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Verfahren und Vorrichtung zur Versorgung gärender Flüssigkeit mit
Sauerstoff Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und Vorrichtungen, mit deren
Hilfe einer gärenden Flüssigkeit Sauerstoff zugeführt wird. Die Zufuhr von Sauerstoff,
gemischt mit anderen indifferenten Gasen, insbesondere von Luft mit oder ohne künstlichen
Zusatz von Sauerstoff, geschieht in neuerer Zeit meistens in der Weise, daß man
in die in einem Gärgefäß angesammelte Flüssigkeit Luft preßt. Dabei bildet sich
häufig sehr viel Schaum, so daß die Anwendung besonderer schaumdämpfender Mittel
notwendig ist, um die Schaumbildung in erträglichen Grenzen zu halten. Diese Zusatzmittel,
gewöhnlich minderwertige Mineralöle oder Abfallfette, lassen sich im allgemeinen
nicht zurückgewinnen, sondern werden während des Hefebildungsv organges restlos
aufgebracht.; sie erhöhen nicht nur die Herstellungskosten, sondern vermehren auch
die Gefahr einer Infektion der Hefe. Übermäßige Emulsionsbildung in der belüfteten
Flüssigkeit ruft ebenfalls oft Schwierigkeiten hervor.
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Das Verfahren nach der Erfindung gibt die Möglichkeit, die gärende
Flüssigkeit, z. B. Würze, Maische o. dgl., in der Weise mit Luft oder Sauerstoff
oder Sauerstoff gemischt mit anderen indifferenten Gasen zu behandeln, daß schaumdämpfende
Mittel kaum noch angewandt werden müssen, dag Emulsionsbildung möglichst vermieden,
und daß der notwendige Luftdruck, der bisher bis zu 0,4 kg/cm2 betragen mußte, geringer
ist. Dadurch wird eine erhebliche Kostenersparnis erzielt, insbesondere auch deshalb,
weil bisher notwendige Hilfsmittel unnötig geworden sind.
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Das Kennzeichen des neuen Verfahrens besteht darin, daß die Gärflüssigkeit
in der Weise über Vorrichtungen zum feinverteilten Einblasen der Luft, des Sauerstoffes
oder Gemische dieser mit anderen Gasen geleitet wird, daß immer nur ein Teil der
Gärflüssigkeit mit Sauerstoff versorgt wird. Die Flüssigkeit nimmt dabei Sauerstoff
aus dem hindurchgetriebenen Gas auf, nur eine verhältnismäßig geringe Menge des
zugeführten Gases bleibt in Emulsionsbläschen in der Flüssigkeit enthalten. Dieses
Verfahren wird so lange fortgeführt, bis die gewünschte Hefebildung stattgefunden
hat. Ein weiteres Kennzeichen der Erfindung liegt in der Einregelung der Schichthöhe
in der Belüftungszone. Als Hilfsmittel für die Durchführung des neuen Verfahrens
kann man sich eines Siebbodens bedienen; über den die gärende Flüssigkeit in einem
Strom von geregelter Schichthöhe aus dem Gärgefäß und dorthin zurückgeleitet wird.
Zur Aufrechterhaltung der Schichthöhe kann die Belüftungseinrichtung mit einer regelbaren
Überlaufvorrichtung oder ähnlichem versehen sein. Welche
Schichthöhe
man wählen soll, hängt von den jeweiligen Betriebsbedingungen ab. Die Belüftungseinrichtung
kann überall, wo es geeignet erscheint, aufgestellt werden.
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Das Verfahren nach der Erfindung bringt auch dann noch Nutzen. wenn
es erst argewandt wird, nachdem in der gärenden Flüssigkeit bereits Hefe gewachsen
ist. Die Nährlösung für die Hefebildung kann der Gärflüssigkeit beim Verfahren nach
der Erfindung an jeder beliebigen Stelle zugeführt werden. Es hat sich als vorteilhaft
herausgestellt, die Nährlösung entweder unmittelbar nach der Delüftung oder an einem
solchen Punkt zuzusetzen, wo eine kräftige Durchmischung stattfindet, z. B. an der
Stelle, wo eine Pumpe o. dgl. die Flüssigkeit aus dem Gärgefäß ansaugt, um sie zur
Belüftungseinrichtung zu bringen.
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Einzelheiten und weitere Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden
Erläuterung des Gärvorganges nach dem Verfahren der Erfindung an Hand der Abbildungen
ersichtlich, von denen Abb. i einen Längsschnitt durch eine Einrichtung zeigt, welche
aus Gärgefäß, Pumpen und Belüftungseinrichtung mit Siebboden besteht. Abb.
2 ist eine Draufsicht auf die Einrichtung nach Abb. i.
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Es bezeichnet i einen Behälter mit Würze, Maische o. dgl., 2 einen
Behälter mit Siebboden, der als Belüftungseinrichtung dient. Die Würze im Behälter
i wird von der Pumpe 4 durch die Rohre 3 und 5 nach der Rinne 6 gefördert, von wo
sie sich über den Siebboden ; ausbreitet. Der Siebboden ist mit Überläufen 8a und
8b versehen, die erfindungsgemäß so bemessen sind, daß die Flüssigkeitsschicht auf
dein Siebboden 7 nur einen Bruchteil der Höhe der im Behälter i befindlichen Flüssigkeit
aufweist. Unterhalb des Siebbodens mündet das Rohr 14., das vom Ventilator 1,5 Luft
unter gehörigem, aber verhältnismäßig sehr niedrigem Druck zuführt. Die Luft dringt
durch die Siebbodenlöcher und die Flüssigkeitsschicht hindurch und entweicht dann
in den freien Luftraum. Die belüftete Würze, welche vom Siebboden 7 abfließt, gelangt
durch die Überläufe 8a und 8b in die Rohre 9a und 9b, die sie nach dem Behälter
i zurückführen. Eine kleine, mit Ventil versehene Leitung im Boden des Behälters
-2 gibt die Möglichkeit, Würze in den Behälter i zurückzuleiten, die durch die Sieblöcher
getropft sein sollte.
