DE743984C

DE743984C - Method and device for ventilating water

Info

Publication number: DE743984C
Application number: DEST57861D
Authority: DE
Inventors: Eugen Stich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1938-09-16
Filing date: 1938-09-16
Publication date: 1944-01-06
Also published as: DE754029C

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Belüften von Gärflüssigkeiten Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Belüften von gären-. den Flüssigkeiten, welche beide z. B. bei dem Züchten von Hefe Anwendung finden können.Method and device for aerating fermentation liquids The invention relates to a method and an apparatus for aerating fermentation. the Liquids, both of which are e.g. B. can be used in the cultivation of yeast.

Für die Belüftung von gärenden Flüssigkeiten sind neben den Apparaturen zur Grobbelüftung auch solche bekannt, welche eine Feinstverteilung der Luft in der Maische bezwecken. Die letzteren führen den Gärbottichen Luft im unteren Teil des Bottichs in feinen Bläschen zu, welche in der Maische eine geringere Aufsteigegeschwindigkeit besitzen. Dadurch verwandelt sich bei einer bestimmten Bläschengröße die Maischenmenge in eine schaumartige Flüssigkeit, welche die Luftbläschen von unten nach oben durchwandern müssen. Das hat zur Folge, daß die Hefezellen der oberen Maischeschicht keinen oder zu wenig Sauerstoff für ihre Atmung erhalten, da der Sauerstoff der kleinen Bläschen von den Hefezellen der unteren und mittleren Maischeschichten bereits veratmet, d. h. verbraucht worden ist. Die Hefezellen der oberen Schichten werden in ihrem Wachstum dadurch gehindert und weiterhin auch durch die sich in den Oberschichten anreichernde Kohlensäuremnengen beschädigt. Außerdem gestalten sich die Nährstoffzufuhr und Temperaturregelung in solchen stehenden Schaumsäulen für die Hefezüchtung sehr ungünstig. Infolgedessen sind der Feinstbelüftung dieser Artganz bestimmte Grenzen gezogen, die das Ziel, nämlich eine große Berührungsoberfläche oder Berührungszeit der Atmungsluft mit den Hefezellen, nicht in vollem Maße zulassen. Man kennt ferner Einrichtungen zur Hefegewinnun g, bei denen durch am Bottichboden zugeführte aufsteigende Luftbläschen eine aufwärts gerichtete Strömung erzeugt -wird. Ab- gesehen davon, daß bei diesen Einrichtungen eine erhebliche, durch Luftkompressoren zri leistende Kompressionsarbeit erforderlich ist, legen die Luftbläschen nur einen einfachen Weg zurück, der gleich dem Abstand der Luftzuführungsdüsen vom Flüssigkeitsspiegel ist.For the aeration of fermenting liquids, in addition to the apparatus for coarse aeration, those are also known which aim to distribute the air in the mash very finely. The latter supply the fermentation vats with air in the lower part of the vat in fine bubbles, which have a slower rising speed in the mash. As a result, with a certain bubble size, the amount of mash is transformed into a foam-like liquid which the air bubbles have to wander through from bottom to top. As a result, the yeast cells of the upper mash layer receive no or too little oxygen for their respiration, since the oxygen in the small vesicles has already been breathed in, ie used up, by the yeast cells in the lower and middle mash layers. The yeast cells of the upper layers are hindered in their growth and continue to be damaged by the amounts of carbonic acid accumulating in the upper layers. In addition, the supply of nutrients and temperature control in such standing foam columns are very unfavorable for yeast cultivation. As a result, very specific limits are drawn to the fine ventilation of this type, which do not allow the goal, namely a large contact surface or contact time of the respiratory air with the yeast cells, to the full extent. Devices for yeast extraction are also known in which an upward flow is generated by ascending air bubbles supplied at the bottom of the vat. Apart from the fact that these devices require a considerable amount of compression work performed by air compressors, the air bubbles only cover a simple path which is equal to the distance between the air supply nozzles and the liquid level.

