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Mehrteiliger Apparat zur Durchführung von Gärprozessen Gegenstand
der Erfindung ist ein mehrteiliger, gewünschtenfalls kontinuierlich arbeitender
Apparat zur Durchführung von Gärprozessen (Hefe-- oder Spirituserzeugung, Milchsäuregärung
o. dg1.). Der Apparat besteht aus einer größeren Anzahl (meist 6 bis 20) geschlossener
Kammern, die in an sich bekannter Art kolonnenförmig übereinander angeordnet und
paarweise einerseits durch Organe -zur Beförderung der Flüssigkeit von oben nach
unten, anderseits durch Organe zur Beförderung von Gasen von unten nach oben miteinander
verbunden sind.
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Fig. i und 2 der Zeichnungen zeigen eine Ausführungsform der Vorrichtung
gemäß der Erfindung. Fig. i ist eine Ansicht der Kolonne mit schematisch dargestellten
Leitungen, Fig.2 ein senkrechter Schnitt durch den oberen Teil der Kolonne. Fig.
3 zeigt ein Dreiwegventil besonderer Ausführung zur Umleitung des Gasstromes. In
Fig. 4 ist die Vorrichtung im senkrechten Schnitt veranschaulicht.
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Die z. B. aus Eisen hergestellte Gärkolonne nach Fig. i und 2 ist
aus zylindrischen Mänteln a zusammengesetzt, die durch Zwischenböden b derart abgedichtet
sind, daß der Boden der nächsthöheren Abteilung gleichzeitig die Decke der nächsttieferen
bildet. Die oberste Abteilung ist durch einen Dom c mit einem Brüdenabzugsrohr d
abgeschlossen. Von den hierdurch entstehenden Kammern i, 2, 3, 4 5, 6, 7 sind je
zwei aufeinanderfolgende einerseits durch Überfallstutzen f verbunden, die sich
abwechselnd auf der einen und auf der anderen Seite befinden, anderseits durch einen
von der unteren Kammer in die obere ragenden Stutzen g, der sich in der Mitte befindet
und oben durch eine Glocke da. überdeckt ist (Fig.2), von deren unterem Teil Gasverteilungsrohre
k, zweckmäßig mit nach unten gerichteten Austrittsöffnungen, radial abgezweigt sind.
Oberhalb der Kolonne ist eine Mulde m zur Mischung der Nährlösung und unterhalb
dieser eine zweite Mulde 7a zur Verteilung der Lösung auf die einzelnen Kammern
angeordnet (Fig. i). Die Leitungen o1, o2, o3 dienen zur Zuführung der Bestandteile,
aus denen die Nährlösung zusammengesetzt wird (z. B. Melasse + Nährsalze, heißes
Wasser und kaltes Wasser), die Leitungen p' bis p'- zur Speisung der Nährlösung
in die Mulde n. Diese Mulde ist durch Querwände n1 in sieben Unterabteilungen y1
bis r' unterteilt, von denen Leitungen s1 bis s' abgezweigt sind, durch welche-
die Nährlösung den einzelnen Kammern im unteren Teil zugebracht wird. Das Kühlwasser
wird durch eine Leitung 2s den ringförmigen Verteilungsrohren v1 bis v' der einzelnen
Kammern zugeführt, fließt in die Mulden w mit Abflußhähnen, die am äußeren Umfang
der Kolonne
in der Höhe der Zwischenböden angeordnet sind, und von
diesen durch eine Sammelleitung x in den Kanal. Die Luft wird durch das Rohr y und
das Verteilungsrohr z am Boden der untersten Kammer eingeblasen.
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Die Nährlösung wird in der obersten Kammer z mit Hefe angestellt und
fließt, wenn das Niveau hoch genug gestiegen ist, durch den Überfallstutzen f in
die Kammer 2 usf. Die in der untersten Kammer 7 eingeblasene Luft strömt aus der
Glocke lt durch den ringförmigen Zwischenraum zwischen dieser und dem Stutzen
g zu den Verteilungsrohren ?, um sodann in jeder Kammer durch die dort vorhandene
Nährlösung hindurchzustreichen und die Kolonne schließlich vom Dom c aus durch das
Brüdenabzugsrohr d zu verlassen. Die Zahl der Kammern und ihre Abmessung wird so
gewählt, daß die aus der untersten Abteilung abfließende Nährlösung vollkommen vergoren
ist und ausgereifte Hefe enthält. Der Fassungsraum der Kammern r bis 7 kann z. B.
