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Gärvorrichtung Die Erfindung betrifft eine Gärvorrichtung, die aus
einem Gärgefäß mit Steigrohr besteht, in dessen unteren Teil Druckluft eingeführt
wird.
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Vorrichtungen dieser Art sind bekannt. Sie haben den Zweck, einen
Teil der Gärflüssigkeit nach dem anderen zu belüften und jeden Teil wiederholt umzuwälzen.
Es handelt sich dabei um Gefäße mit einem senkrechten Steigrohr, die am Gefäßboden
mit der Gärflüssigkeit in Verbindung stehen und oben auf eine waagerechte, gelochte
und ringförmige Plattform ausmünden, über welche sich die Flüssigkeit in dünner
Schicht ausbreitet und die mit einer Druckluftquelle in Verbindung steht. Auf dein
Boden des Steigrohres ist eine Propellerschraube angeordnet, welche die Gärflüssigkeit
von unten nach oben verdrängt, derart, daß sie über die Plattform ausgeschüttet
wird und über diese von innen nach außen fließt, um dann wieder in das Gefäß zu
fallen, wo sie von neuem von der Propellerschraube angesaugt wird. Bei dieser Anordnung
dient das Steigrohr nur zum Heben der Flüssigkeit ohne Belüftung, und letztere wird
ausschließlich auf der gelochten Plattform bewirkt. Die Vorrichtung kann somit ohne
die umständliche Anordnung der Plattform nicht arbeiten. Außerdem ist der Wirkungsgrad
einer solchen Vorrichtung sehr gering, da .die Gärflüssigkeit sich in dünner Schicht
über die Plattform ausbreitet und dadurch die Berührung zwischen der Gärflüssigkeit
und der Luft von sehr kurzer Dauer ist. Jeder Flüssigkeitsteil muß daher sehr oft
auf die Plattform zurückgebracht werden, wodurch die Dauer der Verarbeitung sowie
der Verbrauch an Kraft übermäßig groß werden.
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Es sind ebenfalls Vorrichtungen zum Aufrühren und Belüften von Bierwürze
bekannt, die aus einem oben und unten offenen Steigrohr bestehen, in das ein zum
Einführen von Druckluft dienendes Rohr taucht. Dieses Steigrohr wird in die Würze
getaucht. Die in das Steigrohr eingeführte Luft nimmt Würze mit, und zwar derart,
daß diese über den oberen Rand des Steigrohres läuft und dann in das Gärgefäß zurückfällt.
Bei dieser Anordnung bleibt der Querschnitt des Steigrohres von einem Ende zum anderen
der gleiche und übt auf die Steiggeschwindigkeit der Flüssigkeit keine Wirkung aus.
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Schließlich sind auch Vorrichtungen züm Züchten von Mikroorganismen
bekannt, die aus Gefäßen bestehen, in denen gar kein Belüftungsrohr vorhanden ist,
bei denen abereine Belüftungskolonne vorgesehen ist, die oben durch
einen
einfachen Überlauf mit einer Rücklaufkolonne und unten durch eine Rohrleitung mit
dem unteren Teil der Belüftungskolonne verbunden ist. In den Boden dieser letzteren
. mündet ein gelochtes Rohr, das zum Ein-' führen von Druckluft dient, die im ganzetl-Querschnitt
der Kolonne hochsteigt und dabei die gesamte darin enthaltene Flüssigkeitsmasse
belüftet. Auf solche Weise kann man nur einen schwachen Auftrieb erzielen, der gerade
genügt, um die Flüssigkeit durch einen Überlauf fließen zu lassen. Jene Vorrichtung
ist übrigens sehr umständlich, denn sie erfordert die Anordnung einer Hebe- und
einer Rücklaufkolonne.
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Das Hauptmerkmal der Erfindung besteht nun darin, daß der Querschnitt
des Steigrohres in Richtung des Austrittsendes des Flüssigkeits-Luft-Gemisches allmählich
kleiner wird, wodurch die Steiggeschwindigkeit des Gemisches im gleichen Verhältnis
wächst. Es wurde festgestellt, daß diese Steiggeschwindigkeit von sehr großer Bedeutung
ist und daß sie nicht nur groß sein, sondern auch eine konstante Beschleunigung
erhalten muß. Man erreicht .dadurch, daß das Gemisch anstatt einfach überzulaufen
mit großer Kraft aus dem oberen Ende des Steigrohres sprudelt. Es wird dadurch möglich,
das Gemisch viel höher und über die Oberkante des Gefäßes hinaus zu heben und die
Flüssigkeit durch eine Reihe von Gefäßen wandern zu lassen, die miteinander durch
eine Reihe von gekrümmten Rohren verbunden sind.
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Erfindungsgemäß bietet dies keine Schwierigkeiten; denn anstatt die
Flüssigkeit des Steigrohres in das Gefäß zurückfallen zu lassen, verlängert man
dieses Steigrohr und läßt es in das nächste Gefäß oder dessen Steigrohr münden.