Man kennt endlich auf dem Gebiet der chemischen Apparatur Vorrichtungen, um Gase mit Flüssigkeiten zu mischen bzw. das Absorbieren von Gasen in Flüssigkeiten zu beschleunigen. Bei diesen wird in der im Bottich befindlichen Flüssigkeit durch eine Turbine eine Strömung erzeugt und an einer Stelle, etwa in der -Mitte zwischen Flüssigkeitsspiegel und Boden, wo die Strömung abwärts gerichtet ist, das Gas zugeführt. Wollte man diese Einrichtung zum Belüften von gärenden Flüssigkeiten, insbesondere zum Züchten von Hefe, verwenden, so würde für diesen Zweck die eine ungenügende sein. Der größte Teil der über der vorgesehenen Turbine zugeführten Luft würde sofort in Bläschen an den Flüssigkeitsspiegel steigen. Ein kleiner Teil mag wohl von der Turbine angesaugt werden, wird jedoch nicht mit dein Flüssigkeitsstrom bis zum Boden eines üblichen, vier oder mehr Meter hohen Bottichs geführt werden können. Dazu bedürfte es eines Flüssigkeitsdruckes von über vier Metern Wassersäule, der sich mit der bekannten Einrichtung nicht erreichen läßt. Da die Luft etwa in der Mitte des Behälters eingeführt wird, haben ferner die Bläschen nur einen kurzen Weg, und es ist für die Luftzuführung eine nicht unerhebliche Kompressionsarbeit erforderlich.Finally, in the field of chemical apparatus, devices are known to mix gases with liquids or to absorb gases in liquids to accelerate. With these, the liquid in the vat will flow through a turbine creates a flow and at one point, roughly in the middle between The gas is fed to the liquid level and bottom, where the flow is directed downwards. If you wanted this device to aerate fermenting liquids, in particular for growing yeast, the one would be insufficient for this purpose be. Most of the air supplied via the intended turbine would be instantaneous rise in vesicles to the fluid level. A small part might like from the Turbine will be sucked in, but will not bring your liquid flow down to the bottom a conventional, four or more meter high tub can be performed. In addition it would require a liquid pressure of over four meters of water column can not be achieved with the known device. Because the air is roughly in the middle of the container is introduced, the vesicles also have only a short path, and a not inconsiderable amount of compression work is required for the air supply.

Die Erfindung beruht nun auf der Erkenntnis, daß es wichtig ist, die zugeführten Luftbläschen einen möglichst weiten Weg gemeinsam mit der zu vergärenden Flüssigkeit, insbesondere mit den darin befindlichen sauerstoffverbrauchenden Hefezellen, zu führen. Demzufolge besteht die Erfindung darin, daß das Gärgrit mittels einer Turbine o. d-1. im oberen Teil des Gärbottichs aiiges.aug t, unter Zufuhr von Luft durch ein weites Rohr u. dgl. im Bottich abwärts gedriickt und am unterer. Ende des Rcrlires durch eine zweite Turbine o. dgl. angesaugt und außerhalb des Rohres wieder aufwärts geführt wird. Zur weiteren Vergrößerung des Weges der Luftbliischen kann man der Flüssigkeit eine Irreisende Bewegung erteilen. Zur Durchführung des Verfahrens ist der Flüssigkeitsbehälter durch bis nahe an den Behälterboden reichende Scheidewände oder durch ein unten und oben offenes Rohr in Kammern geteilt. In der Nälie des Flüssigkeitsspiegels sowie in der Nähe des Bodens der Kammern bzw. im Rohr an dessen oberem und unterem Ende befinden sich Turbinen und ähnliche Mittel, «-elche die Strömung vom Flüssigkeitsspiegel bis zum Boden erzeugen. Insbesondere erzeugt die untere Turbine in dem entsprechenden Raum einen Unterdruck. Die erforderliche Luft kann entweder durch öfinungen im zentralen Rohr oder durch die hohle Turbinenwelle zugeführt oder von, der oberen Turbine angesaugt und in das Gärgut hereingepreßt werden. Bildet man das zentrale Rohr konisch aus, so daß der Durchmesser nach unten sich verringert, erreicht man eine Kompression des Luft-Maische-Gemisches.The invention is now based on the knowledge that it is important that supplied air bubbles as long as possible together with the fermentation Liquid, especially with the oxygen-consuming yeast cells in it, respectively. Accordingly, the invention consists in that the fermentation grit by means of a Turbine or d-1. in the upper part of the fermentation vat aiiges.augt, with the supply of air pushed downwards through a wide pipe and the like in the vat and on the lower one. end des Rcrlires sucked in by a second turbine or the like and outside the pipe is led up again. To further enlarge the path of the air bubbles one can give the liquid a wandering motion. To carry out the Method is the liquid container by reaching up to the bottom of the container Partitions or divided into chambers by a tube that is open at the bottom and top. In the Near the liquid level and near the bottom of the chambers or in the At the top and bottom of the pipe there are turbines and similar means, «-Which generate the current from the liquid level to the bottom. In particular the lower turbine generates a negative pressure in the corresponding space. The required Air can flow either through openings in the central tube or through the hollow turbine shaft fed or sucked in by the upper turbine and pressed into the fermentation material will. If you make the central tube conical, so that the diameter is down decreases, a compression of the air-mash mixture is achieved.

