DE4329223C2 - Verfahren und Anordnung zur Steuerung der Begasungsrate bei der definierten Beladung einer strömenden Flüssigkeitsmenge mit einem Gas - Google Patents
Verfahren und Anordnung zur Steuerung der Begasungsrate bei der definierten Beladung einer strömenden Flüssigkeitsmenge mit einem GasInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung der
Begasungsrate bei der definierten Beladung einer strö
menden Flüssigkeitsmenge mit einem Gas nach dem Oberbe
griff des Anspruchs 1 und eine Anordnung zum Durchführen
des Verfahrens.
Ein Verfahren und eine Anordnung der einleitend gekenn
zeichneten Gattung finden beispielsweise Anwendung bei
der definierten Beladung von Bierwürze mit Sauerstoff im
Zuge ihrer Belüftung. Ziel der Belüftung ist die Anrei
cherung der Würze mit gelöstem Sauerstoff für das Zell
wachstum und zur Aktivierung des Stoffwechsels der Hefe.
In diesem Zusammenhang ist es von Vorteil, wenn die er
forderliche Sauerstoffkonzentration der Würze exakt ein
gestellt werden kann, da eine Überoxydation der Würze
eine Verschlechterung der Qualität des Bieres und eine
überoptimale Hefevermehrung nach sich zieht.
Die Problematik der Würzebelüftung ist in der DE 39 20
472 A1 hinreichend deutlich dargestellt. Die dort am
Beispiel der Beladung der Würze mit Sauerstoff auftre
tenden Probleme und die vorgeschlagenen Maßnahmen zur
Problemlösung sind auch auf andere gleichgelagerte Bega
sungsvorgänge übertragbar.
Verkürzt dargestellt ist der zur Beladung einer strö
menden Flüssigkeitsmenge mit einem Gas erforderliche Vo
lumenstrom des Gases Q(G) (z. B. in Nm3/h) nach Gleichung
(1) von folgenden Einflußgrößen abhängig:
Q(G) = f(p, T, Q(L),C) (1)
Die Bezeichnungen stehen für folgende Größen:
- - p Druck an der Begasungsstelle
- - T Temperatur der zu begasenden Flüssigkeit
- - Q(L) zu begasender Volumenstrom der Flüssigkeit (Durchflußleistung der Flüssigkeit), z. B. in m3/Stunde
- - C gewünschte Konzentration des Gases in der Flüs sigkeit bzw. volumenbezogene gelöste Gasmenge, z. B. in mg Gas/l Flüssigkeit.
Als sogenannte Begasungsrate r (z. B. in Nm3 Gas/m3 Flüs
sigkeit), wird das Verhältnis aus dem erforderlichen Vo
lumenstrom des Gases Q(G) zum Volumenstrom der zu bega
senden Flüssigkeit Q(L) bezeichnet:
r = Q(G)/Q(L) (2)
Bei dem Verfahren gemäß DE 39 20 472 A1 und der Vor
richtung zu seiner Durchführung werden der erforderliche
Volumenstrom des Gases Q(G) in Abhängigkeit vom Volu
menstrom der Flüssigkeit Q(L) gesteuert, wobei bereits
berücksichtigt wird, daß Änderungen der Durchfluß
leistung der Flüssigkeit die Intensität des Dispergie
rens und Mischens der Blasen innerhalb der Flüssigkeit
beeinflussen und die Begasungsrate r = Q(G)/Q(L) daher
in der Regel von der Durchflußleistung abhängig ist. Zur
Erfassung des zu begasenden Volumenstromes der Flüssig
keit ist in der Vorrichtung ein Durchflußmesser 7 vorge
sehen, der seine Meßwerte an eine Signalverarbeitungs-
Einrichtung 10 übermittelt, die dann die erforderliche
Begasungsrate über ein Begasungs-Regelventil 3 ein
stellt. Die gewünschte Konzentration C des Sauerstoffs
in der Bierwürze wird als Sollwert in der Signalverar
beitungs-Einrichtung hinterlegt; eine temperaturab
hängige Steuerung der Begasung ist beim bekannten Ver
fahren nicht vorgesehen. Es wird im vorliegenden An
wendungsfall der Würzebelüftung im Zuge der Befüllung
eines stehenden zylindrokonischen Gärtanks davon ausge
gangen, daß die zu belüftende Würze dem Tank mit einer
konstanten, stets näherungsweise gleichen und bekannten
Temperatur zuläuft.
Im vorgenannten Anwendungsbeispiel ändert sich der Druck
der Flüssigkeit an der Begasungsstelle in Abhängigkeit
vom Füllstand im Gärtank in beträchtlichem Umfang. Damit
diese signifikante Druckänderung ohne Einfluß auf die
Begasungsrate bleibt - eine druckabhängige Steuerung
der Begasungsrate wird in der vorgeschlagenen Vorrich
tung nicht in Betracht gezogen - ist gemäß einer Ausge
staltung des bekannten Verfahrens vorgesehen, daß der
Druck der Flüssigkeit an der Begasungsstelle auf einen
konstanten Beladungsdruck geregelt wird. Dieser kon
stante Beladungsdruck richtet sich mindestens nach dem
höchstmöglichen Gegendruck in der Anordnung, der sich
dann einstellt, wenn der Gärtank seinen maximalen Füll
stand gerade erreicht.
Das bekannte Verfahren ist zwar relativ einfach, da es
bei konstant gehaltenem Gegendruck die Begasungsrate r
allein durchflußabhängig steuert; es ist jedoch in einem
Höchstmaß energetisch ungünstig, da die gesamte zu be
gasende Flüssigkeitsmenge über den gesamten Zeitraum der
Tankbefüllung mindestens gegen den höchsten Enddruck in
der Anordnung zu fördern ist. Das zum Konstanthalten des
Begasungsdruckes erforderliche Druckregelventil bedeutet
im Zusammenhang mit seiner notwendigen regelungstech
nischen Peripherie nicht nur eine relativ teure Investi
tion, es stellt auch einen an seiner Einbaustelle den
Stoffaustausch beeinflussenden Eingriff in das Strö
mungssystem dar. Einerseits wird durch Verwirbelung und
Umlenkung der Strömung beim Durchgang durch das Ventil
ein Nachlöseeffekt noch nicht gelöster Gasblasen
bewirkt, andererseits kommt es insbesondere in extremen
Drosselstellungen im Sitzbereich des Ventils infolge,
Druckabsenkung zu Entbindungseffekten, so daß per saldo
ein ungenau definierter Zustand hinsichtlich der tatsächli
chen Gasbeladung eintritt bzw. nicht auszuschließen ist.