17, 27, 37, 47, 57, 67 und 77 hl betragen. Die vergorene Nährlösung
läuft bei völlig kontinuierlichem Betrieb mit derselben Geschwindigkeit zu den'
Separatoren ab, mit der die frische Nährlösung der obersten Kammer zugeführt wird.
Man kann die Vorrichtung aber auch periodisch betreiben, in welchem Fall z. B. frische
Nährlösung in Kammer z von 2 Stunden zu 2 Stunden angestellt und die vergorene hefehaltige
Lösung von Kammerz in gleichen Zeitabständen den Separatoren zugeführt wird; die
Leistungsfähigkeit der Separatoren muß in diesem Fall derart bemessen sein; daß
die Hefe aus der in der letzten Kammer befindlichen Nährlösung innerhalb von 2 Stunden
separiert ist. -Anstatt die Nährlösung von Kammer zu Kammer überlaufen zu lassen,
kann die Beförderung dieser Lösung in verschiedener anderer Weise erfolgen, z. B.
durch Leitungen mit von Hand betätigten Regelorganen, durch Heberwirkung oder durch
Ventile, die durch Schwimmer gesteuert sind, oder auch. durch elektrische oder mechanische,
gegebenenfalls auf Zeit einstellbare Steuervorrichtungen. Diese letzteren werden
so eingestellt, daß die Entleerung einer oberen Kammer erst beginnt, wenn die darunterliegende
entleert ist.
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Neben den Verteilungsrohren s1 bis s', die in den unteren Teil der
Kammern einmünden (oder statt dieser), können Zuführungsrohre t1 bis t' (Fig. 2)
in die Luftverteiler geführt sein, üm auf diesem Wege je nach Bedarf Zusätze besonderer
Art in den einzelnen Kammern machen zu können.
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Durch Gärkolonnen dieser Art ist auch die 1löglichkeit gegeben, die
Hefe zwischen meh. reren oder allen Teilstufen von einem Teil oder der Hauptmenge
der Nährlösung zu trennen und in der nächsten Teilstufe zum Anstellen von frischer
Nährlösung zu verwenden. Zu diesem Zweck wird die Hefe entweder in Separatoren von
der Hauptmenge der Nährlösung befreit und als mehr oder minder dicker Brei in die
nächste Kammer zurückgebracht, wo inzwischen frische Nährlösung vorgelegt worden
ist, oder beispiels-.weise durch Zusatz von geringen Mengen Natronlauge in den Kammern
selbst zum Absitzen gebracht und in die nächstfolgende Kammer abgelassen.
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Statt das Gärgut von Kammer zu Kammer einem ununterbrochenen Strom
von Luft entgegenzuschicken, kann man die einzelnen Kammern durch entsprechend vorgesehene
Luftverteilungsorgane auch zusätzlich mit frischer Luft beschicken oder auch nur
die einzelnen Kammern für sich belüften. Die Luft kann hierbei der Nährlösung z.
B. durch rotierende Hohlkörper zugeführt werden, was den Vorteil hat, daß die einzelnen
Luftblasen gezwungen sind, in der Flüssigkeit länger zu verweilen.
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Unter rotierenden Hohlkörpern werden alle Rühr- und Mischvorrichtungen
verstanden, die hohl ausgeführt und gelocht sind. In Fig. 2 ist beispielsweise ein
hohler, _ mit Löchern versehener Propeller k1 dargestellt. Wird in diesen rotierenden
Propeller Luft eingeblasen, die durch die Löcher-austreten kann, dann dient der
Propeller gleichzeitig als Misch- und Belüftungsvorrichtung. Ebenso kann ein rotierendes
hohles Sieb k' angeordnet sein, so daß man durch das Sieb Luft in die Maische einblasen
kann. Der gleiche Effekt wird erzielt, wenn man die Belüftungsstrahlrohre le rotieren
läßt. Die verschiedenen Vorrichtungen können einzeln oder gemeinsam eingebaut sein.
