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Die
Erfindung betrifft einen neuen Einsatz eines Verfahrens zur Entfernung
unerwünschter
flüchtiger
Stoffe aus einer Bierwürze.
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In
der Brauindustrie ist das Kochen von Bierwürze ein komplizierter Vorgang,
von dem nicht nur die organoleptischen Eigenschaften des Biers,
sondern auch seine Stabilität,
insbesondere aber die Qualität
und die Stabilität
des Schaums abhängen. Eine
gute Durchführung
dieses Schrittes ist somit notwendig, zum einen um ein bezüglich der
Qualitätsanforderungen
zufrieden stellendes Bier zu erhalten, aber auch aufgrund der Tatsache,
dass dieser Schritt den größten Teil
der bei der Herstellung von Bier eingesetzten Energie verbraucht.
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Unter
den zahlreichen Umwandlungen, die während des Kochens der Bierwürze vorgenommen werden,
besteht eine daraus, aus der Bierwürze die unerwünschten,
leicht-flüchtigen,
aromatischen Stoffe, insbesondere die schwefelhaltigen Komponenten, wie
das DMS (Dimethylsulfid) und die aus dem Malz und dem Hopfen stammenden
etherischen Öle
zu entfernen.
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Allgemein
entfernen die klassischen Kochverfahren für Bierwürze die unerwünschten
aromatischen Stoffe, indem sie die Bierwürze einer starken Eindampfung
unterziehen, die unvermeidbar zum Verbrauch einer erheblichen Energiemenge
führt.
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Forschungen
sind daher unternommen worden, um die bei der Eindampfung der Bierwürze eingesetzte
Energie zu verringern oder zurück
zu gewinnen. Die vorgeschlagenen Lösungen haben bis heute jedoch
nur eine teilweise Rückgewinnung
der verbrauchten Energie zugelassen. Außerdem erfordern die Verfahren
zur Energierückgewinnung
in den meisten Fällen
das Vornehmen von Umänderungen an
der Produktionsstätte
und führen
so zu erheblichen Investitionskosten.
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Um
diese Probleme zu vermeiden, wurde daher versucht, verschiedene
Kochverfahren für
Bierwürze
zu entwickeln, die ermöglichen,
nur eine geringe Eindampfung und damit auch nur eine geringe Energiemenge
einzusetzen.
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Ein
solches Verfahren wurde insbesondere vorgeschlagen, bei welchem
die Bierwürze
ohne starke Eindampfung derart erhitzt wird, dass sich ein heißer Bodensatz
bildet. Dieser heiße
Bodensatz wird dann im Laufe der Klärung der Bierwürze, zugleich
mit bestimmten unerwünschten
Feststoffen abgetrennt.
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Bei
diesem Verfahren werden die unerwünschten, leicht-flüchtigen
Stoffe aus der Bierwürze entfernt,
indem ein intensiver Kontakt zwischen der erhitzten Bierwürze und
einem Inertgas- oder Dampfstrom hergestellt wird.
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Während dieses
Kontaktes werden die unerwünschten,
leicht-flüchtigen
Stoffe von der Bierwürze auf
den Inertgas- oder Dampfstrom übertragen
und können
dann entsorgt werden.
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Wenn
dieses Verfahren auch wirksam zulässt, die notwendige Energiemenge
in großem
Umfang zu verringern, so stößt es doch
an die Schwierigkeit, dass die Desorptionskolonnen, die für den Übergang
der leicht-flüchtigen
Stoffe aus der Bierwürze
in die Gasphase eingesetzt werden, nur eine unzureichende Leistung
erzielen können.
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Die
WO 95/26395 beschreibt ein kontinuierliches Kochverfahren für eine Bierwürze. Dieses
Verfahren umfasst die Schritte, die daraus bestehen, die Würze auf
zwischen 80 und 110°C
zu erhitzen, die erhitzte Würze
in einen Reaktor mit idealer Strömung einzuleiten,
vorzugsweise eine Drehscheibenhaltekolonne, und die aus diesem Reaktor
kommende Würze
mit Dampf im Gegenstrom in einer Entgasungs- oder Abtreibekolonne
(Stripper) zu behandeln.
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Die
Abtreibekolonne kann eine Bodenkolonne mit wenigstens fünf Böden oder
eine mit Auskleidungskörpern
befüllte
Kolonne sein, wobei die Auskleidungskörper auf einer Höhe von wenigstens
zwei Metern vorgesehen sind.
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In
dem beschriebenen Beispiel, das einem Aufbau im Pilotmaßstab entspricht,
wird die auf 103°C
erhitzte Bierwürze
mit einem Durchsatz von 1200 l/h in einen Drehscheibenreaktor mit
einer Kapazität
von 600 l eingeleitet, mit einer mittleren Aufenthaltszeit von 30
Minuten. Es wird ausgeführt,
dass das S-Methylmethionin (SMM) in zufrieden stellender Weise in
Dimethylsulfid (DMS) umgewandelt wird.
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Die
Bierwürze
wird dann in den oberen Bereich einer Bodenkolonne geleitet, die
mit 12 Böden und
Auslaufstutzen versehen ist. Die flüssige Befüllung der Kolonne liegt bei
ungefähr
20 Litern. Gesättigter
Wasserdampf wird in den unteren Bereich der Kolonne in einem Verhältnis von
5% eingeleitet.
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Die
in der Bierwürze
gefundenen Mengen an DMS liegen bei 195 μg/l nach dem Reaktor und bei weniger
als 10 μg/l
nach der Entgasung für
einen Gehalt an DMS von 40 μg/l
in dem Endbier.