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Es sind zwar ebenfalls Vorrichtungen bekannt, die sich zu einer Reihe
zusammensetzen lassen. Deren Gefäße müssen aber oben offen bleiben, damit die eingeblasene
Luft entweichen kann. Dadurch ist man genötigt, frische Luft in jedes Gefäß einzublasen.
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Bei der Anordnung nach der Erfindung dagegen können die einzelnen
Gefäße einer gleichen Reihe geschlossen sein. Hierdurch ist es möglich, die gleiche
Luftmenge nacheinander durch alle Gefäße strömen zu lassen und deren Sauerstoffgehalt
weitgehend zu erschöpfen, wodurch wiederum an Kraft gespart wird.
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Mit einer solchen Anordnung kann man ebenfalls im Gegenstrom arbeiten,
wobei man die Luft in einer Richtung -und die Flüssigkeit in der entgegengesetzten
Richtung strömen läßt. Die Gärflüssigkeit fließt dann durch eine Reihe von Belüftungsgefäßen
und kommt mit einer an Sauerstoff immer reicher werdenden Luft in Berührung.
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Man führt dadurch in einfacher, wirtschaftlicher und sehr wirksamer
Weise den -Gxundsatz der Erzeugung von Generationen r Hefe aus, der darin besteht,
die Hefe, die allmählich flüssiger wird, der Einwirkung von stets größer werdenden
Sauerstoffmengen zu unterwerfen. Es ist nachgewiesen. daß jede Generation in dem
Maße ihrer Entstehung beständig größer werdende Sauerstoffmengen erfordert.
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Das Arbeiten im Gegenstrom erfüllt diese Bedingung in selbsttätiger
Weise.
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Mehrere Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes sind auf der
Zeichnunn dargestellt.
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Abb. r zeigt in senkrechtem Schnitt ein Gärgefäß.
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Die Abb. a bis 7 zeigen verschiedene Arten der Reihenbildung mit Gärgefäßen
mit oder ohne Steigrohr.
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Die Abb. 8 und 9 zeigen weitere Ausführungen von Gärgefäßen.
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Nach Abb. i besteht eine Gärstufe aus einem eigentlichen Gefäß A,
das die Gärflüssigkeit c enthält und in dem eine Belüftungsvorrichtung angeordnet
ist. Diese besteht aus einem Steigrohr d, dessen Querschnitt nach dem oberen Ende
zu abnimmt, und aus einem Tauchrohr a, durch das in den unteren Teil des Steigrohres
Druckluft eingeführt wird.
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Die Druckluft, die durch den unteren Teil des Steigrohres d eingeführt
wird, steigt in der Flüssigkeitssäule b in Blasenform empor. Das Gemisch aus Luft
und Flüssigkeit sprudelt über die Oberkante des Steigrohres d und fällt in das Gefäß
A zurück. Dadurch, daß der Querschnitt des Steigrohres nach oben hin abnimmt, erfährt
das aus Luft und Flüssigkeit bestehende Gemisch eine im gleichen Verhältnis stehende
Beschleunigung.
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Man kann das Gärgefäß A mit einem anderen Gärgefäß A verbinden, das
in ähnlicher Weise mit einer Belüftungsvorrichtung a, b, d versehen ist.
In diesem Fall läßt man die Flüssigkeit in das erste Gefäß A fließen und pumpt sie
(Abb. z) mit Zwischenschaltung von mit Belüftungsvorrichtungen nicht versehenen
Ausreifegefäßen B aus einem Gefäß A in das andere. Die einzelnen GärgefäßeA oder
Zwischengefäße B können zeitweise oder ständig.durch Rohre e, e', e" und
Ventile f untereinander verbunden werden, damit durch Rücksaugen in das vorhergehende
Gefäß die Geschwindigkeit der Flüssigkeit nach vorwärts vermindert wird. Das System
kann gegebenenfalls durch ein entsprechend groß gewähltes Ausreifegefäß C (Abb.5)
abgeschlossen werden, von wo das
Erzeugnis periodisch oder kontinuierlich
alr geführtwird. Gegebenenfalls kann man durch Verbindung mit einem beliebigen vorhergehenden
Gärgefäß die Erzeugnisse teilweise oder ganz wieder in den Umlauf zurückführen.
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Man kann auch das Gemisch aus Luft und Flüssigkeit, so wie es im Steigrohr
des Gefäßes A aufsteigt, gleich in das Belüftungssystem a, b, d eines zweiten
Gärgefäßes A einführen. Infolge der vorhandenen engen Löcher des Belüftungssystems
erreicht man ein noch kräftigeres Aufrühren von Gas und Flüssigkeit. Diese Vorgänge
können (Abb. _E) mit oder (Abb. 5) ohne Zwischenschaltung von mit Belüftungsvorrichtungen
nicht versehenen Gefäßen B geschehen. Das System kann wie beim obigen Beispiel durch
ein Ausreifegefäß C abgeschlossen werden.