Das bekannte Verfahren und die Vorrichtung zu seiner Durch
führung sind unter energetischem Gesichtspunkt vertretbar nur
anwendbar in Systemen, in denen sich der Begasungsdruck auf
grund des Betriebsverhaltens des Systems nur unwesentlich än
dert. In diesem Falle kommt dem Druckregelventil die Aufgabe
zu, den zur wirtschaftlichen Begasung erforderlichen Mindest
druck einzustellen und zu halten. In jedem Falle wird bei dem
bekannten Verfahren, so weit es mit dem höchstmöglichen Druck
über die gesamte Zeitdauer der Flüssigkeitsbegasung arbeitet,
das Produkt weniger geschont, als dies wünschenswert ist.
Aus der US-PS 50 61 453 ist eine Apparatur für die kontinu
ierliche Beschickung einer Flüssigkeit mit einem Gas bekannt,
bei der in einem Reaktorgefäß eine vorgelegte Flüssigkeits
menge im wesentlichen konstant gehalten wird. Über eine Do
sierpumpe wird dem Rührkesselreaktor Flüssigkeit zugeführt
und in gleichem Maße auch abgeführt. Durch diese Maßnahme
bleibt die Verweilzeit der im Rührkesselreaktor vorgelegten
Flüssigkeit konstant, und damit ist auch die zur Realisierung
einer bestimmten Gaskonzentration in der Flüssigkeit notwen
dige Gasmenge eine in einer bestimmten Zeitspanne zugeführte
konstante Größe. Die zuzuführende Gasmenge wird dabei über
ein Durchfluß-Regelventil auf die jeweils vorliegende Ver
weilzeit der Flüssigkeit im Rührkesselreaktor angepaßt. Die
bekannte Apparatur und das mit ihr realisierte Verfahren se
hen eine druckabhängige Steuerung der Begasung nicht vor, so
daß dieser Stand der Technik hinter jenem gemäß der Druck
schrift DE 39 20 472 A1 zurückbleibt.
Eine hinreichend befriedigende Lösung des Begasungsproblems
würde erreicht, wenn die in der vorgenannten Gleichung (1)
auf der rechten Seite enthaltenen Einflußgrößen p, T, Q(L)
und C im Rahmen eines Regelkreises erfaßt und hinsichtlich
ihres Einflusses auf die Begasungsrate r entsprechend verar
beitet würden. Allein die Erfassung der Konzentration C des
Gases in der Flüssigkeit erforderte jedoch beispielsweise bei
der Würzebelüftung die Anordnung eines relativ teuren und
wartungsbedürftigen Sauerstoff-Meßgerätes. Nur mit der Anord
nung eines derartigen Meßgerätes zur Erfassung der Ist-
Konzentration des gelösten Sauerstoffs wäre überhaupt der
Aufbau eines Regelkreises möglich. Dieser theoretisch mögli
che und naheliegende Lösungsansatz scheitert nicht nur an den
zu tätigenden Investitionskosten für das in Frage kommende
Meßgerät im Verhältnis zu jenen Investitionskosten, die der
Anwender für die in Frage kommende Vorrichtung zur Belüftung
von Bierwürze insgesamt zu tragen bereit ist, sondern auch
die Ungenauigkeit eines derartigen Meßgerätes und, da mit
Luftüberschuß gearbei
tet wird, der die Messung gegebenfalls störende unge
löste Sauerstoff sprechen von vornherein gegen eine der
artige Problemlösung.
Aber auch die Erfassung von Druck p, Temperatur T und
Durchfluß Q(L) im Rahmen einer Anordnung zur Steuerung
der Begasungsrate r ist bereits mit erheblichem Aufwand
verbunden. Zum einen sind Meßgeräte zur Erfassung der
einzelnen Einflußgrößen in Verbindung mit den notwen
digen Umformern notwendig, zum anderen ergibt sich das
Problem, wie die drei Einflußgrößen p, T, Q(L) bei Vor
gabe der Konzentration C als Sollwert überhaupt mit ver
tretbarem Aufwand an mathematischer Soft- und Hardware
verarbeitet werden können.
Die zur Realisierung der Steuerung innerhalb von Anord
nungen zur Begasung von Flüssigkeiten üblicherweise zum
Einsatz kommenden frei programmierbaren Steuerungen ver
fügen nur über begrenzte Rechenleistungen, mit denen die
komplexen mathematischen Funktionen zur lückenlosen Be
schreibung der Stoffaustauschvorgänge gemäß Gleichung
(1) nicht zu bewältigen sind. Üblicherweise versucht
man, die Zusammenhänge gemäß Gleichung (1) empirisch zu
ermitteln und durch mathematische Funktionen, z. B. Po
lynome n-ten Grates, zu approximieren. Wenn dies über
haupt gelingt, dann ist die geschlossene mathematische
Lösung oft mit nicht zu tolerierenden Ungenauigkeiten
verbunden. Bessere und noch rechenintensivere andere ma
thematische Approximationen erfordern hinsichtlich ihrer
Handhabung und der notwendigen Rechenleistungen einen
noch größeren Aufwand, der im Zusammenhang mit der vor
liegenden Anwendung unter ökonomischen Gesichtspunkten
(Realisierung eines relativ preisgünstigen Aggregates)
nicht vertretbar ist.
Gleichwohl ist es zu einer definierten Beladung einer
strömenden Flüssigkeitsmenge mit einem Gas wünschens
wert, die Begasungsrate r in Abhängigkeit vom Begasungsdruck
p und vom Volumenstrom der zu begasenden Flüssigkeit Q(L) bei
Vorgabe einer diskreten gewünschten Gaskonzentration C in der
Flüssigkeit als Sollwert zu steuern. Eine derartige Forderung
stellt gewissermaßen ein praxisrelevantes Mindesterfordernis
dar, das es mit vertretbarem technischen Aufwand zu erfüllen
gilt.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde,
die Begasungsrate r unter energetisch günstigen und produkt
schonenden Betriebsbedingungen mit apparativ einfachen Mit
teln zu steuern.
Die Aufgabe wird verfahrenstechnisch durch Anwendung der
Merkmale des Kennzeichens des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhaf
te Ausgestaltungen des vorgeschlagenen Verfahrens sind Gegen
stand der Ansprüche 2 bis 7. Eine Anordnung zum Durchführen
des Verfahrens wird durch Anwendung der Kennzeichenmerkmale
des Nebenanspruchs 8 realisiert, während vorteilhafte Ausge
staltungen der vorgeschlagenen Anordnung Gegenstand der wei
teren Unteransprüche sind.