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Es
scheint demnach, dass nahezu 95% des DMS, das in die Abtreibekolonne
gelangt, durch den Dampf verflüchtigt
wird, was ein exzellentes Ergebnis darstellt.
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Das
Problem besteht in der Übertragung
dieser Versuche in den Industriemaßstab. Genauer besteht das
Problem darin, dass wenn man für
einen Durchsatz von 1200 l/Stunde eine Kolonne mit 12 Böden benötigt, man
sich vorstellen kann, welche Ausmaße eine Kolonne haben muss,
die für
einen in der Brauerei üblichen
Durchsatz von ungefähr
40 m3/Stunde bis 60 m3/Stunde
eingerichtet ist.
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Außerdem weist
die zuvor genannte Schrift keine Angaben bezüglich der inhärenten Schwierigkeiten
einer Behandlung der Bierwürze
in einer Entgasungskolonne auf:
- a) der Fachmann
kennt die Tendenz der Bierwürze
zum Schäumen,
wobei der Schaum entweder aus dem Einblasen des Dampfes in die Bierwürze oder
einfach aus dem Sieden der Würze
stammen kann.
- b) Der Fachmann weiß,
dass die Bierwürze
eine bestimmte Viskosität
aufweist, nicht wie eine Flüssigkeit
fließt
und eine instabile Suspension bildet. Die eventuell dekantierten
Stoffe müssen
wirksam und regelmäßig entfernt
werden, da sie ansonsten das spätere
Funktionieren der Kolonne behindern, welche sie teilweise verschließen, und
da sie Verunreinigungen bilden, welche die organoleptischen Eigenschaften
des unter diesen Bedingungen hergestellten Bieres erheblich verschlechtern
können.
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Es
ist klar zu erkennen, dass die in der zuvor genannten Schrift beschriebene
Kolonne mit zwölf Böden zweifelsfrei
nicht dafür
eingerichtet ist, das Strippen der Bierwürze im industriellen Maßstab unter
annehmbaren wirtschaftlichen Bedingungen bezüglich der Kosten sowie der
Investitionen hinsichtlich der Leistung, der Reinigung und der Wartung
sicherzustellen.
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Außerdem wird
eine Abtreibekolonne, die mit Füllkörpern gefüllt ist,
als theoretisch verwendbar beschrieben, aber die zuvor genannte
Schrift gibt überhaupt
keine Informationen zu diesem Thema, außer dass die Mindesthöhe des von
den Füllkörpern eingenommenen
Rauminhaltes 2 Meter betragen muss.
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Das
Grundziel der Erfindung besteht somit darin, den Nachteilen der
bekannten Vorrichtungen abzuhelfen und eine Abtreibekolonne vorzuschlagen, welche
in der Lage ist, in wirtschaftlicher und zuverlässiger Weise die Entgasung
einer Bierwürze
mit einem stündlichen
Durchsatz der Bierwürze
im industriellen Maßstab,
beispielsweise mehrere m3/h im zweistelligen
Bereich, durchzuführen,
wobei diese Entgasung eine vorbestimmte Leistung bringt, die ausreicht,
um praktisch jede energieaufwendige Siedephase der Bierwürze weglassen
zu können.
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Die
BE-A-1002680 beschreibt ein Verfahren, das im Oberbegriff des neuen
Anspruchs 1 dargelegt ist.
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Allerdings
haben die ersten Versuche, die von der Anmelderin mit einer industriellen,
mit Füllkörpern gefüllten Abtreibekolonne
ohne schwierig zu reinigende Platten vorgenommen wurden, zu einem Eliminierungsergebnis
von DMS in der Größenordnung
von 60 bis 70% geführt,
was eine unzureichende Leistung ist, die kein Auslassen einer energischen Siedephase
der Bierwürze
ermöglicht.
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Das
Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine neue Verwendung
dieses Verfahrens vorzuschlagen. Diese neue Verwendung ist in dem kennzeichnenden
Teil des neuen Anspruchs 1 beschrieben. Weitere Eigenschaften dieser
Verwendung sind in den abhängigen
Ansprüchen
definiert.