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Es kann unter Umständen nützlich sein, die Würze im Behälter i in
ständiger Bewegung zu halten. Zu diesem Zwecke ist die Pumpe io angeordnet, die
durch das Rohr i i Würze aus dem Behälter i saugt und sie durch die Rohre 12 oder
13 oder durch beide in höher liegende Teile dieses Behälters zurückbringt, wodurch
die gärende Flüssigkeit umgewälzt wird.
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Von großer Bedeutung für die Erzielung guter Ergebnisse mit dem Verfahren
der Erfindung ist die Feststellung und Einregelung der bei gegebenen Betriebsbedingungen
vorteilhaftesten Höhe der Flüssigkeitsschicht auf der Belüftungseinrichtung und
des Feinheitsgrades der Luftverteilung. Bei manchen Gärvorgängen wechselt nämlich
der Sauerstoffbedarf während der Gärung z. B. in der Weise, daß er mehr oder weniger
gleichmäßig und schnell bis auf einen Höchstwert ansteigt und dann, oft außerordentlich
rasch, abfällt. Dadurch, daß die Luft durch einen mit geeigneter Lochung versehenen
Siebboden und durch eine verhältnismäßig dünne Flüssigkeitsschicht auf dem Siebboden
hindurchgetrieben wird, kann Druckluft sehr niedriger Spannung benutzt und die Schaumbildung
bei der Belüftung vollständig oder fast ganz verhindert werden. Die Verwendung eines
Siebbodens erleichtert die Säuberung der Belüftungseinrichtung, vermindert also
die Infektionsgefahr für die Hefe. Da der größte Teil des durchgepreßten Gases,
Luft, Sauerstoff oder Sauerstoff gemischt mit indifferentem Gas bzw. Gasen nicht
in der von der Belüftungseinrichtung abfließenden Flüssigkeit verbleibt, so ist
sowohl die Schwierigkeit vermieden, stark lufthaltige Flüssigkeit mit Hilfe von
Pumpen befördern zu müssen, als auch der Vorteil erreicht, daß der Raum des Gärbehälters
voll ausgenutzt wird. Die praktische Anwendung des neuen Verfahrens in verschiedenen
Produktionsvorgängen hat gelehrt, daß die Siebbodenlöcher eine Weite haben sollten,
die ungefähr o,8 mm! oder größer ist; bei kreisrunden Löchern müßte also der Durchmesser
etwa i mm betragen. Bei Anwendung von Schlitzen als Siebbodenötinungen sollten die
Schlitze o,5 bis 6 mm breit sein. Die auf dem Siebboden befindliche Flüssigkeitsschicht
hält man erfindungsgemäß zwischen 2o und 2 cm Höhe; sie läßt sich z: B. mit Hilfe
von Überläufen oder durch Verstellen des Siebbodens, auch im Verlauf des Gärprozesses,
leicht regeln.
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Die Vorrichtung nach den Abb. 3 und 4 hat sich als besonders vorteilhaft
erwiesen. Im Gärgefäß i ist eine Belüftungseinrichtung 2 in der Gärflüssigkeit schwimmend
angeordnet. Die Belüftungseinrichtung besteht aus dem hohlen ringförmigen Gefäß
(Schwimmer) 2 mit Siebboden 7, das derart in der gärenden Flüssigkeit schwimmt,
daß die für die vorliegenden Betriebsbedingungen günstigste Schichthöhe der Gärflüssigkeit
auf dem Siebboden hergestellt ist. Z. B. durch Belasten des Schwimmers, etwa mit
Wasser, läßt sich der Abstand des Siebbodens über
oder unter dem
Flüssigkeitsspiegel genau einregeln und.auch während des Gärprozesses leicht verändern.
Der Schwimmer ist geführt, z. B. mit Hilfe teleskopartig ineinander stekkender Rohre
1q.. Durch die Leitung 15 wird Druckluft unter das Sieb 7 geführt, etwa durch einen
Ventilator wie in Abb. i. Auf dem Boden des Gärgefäßes i ist eine Flüssigkeitsfördervorrichtung,
z. B. der Propeller 16, angebracht, der, durch den Motor 17 angetrieben, in der
Mitte des Behälters die Gärflüssigkeit sprudelartig in die Höhe treibt, so daß sie
über den Siebboden in den Gärbehälter zurückfließt. Dadurch wird fortlaufend eine
intensive Belüftung einer Teilmenge der Gärflüssigkeit herbeigeführt. Wenn es erwünscht
ist, kann eine Leitvorrichtung 18 am Schwimmer verhindern, daß eine stärkere Flüssigkeitsschicht
auf den Siebboden kommt, als zweckmäßig ist. Die Belüftungseinrichtung könnte auch
in mehrere einzelne Schwimmer mit Siebböden aufgeteilt und die Leitvorrichtung 18
einstellbar sein.
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Die Kraftersparnisse, welche bei Anlagen nach der Erfindung erreicht
wurden, betragen 6o bis 9o % im -Vergleich zum bisher notwendigen Kraftaufwand.