Die energetisch günstige Lösung wird dadurch erreicht, daß
der Begasungsdruck an der Begasungsstelle innerhalb festleg
barer Grenzen veränderlich sein darf. Dies erfordert aller
dings seine meßtechnische Erfassung und die Weiterverarbei
tung dieser Meßinformation in ein entsprechendes, die Bega
sungsrate r veränderndes Stellsignal. Ein wesentliches Kenn
zeichen der erfinderischen Lösung besteht darin, daß empi
risch gewonnene Zusammenhänge zwischen Begasungsdruck p, Vo
lumenstrom der zu begasenden Flüssigkeit Q(L), gewünschter
Gaskonzentration C und notwendiger Begasungsrate r in Form
von Datensätzen D hinterlegt sind, auf die ein zeitnaher Zu
griff erfolgt. Insbesondere können empirisch gewonnene Er
kenntnisse über die Abhängigkeit
der Begasungsrate r von den relevanten Einflußgrößen
Druck p, Temperatur T, Durchflußleistung Q(L) und Kon
zentration C, wobei sich die Begasungsrate nach den
Gleichungen (1) und (2) mit
r = f(p, T, Q(L),C) (3)
darstellen läßt, nunmehr insbesondere im Hinblick auf
die Druckabhängigkeit der Begasungsrate r = f(p) plan
mäßig und unter Verzicht auf das nicht mehr notwendige
Druckregelventil genutzt werden. Bei einem zwanghaften
Konstanthalten des Begasungsdruckes p, wie es das be
kannte Verfahren vorsieht, wird zumindest teilweise auf
diese investitionssparenden Informationen verzichtet.
Bei den vorgenannten Datensätzen handelt es sich einer
seits um originär gewonnene Meßwerte, andererseits er
fordert eine feinfühlige und möglichst genaue Steuerung
der Begasungsrate r eine Vielzahl von Zwischenwerten,
die sich durch geeignete rechnerische Interpolation zwi
schen den als Stützwerten fungierenden Meßwerten be
reitstellen lassen.
Da die Begasungsrate r nunmehr zusätzlich auch in Ab
hängigkeit vom Begasungsdruck p gesteuert wird, kommt
diesem Druck, den es zu erfassen gilt, im Hinblick auf
seine Weiterverarbeitung eine besondere Bedeutung im
Rahmen des vorgeschlagenen Verfahrens zu. Die Grenzen
des zu erfassenden Druckbereiches lassen sich, abhängig
von den zu erwartenden Änderungen des Begasungsdruckes
p, die z. B. durch betriebsbedingte Änderungen, wie das
Füllen eines Tanks, hervorgerufen werden, im vorhinein
festlegen. Der erfaßbare Druckbereich wird in Teilbe
reiche unterteilt, und jedem dieser Bereiche wird ein
diskreter Bereichsdruck p(k) zugeordnet.
Der erfaßte Begasungsdruck p wird sodann dem nächstlie
genden vorgegebenen diskreten Bereichsdruck p(k) zuge
ordnet. Ein weiteres wesentliches Lösungselement der vorlie
genden Erfindung besteht nun darin, daß eine Vielzahl von Da
tensätzen D vorgesehen ist, auf die ein zeitnaher Zugriff er
folgt. Jeder Datensatz D besteht jeweils aus der gewünschten
Beladung der Flüssigkeit mit Gas in Form einer diskreten Gas
konzentration C(n), dem diskreten Volumenstrom Q(Lm) bzw. der
adäquaten Fließgeschwindigkeit v(m) der Flüssigkeit an der
Begasungsstelle, dem Bereichsdruck p(k) und der aus den vor
genannten Einflußgrößen C(n), Q(Lm) bzw. v(m) und p(k) je
weils resultierenden Begasungsrate r.
Neben einer geeigneten Abstufung der als Eingangsgrößen fun
gierenden Einflußgrößen Bereichsdruck p(k) und Gaskonzentra
tion C(n) in Form diskreter Werte muß auch der erfaßte Volu
menstrom der Flüssigkeit Q(L) in Form diskreter vorgegebener
Werte in die Datensätze Eingang finden. Dies geschieht da
durch, daß der Volumenstrom der Flüssigkeit Q(L) zunächst er
faßt und einem nächstliegenden diskreten Wert Q(Lm) im Rahmen
eines eine Vielzahl diskreter Werte aufnehmenden erfaßbaren
Bereichs zugeordnet wird.
Die für eine hinreichend genaue Steuerung der Begasungsrate r
erforderliche Abstufung der Eingangsgrößen p, Q(L), C in dis
krete Werte führt zu einer Anzahl von Datensätzen D, die im
Rahmen der üblicherweise zur Verfügung stehenden Steuerungen
einerseits noch speicherbar und andererseits auch noch im er
forderlichen zeitnahen Zugriff zu handhaben sind. Mit der ta
bellarischen Hinterlegung geeigneter und den Steuerungserfor
dernissen angepaßter Datensätze gelingt es nunmehr, das vor
liegende Begasungsproblem sowohl in Abhängigkeit vom Volumen
strom der zu begasenden Flüssigkeit Q(L) als auch in Abhän
gigkeit von deren Druck p an der Begasungsstelle, der sich in
festlegbaren Grenzen betriebsbedingt ändern darf, zu steuern.
Zur Generierung der Datensätze D hat es sich als zweck
mäßig herausgestellt, wie dies eine vorteilhafte Aus
gestaltung des vorgeschlagenen Verfahrens gemäß der Er
findung vorsieht, den zwischen den festgelegten Grenzen
befindlichen Bereich des Druckes p in eine Anzahl k
Teilbereiche zu unterteilen und diesen den jeweiligen
repräsentativen Bereichsdruck p(k) zuzuordnen. Darüber
hinaus wird ein erfaßbarer Bereich des Volumenstromes
der Flüssigkeit Q(L) durch eine Anzahl m diskrete Volu
menströme Q(Lm) oder adäquate Fließgeschwindigkeiten
v(m) unterteilt, und dem erfaßten Volumenstrom der Flüs
sigkeit Q(L) wird sodann gemäß der Erfindung jeweils der
nächstliegende vorgegebene diskrete Volumenstrom Q(Lm)
bzw. die Fließgeschwindigkeit v(m) zugeordnet. Mit einer
vorgesehenen Anzahl n Gaskonzentrationen C(n) stehen
dann, gemäß einer bevorzugten Datenstruktur, für jede
Gaskonzentration C(n) eine Anzahl (k × m) Datensätze D*
(D*: << C(n) : Q(Lm); p(k), r << zur Verfügung.
Die Vorgabe von Ebenen konstanter Konzentration C(n), in
denen in Abhängigkeit von der Durchflußleistung Q(Lm)
und dem Druck p(k) die jeweilige Begasungsrate r hin
terlegt ist, ist deshalb von Vorteil, da die Konzen
tration C(n) in der Regel als Sollwert vorgegeben wird
und diese sich beispielsweise über die gesamte Zeitdauer
der Befüllung eines Gärtanks nicht mehr ändert. Die an
deren Einflußgrößen Q(Lm) und p(k) bestimmen dann allein
den Zugriff auf die durch ein bestimmtes Wertepaar
Q(Lm); p(k) festgelegte jeweilige Begasungsrate r.