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So
war die Anmelderin gehalten, entgegen der bekannten Ideen, eine
bestimmte Anzahl von Eigenschaften auszuwählen, die notwendig sind, um ein
Eliminierungsergebnis an DMS durch Strippen von mindestens 85% zu
erreichen. Diese Eigenschaften sind die folgenden:
- 1. – Auswählen einer
vertikalen Kolonne mit einem abwärts
fließenden
Strom der Bierwürze
und einem aufsteigenden Dampfstrom;
- 2. – Trennen
der Vorrichtungen für
den Durchstrom des Dampfes und der Vorrichtungen für den Durchlauf
der Bierwürze
auf der oberen Platte, was zu einer Verringerung der Kontaktzeit
zwischen der Bierwürze
und dem Dampf in der Kolonne führt;
- 3. – regelmäßige und
gleichmäßige Verteilung
des Bierwürzeflusses
und des Dampfstromes über
die gesamte Querfläche
der Kolonne, was die Geschwindigkeiten verringert, was ebenfalls
die Kontaktzeiten und somit den Austausch an leichtflüchtigen
Stoffen zwischen der Bierwürze
und dem Dampf vermindert, und was die Risiken der Dekantierung von
in Suspension unlöslichen
Stoffen in der Bierwürze
erhöht;
- 4. – Verwendung
von in der Dicke der oberen Platte angeordneten Öffnungen als Vorrichtungen
zur Verteilung der Bierwürze,
wobei die Anzahl und der Durchmesser dieser Öffnungen derart vorbestimmt
sind, dass der Durchgang eines vorbestimmten Durchsatzes an Bierwürze unter
Berücksichtigung
einer vorbestimmten Höhe
der Bierwürze über der
Platte ermöglicht
wird, wobei der Durchstrom des Dampfes vollständig verhindert wird;
- 5. – Verwendung
von Schächten
für den
Durchgang des Dampfes, wobei die Schächte eine vorbestimmte Höhe aufweisen,
die ausreicht, um jegliches Durchfließen von Bierwürze oder
Schaum durch Überlaufen
in diese Schächte
zu verhindern, was eine vorbestimmte Höhe der Kolonne bedingt;
- 6. – Verwendung
eines Füllkörpers mit
relativ großer Abmessung und so mit einem geringen Verhältnis der
Austauschfläche
pro Volumeneinheit, was den Austausch zwischen Bierwürze und Dampf
verringert, nämlich
die Verwendung von Ringen mit einem Durchmesser von wenigstens 3 bis
4 cm;
- 7. – Verwendung
einer Tragplatte für
die Füllkörper, welche Öffnungen
aufweist, deren Gesamtfläche
zu 90 oder 100% der Querfläche
der Kolonne entspricht, was den Kontakt zwischen der Bierwürze und
dem Dampf minimiert;
- 8. – regelmäßige Verteilung
der Eintrittslöcher
für den
Dampf über
die gesamte Querfläche
der Kolonne, was jede eventuelle, horizontale Komponente für das Austreten
des Dampfes verringert, wodurch der Kontakt zwischen Bierwürze und Dampf
erleichtert wird;
- 9. – Weglassen
der Körbe,
die in klassischer Weise die Füllkörper enthalten,
und die ermöglichen, die
Füllkörper im
Hinblick auf die. Reinigung dieser Körper und des Inneren der Kolonne
sehr schnell aus einer Kolonne herauszunehmen. Dieses Weglassen
macht eine solche Entleerung der Kolonne zeitaufwendig und unbequem
und somit nur ausnahmsweise durchführbar. Dies bedeutet, dass
das Funktionieren der Kolonne einzig von der Wirksamkeit der Reinigung
der Füllkörper im Inneren
der Kolonne abhängt,
während
weiter oben ausgeführt
wurde, dass die Bierwürze
eine instabile Suspension ist, welche dazu neigt, dekantierte Stoffe
zu bilden.
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Völlig überraschender
Weise hat die Anmelderin zuverlässig
ein Eliminierungsergebnis von DMS in der Größenordnung von 85% für einen Durchsatz
an Bierwürze
in der Größenordnung
von 40 m3/h und einen Dampfdurchsatz in
Gewichtsprozent in der Größenordnung
von 0,5 bis 1,5% des Durchsatzes der Bierwürze erzielt.
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Außerdem erleichtert
eine Vielzahl der zuvor genannten Eigenschaften die Reinigung des
Inneren der Abtreibekolonne, so dass diese Kolonne extrem zuverlässig arbeitet,
obwohl die heiße
Bierwürze
eine flüssige
Suspension bildet, deren Handhabung viele Vorsichtsmaßnahmen
erfordert. Die Reinigung direkt im Inneren der Kolonne (in situ)
kann ausreichend wirksam durchgeführt werden, um ein Entleeren
der Kolonne durch Herausnehmen der Füllkörper vollständig unnötig und unwahrscheinlich zu
machen.
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Die
Erfindung betrifft die Verwendung einer Vorrichtung zur Eliminierung
unerwünschter,
leicht flüchtiger,
in einer Bierwürze
enthaltener Stoffe.
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Die
Vorrichtung zum Entfernen unerwünschter,
in einer Bierwürze
enthaltener, leicht flüchtiger Stoffe
weist eine Kolonne auf mit:
- – Vorrichtungen
zur gleichmäßigen Verteilung
der Bierwürze
im Inneren der Kolonne und in einer ersten Richtung;
- – Vorrichtungen
zur gleichmäßigen Verteilung
eines Gasstromes, der aus einem Inertgas oder aus Dampf besteht,
im Inneren der Kolonne und in einer zweiten Richtung, die vorzugsweise
der ersten Richtung entgegengesetzt ist; und
- – Vorrichtungen
zur Vergrößerung der
Kontaktfläche
zwischen der Bierwürze
im Inneren der Kolonne und dem Inertgas- oder Dampfstrom.
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Erfindungsgemäß umfassen
die Vorrichtungen zur gleichmäßigen Verteilung
der Bierwürze
eine Verteilerplatte, wobei die Ebene, welche durch die Verteilerplatte
läuft,
praktisch senkrecht zu der Längsachse
der Kolonne liegt. Die Verteilerplatte ist auf der Zufuhrseite der
Bierwürze
zu der Kolonne auf der Höhe
des oberen Bereiches der Kolonne angeordnet und weist erste Vorrichtungen
zum gleichmäßigen Abfließen der
Bierwürze
in die erste Richtung, beispielsweise eine Vielzahl von auf der
Oberfläche der
Verteilerplatte angeordneten Öffnungen,
und zweite Vorrichtungen zum Durchlauf des Inertgas- oder Dampfstromes
in die zweite Richtung auf.
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Die
Anzahl, die Abmessungen und die Verteilung der Öffnungen auf der Verteilerplatte
sind selbst nicht entscheidend und müssen lediglich ein gleichmäßiges Abfließen der
Bierwürze
durch die Verteilerplatte, insbesondere abhängig von den industriell eingesetzten
Durchsatzmengen an Bierwürze,
ermöglichen.