Eine kreisende Bewegung der Flüssigkeit kann ferner auch dadurch erzielt werden,
daß oberhalb der Luftverteilrohre in der Flüssigkeit Propeller kg rotieren, und
zwar vorzugsweise zwei übereinanderliegende Propeller, die sich im entgegengesetzten
Sinne bewegen. Nimmt man an Stelle der Propeller zwei feinmaschige, in entgegengesetzter
Richtung rotierende Siebe k4, die nur einen wenig geringeren Durchmesser als die
Gärkolonne haben, so werden die aus dem Verteilungsrohr aufsteigenden. Luftbläschen
durch diese Siebe erfaßt und zerrissen, wobei sowohl durch die Wirbelung als auch
durch die neuerliche Zerkleinerung der Luftbläschen der. Sauerstoff sehr weitgehend
ausgenutzt wird.
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Statt die Kolonnenteile nur unmittelbar hintereinanderzuschalten,
können Vorkehrungen getroffen sein, um verschiedene Kammern
miteinander
in Verbindung zu setzen oder mindesten.; Kammer 1 je nach Wunsch reit verschiedenen
Kammern verbinden zu können. Hierdurch wird es möglich, einzelne Kammern zur Reinigung
oder Reparatur auszuschalten und andere in Betrieb zu nehmen, ferner auch den Gärprozeß
verschiedenen Bedürfnissen elastisch anzupassen. Zur 1Jmleitung des Gasstromes kann
hierbei das in Fig.3 gezeigte Dreiwegventil mit Vorteil verwendet werden.
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Die Glocke 1a ist durch ein Rohr i ersetzt, das nahe dem oberen Ende
als Kreuzstück ausgebildet ist und mit dem Stutzen g der nächsthöheren Kammer in
Verbindung steht. Von den beiden seitlichen Zweigen des Kreuzstückes ist der eine
durch eine volle Scheibe 2, der andere durch eine Ringscheibe 3 abgeschlossen, die
als Sitz für ein Tellerventil 4 ausgebildet ist. Innerhalb des Kreuzstücl-.-_es
ist ein kurzes quer gestelltes Rohr 5 untergebracht, in das der Rohrstutzen g mündet.
Die beiden Enden des Ouerrohres können wechselweise durch Ventilteller 6 und 7 abgeschlossen
werden, die auf einer Spindel 8 sitzen. Der Teller 7 ist mit dem-Teller 4 durch
eine Feder g verbunden. io ist eine schräg gestellte Wand, die das Kreuzstück in
zwei Räume teilt. Bei der Stellung der Ventile gemäß der linken Seite der Fig. 3
ist die Verbindung des Stutzens g der einen Kammer zum Stutzen b der nächsthöheren
Kammer durch das geschlossene Ventil 7 unterbrochen. Die aus dem Stutzen g entweichenden
Gase ziehen daher in der Richtung der eingezeichneten Pfeile durch das Rohr i der
gleichen Kammer nach abwärts, sammeln sich oberhalb des Flüssigkeitsspiegels in
dieser Kammer an und steigen sodann durch das offene Ventil 4 in den Stutzen g der
nächsthöheren Kammer auf. Werden die Ventile in die Stellung gemäß der rechten Seite
der Fig. 3 gebracht, so ziehen die Gase aus dem Stutzen g durch das geöffnete Ventil
7 unmittelbar in den Stutzen g der nächsthöheren Kammer. Da gleichzeitig auch das
Ventil 4 geschlossen ist, ist die Kammer auf diese Weise aus dem Betrieb ausgeschaltet.
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Eine weitere Ausführungsform einer Kolonne, die insbesondere für die
reine Alkoholerzeugung sowie für sonstige anaerobe, d. h. ohne Luftzufuhr vor sich
gehende Gärungen geeignet ist, ist in Fig. 4. dargestellt. --Sie ist zweckmäßig
aus Beton oder aus keramischem Material hergestellt. Die konischen Böden b der einzelnen-
Kammern sind in der Mitte zu einem nach oben ragenden offenen Stutzen g eingezogen,
auf welche die Glocke 1a aufgesetzt ist. Die aus dem Stutzen g in die Glocke la
strömenden Gase fließen durch das Rohr i und den Krümmer 1 nach abwärts
zu ringförmigen Verteilungsrohren h, die am Boden der einzelnen Kammern angeordnet
sind, streichen durch die in der Kammer befindliche Flüssigkeit zu den Gasräumen
e und von dort durch das Rohr j in den mittleren Stutzen g der nächsthöheren Kammer.