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Bei dieser Anordnung wandern Luft und Flüssigkeit in gleicher Richtung
von einem Ende des Systems zum andern. Die Gefäße A können auch in geschlossenem
Kreis miteinander verbunden werden, und das Abführen des fertigen Erzeugnisses kann
an einer beliebigen Stelle geschehen.
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Wie bereits erwähnt, ist es möglich, einea gewissen Gärprozeß seinem
Bedarf an Sauerstoff oder an sonstigen Nährstoffen entsprechend in Perioden zu zerlegen.
In diesem Fall fließen Luft und Flüssigkeit nicht zusammen. Jedes Gefäß A ist mit
der oben beschriebenen Belüftungsv orrichtung a, b, d versehen, welche die
Flüssigkeit in ein Gefäß B drückt, wo Luft und sonstige Gase ausgeschieden und in
die Belüftungsvorrichtung a_. b, d eines zweiten Gefäßes A geführt
werden. Die Flüssigkeit, welche sich im Gefäß B abtrennt, wird in das Gefäß A zurückgeführt,
was durch die Saugwirkung des Steigrohres d durch ein Verbindungsrohr
e, e', e" bewirkt wird, welches das Gefäß B mit dem mit Belüftungsvorrichtung
a, b, d versehenen Gefäß A verbindet. Die Anzahl der Gefäße A kann gleich
sein der Anzahl der Perioden des Gärprozesses. Jedes Gefäß A ist mit einem Gefäß
B verbunden, aus dem die Flüssigkeit in das Gefäß A zurückgesaugt und die Luft oder
die Gase in das nächste Gefäß geleitet werden. Frische Luft läßt man in die Periode
ein, wo der Luftverbrauch der größte ist (erstes Gefäß links in den Abb. 2 bis 7).
Die aus dem Gefäß B entweichenden Gase werden durch die übrigen Perioden ihrem abnehmenden
Luftbedarf entsprechend geleitet. Das System kann durch ein Ausreifegefäß C abgeschlossen
werden, das entweder gar keine Belüftungsvorrichtung enthält oder nach Bedarf mit
den an Sauerstoff ärmsten Abgasen gespeist wird. Die frische Luft muß entsprechend
dem Fortschreiten des Gärprozesses in den einzelnen Perioden stets in ein anderes
Gärgefäß A eingelassen werden (Abb. 6).
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Der Gärprozeß kann im Gegenstrom durchgeführt werden, wenn die Gesamtanordnung
gemäß Abb. 7 getroffen ist. Auch hier nimmt das erste links befindliche Gefäß A
die frische Luft auf. Gase und Gärflüssigkeit werden durch das Steigrohr
d in ein Gefäß B geführt. Die vergorene Flüssigkeit wird durch ein
Überlaufrohr h in ein Ausreifegefäß C geleitet, das nach Bedarf auch belüftet werden
kann. In dein dem Gefäß A folgenden Gefäß B
scheidet sich die Flüssigkeit
ab, und die Gase werden in das zweite Gefäß A1 übergeführt, in dem eine andere Periode
der Gärung stattfindet. Der Inhalt dieses Gefäßes steigt zum größten Teil gemischt
mit den Gasen in ein Gefäß Bi, und ein Teil kann entsprechend dem Vergärungsgrad
oder der Bildung der Mikroorganismen periodisch oder kontinuierlich in das Gefäß
B des vorhergehenden Gefäßes durch ein Überlaufrohr hl geleitet werden. Die Flüssigkeit
geht dann in das Gefäß A. über. Die Anzahl der Gefäße A und der Gefäße B kann der
Anzahl der Perioden entsprechen, in welche man den ganzen Gärprozeß einteilen will.
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Bei allen Ausführungen wird zweckmäßig unten eine Rohrverbindung
e, e', e" mit Ventil f
zwischen den einzelnen Gefäßen A und
B angebracht (in den Abbildungen gestrichelt angedeutet).
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Um die Geschwindigkeit günstig zu beeinflussen, kann man dem Gefäß
eine vön den üblichen zylindrischen oder quadratischen, mit senkrechten Seitenwänden
versehenen Ausbildungen abweichende Gestalt geben. Es kann sich z. B. nach oben
hin verjüngen, oder es kann nur aus dem eigentlichen Steigrohr bestehen, wobei die
Rückleitung zu der saugenden Belüftungsvorrichtung durch Fallrohre geschehen kann
(Abb. ä). Wenn das Gefäß genügend hoch ist, um die Flüssigkeit in der Höhe aufzufangen,
bis zu welcher sie durch die Luft gehoben wird, so kann man auf Fallrohre verzichten
(Abb. 9).