Es versteht sich, daß die Daten auch so strukturiert
werden können, daß in Ebenen konstanten Druckes (p(k) =
konst) oder konstanter Durchflußleistung (Q(Lm) = konst)
ein Zugriff auf die Begasungsrate r erfolgt. Im ersten
Fall ergeben sich Datensätze D** (D**: << p(k): C(n); -
Q(Lm); r <<) und im zweiten Fall erhält man Datensätze,
D*** (D***: << Q(Lm): C(n); p(k); r <<).
Bei Anwendung des vorgeschlagenen Verfahrens gemäß der
Erfindung auf die definierte Beladung von Bierwürze oder
anderen Fermentationssubstraten mit Sauerstoff im Zuge
ihrer Belüftung, beispielsweise im erstgenannten Falle
im Vorfeld der Befüllung eines zylindrokonischen Gär
tanks, hat es sich beispielsweise als vorteilhaft her
ausgestellt, den Druck an der Begasungsstelle in einem
Bereich zwischen 2 und 4 bar absolut zu erfassen und in
k = 12 gleichgroße Teilbereiche mit Abstufungen von 0,25
bar zu unterteilen. Darüber hinaus wird vorgeschlagen,
die Fließgeschwindigkeit v(m) in einem Bereich von 1,4
bis 2,5 m/s zu erfassen und in m = 12 Abstufungen von
0,1 m/s zu unterteilen. Die als Sollwert fungierende
Sauerstoffkonzentration C(n) ist im Bereich von 5 bis 12
mg 02/l in n = 15 Abstufungen von 0,5 mg 02/l unter
teilt.
Die vorstehende Dimensionierung der Einflußgrößen p(k),
v(m) und G(n) ergibt in 15 Konzentrationsebenen C(n) je
weils (k × m) = 12 × 12 = 144 Datensätze. Insgesamt sind
demzufolge in der beispielhaft ausgelegten Steuerung
2160 Datensätze zu hinterlegen und im zeitnahen Zugriff
zu halten.
Abhängig von der Rechnerkapazität kann die Genauigkeit
der Gasbeladung durch feinere Abstufungen in und zwi
schen den Datenebenen erhöht werden, falls dies erfor
derlich ist, aber nur insoweit, wie er Gesamtfehler des
Systems dies sinnvollerweise zuläßt.
Eine wirtschaftliche Begasung erfordert in der Regel ei
nen Mindestdruck p(Min) der Flüssigkeit an der Bega
sungsstelle. In Anwendungsfällen, wo dieser erforder
liche Mindestdruck nicht allein durch den Betrieb der
Gesamtanlage von vornherein gegeben ist, kann er plan
mäßig erzeugt werden. Eine vorteilhafte Ausgestaltung
des Verfahrens gemäß der Erfindung sieht vor, daß der
Mindestdruck p(Min) erforderlichenfalls durch stromab
wärts wahlweise zu erzeugende Druckverluste p(vB1) in
der strömenden Flüssigkeit eingestellt wird, und daß bei
betriebsbedingten Änderungen des Druckes p über die
Druckverluste p(vB1) hinaus letztere nicht mehr erzeugt
werden. Die vorgeschlagene verfahrenstechnische Maßnahme
erlaubt es, betriebsbedingte Änderungen des Druckes p
anstelle der planmäßig herbeigeführten Druckverluste
p(vB1) zur Sicherstellung des Mindestdruckes p(Min) her
anzuziehen und somit die Anordnung zur Begasung energe
tisch günstig, produktschonend und mit einem Kosten
vorteil zu betreiben. Wenn der Mindestdruck p(Min) al
lein durch Inanspruchnahme betriebsbedingter Änderungen
des Druckes p relativ schnell erreicht wird und der bis
zu diesem Zeitpunkt begaste Flüssigkeitsanteil, bezogen
auf die gesamte zu begasende Flüssigkeitsmenge, eine zu
vernachlässigende Rolle spielt, kann die planmäßige Her
beiführung von Druckverlusten p(vB1) unterbleiben. Bei
Erreichen des Mindestdruckes p(Min) wird sodann, wie
vorstehend vorgeschlagen, weiterverfahren.
Die energiesparenden Maßnahmen lassen sich, wie dies
darüber hinaus vorgeschlagen wird, durch stufenweise
oder kontinuierliche Veränderung der Druckverluste
p(vB1) optimieren. Die kontinuierliche Veränderung der
Druckverluste erfordert, vom apparativen Aufwand her
gesehen, Maßnahmen, die mit denen bei der bekannten An
ordnung im Zusammenhang mit dem Druckregelventil ver
gleichbar sind. Allerdings wird der Stand der Technik
unter energetischen Gesichtspunkten und hinsichtlich
schonender Produktbehandlung verbessert.
Für den Fall, daß die betriebsbedingten Änderungen des
Begasungsdruckes p eindeutig prognostiziert werden kön
nen (wie beispielsweise bei der Befüllung eines Gärtanks
bei bekannter Fülleistung, wobei letztere der meßtech
nisch erfaßten Durchflußleistung Q(L) der vorgeschal
teten Würzebelüftung entspricht) ist das vorgeschlagene
Verfahren gemäß der Erfindung, wie dies eine weitere
Ausgestaltung vorsieht, auch ohne Druckmessung, allein
durch Erfassung des Volumenstromes der Flüssigkeit Q(L),
erfolgreich anwendbar. Die meßtechnische Erfassung des
Begasungsdruckes p wird dann durch dessen prognostizier
ten Verlauf ersetzt.
Bei zahlreichen Begasungsproblemen darf der Temperatur
einfluß nicht unberücksichtigt bleiben. So wird bei
spielsweise bei der Bierherstellung angestrebt, die in
einem teilweise befüllten Gärtank bereits gärende und
gegenüber ihrem Zustand bei der Befüllung erwärmte Würze
im Zuge der weiteren Befüllung des Tanks nicht durch
nachfolgende Würze abzukühlen. Um dies zu verhindern,
wird die Temperatur der nachfolgenden Würze entsprechend
erhöht. Diese Temperaturerhöhung muß dann allerdings bei
der Begasung dieser Würze berücksichtigt werden
(r = f(T)). Hierzu wird diese, unter Beibehaltung der
vorstehend vorgeschlagenen verfahrenstechnischen Maß
nahmen gemäß der Erfindung, zusätzlich in Abhängigkeit
von diskreten Temperaturen T(i) gesteuert. Die Anzahl
der zu hinterlegenden Datensätze D (D*; D** oder D***)
wächst dann zwangsläufig multiplikativ mit der vorge
sehenen Anzahl i der diskreten Temperaturen T(i).
Zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung ist
die aus dem Stand der Technik bekannte Anordnung zur
Steuerung der Begasungerate r, die unter anderem eine
einem Mischer nachgeordnete Drosseleinrichtung und einen
dem Mischer vorgeordneten Durchflußmesser mit Umformer
zur Bestimmung von Volumen oder Masse der Flüssigkeits
strömung aufweist, zwischen der Drosseleinrichtung und
dem Mischer mit einem Druckmesser mit Umformer auszu
statten, wobei der Durchflußmesser und der Druckmesser
mit einer eine Datenverarbeitungs-Einrichtung und einen
Datenspeicher aufweisenden Steuereinrichtung verbunden
sind. Dabei sind im Datenspeicher die zur Steuerung erforder
lichen Datensätze D abgelegt, wobei sich letztere in Abhän
gigkeit von den Eingangsgrößen C(n), Q(Lm) bzw. v(m) und p(k)
im Zugriff der Datenverarbeitungs-Einrichtung befinden und
die Steuereinrichtung auf den jeweils in Frage kommenden Da
tensatz zugreift und die erforderliche Begasungsrate r an der
Begasungsstelle I einstellt.
Der Verzicht auf wahlweise erzeugte Druckverluste p(vB1) und
deren Substitution durch betriebsbedingte Änderungen des
Druckes p zur Sicherstellung des für die Begasung erforderli
chen Mindestdruckes p(Min) gelingt nach einer vorgeschlagenen
Anordnung gemäß der Erfindung dadurch, daß die Drosselein
richtung als Scheibenventil ausgebildet ist, das in seiner
Schließstellung wenigstens eine Durchtrittsöffnung aufweist.
Der gleiche Zweck wird aber auch, wie dies ebenfalls vorge
schlagen wird, mit einem Hubventil erreicht, das beispiels
weise über einen Stufenantrieb wenigstens eine diskrete Zwi
schenstellung mit einem gegenüber der Offenstellung reduzier
ten Durchtrittsquerschnitt aufweist.
Eine feinfühlige Anpassung an veränderte Betriebsbedingungen
im Hinblick auf eine energetisch noch günstigere Ausgestal
tung des vorgeschlagenen Verfahrens gemäß der Erfindung ge
lingt, wie dies weitere Anordnungen vorsehen, indem der
Durchtrittsquerschnitt der Durchtrittsöffnung bzw. der der
Zwischenstellung zugeordnete Durchtrittsquerschnitt der Dros
seleinrichtung stufenweise (beispielsweise mehrere diskrete
Zwischenstellungen bei dem mit Stufenantrieb ausgestatteten
Hubventil oder bei einem Schlauchventil) oder kontinuierlich
(beispielsweise Schlauchventil mit einem von außen druckmit
telbeaufschlagten Schlauchkörper) veränderbar ausgebildet
ist.
Beladung von Bierwürze mit Sauerstoff im Zuge ihrer
Belüftung dargestellt und erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 in schematischer Darstellung eine Anordnung zur
Steuerung der definierten Beladung von Bierwürze
mit Sauerstoff im Zuge ihrer Belüftung, wie sie
aus dem Stand der Technik bekannt ist;
Fig. 2 eine graphische Darstellung des Begasungsdruckes
p in Abhängigkeit vom Füllvolumen V des der Be
gasungsanordnung nachgeordneten Gärtanks, wobei
die Druckverhältnisse der bekannten Anordnung
gemäß Fig. 1 jenen gegenübergestellt sind, wie
sie mit der vorgeschlagenen Anordnung gemäß
Fig. 3 zu realisieren sind;
Fig. 3 in schematischer Darstellung eine Anordnung zur
Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung
und
Fig. 4 eine schematische und vereinfachte Darstellung
der in der Steuerung gemäß Fig. 3 hinterlegten
bevorzugten Struktur der Datensätze D* zur Rea
lisierung des vorgeschlagenen Verfahrens gemäß
der Erfindung.
Eine Flüssigkeitsleitung 3 (Fig. 1) - bei der Würzebelüf
tung wäre dies eine einer Einrichtung zum Anstellen der
Hefe nachgeschaltete Würzeleitung - nimmt einen Mischer
2 und eine als Druckregelventil ausgebildete Drossel
einrichtung 4 auf, bevor sie in einen stehenden zylin
drokonischen Gärtank 1 von unten her über einen Tank
einlauf III einmündet. An einer dem Mischer 2 vorge
ordneten Begasungsstelle I werden eine in der Leitung 3
vorliegende Flüssigkeitsströmung L und eine von außer
halb zugeführte Gasströmung G (Volumenstrom Q(G)) zusam
mengeführt. Ein Volumenstrom der Flüssigkeit Q(L) oder
ein entsprechender Massenstrom wird über einen dem
Mischer 2 vorgeordneten Durchflußmesser mit Umformer 5
gemessen; ein Druck p an der Begasungsstelle I wird
näherungsweise an einer in der Leitung 3 zwischen dem
Mischer 2 und dem Druckregelventil 4 vorgesehenen Druck
meßstelle II mittels eines Druckmessers 6 angezeigt. Da
bei ist der an der Druckmeßstelle II ermittelbare Druck
p eher als jener an der Begasungsstelle I gegebene ge
eignet, als Zustandsgröße für die mit Gas beladene Flüs
sigkeit zu dienen.
Da der Begasungsdruck in der bekannten Anordnung ledig
lich angezeigt, nicht jedoch in einer nicht darge
stellten Steuerung hinsichtlich seiner Wirkung auf die
erforderliche Begasungsrate r berücksichtigt werden
kann, wird der Druck p an der Begasungsstelle I über das
Druckregelventil 4 auf einen konstanten Druck, der we
nigstens dem maximalen Enddruck bei vollständiger Befül
lung des Tanks 1 mit der Maximalfüllhöhe H entspricht,
geregelt.
Die vorgenannten Betriebsverhältnisse bei einer Anord
nung nach dem Stand der Technik werden in Fig. 2, in
der der Druck p an der Begasungsstelle I über dem Füll
volumen V eines zylindrokonischen Gärtanks 1 aufgetragen
ist, im Kurvenverlauf A dokumentiert. Die nachfolgenden
Angaben wurden für folgende praxisrelevanten Daten des
Gärtanks ermittelt:
- - Durchmesser des Gärtanks: d = 5 m
- - Kegelwinkel: α = 70 Grad
- - Füllhöhe: H = 20 m
- - Höhe des kegel förmigen Teiles: h(K) = 4 m
- - Höhe des gefüllten zylindrischen Teiles: h(Z) = H - h(K) = 16 m
- - Gasraum: 20 Prozent
Der mit der bekannten Anordnung über das Druckregel
ventil 4 mindestens einzustellende Druck an der Bega
sungsstelle I entspricht dem im Diagramm der Fig. 2 an
gegebenen Druck p(Max) = 2,6 bar Überdruck, wobei sich
letzterer aus dem Druckverlust p(vL) = 0,6 bar der Lei
tung 3 zwischen der Begasungsstelle I und dem Tankein
lauf III bei Nennförderleistung und dem füllhöhenabhän
gigen Anteil p(H) = 2,0 bar (resultierend aus H = 20 m
Füllhöhe) zusammensetzt. Die zur Füllung des Tanks 1 bis
zu seiner maximalen Füllhöhe H notwendige Arbeit, d. h.
auch der zum Durchsatz durch die Begasungsanordnung er
forderliche Energieaufwand, wird durch die Fläche unter
der Kurve A zwischen den Füllvolumina V(h = 0) und V(h = H)
= V(Max) = 341 m3 dokumentiert.
