DE4319526C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Carbonisierung von Getränken - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Carbonisierung von Getränken.

Carbonisieranlagen sind insbesondere in der Getränkeindustrie bekannt. Zur Erhöhung des CO₂-Gehaltes im Getränk wird im allgemeinen der Flüssigkeit gasförmige Kohlensäure über eine Düse oder einen Injektor zugeführt und diese mittels einer Verteileinrichtung, einem Dosierregelventil mit Einbauten oder einem statischen Mischer über eine bestimmte Rohrlänge durch die Flüssigkeit aufgenommen. Die erforderliche Länge der Lösungsstrecke für eine blasenfreie CO₂-Lösung verhält sich umgekehrt proportional zur Durchflußgeschwindigkeit. Relevant für die Lösung der Kohlensäure in der Flüssigkeit sind weiterhin die Temperatur und der Druck. Beide Parameter sind im Anlagenbau bekannt. Der Stoffaustauschkoeffizient ist eine Funktion von der Reynoldszahl, der Schmidt-Zahl, des Diffusionskoeffizienten und des hydraulischen Durchmessers.

Das Getränk-CO₂-Gemisch ist ein koaleszenzförderndes Medium, zu dessen vollständiger Vermischung im gesamten Kontaktbereich eine gleichmäßige Energiedissipation aufrechterhalten werden soll. Im Gegensatz hierzu bewirken Düsen und Injektoren einen hohen örtlichen Energieeintrag, wobei sich die Blasen außerhalb dieser Zone wieder zu größeren Blasen zusammenschließen.

Innerhalb eines statischen Mischers bildet sich eine Kolben­ strömung aus. Die laufende Erneuerung der Phasengrenzfläche durch das Zusammentreffen der Blasen und deren Neubildung fördert die Turbulenz in der Flüssigkeit und führt zu einer stabilen Bindung von Produkt und CO₂, entsprechend der Temperatur und des Druckes.

Nachteilig an diesen Verfahren ist, daß diese Systeme sehr sensibel auf Durchfluß- und Druckänderungen reagieren. Diese Änderung verursachen große Ungenauigkeiten in der Kohlensäure- Dosierung. Zudem werden durch sich beim Betrieb ändernde Durchflußraten oder Drücken große Lösungsstrecken notwendig.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu finden, um eine einfache und von Durchfluß­ schwankungen weitestgehend unabhängige Dosierung von Kohlensäure in Getränken mit einer hohen Genauigkeit zu ermöglichen.

Gelöst wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Verfahrens nach Anspruch 1 und den Merkmalen der Vorrichtung nach Anspruch 2.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen darin, daß mittels eines Kreislaufes mit einer Lösungsstrecke konstante Durchflüsse und konstante Drücke erreicht werden und somit der Stoffaustausch optimiert wird. Die Lösungsstrecke soll exakt auf das Medium, den Durchfluß und die Karbonisierungsmasse ausgelegt werden können. Durch die Kreislaufschaltung des zu karbonisierenden Getränkes und das Konstanthalten des Volumenstromes in diesem Kreislauf werden auf einfachste Weise ideale, konstante Umgebungsbedingungen für die Karbonisierung und die Lösung des CO₂ im Getränk erreicht. Es entstehen keine störenden Druckdifferenzen oder Änderungen der Geschwindigkeit und der Turbulenz. Es kann somit die Lösungsstrecke bei diesen festliegenden Karbonisierungsbedingungen exakt errechnet und ausgeführt werden. Da die Einführung von CO₂ in das Getränk innerhalb des Kreislaufes erfolgt, ist dieses System unabhängig von den vor- bzw. nachgeschalteten Anlagen. Durch die exakte Dosiermöglichkeit und die optimalen Lösungsbedingungen wird die notwendige Lösungsstrecke erheblich geringer. Dadurch wird die Zeitspanne zwischen Dosierung und Messung des Kohlensäuregehaltes auf der Austrittsseite der Anlage ebenfalls erheblich geringer. Die Rückwirkung des Meßsignals auf eine CO₂-Dosier- Regeleinrichtung erfolgt mit geringerer Zeitverzögerung und erhöht die Genauigkeit der Regelstrecke bestens.

Die Anlage ist ideal auf neue Soll-Werte einzustellen. Bei z. B. einem gewünschten niedrigeren CO₂-Gehalt in dem Medium, ist nur der Durchfluß im Kreislauf zu verändern.

Die Abbildung zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Die Karbonisier-Strecke besteht vorzugsweise aus einer Rohr- Strecke 1, welche einen Getränke-Einlauf 2, einen Getränke-Kreislauf 3 und einen Getränke-Austritt 4 besitzt. Über einen CO₂-Eintritt 5 wird Kohlensäure über eine Dosiereinrichtung 6 in den Kreislauf 3 geführt. Der Volumenstrom in diesem Kreislauf 3 wird mittels eines Regelventils 7 so geregelt, daß der Volumenstrom und somit die Bedingungen, Fließgeschwindigkeit, Druck und Kontaktzeit in der Lösungsstrecke, dem Medium-Kreislauf 3, konstant sind.

Das Regelventil 7 ist bei der Nennleistung, z. B. 150 hl/h, geschlossen. Bei abnehmenden Zulauf öffnet das Ventil umgekehrt proportional zum Durchfluß-Meßsignal des Durchflußmessers 8, so daß im internen Kreislauf 3 weiterhin 150 hl/h fließen.

Der CO₂-Ist-Wert wird von dem CO₂-Meßgerät 9 über den Regler 10 zu dem variablen Sollwert "A" für den Regler 11 verarbeitet. Der Getränke-Durchfluß wird vom Durchflußmesser 8, der CO₂-Durchfluß vom Durchflußmesser 12 erfaßt.

Mittels der Pumpe 13 wird das Getränk gefördert. Das Ventil 14 dient zum Reinigen der Dosiereinrichtung im Bypass.

Eine automatische Steuerung ermöglicht es, mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Carbonisierung exakt zu regeln.

Claims (7)

1. Verfahren zur kontinuierlichen und geregelten Karbonisierung von Getränken in einer Rohrstrecke, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teilstrom des Getränks während des Prozesses in einer Kreislaufstrecke mit konstantem Volumenstrom fließt und CO₂-Eintritt sowie CO₂-Bindung innerhalb dieser Kreislaufstrecke erfolgen.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

• - eine Rohrstrecke (1), die aus einer Kreislaufstrecke (3) mit Getränkeeinlauf (2) und Getränkeauslauf (4) besteht, wobei in der Kreislaufstrecke (3)
• - eine Kreislaufregeleinrichtung (7) zur Konstanthaltung des Kreislaufvolumenstromes,
• - eine CO₂-Dosiereinrichtung (6) und
• - eine Lösungsstrecke (15) zur CO₂-Bindung angeordnet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kreislaufregeleinrichtung (7) ein 3-Wege-Ventil zur Konstanthaltung des Kreislaufvolumenstromes aufweist und in der Kreislaufstrecke (3) eine Förderpumpe (13) angeordnet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kreislaufregeleinrichtung (7) eine 3-Wege-Strahlpumpe zur Konstanthaltung des Kreislaufvolumenstromes aufweist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lösungsstrecke (15) als statischer Mischer ausgeführt ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Getränkeeinlauf (2) und in der CO₂- Dosierleitung (14) ein Durchsatz-Meßgerät angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Getränkeauslauf (4) eine CO₂- Meßeinrichtung angeordnet ist.