Das neue Verfahren und die zu dessen Ausführung bestimmte Vorrichtung bieten eine Reihe von Vorteilen gegenüber den bisher bekannten Verfahren.The new method and the device designed to carry it out offer a number of advantages over the previously known methods.

i. Jedes Frischluftbläschen wird einen sehr langen Weg, nämlich fast die zss-eifache Höhe des Flüssigkeitsspiegels, in Berührung mit den Hefezellen geführt, so daß der Sauerstoff eines jeden Bläschens weitgehend ausgenutzt werden kann.i. Each fresh air bubble will come a very long way, namely almost the zss-times the height of the liquid level, brought into contact with the yeast cells, so that the oxygen in each bubble can be used to a large extent.

2. Die Luft kann der Maische. wenn sie nicht bereits durch die Turbine bzw. den durch die Strömung entstehenden Unterdruck angesaugt wird, in der Nähe des Flüssigkeitsspiegels drucklos oder mittels eines leichten Niederdruckgebläses zugeführt werden. Teure Luftkompressoren «°erden erspart. Die weitere Kompression im zentralen Rohr erfolgt also unter Arbeitsersparung isathermisch, insbesondere bei konischem Innenrohr. Die Ersparnis entspricht wenigstens dem Unterschied zwischen rein adiabatischer und isotliermischer Verdichtungsarbeit.2. The air can mash. if not already through the turbine or the negative pressure created by the flow is sucked in nearby of the liquid level without pressure or by means of a light low-pressure fan are fed. Expensive air compressors are saved. The further compression in the central pipe is therefore carried out isathermally, in particular, saving labor with conical inner tube. The savings are at least equal to the difference between purely adiabatic and isometric compression work.