Im Unterschied zur bekannten Anordnung gemäß Fig. 1
weist die Anordnung zur Durchführung des vorgeschlagenen
Verfahrens gemäß der Erfindung (Fig. 3) anstelle des
Druckmessers 6 einen Druckmesser mit Umformer 6* und an
stelle der als Druckregelventil ausgebildeten Dros
seleinrichtung 4 eine in der einfachsten Ausführungsform
beispielsweise als Scheibenventil ausgebildete schalt
bare Drosseleinrichtung 4* auf, die in ihrer Schließ
stellung wenigstens eine Druchtrittsöffnung 4a* auf
weist. Sowohl der Durchflußmesser mit Umformer 5 als
auch der Druckmesser mit Umformer 6* sind über Signal
übertragungs-Leitungen 9 bzw. 10 mit einer Steuerein
richtung 7 verbunden, die unter anderem eine Datenver
arbeitungs-Einrichtung 7a in Verbindung mit einem Da
tenspeicher 7b aufnimmt. Über Signalverarbeitungs-Lei
tungen 11 und 12 werden von der Steuereinrichtung 7 ein
Dosierventil zur Bereitstellung der Gasströmung G mit
ihrem Volumenstrom Q(G) bzw. die schaltbare Drosselein
richtung 4* angesteuert.
Die Funktion der Anordnung gemäß Fig. 3 sei im Bezug
auf ihre gegenüber der Anordnung nach dem Stand der
Technik (Fig. 1) energetisch günstigere Betriebsweise an
Hand des im Diagramm gemäß Fig. 2 dargestellten Kurven
verlaufes B erläutert. Die Anordnung nach Fig. 3 Weise
zwischen der Begasungsstelle I und dem Tankeinlauf III
bei Nennförderleistung den bereits vorstehend genannten
Druckverlust p(vL) = 0,6 bar auf (Fig. 2). Für den Fall,
daß dieser Druckverlust beispielsweise unterhalb eines
erforderlichen Mindestdruckes p(Min) liegt (diese Ver
hältnisse sind hier gegeben), ist über die schaltbare
Drosseleinrichtung 4* die Erzeugung eines Druckverlustes
p(vB1) = 0,9 bar erforderlich. Dies gelingt in einer be
sonders einfachen Anordnung durch die vorstehend er
wähnte Durchtrittsöffnung 4a* in der vorzugsweise als
Scheibenventil ausgebildeten schaltbaren Drosselein
richtung 4*, wobei die Durchtrittsöffnung 4a* in der
Schließstellung wirksam ist. Die Begasung beginnt somit
bei leerem Tank V(h = 0) = 0 bei einem Druck an der Bega
sungsstelle I mit p = p(Min) = 1,5 bar. Infolge Befül
lung des Tanks 1 wachsen die Füllhöhe h und somit der
Gegendruck p(h). Bei einem Füllvolumen V(h = h*) = ca.
125 m3 sei beispielsweise ein gegenüber dem Mindestdruck
p(Min) um p(h*) erhöhter Druck gegeben, der um den mit
tels der Drosseleinrichtung 4* in Verbindung mit der
Durchtrittsöffnung 4a* erzeugten Druckverlust p(vB1) =
0,9 bar über dem Mindestdruck p(Min) liegt (p(vB1) =
p(h*) = 0,9 bar). Gemäß der Erfindung ist nun vorge
sehen, daß bei betriebsbedingten Änderungen des Druckes
p über den Druckverlust p(vB1) hinaus letzterer nicht
mehr erzeugt wird. Dies geschieht auf einfache Weise
dadurch, daß die Drosseleinrichtung 4* in ihre Offen
stellung überführt wird. Dadurch wird der Druck p auf
den Mindestdruck P(Min) abgesenkt, so daß sich nunmehr
bei der weiteren Befüllung des Tanks 1 von V(h = h*) auf
V(h = H) der bekannte und allein füllstandsabhängige
Druckanstieg p(h) einstellen kann (Kurve B für h < h*).
Der Druck p(h*), bei dem die Druckabsenkung auf p(Min)
erfolgen kann, ist allein durch den vor der Drosselein
richtung 4* angeordneten Druckmesser 6* zu ermitteln, da
die Druckverluste p(vB1) der Drosseleinrichtung in Ab
hängigkeit vom Volumenstrom der Flüssigkeit Q(L) bekannt
sind und letzterer über den Durchflußmesser 5 fortlau
fend gemessen wird.
Der durch das erfindungsgemäße Verfahren notwendige
Energieaufwand im Zuge der Befüllung des Tanks 1 und der
Begasung der Flüssigkeitsmenge wird durch die unter der
Kurve B zwischen V(h = 0) und V(h = H) befindliche Fläche
dokumentiert. Es zeigt sich eine signifikante Energie
einsparung gegenüber dem bekannten Verfahren, das in
Form der Kurve A dokumentiert ist.
Werden, wie dies auch vorgeschlagen wird, die Druck
verlust e p(vB1) stufenweise oder kontinuierlich verän
dert, dann lassen sich die zwischen den Füllvolumina
V(h = 0) und V(h = h*) erforderlichen Energiebeiträge noch
weiter verringern. Im Idealfall gelingt es mit einer
kontinuierlichen Veränderung der Druckverluste p(vB1) im
infrage kommenden Kurvenbereich der Kurve B einen waage
rechten Verlauf mit p = p(Min) zu realisieren (Abschnitt
B*). Diese Druckführung stellt eine Verbesserung des
Standes der Technik mit Mitteln dar, die den dort ange
wendeten, vom Aufwand her gesehen, allerdings vergleich
bar sind.
In Fig. 4 ist in fiktiver räumlicher Darstellung ver
deutlicht, nach welcher Struktur die Datensätze D im Da
tenspeicher 7b (vgl. Fig. 3) hinterlegt sind. In einer
bevorzugten Ausgestaltung bilden drei Eingangsgrößen,
der Begasungsdruck p, der erfaßte Volumenstrom der Flüs
sigkeit Q(L) und die Begasungsrate r (vgl. Gleichung
(2)), ein räumliches Koordinatensystem, in dem eine An
zahl n Ebenen konstanter Konzentration C(n), wobei jede
dieser Ebenen für eine diskrete Konzentration C(n)
steht, dargestellt sind. Jeder zur Durchführung des
vorgeschlagenen Verfahrens gemäß der Erfindung erforder
liche und empirisch oder rechnerisch ermittelte Daten
satz D manifestiert sich innerhalb der ihm zugeordneten
Konzentrationsebene C(n) in Form eines Punktes P. So
wird beispielsweise der in der Konzentrationsebene C(4)
stellvertretend für andere markierte Punkt P durch den
diskreten Volumenstrom Q(L3), einen Bereichsdruck p(2)
und die daraus resultierende Begasungsrate r(P) eindeu
tig bestimmt.
