°C in die Anlage eintreten. Dabei sind im Konzentrat etwa 5 g CO₂/l gelöst. Wenn beispielsweise das Endprodukt mit 2°C und 5,5 g CO₂/l abgegeben werden soll, ist der Druck im Vorbehälter 60 auf etwa 1,1 bar, im ersten Behälter 3, zweitem Behälter 4 und Vorratsbehälter 49 auf etwa 2,3 bar sowie im dritten Behälter 30 auf höher als 2,5 bar einzustellen. Der Druck in den Behältern 3, 4 und 49 ist mit 2,3 bar also erfindungsgemäß höher als der Sättigungsdruck des Konzentrats von 1,8 bar gewählt.

Im ersten Behälter 3 gehen bereits etwa 4,2 g CO₂/l in Lösung. Im zweiten Behälter 4 werden etwa 4,8 g CO₂/l erreicht. Wichtig ist, daß der Druck im Vorbehälter niedriger als der Sättigungsdruck im Konzentrat eingestellt wird, während der Druck im dritten Behälter höher eingestellt wird als der Sättigungsdruck.

Im Wasserzulauf kann auch ein Wärmetauscher zum Erwärmen des Wassers vorgesehen sein. Durch Kopplung mit dem Wärmetauscher 16 zum Kühlen vor der Mischstufe läßt sich auf bekannte Weise eine Wärmerückgewinnung verwirklichen.

Das Verfahren weist somit eine dreistufige Wasserentlüftung in den Ejektoren 63, 28 sowie 17 und eine ergänzende Gemischentlüftung in Ejektor 34 auf. Der CO₂-Verbrauch ist deshalb vorteilhaft gering. Durch die stufenweise Entlüftung sind extrem niedrige O₂-Werte im Endprodukt erreichbar.

Bezugszeichenliste

1 Behälter
2 Trennwand
3 erster Behälter
4 zweiter Behälter
5 Verbindungsleitung
6
7 Rückflußverhinderer
8 Pumpe
9 Sprühvorrichtung
10 Zulaufleitung
11 Zuführleitung
12 Ablaufleitung
13 Verbindungsleitung
14
15
16 Wärmetauscher
17 Ejektor
18 Überlaufwehr
19
20 Doppelkreiskolbenpumpe
21 zweite Zulaufleitung
22 Mischrohr
23 Überlaufwehr
24 Absperrventil
25 Ansaugleitung
26 Umwälzleitung
27 Umwälzpumpe
28 Ejektor
29
30 dritter Behälter
31
32 Pumpe
33
34 Ejektor
35 Unterdruckleitung
36 Regelventil
37 Zuführleitung
38 Druckregelventil
40 Ablaufleitung
41 Regel- und Absperrventil
42
43 Verbindungsleitung
44 Absperrventil
45 Überdruckventil
46 Absperrventil
47 Leitung
48 Absperrventil
49 Vorratsbehälter
50 Ausgleichsleitung
51 Ablaßventil
52 Überdruckventil
53
54 Leitung
55 Kühlmittelvorlauf
56 Kühlmittelrücklauf
57 Tauchrohr
58 Druckregelventil
59 Leitung
60 Vorbehälter
61 Zulaufleitung
62 Absperrventil
63 Ejektor
64 Ansaugleitung
A Abgas G Gas K Konzentrat P Produkt W Wasser.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen eines Getränkes aus Wasser und einem oder mehreren CO₂-haltigen Getränkekonzentraten, insbesondere High Gravity Beer, indem das Wasser auf eine Temperatur eingestellt wird, die höher als die Temperatur des Getränkekonzentrats ist, das so eingestellte Wasser entlüftet, karbonisiert und zwischengelagert wird, danach abgekühlt und mit dem CO₂-haltigen Getränkekonzentrat verschnitten wird, und das fertige Getränk zwischengelagert wird, wobei der Druck des gemischten Getränks beim Zwischenlagern und der Druck des karbonisierten Wassers beim Zwischenlagern höher oder gleich dem CO₂-Sättigungsdruck des CO₂-haltigen Getränkekonzentrats eingestellt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß das Wasser zusätzlich vorentlüftet und der Druck des vorentlüfteten Wassers beim Zwischenlagern kleiner eingestellt wird als der Druck beim Zwischenlagern hinter nachfolgenden Entlüftungsstufen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, daß der Druck des Getränks beim Zwischenlagern hinter jeder weiteren Entlüftungsstufe erhöht wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, da durch gekennzeichnet, daß das gemischte Getränk für das Zwischenlagern unterhalb des Flüssigkeitsspiegels eingeleitet wird.