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Vorzugsweise
sind die Öffnungen
derart gestaltet und angeordnet, dass die in die Kolonne einfließende Bierwürze nicht
sofort durch die Verteilerplatte läuft, sondern während einiger
Sekunden auf der Verteilerplatte verbleibt, bevor sie durch die Öffnungen
abfließt.
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Auf
diese Weise bleibt ein vorzugsweise praktisch konstantes Volumen
an Bierwürze
während der
gesamten Dauer der Behandlung auf der Verteilerplatte, um eventuelle
Schwankungen im Durchsatz der Bierwürze, der in die Kolonne einfließt, auszugleichen
und die Gleichmäßigkeit
der Verteilung der Bierwürze
im Inneren der Kolonne noch zu verbessern.
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Das
Bierwürzevolumen,
das auf der Verteilerplatte verbleibt, ist selbst nicht entscheidend
und hängt
insbesondere von den Abmessungen der Kolonne sowie den für die Behandlung
der Bierwürze gewählten Durchsätzen ab.
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Die
zweiten Vorrichtungen für
den Durchgang des Inertgas- oder Dampfstromes bestehen aus Schächten, die
auf der Oberfläche
der Verteilerplatte angeordnet sind.
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Vorteilhafterweise
ist die Höhe
der Schächte derart
gewählt,
dass die in die Kolonne einfließende Bierwürze auf
der Verteilerplatte verbleibt, bevor sie gleichmäßig durch die Öffnungen
der Verteilerplatte abfließt,
ohne durch die Schächte
zu laufen. In der Tat bewirkt ein Durchlaufen der Bierwürze direkt durch
die Schächte
allgemein ein Aufschäumphänomen, das
der Leistung der Kolonne abträglich
ist und folglich vermieden werden muss.
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Der
Fachmann wird angepasste Abmessungen der Schächte und einen geeigneten Durchsatz der
Bierwürze
wählen,
damit die Höhe
des Bierwürzevolumens,
das auf der Verteilerplatte verbleibt, stets unterhalb der Höhe der Schächte liegt
und somit jegliches Durchlaufen der Bierwürze durch die Schächte vermieden
wird.
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Erfindungsgemäß findet
das Entfernen der leicht flüchtigen
Stoffe aus der Bierwürze
durch Übertragung
zwischen der flüssigen
Phase der Bierwürze und
der Gasphase des Inertgas- oder Dampfstromes statt. Erfindungsgemäß wird die
Wirksamkeit dieser Übertragung
verbessert, indem die Kontaktfläche zwischen
der Bierwürze
und dem Inertgas- oder Dampfstrom vergrößert wird.
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Die
Kontaktfläche
wird vergrößert, indem Ringe
eingesetzt werden, welche unterhalb der Vorrichtungen zur gleichmäßigen Verteilung
der Bierwürze
angeordnet sind.
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Ringe
dieser Art, welche im Rahmen der vorliegenden Erfindung eingesetzt
werden können,
sind insbesondere solche, die unter der Bezeichnung Cascade® Mini
Rings von der Firma Glitsch Inc., USA vertrieben werden.
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Die
Ringe sind auf einer praktisch senkrecht zur Längsachse der Kolonne liegenden
Bodenplatte angeordnet und sie sind auf dieser in ungeordneter Form
angeordnet, wobei sie so ein ungeordnetes Netzwerk aus aufgestapelten
Ringen bilden.
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Die über die
Ringe fließende
Bierwürze
folgt folglich einer mehr oder weniger ungeordneten Bahn, wobei
sie von einem Ring zum anderen läuft,
beispielsweise durch einfache Schwerkraft, und die leicht flüchtigen
Stoffe werden zunehmend in den Inertgas- oder Dampfstrom übertragen,
der in eine vorzugsweise entgegen gesetzte Richtung fließt.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung umfasst die Bodenplatte ebenfalls Vorrichtungen
zur Vergrößerung der
Kontaktfläche,
welche den Widerstand gegen den Durchfluss des Inertgas- oder Dampfstromes
verringern.
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Gemäß einer
ersten Ausführungsform
der Erfindung ist die Bodenplatte auf wenigstens einem Teil ihrer
Oberfläche
gewellt und weist Öffnungen
auf ihrer Oberfläche
auf. Vorzugsweise bilden die auf der Oberfläche der Bodenplatte angeordneten Öffnungen
und die Wellen eine freie Fläche
von ungefähr
90 bis ungefähr
100% der Querschnittsfläche
der Kolonne.
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Gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der Erfindung ist die Bodenplatte von einem gewellten Gitter gebildet.
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Erfindungsgemäß wird der
Inertgas- oder Dampfstrom in gleichmäßiger Weise in das Innere der
Kolonne ausgehend von dem Ableitungsbereich für die behandelte Bierwürze in den
unteren Bereich der Kolonne eingeleitet.
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Vorteilhafterweise
weisen die Vorrichtungen zur gleichmäßigen Verteilung des Inertgas- oder Dampfstromes
eine Hauptleitung auf, welche eventuell in Verbindung mit Nebenleitungen
steht, mit einer Vielzahl von Öffnungen,
die regelmäßig über den größten Teil
der Hauptleitung und der Nebenleitungen angeordnet sind, um dem
Inertgas- oder Dampfstrom zu ermöglichen,
dem Inneren der Kolonne und über
praktisch die Gesamtheit des Querschnitts der Kolonne zugeleitet
zu werden. Vorteilhafterweise sind die Vorrichtungen zur gleichmäßigen Verteilung eines
Inertgas- oder Dampfstromes
auf der Höhe
des Ableitungsbereiches für
die behandelte Bierwürze vorzugsweise
auf der Höhe
des unteren Bereiches der Kolonne angeordnet.