Zur Steuerung der Begasungsrate r bei der definierten
Beladung einer strömenden Flüssigkeit mit einem Gas ver
fährt nun die Steuereinrichtung wie folgt: Der Druck p
an der Begasungsstelle I und der Volumenstrom der Flüs
sigkeit Q(L) werden über den Druckmesser 6* bzw. den
Durchflußmesser 5 erfaßt und an die Steuereinrichtung 7
übermittelt. Diesen Werten werden die nächstliegenden
diskreten Werte, der Bereichsdruck p(k) und der diskrete
Volumenstrom Q(Lm) bzw. die Fließgeschwindigkeit v(m),
zugeordnet. Über die als Sollwert der Steuereinrichtung
7 vorgegebene gewünschte Konzentration C(n) sucht sich
die Datenverarbeitungs-Einrichtung 7a nunmehr innerhalb
der infrage kommenden Konzentrationsebene C(n) (hier
C(4)) für den ermittelten diskreten Bereichsdruck p(k)
(hier p(2)) und den ermittelten diskreten Volumenstrom
Q(Lm) (hier Q(L3)) den passenden Punkt P, zu dem die zur
Steuerung unter den gegebenen Bedingungen notwendige
Begasungsrate r(P) gehört. Jeder Punkt P in der Konzen
trationsebne C(4) ist demnach durch einen Datensatz D*,
dem die Werte p(2), Q(L3) und r(P) zugeordnet sind, ein
deutig gekennzeichnet.
Die ermittelte Begasungsrate r wird in ein geeignetes
Stellsignal umgeformt und über die Signalübertragungs-
Leitung 11 (Fig. 3) an das Dosierventil 8 zur Bereit
stellung des erforderlichen Volumenstromes des Gases,
Q(G) übermittelt. Jede Druck- oder Volumenstromänderung
der Flüssigkeit, die zu einem neuen diskreten Bereichs
druck p(k) bzw. einem neuen diskreten Volumenstrom Q(Lm)
bzw. einer neuen diskreten Fließgeschwindigkeit v(m)
führt, ergibt einen neuen Datensatz D* und somit auch
eine Änderung der Begasungsrate r, aus der über Glei
chung (2) der am Dosierventil 8 nunmehr einzustellende
Volumenstrom des Gases Q(G) resultiert. Auf diese Weise
können betriebsbedingte Änderungen des Druckes p an der
Begasungsstelle I in festlegbaren Grenzen zugelassen und
auch bei der Steuerung der Begasungsrate r berücksich
tigt werden.
Die vorstehend am Beispiel der Würzebelüftung darge
stellten Zusammenhänge sind sinngemäß auf die Begasung
anderer strömender Flüssigkeitsmengen übertragbar. Es
sind auch Anwendungen denkbar, bei denen der Begasungs
druck über die Dauer der Begasung konstant und bekannt
ist. In diesem Falle ist das vorgeschlagene Verfahren in
vereinfachter Weise anwendbar, indem der Bereichsdruck
p(k) beispielsweise durch manuelle Voreinstellung vor
gegeben wird, und die im Zuge der Steuerung der Bega
sungsrate r notwendige Auswahl des Datensatzes D dann in
dieser vorgegebenen Konzentrationsebene C(n) auf einer
Linie p(k) = konstant allein in Abhängigkeit vom Volu
menstrom Q(Lm) bzw. der Fließgeschwindigkeit v(m) statt
findet. In diesem Falle wird die erforderliche Rechen
leistung weiter reduziert, und auch die Speicherung der
Datensätze D kann auf die Auswahl der infrage kommenden
Druckebene, mit Q(Lm) und C(n) als Variablen, beschränkt
bleiben.
Claims (13)
1. Verfahren zur Steuerung der Begasungsrate bei der
definierten Beladung einer strömenden Flüssigkeits
menge mit einem Gas, insbesondere bei der definier
ten Beladung von Bierwürze mit Sauerstoff im Zuge
ihrer Belüftung, bei dem eine Flüssigkeits- und eine
Gasströmung an einer Begasungsstelle zusammengeführt
werden und die volumenbezogene gelöste Gasmenge be
stimmt wird durch eine in ihrer Höhe veränderliche,
vom Volumenstrom der Flüssigkeit gesteuerte Bega
sungsrate, durch die Intensität des Dispergierens
und Mischens der Blasen innerhalb der Flüssigkeit
und durch den Druck der Flüssigkeit, dadurch
gekennzeichnet,
- 1. daß dem erfaßten Volumenstrom der Flüssigkeit Q(L) ein entsprechender diskreter Volumenstrom Q(Lm) oder eine adäquate Fließgeschwindigkeit v(m) der Flüssigkeit zugeordnet wird,
- 2. daß die Steuerung der Begasungsrate r in Abhängigkeit vom Druck p derart erfolgt,
- 3. daß der Druck erfaßt und einem nächstliegenden vor gegebenen diskreten Bereichsdruck p(k) zugeordnet wird und
- 4. daß eine Vielzahl von Datensätzen D vorgesehen
ist, die jeweils aus
- 1. der gewünschten Beladung der Flüssigkeit mit Gas in Form einer Gaskonzentration C(n),
- 2. dem diskreten Volumenstrom Q(Lm) bzw. der Fließ geschwindigkeit v(m),
- 3. dem Bereichsdruck p(k) und
- 4. der aus den vorgenannten Eingangsgrößen C(n), Q(Lm) und p(k) jeweils resultierenden Begasungs rate r
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
- 1. daß der zwischen den Grenzen befindliche Bereich des Druckes p in eine Anzahl k Teilbereiche unter teilt und diesen der jeweilige repräsentative Be reichsdruck p(k) zugeordnet ist,
- 2. daß ein erfaßbarer Bereich des Volumenstromes der Flüssigkeit Q(L) durch eine Anzahl m diskrete Vo lumenströme Q(Lm) oder adäquate Fließgeschwindig keiten v(m) unterteilt ist,
- 3. daß eine Anzahl n Gaskonzentrationen C(n) vorge sehen
- 4. und daß jeder der n Gaskonzentrationen C(n) eine Anzahl (kxm) Datensätze D* (D*: << C(n): Q(Lm) bzw. v(m); p(k); r <<) zugeordnet ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 und in Anwendung
auf die definierte Beladung von Bierwürze mit Sauer
stoff im Zuge ihrer Belüftung, dadurch gekenn
zeichnet,
- 1. daß der Druck p in einem Bereich
1 ≦ p ≦ 8 bar absolut, vorzugsweise
2 ≦ p ≦ 4 bar absolut,
erfaßt und der bevorzugte Bereich in k = 12 gleichgroße Teilbereiche mit 0,25 bar unterteilt ist (p(k) = 2; 2,25; ...3,75; 4 bar absolut), - 2. daß die Fließgeschwindigkeit v(m) in einem Bereich
0,5 ≦ v(m) ≦ 3,5 m/s, vorzugsweise
1, 4 ≦ v(m) ≦ 2,5 m/s,
erfaßt und der bevorzugte Bereich in m = 12 Abstu fungen von 0,1 m/s unterteilt ist (v(m) = 1,4; 1,6; ...2,4; 2,5 m/s) und - 3. daß die Konzentration C(n) des Sauerstoffs in ei
nem Bereich
3 ≦ C(n) ≦ 15 mg 02/l, vorzugsweise
5 ≦ C(n) ≦ 12 mg 02/l,
in Abstufungen von 0,5 mg 02/l, im bevorzugten Be reich, in n = 15 Abstufungen, unterteilt ist (C(n) = 5; 5,5; ...11,5; 12 mg 02/l).