Die Flüssigkeit fließt von oben nach unten von Kammer zu Kammer durch die Überlaufstutzen
f, die abwechselnd auf der einen und auf der anderen Seite den Boden der Kammer
durchsetzen. Die Leitungen q mit entsprechenden Absperrorganen q1 dienen zum Abschlam=
men der Kammern.
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Irgendeine anaerobe Gärung, z. B. eine Spiritusgärung, würde in einer
z. B. zehnkammerigen Gärlcölonne nach Fig.4, deren Kammern von oben nach unten je
35, 70, 1O5, 140, 185, 210, 21O, 21O, 21O, 2i0 hl fassen, wie folgt vor sich gehen.
Alle 6 Stunden wird in der obersten Kolonnenabteilung (Kammer) eineMelassespiritusmaische
von 15° Balling unter Zusatz einer Spiritushefe angesetzt; nach 6 Stunden ist diese
Maische etwa auf 12° Balling vergoren und wird nun durch eine neue Maische entweder
durch das Überläufrohr in die nächstfolgende untere Kammer gedrückt oder auf verschiedene
andere schon bei Fig. i erläuterte Weise (Heberwirkung oder Ventile, die elektrisch
oder mechanisch gesteuert sind) in die zweite Kammer befördert, in welcher sie durch
bereits dort vorhandene oder erst zugegebene 2o bis 30° frische Melassemaische auf
70 hl ergänzt wird. Nach weiteren 6 Stunden wird der Inhalt der zweiten Kammer,
der auf etwa 12° Balling herunter vergoren ist, nach der dritten Kammer befördert
und hier durch frische Melassemaische auf 1o5 hl ergänzt usw. Von der siebenten
Kammer an werden keine frischen Melassezusätze mehr gegeben; die Kammern 7 bis io
dienen der Endvergärung. Von Kammer°io geht die vergorene Würze auf den Destillierapparat.
In kontinuierlicher Einmaischung und Gärung wird alle 6 Stunden in der ersten Kammer
frisch angeläutert und aus der sechsten Kammer zum Destillierapparat abgezogen.
Ebenso wie in Fig. i kann hier kontinuierlich -oder absatzweise gearbeitet werden.
Nährsalz oder Melassemaischezusätze können den einzelnen Kammern durch die Leitungen
q zugeführt werden.
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Durch eine Gärkolonne gemäß der Erfindung läßt sich im Vergleich zu
gewöhnlichen Gärbottichen bei gleicher Leistung eine beträchtliche Ersparnis am
Gärraum erzielen. Da der ganze Apparat vollkommen geschlossen ist, verläuft die
Gärung infektionsfrei. Gas- und dampfförmige Nebenprodukte der Gärung werden, insbesondere-
bei Durchführung desselben Luftstromes durch alle Abteilengen,
in
höherer Konzentration erhalten. Eine Vorrichtung dieser Art kann lange Zeit kontinuierlich
in Betrieb gehalten werden. Die Bedienung und der Betrieb des Apparates sind einfach
und billig; es wird Schaumfett erspart, die Kraftverluste im Kompressor und in den
Luftleitungen vermindern sich. Der stark schwankende Kraftbedarf wird in einen gleichmäßigen,
im ganzen kleineren. Kraftbedarf umgewandelt. Die Anlage- und Wiederherstellungskosten
werden beträchtlich vermindert.
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Anschließend seien einige Vergleichszahlen gegeben: zur Erzeugung
von g ooo kg Hefe in 24 Stunden ist eine Gärkolonne von 6o m3 Gesamtinhalt nötig.
Wird das Gärgut einem ununterbrochenen Strom von Luft entgegengeschickt, so beträgt
der Luftbedarf während 24 Stunden stündlich i ooo m3, während bei gesonderter Frischluftzufuhr
zu jeder Kammer stündlich 6 ooo m3 Luft verbraucht werden. Zur Trennung der Hefe
von der Lösung sind zwei Separatoren mit einer stündlichen Leistung von i 5o hl
erforderlich. Bei Erzeugung der Hefe in den üblichen Gärbottichen beträgt der erforderliche
Gärraum unter den gleichen Voraussetzungen 24o m3. Die verbrauchte Luftmenge beträgt
stündlich 000m3 und dazu noch während g Stunden je 3500m3 Frischluft. Es müssen
ferner fünf Separatoren mit 15o hl Stundenleistung zur Verfügung stehen.
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Die Einrichtungskosten einer Hefefabrik dieses Ausmaßes ermäßigen
sich ganz erheblich.