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Vorteilhafterweise
sind die Öffnungen
zu dem Boden der Kolonne hin gerichtet, um zu vermeiden, dass die
Bierwürze
in die Leitung(en) gelangt.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform umfasst
die erfindungsgemäße Vorrichtung
Einrichtungen zum Ableiten und/oder zur Rückgewinnung des Inertgas- oder
Dampfstromes.
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Gemäß einer
ersten Ausführungsform
der Erfindung ist die Kolonne in ihrem oberen Bereich mit einem
oder mehreren Ventilen versehen, welche den Inertgas- oder Dampfstrom
nach außen
ableiten.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird der Inertgas- oder Dampfstrom mit
Hilfe irgendeines bekannten Systems zurück gewonnen, beispielsweise
einem oder mehreren Kondensatoren, wenn Wasserdampf eingesetzt wird,
welche mit dem oberen Bereich der Kolonne über leitungsbildende Vorrichtungen
verbunden sind.
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Die
Größe und die
Abmessungen der Kolonne und ihrer verschiedenen Bauteile sind selbst
nicht entscheidend und können
insbesondere abhängig von
der Produktionsstätte,
den zu behandelnden Bierwürzevolumina
und der gewünschten
Entfernungsleistung der unerwünschten,
leicht flüchtigen Stoffe
gewählt
werden.
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Es
ist jedoch darauf zu achten, dass die Anordnung der verschiedenen
Elemente im Inneren der Kolonne derart gestaltet ist, dass die Abstände zwischen
beispielsweise dem Ausgang der Zufuhrleitung für die Bierwürze und der Verteilerplatte
für die Bierwürze, der
Verteilerplatte für
die Bierwürze
und dem ungeordneten Netzwerk aus Ringen, der Bodenplatte und einem
Auffangsystem für
die Bierwürze
nicht zu groß sind,
um die Bildung von Schaum zu vermeiden, der einer optimalen Leistung
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
abträglich
ist.
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Vorzugsweise
betragen die oben erwähnten Abstände nicht
mehr als ungefähr
0,5 m.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung sind Vorrichtungen vorgesehen, um das Innere
der Kolonne nach mehreren Behandlungszyklen ohne deren Auseinanderbau
zu reinigen. In der Tat umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung
mehrere Eingänge
und Ausgänge
und eine Reinigung, die nur durchgeführt wird, indem eine Reinigungsflüssigkeit
in die Vorrichtung eingeleitet wird, die dem normalen Weg der Bierwürze folgt,
ist nicht immer ausreichend. Daher sind zusätzliche Reinigungsvorrichtungen
vorgesehen.
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Vorteilhafterweise
umfassen diese zusätzlichen
Reinigungsvorrichtungen einen oder mehrere Verteiler für eine Wasch-
oder Spülflüssigkeit,
die in verschiedenen Bereichen der Kolonne angeordnet sind.
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So
können
solche Verteiler insbesondere auf der Höhe der Vorrichtungen zur Verteilung
der Bierwürze,
auf der Höhe
der Vorrichtungen zur Vergrößerung der
Kontaktfläche
der Bierwürze
mit einem Inertgas- oder Dampfstrom, auf der Höhe der Vorrichtungen zur Verteilung
des Inertgas- oder Dampfstromes und auf der Höhe der Vorrichtungen zum Auffangen der
behandelten Bierwürze
vorgesehen werden.
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Die
Verteiler bestehen beispielsweise aus Produkten, die „Reinigungskugeln" genannt werden, und
die ermöglichen
einen bestimmten Bereich mit einer Wasch- oder Spülflüssigkeit,
beispielsweise Wasser oder Soda, die durch eine Rohrleitung zugeleitet
wird, abzudecken.
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Die
im Rahmen der vorliegenden Erfindung einsetzbaren Reinigungskugeln
sind beispielsweise solche, die unter der Bezeichnung „Vorrichtung
zum Reinigen durch Sprühen" von der Firma Tuchenhagen,
Deutschland vertrieben werden.
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Vorteilhafterweise
sind die Verteiler mit äußeren Steuer-
und Kontrollsystemen verbunden, die aus sich heraus bekannt sind.
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Vorteilhafterweise
werden die verschiedenen Elemente der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung,
sowie die Arbeitsgänge,
die sie ausführen, von
einem vorzugsweise äußeren System
gesteuert, geregelt und kontrolliert.
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Beispielsweise
umfasst die Zufuhrleitung für die
in die Kolonne einfließende
Bierwürze
insbesondere eine Erfassungsvorrichtung, beispielsweise eine Infrarotsonde,
welche die Phasenübergänge zwischen
Wasser und Bierwürze
erfasst. Die Zufuhrpumpe für
die Bierwürze
wird ebenfalls von einem oder mehreren Stellventilen gesteuert.
Die verschiedenen in der erfindungsgemäßen Vorrichtung eingesetzten
Ventile bestehen insbesondere aus Elektroventilen und/oder pneumatischen
Ventilen.
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Der
Eingang und der Ausgang des Heizsystems sind ebenfalls mit Temperatursonden
verbunden, wobei ein Sicherheitsventil am Ausgang des Systems außerdem im
Bedarfsfall ein Ableiten der Wärme
zulässt.