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die Gasbeladung bei einem Min
destdruck p(Min) an der Begasungsstelle erfolgt, daß
der Mindestdruck p(Min) erforderlichenfalls durch
stromabwärts wahlweise zu erzeugende Druckverluste
p(vB1) in der strömenden Flüssigkeit eingestellt
wird und daß bei betriebsbedingten Änderungen des
Druckes p über die Druckverluste p(vB1) hinaus letz
tere nicht mehr erzeugt werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die Druckverluste p(vB1) stufenweise oder kon
tinuierlich veränderbar sind.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß bei prognostizierbarem Verlauf
des Begasungsdruckes p dieser Verlauf zur Steuerung
der Begasungsrate r herangezogen wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß die Begasungsrate r zusätzlich
in Abhängigkeit von diskreten Temperaturen T(i) ge
steuert wird.
8. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem
der Ansprüche 1 bis 7, mit einer Leitung (3) für die
Flüssigkeitsströmung L, einem in der Leitung (3) an
geordneten Mischer (2) und einer letzterem nachge
ordneten Drosseleinrichtung (4), mit einer dem
Mischer (2) vorgeordneten Begasungsstelle (I) zur
Einleitung der Gasströmung G und mit einem Durch
flußmesser mit Umformer (5) zur Bestimmung von Vo
lumen oder Masse der Flüssigkeitsströmung L, dadurch
gekennzeichnet, daß zwischen dem Mischer (2) und der
Drosseleinrichtung (4) ein Druckmesser mit Umformer
(6*) vorgesehen ist, daß der Durchflußmesser (5) und
der Druckmesser (6*) mit einer eine Datenverarbei
tungs-Einrichtung (7a) und einen Datenspeicher (7b)
aufweisenden Steuereinrichtung (7) verbunden sind,
daß im Datenspeicher (7b) die Datensätze D bzw. D*
abgelegt sind und daß die Steuereinrichtung (7) auf
den jeweils infrage kommenden Datensatz D bzw. D*
zugreift und die erforderliche Begasungsrate r an
der Begasungsstelle I einstellt.
9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß die Drosseleinrichtung (4) als Scheibenventil
(4*) ausgebildet ist, das in seiner Schließstellung
wenigstens eine Druchtrittsöffnung (4a*) aufweist.
10. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß die Drosseleinrichtung (4) als Hubventil ausge
bildet ist, das neben einer vollen Offenstellung we
nigstens eine Zwischenstellung mit einem gegenüber
der Offenstellung reduzierten Durchtrittsquerschnitt
aufweist.
11. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß die Drosseleinrichtung (4) als Schlauchventil
ausgebildet ist, das neben einer vollen Offenstel
lung wenigstens eine Zwischenstellung mit einem ge
genüber der Offenstellung reduzierten Durchtritts
querschnitt aufweist.
12. Anordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch
gekennzeichnet, daß der Durchtrittsquerschnitt der
Durchtrittsöffnung (4a*) bzw. der der Zwischenstel
lung zugeordnete Durchtrittsquerschnitt der Drossel
einrichtung (4) stufenweise oder kontinuierlich ver
änderbar ist.
13. Anordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch
gekennzeichnet, daß im Volumenstrom der Flüssigkeit
Q(L) ein Temperaturmesser mit Umformer angeordnet
ist, der mit der Steuereinrichtung (7) verbünden
ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4329223A DE4329223C2 (de) | 1993-08-31 | 1993-08-31 | Verfahren und Anordnung zur Steuerung der Begasungsrate bei der definierten Beladung einer strömenden Flüssigkeitsmenge mit einem Gas |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4329223A DE4329223C2 (de) | 1993-08-31 | 1993-08-31 | Verfahren und Anordnung zur Steuerung der Begasungsrate bei der definierten Beladung einer strömenden Flüssigkeitsmenge mit einem Gas |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4329223A1 DE4329223A1 (de) | 1995-03-02 |
DE4329223C2 true DE4329223C2 (de) | 1999-09-09 |
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ID=6496398
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DE4329223A Expired - Fee Related DE4329223C2 (de) | 1993-08-31 | 1993-08-31 | Verfahren und Anordnung zur Steuerung der Begasungsrate bei der definierten Beladung einer strömenden Flüssigkeitsmenge mit einem Gas |
Country Status (1)
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---|---|
DE (1) | DE4329223C2 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102015003777B3 (de) * | 2015-03-24 | 2016-03-31 | Messer Belgium NV | Verfahren und Vorrichtung zum geregelten Eintragen eines Gases in ein fluides Medium |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102015221491A1 (de) * | 2015-11-03 | 2017-05-04 | Krones Ag | Verfahren und Vorrichtung zum Überwachen eines Fermentationsprozesses |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3920472A1 (de) * | 1989-06-22 | 1991-01-10 | Tuchenhagen Otto Gmbh | Verfahren und vorrichtung zur definierten beladung einer fluessigkeit mit einem gas |
US5061453A (en) * | 1988-05-28 | 1991-10-29 | Bayer Aktiengesellschaft | Apparatus for the continuous charging of a liquid reactant with gas for the production of a foamable, liquid reaction mixture |
-
1993
- 1993-08-31 DE DE4329223A patent/DE4329223C2/de not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5061453A (en) * | 1988-05-28 | 1991-10-29 | Bayer Aktiengesellschaft | Apparatus for the continuous charging of a liquid reactant with gas for the production of a foamable, liquid reaction mixture |
DE3920472A1 (de) * | 1989-06-22 | 1991-01-10 | Tuchenhagen Otto Gmbh | Verfahren und vorrichtung zur definierten beladung einer fluessigkeit mit einem gas |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102015003777B3 (de) * | 2015-03-24 | 2016-03-31 | Messer Belgium NV | Verfahren und Vorrichtung zum geregelten Eintragen eines Gases in ein fluides Medium |
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DE4329223A1 (de) | 1995-03-02 |
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