3. Durch die Strömung wird die Flüssigkeit vom Druck mehr oder weniger entlastet. Infolgedessen wird die Kohlensäure aus der Flüssigkeit sehr schnell entfernt. Durch die Wahl der Geschwindigkeit der strömenden :Maische und durch die Größe der Luftaustrittsöffnun-gen kann man die Größe der Luftbläschen beliebig verändern. Die. Belüftung kann durch verhältnismäßig größere Luftblasen erfolgen, und zwar einmal deshalb, weil diese durch die Strömungsvorgänge, insbesondere durch den Unterdruck, schlierenförmig deformiert werden und dadurch eine wesentlich größere Berührungsoberfläche erhalten, zum andern auch deshalb, weil ein größerer Web für ihre Ausnutzung zur Verfügung steht, und endlich, weil sie infolge ihrer größeren Relativgeschwindigkeit zur Flüssigkeit und zu den darin befindlichen Hefezellen mit viel mehr Hefezellen pro Zeiteinheit in Berührung kommen. ¢. Der entstehende Schaum wird mit dem Gärgut in das Rohr eingesaugt und- durch die Turbine zerstört, so daß sich der sonst sehr lästige und große Verbrauch von Gärfett erübrig t.3. Due to the flow, the pressure increases or decreases the liquid relieved. As a result, the carbonic acid is removed from the liquid very quickly. By choosing the speed of the flowing: mash and by the size of the Air outlet openings you can change the size of the air bubbles as desired. The. Ventilation can be done through relatively larger air bubbles, namely on the one hand because this is caused by the flow processes, in particular by the negative pressure, be deformed streak-shaped and thus a much larger contact surface received, on the other hand, because a larger web for their exploitation for Is available, and finite, because it is due to its greater relative speed to the liquid and to the yeast cells in it with many more yeast cells come into contact per unit of time. ¢. The resulting foam will sucked into the pipe with the fermentation material and destroyed by the turbine, so that the otherwise very annoying and large consumption of fermentation fat is unnecessary.

5. Bei den .bisher üblichen- Belüftungsgarnituren der Grob- und Feinstbelüftungs.-systeme sind eine große Anzahl von Belüftungskörpern erforderlich, die steter üb:erwachung und Reinigung bedürfen. Durch die Erfindung werden sie gespart. Das hat nicht nur eine Verbilligung, sondern auch eine Vereinfachung der Bedienung und Reinigung der Belüftungsapparatur zur Folge.5. With the previously common ventilation sets of the coarse and fine ventilation systems a large number of aerators are required, which are constantly monitored and require cleaning. The invention saves them. That not only has a cheaper, but also a simplification of the operation and cleaning of the Ventilation apparatus result.

Die für die Ausübung des Verfahrens anzuwendende 4pparative Einrichtung ist in der beiliegenden Zeichnung in einem Ausführungsbeispiel dargestellt.The preparative facility to be used for carrying out the procedure is shown in the accompanying drawing in an exemplary embodiment.

In dem Bottich a befindet sich das zentrale Rohr b, das vom Flüssigkeitsspiegel bis nahe zum Boden reicht. Am oberen wie auch am unteren Ende des Rohres b befinden sich die Mittel c und d zum Fortbewegen. der Flüssigkeit, und zwar im Ausführuin@,gsbeispiel Schraubenflächen (Turbinen. Diese können durch eine gemeinsame Welleg angetrieben werden. In der Nähe der Turbine c sind Öffnungen e in dem zentralen Rohr, durch welche mittels der Leitung/ Luft zugeführt wird. Sowohl auf der Innenfläche des B.o.ttichm:antels wie auch auf Außen- und Innenfläche des zentralen Rohres können schraubenförmige Leitflächen h sein, welche der strömenden Flüssigkeit eine rotierende spiralige Bewegung erteilen. Ein Kühlmantel i gestattet eine wirksame Kühlung des Gärgutes.In the tub a is the central tube b, that of the liquid level reaches close to the ground. Located at the top as well as at the bottom of the tube b means c and d for moving. of the liquid, specifically in the example Helical surfaces (turbines. These can be driven by a common shaft will. In the vicinity of the turbine c there are openings e in the central pipe, through which is supplied by means of the line / air. Both on the inner surface of the B.o.ttichm: antels as well as on the outer and inner surface of the central tube be helical baffles h, which of the flowing liquid is a rotating give spiral motion. A cooling jacket i allows effective cooling of the Digestate.

Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist etwa folgende: Durch die Turbine c wird die Maische, welche den Gärbottich anfüllt, in das Rohr b eingesaugt und durch eine zweite Turbine d aus dem Rohr :abgesaugt und in den Bottich a wieder nach oben gedrückt. Die Turbine d erzeugt dabei im Innern des Rohres b einen Unterdruck, so äaß die Luft, die in das Rohr durch die Öffnung e eingeführt wird, drucklos in die Flüssigkeit eintritt oder sogar durch die Flüssigkeitsströmung angesaugt wird. Im Rohr b entsteht dann ein Maische-Luft-Gemisch, welches durch die Turbine d in den Gärbottich eingeführt wird. Dabei kann der Weg der einzelnen Bläschen durch spiralige Führung beliebig vergrößert werden.The mode of operation of the device is roughly as follows: Through the turbine c the mash, which fills the fermentation vat, is sucked into the pipe b and through a second turbine d out of the pipe: sucked off and returned to the vat a pushed up. The turbine d creates a negative pressure inside the pipe b, so the air that is introduced into the tube through the opening e ate without pressure the liquid enters or is even sucked in by the liquid flow. A mash-air mixture then arises in pipe b, which is passed through the turbine d in the fermentation tub is introduced. The path of the individual bubbles can thereby through spiral guide can be enlarged as required.

Die Strömungsgeschwindigkeit im Rohr b ist größer als die Aufsteigegeschwindigkeit der Luftbläschen; der Rohrdurchmesser richtet sich nach der Umpumpungszahl des Gärbottichinha.ltes. Sollen die Hefezellen: z. B. 120mal in der Stunde die Luftzuführungs stelle e passieren, so wird der Gärb:ottichinhalt in der Minute zweimal durch' das Rohr b geschickt. Ist dann die Bläschengröße z. B. i mm und damit die Aufsteigegeschwindigkeit 12-CM pro Sekunde, so muß die Strömungsgeschwindigkeit nicht nur größer sein wie i2cm pro Sekunde, sondern je nach der Höhe des Gärbottichs so gewählt werden, daß die energetische Leistung der Strömung die Kompression.sarheit deckt.The flow velocity in tube b is greater than the ascending velocity the air vesicles; the pipe diameter depends on the number of pumping over of the fermentation tank. Should the yeast cells: B. pass the air supply point e 120 times an hour, the fermentation vat contents are sent through the tube b twice a minute. Then is the bubble size z. B. i mm and thus the ascent rate 12-CM per second, the flow velocity does not only have to be greater than i2cm per second, but depending on the height of the fermentation tub, so that the energetic power of the flow that covers compression.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Method of aerating: fermentation liquids, whereby air is pushed from top to bottom through the liquid, characterized in that, .that the fermentation material is sucked in by means of a turbine or the like in the upper part of the fermentation vat, with the supply of air through a wide pipe or the like. Pressed downwards in the vat and sucked in at the lower end of the pipe by a second turbine or the like and outside of the pipe is guided upwards again.

2. The method according to claim i, characterized in that that the air flows through the turbine (c), which is flexible at the upper end of the inner tube (b) is sucked into this and distributed in the mash, in addition to the flowing Mash z. B. at e additional air can be supplied.

3. Procedure according to the Claims i and 2, characterized in that the flow through the inner tube Liquid is given an additional turn. q.

Method according to the claims i to 3, characterized in that the liquid in the annular space between Inner tube (b) and container wall (ac) are given a circular motion.

5. Device for carrying out the method according to claims i to q., characterized in that d @ ate the liquid container through one or more to close to the container bottom Reaching partitions is divided into chambers or located inside the container a tube (b) open at the bottom and at the top is located and that on the one hand in one or more the chambers near the liquid level as well as near the bottom and on the other hand inside the pipe at the lower and upper end of the turbine (c and d) or similar means, such as. B. helical surfaces are arranged.

6th embodiment according to claim 5, characterized in that the upper turbine is designed so that it sucks air into the inner tube (b) and that the cross-section of the inner tube is decreased downwards.

7. Embodiment according to claims 5 and 6, characterized in that the turbine shaft (ä) is hollow and provided with openings for additional air supply. B. Embodiment according to claims 5, 6 and 7, characterized by the arrangement of screw surfaces (h) on the outside of the tube and / or on the inside of the container and a cooling jacket (i) around the inner tube. To distinguish the subject of the application from the state of the art, the following publication was considered in the granting procedure: USA patent specification ....... No. 1 935 19o.