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Das
Ableiten der behandelten Bierwürze wird
von einer Ausgangspumpe geregelt. Vorzugsweise wird die Ausgangspumpe
auf der gleichen Höhe
wie die Zufuhrpumpe für
die Bierwürze
geregelt, um ein konstantes Niveau der Bierwürze in dem unteren Bereich
der Kolonne beizubehalten, welches einen Bierwürzepuffer bildet.
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Vorteilhafterweise
umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung
ebenfalls Systeme zur Erfassung der Leere der Kolonne und der Höhe der Bierwürze in der
Kolonne, Systeme zur Messung der Höhe des Bierwürzepuffers
im Boden der Kolonne, Systeme zur Messung der Druckunterschiede
für das
Füllen der
Kolonne, sowie verschiedene Sicherheitsventile, insbesondere zur
Außenluft
hin, um Unter- und Überdrücke während der
Füll- und
der Reinigungsphase zu vermeiden.
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Die
verschiedenen Steuer-, Regel- und/oder Kontrollsysteme sind mit
aus sich heraus bekannten Organen zur elektronischen und/oder Datenverarbeitungssteuerung
verbunden.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
arbeitet sowohl unter Umgebungsdruck, als auch mit Überdruck
oder leichtem Vakuum.
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Das
Verfahren zum Entfernen der in einer Bierwürze enthaltenen, leicht flüchtigen
Stoffe ohne merkliches Eindampfen, mit einem ersten Schritt des Kochens
der Bierwürze
bei einer Temperatur, die zwischen ungefähr 90°C und ungefähr 150°C variiert, gefolgt von einem
zweiten Schritt des Abtrennens der unerwünschten, in der Bierwürze enthaltenen,
leicht flüchtigen
Stoffe ist dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Schritt des Abtrennens
in einer Vorrichtung durchgeführt
wird, wie sie im vorausgehenden Teil beschrieben wurde.
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Erfindungsgemäß arbeitet
das erfindungsgemäße Verfahren
zum Entfernen leicht flüchtiger
Stoffe sowohl bei Umgebungsdruck als auch bei Unter- oder Überdruck.
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Gemäß einer
ersten Einsatzform des Verfahrens wird der Innendruck der Kolonne
beispielsweise durch eine Vakuumpumpe leicht verringert. In diesem Fall
kann die Temperatur der in der Siedephase in die Kolonne einfließenden Bierwürze auf
eine niedrigere Temperatur als die Siedetemperatur der Bierwürze bei
Umgebungsdruck gebracht werden. In der Tat entspricht jedem Druck
eine andere Siedetemperatur, und eine für den Innendruck der Kolonne
geeignete Regelung, die zu einem Unterdruck führt, ermöglicht, die leicht flüchtigen
Stoffe aus der Bierwürze
zu entfernen, indem bei einer Einfließtemperatur der Bierwürze gearbeitet
wird, die niedriger als die Siedetemperatur bei Umgebungsdruck ist.
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Durch
ein solches Vorgehen kann das Vor-Erhitzen der einfließenden Bierwürze ausgelassen
werden.
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Wenn
die einfließende
Bierwürze
umgekehrt eine höhere
Temperatur als ihre Siedetemperatur bei Umgebungsdruck aufweist,
ist es möglich,
den Innendruck der Kolonne derart zu regeln, dass ein Überdruck
entsprechend dem Druck bei der Temperatur der einfließenden Bierwürze erzielt
wird und die leicht flüchtigen
Stoffe entfernt werden, ohne dass die einfließende Bierwürze abgekühlt werden muss.
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Die
Erfindung hat die Verwendung einer Vorrichtung, wie sie im vorausgehenden
Teil beschrieben wurde, zum Entfernen der unerwünschten, in einer Bierwürze enthaltenen,
leicht flüchtigen
Stoffe zum Gegenstand.
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Zusätzliche
Vorteile und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung werden noch
aus der Lektüre der
detaillierteren, nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
der Erfindung hervorgehen, welches ausschließlich illustrativ und nicht
begrenzend gegeben ist, sowie aus den Abbildungen, die sich darauf
beziehen, und bei welchen:
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1 eine
schematische Ansicht einer Ausführungsform
der Vorrichtung zum Entfernen leicht flüchtiger Stoffe der vorliegenden
Erfindung ist;
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2 eine
schematische Vorder- und Perspektivansicht einer Ausführungsform
der Verteilerplatte für
die Bierwürze
darstellt;
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3 eine
schematische Ansicht von oben einer Ausführungsform der Bodenplatte
darstellt;
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4 eine
schematische Schnittansicht der Ausführungsform der Bodenplatte
der 3, entlang der Linie A-A' darstellt; und
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5 eine
schematische Ansicht von unten einer Ausführungsform des Systems zur
Verteilung des Inertgas- oder Dampfstromes darstellt.
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In
den Abbildungen entsprechen dieselben Bezugszahlen denselben Elementen.
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Unter
Bezugnahme auf 1, in welcher die Pfeile die
unterschiedlichen Fließrichtungen
der eingesetzten Flüssigkeiten
oder Gase anzeigen, umfasst die Vorrichtung zum Entfernen der leicht
flüchtigen,
in einer Bierwürze
enthaltenen Stoffe eine Desorptionskolonne 1, die in ihrem
oberen Bereich mit einem System zur gleichmäßigen Verteilung 2 der Bierwürze ausgestattet
ist.
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Die
Speisung der Kolonne 1 wird über eine Leitung 3 durchgeführt. Bevor
die Bierwürze
in die Kolonne 1 gelangt, läuft sie eventuell in ein Heizsystem 4.
Das Heizsystem 4 ist von der aus sich heraus bekannten
Art und funktioniert in klassischer Weise, indem die Temperatur
der Bierwürze
durch Wärmeaustausch
mit Wasserdampf, der durch die Leitung 5 hereingelangt,
angehoben wird, wobei das Kondensat dann durch die Leitung 6 entsorgt
wird.
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Wenn
die Bierwürze
einmal erhitzt ist, läuft sie
durch die Leitung 4a und wird dank des Verteilers für die Bierwürze 2 gleichmäßig in der
Kolonne 1 verteilt. Durch die Schwerkraft fließt die Bierwürze in das Innere
des Füllbereiches 7 der
Kolonne 1. In diesem Bereich 7 sind Ringe (in
der Abbildung nicht dargestellt) aufgestapelt, welche die Kontaktfläche zwischen
der Bierwürze
und dem Inertgas- oder Dampfstrom vergrößern. Die Ringe ruhen auf einer
Bodenplatte 8, die später
in größeren Einzelheiten
beschrieben wird.
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Wasserdampf
oder ein Inertgas wie Stickstoff wird durch die Leitung 9 zugeführt und
mittels eines Systems zur gleichmäßigen Verteilung 10 in
das Innere der Kolonne 1 eingeleitet.
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In
der bevorzugten Ausführungsform
der 1 ist zu erkennen, dass die Verteilungsrichtung der
Bierwürze
abwärts
gerichtet ist, während
die Verteilungsrichtung des Inertgas- oder Dampfstromes aufsteigend
ist.
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Am
Ende ihres Weges in dem Füllbereich 7 fällt die
Bierwürze
auf ein Auffangsystem, welches aus einer Fläche mit geneigter Ebene 11 besteht,
die mittels eines Abstreichbleches 11a das Ablaufen der Bierwürze in den
unteren Bereich 12 der Kolonne 1, der dem Boden
der Kolonne entspricht, ermöglicht, ohne
dass sich eine größere Menge
Schaum bildet. Anstelle der oben beschriebenen einzelnen Fläche mit
geneigter Ebene 11 können
auch mehrere Flächen
mit geneigter Ebene vorgesehen werden, wobei die jeweiligen Abstreichbleche
der verschiedenen Flächen
mit geneigter Ebene das Ablaufen der behandelten Bierwürze in einen
gemeinsamen Bereich führen.
Die gesammelte Bierwürze,
die frei von den leicht flüchtigen
Stoffen ist, bildet in dem Boden der Kolonne einen Pufferbereich,
der dann mittels der Leitung 13 in Kühl- und/oder Gärbehälter abgeleitet wird.
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Es
versteht sich von selbst, dass die Fläche mit geneigter Ebene 11 nur
eine bevorzugte Ausführungsform
des Auffangsystems für
die behandelte Bierwürze
darstellt. Jedes andere System, das ermöglicht, eine größere Schaumbildung
zu vermeiden, kann anstelle der Fläche mit geneigter Ebene 11 eingesetzt
werden.
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Ein
Kondensator 14 ist vorgesehen, um den für die Behandlung der Bierwürze gebrauchten Dampf
und die entfernten leicht flüchtigen
Stoffe zurück
zu gewinnen. Der Kondensator 14 erhält Kühlwasser, beispielsweise Brunnenwasser,
aus der Leitung 15. Das Kühlwasser wird, nachdem es in
dem Kondensator 14 zirkuliert ist, durch die Leitung 16 entsorgt
und das erhaltene Kondensat, welches die leicht flüchtigen
Stoffe enthält,
wird durch die Leitung 17 in die Kanalisation oder in irgendeine
andere Vorrichtung zur Lagerung oder zur Nachbehandlung entsorgt.
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Unter
Bezugnahme auf 2 ist zu erkennen, dass die
Platte zur gleichmäßigen Verteilung 2 der
Bierwürze
einen metallischen Boden 18 aufweist, auf dessen Oberfläche in regelmäßiger Weise Öffnungen 19 und
Schächte 20 vorgesehen
sind.
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Die
Anzahl und die Abmessungen der Öffnungen
sowie der Durchsatz der Bierwürze
sind derart gewählt,
dass ein bestimmtes Bierwürzevolumen, das
praktisch während
der gesamten Behandlungsdauer konstant ist, auf dem Boden 18 verbleibt,
wobei die Höhe
der Schächte 20 derart
ist, dass sie verhindert, dass das auf dem Boden 18 verbleibende Bierwürzevolumen
durch die Schächte 20 läuft.
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In
den 3 und 4 ist eine Ausführungsform
der Bodenplatte 8 dargestellt. Die Bodenplatte 8 ist
von einer gewellten, von Öffnungen 21 durchbohrten
Platte gebildet, welche den Füllbereich mit
dem Boden der Kolonne verbindet. In 3 ist nur
ein Teil der Öffnungen 21 dargestellt,
aber es ist so zu verstehen, dass die Öffnungen 21 über die
gesamte Oberfläche
der Bodenplatte 8 angeordnet sind.
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Unter
Bezugnahme auf 5 ist zu erkennen, dass der
gleichmäßige Verteiler 10 für den Inertgas-
oder Dampfstrom eine Hauptleitung 22 aufweist, welche mit
mehreren Nebenleitungen 23 in Verbindung steht. Die Unterseiten
der Leitungen 22 und 23 sind von Öffnungen 25 durchbohrt,
die eine gleichmäßige Verteilung
des Dampfes oder des Inertgases im inneren der Kolonne zulassen.
Das Inertgas oder der Dampf wird somit zuerst zum Boden der Kolonne hin
ausgestoßen
und nimmt dann eine aufsteigende Bahn zu dem oberen Bereich der
Kolonne hin.
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Vorzugsweise
liegt der Durchsatz des Wasserdampfes oder des Inertgases bei ungefähr 0,5 Gew.-%
bis ungefähr
3 Gew.-% des Durchsatzes der Bierwürze.
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Nachfolgend
wird ein Beispiel für
das Entfernen unerwünschter,
in einer Bierwürze
enthaltener, leicht flüchtiger
Stoffe gegeben.
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Beispiel
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Eine
Desorptionskolonne mit einem Durchmesser von 0,95 m und einer Höhe von 2,20
m wird vorgeheizt, um das Auftreten einer Kondensation zu Beginn
der Behandlung zu vermeiden und auch um den reellen Innendruck im
Inneren der Kolonne messen zu können.
Hierzu wird Wasser mit einer Temperatur von 70–85°C eingeleitet und für 5 Minuten
auf 95°C
erhitzt.
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Dann
wird Wasserdampf mit einem Durchsatz von 900 kg/h während 5
Minuten in die Kolonne eingespritzt und der Überschuss an Dampf wird durch
den mit kaltem Wasser gespeisten Kondensator kondensiert.
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Der
gemessene Innendruck entspricht dem Umgebungsdruck und wird benutzt,
um die Siedetemperatur abzuschätzen,
welche die zu behandelnde Bierwürze
bei ihrem Eintritt in die Kolonne haben muss.
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Vor
dem Einleiten der Bierwürze
wird die Kolonne geleert, um eine Verdünnung der Bierwürze während der
Aufenthaltszeit für
die Behandlung zu verhindern.
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Eine
Probe von 420 hl Bierwürze
der Art Pils wird dann dem Inneren der Kolonne mit einem Durchsatz
von 400 hl/h zugeleitet. Die in die Kolonne einfließende Bierwürze wird
zuvor auf die abhängig
von dem Innendruck der Kolonne bestimmte Temperatur erwärmt, nämlich auf
100,5°C.
Wasserdampf mit einer Temperatur von 100°C bei Umgebungsdruck wird in
die Kolonne bei einem Durchsatz von 600 kg/h eingeleitet, was 1,5
Gew.-% Dampf bezüglich
des Gewichts der Bierwürze
entspricht.
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Die
Behandlung wird fortgesetzt und der Boden der Kolonne füllt sich
zunehmend mit dem Puffer aus behandelter Bierwürze. Eine Ausgangspumpe ist eingeschaltet,
deren Durchsatz derart geregelt wird, dass der Stand des behandelten
Bierwürzepuffers konstant
auf einer Höhe
von 0,3 m bleibt.
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Die
Wirksamkeit der Behandlung zum Entfernen der leicht flüchtigen
Stoffe kann auf folgende Weise überprüft werden.
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Der
Gehalt an DMS (Dimethylsulfid) in der zu behandelnden Bierwürze wird
durch Gaschromatographie vor dem Beginn des Einlaufens in die Kolonne
analysiert. Nach dem Durchlauf durch die Kolonne wird die ausfließende Bierwürze auf
die gleiche Weise analysiert und der Gehalt an DMS mit demjenigen zu
Beginn verglichen.
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Die
Analyse der Probe zeigt, dass der Gehalt an DMS, der vor dem Durchlauf
durch die erfindungsgemäße Vorrichtung
gefunden wurde, bei 200 bis 300 μg/l
(ppb) liegt. Die Probe, welche die Kolonne verlässt, weist einen Gehalt an
DMS von 30 bis 45 ppb auf, was einer Eliminierung von ungefähr 85 Gew.-%
an leicht flüchtigen
Stoffen entspricht.
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Dieser
geringe Gehalt ermöglicht
somit, ein Endprodukt zu erhalten, in welchem der Gehalt an DMS
unterhalb dem Wert von 50 ppb liegt, der in der Brauindustrie als
zulässiger
Wert angesehen wird.
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Durch
Analyse des Gehaltes an DMS in den aufgefangenen Kondensaten wird überprüft, dass
die Menge an DMS, welche in der die Kolonne verlassenden Bierwürze fehlt,
derjenigen entspricht, die in den Kondensaten zu finden ist, was
somit zeigt, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung verantwortlich
für die
Eliminierung der leicht flüchtigen
Stoffe ist.
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Wenn
dieses Eliminierungsergebnis von DMS von ungefähr 85% in Abhängigkeit
von dem DMS-Anteil in der Bierwürze
beim Einfließen
in die Abtreibekolonne unzureichend erscheint, ist es einfach, vor
dem Durchlauf durch die Abtreibekolonne ein energisches Sieden der
Bierwürze
für einige
kurze Momente, beispielsweise 5 bis 10 Minuten, durchzuführen, um
den DMS-Anteil am Eingang der Kolonne abzusenken.
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Es
ist außerdem
möglich,
dieses Eliminierungsergebnis des DMS sehr deutlich, beispielsweise
bis auf wenigstens 90% oder 95%, zu erhöhen, indem die Höhe und der
Durchmesser der Abtreibekolonne erheblich erhöht werden.
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Es
versteht sich von selbst, dass die vorliegende Erfindung nicht auf
die soeben beschriebenen Ausführungsbeispiele
beschränkt
ist.