DE846395C

DE846395C - Process for the vibration treatment of liquid substances

Info

Publication number: DE846395C
Application number: DEP43315D
Authority: DE
Inventors: Hellmut Dipl-Ing Bayha
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1949-05-20
Filing date: 1949-05-20
Publication date: 1952-08-11

Description

Verfahren zur Schwingungsbehandlung von flüssigen Stoffen 1?s sind vielerlei Verfahren bekannt, um durch eine Behandlung voti UBissigkeiten mit elektromagnetischen oder mechanischen Schwingungen besondere Wirkungen zu erzielen. Mit kurzwelligen elektromagnetischen Schwingungen, insltesondere Ultraviolettstralilen (L V), werdest Flü,sigkeiten z. B. entkeimt. oder es wird der @'itamin-I)-@ehalt bestimmter Flüssigkeiten vergKißert, oder es wird eine bleichende Wirkung erzielt tisw. llit hochfrequenten mechanischen Schwingungen, insbesondere Ultraschallschwingungen (US), hat matt finit Erfolg Emulsionen verschiedener Flüssigkeiten hergestellt, Flüssigkeiten entgast, kleine Lebewesen. die in der Flüssigkeit enthalten waren, insbesondere Mikroben, getötet usw. 1's 1,t auch bereits vorgeschlagen worden, alkoholhaltige (;etränke mit Ultraschall zu behandeln und dadurch (letz _\ltertlngsvorgan(" zii beschleunigen. Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Schwitigungsl)ehan(llung von Flüssigkeiten, das u. a. auch zur Alterung alkoholischer Getränke verwendet werden kann und das gegenüber den bisherigen Verfahren eine erhebliche Verbesserung bringt. Wie Versuche gezeigt haben, gestattet das neue Verfahren, aus einem noch unreifen, herben, in dieser Form unverkäuflichen Getränk in einer nur wenige Minuten dauernden Behandlung ein hochwertiges, mildes Getränk zu machen, wie es bisher nur durch eine jahre- bzw. jahrzehntelange Lagerung möglich war.Processes for the vibration treatment of liquid substances are known in many ways in order to achieve special effects by treating the bites with electromagnetic or mechanical vibrations. With short-wave electromagnetic vibrations, especially ultraviolet stralils (LV), liquids such. B. sterilized. or the content of certain liquids is forgotten, or a bleaching effect is achieved, etc. With high-frequency mechanical vibrations, especially ultrasonic vibrations (US), matt finit has successfully produced emulsions of various liquids, degassed liquids, small living beings. which were contained in the liquid, in particular microbes, killed, etc. 1's 1, t has also already been proposed to treat alcoholic beverages with ultrasound and thereby accelerate (last _ \ ltertlngsvorgan ("zii ) ehandling of liquids, which can also be used to age alcoholic beverages and which brings a considerable improvement over the previous processes. As tests have shown, the new process allows a still unripe, tart beverage that is not for sale in this form To make a high-quality, mild drink in a treatment that only lasts a few minutes, as was previously only possible through years or decades of storage.

Das neue Verfahren besteht darin, daß erfindungsgemäß die zu behandelnde Flüssigkeit einer UV-Behandlung und einer US-Behandlung ausgesetzt wird. Zunächst wird das Getränk mit Ultraviolettstrahlen bestrahlt. Die Art und die Dauer der Bestrahlung ist im allgemeinen für das Endergebnis sehr wesentlich. Die Wirkung der UV- Bestrahlung beruht in erster Linie auf ihrem Oxydationseinfluß, der teilweise auf die Bildung von Ozon zurückzuführen ist. Die Versuche halsen gezeigt, daß es von entscheidender Wichtigkeit ist, ob bei dieser Bestrahlung das Getränk mit Luft in Berührung kommt oder nicht. So wird z. B. bei der Behandlung mit einer Bestrahlungseinrichtung, bei der die Flüssigkeit in Form eines dünnen Films den UV-Strahlen ausgesetzt wird (Fig. i), wobei der Film mit Luft in Berührung steht, eine völlig anders geartete Wirkung erzielt als hei der Behandlung mit einer Einrichtung, hei der die Flüssigkeit in einem geschlossenem Quarzrohrsystem (Fig.2 und 3) ohne Zutritt von Luft bestrahlt wird.The new method is that according to the invention to be treated Liquid is exposed to UV treatment and US treatment. First the drink is irradiated with ultraviolet rays. The type and duration of exposure is generally very essential to the end result. The effect of the UV Irradiation is primarily due to its oxidative influence, which is partly due to its formation due to ozone. The experiments have shown that it is crucial It is important whether the drink comes into contact with air during this irradiation or not. So z. B. during treatment with an irradiation facility, in which the liquid is exposed to UV rays in the form of a thin film (Fig. I), where the film is in contact with air, a completely different type Effect achieved as a treatment with a device called the liquid irradiated in a closed quartz tube system (Fig. 2 and 3) without the admission of air will.

Bei <lern Gerät nach Fig. i ist in einem Metallzylinder i axial zu diesem die Strahlungsquelle 2 angebracht. Die zu behandelnde Flüssigkeit strömt durch eine Rohrleitung 3 in eine am oberen Ende des "Zylinders i angeordnete Verteilungsrinne 4 und rieselt aus dieser Rinne 4 in dünnem Film an der Innenseite des Zylinders i herunter. Unten wird die bestrahlte Flüssigkeit durch eine Sammelrinne 5 aufgefangen und in eine Rohrleitung 6 abgeleitet. Die Flüssigkeit steht demnach beim Herahrieseln über den Zylinder i mit großer Fläche mit Luft in Berührung und wird hierbei durch den UV-Strahler 2 bestrahlt.With <learning device according to FIG. I, i is axial in a metal cylinder the radiation source 2 is attached to this. The liquid to be treated flows through a pipe 3 into a distribution channel arranged at the upper end of the "cylinder i" 4 and trickles out of this channel 4 in a thin film on the inside of the cylinder i down. The irradiated liquid is collected at the bottom by a collecting channel 5 and diverted into a pipe 6. The liquid is standing when it trickles down over the cylinder i with a large area in contact with air and is thereby through the UV radiator 2 is irradiated.

Fig. 2 und 3 zeigen derngegenüher eine Anordnung, bei der die Flüssigkeit nicht mit Luft in Berührung kommt. Fig.2 zeigt die Anordnung ün Längsschnitt, Fig 3 in der Seitenansicht. Bei dieser Ausführung ist 7 ein in Schraubenwendelform gebogenes Quarzrohr, (las konzentrisch einen 17\'-Strahler 8 umschließt. Während des Durchflusses der Flüssigkeit durch das Quarzrohr wird sie durch den UV-Strahler 8 bestrahlt.2 and 3, on the other hand, show an arrangement in which the liquid does not come into contact with air. Fig. 2 shows the arrangement ün longitudinal section, Fig 3 in side view. In this embodiment, 7 is curved in a helical shape Quartz tube, (read concentrically enclosing a 17 \ 'radiator 8. During the flow The liquid through the quartz tube is irradiated by the UV radiator 8.

Auch die Zeitdauer der Bestrahlung ist für die Wirkung von Bedeutung, ebenso die Wellenlänge der Strahlen. Man kann sich durch richtige Wahl der Bedingungen weitgehend den jeweiligen Erfordernissen des Ausgangsproduktes und des Endproduktes anpassen.The duration of the irradiation is also important for the effect, likewise the wavelength of the rays. One can get through right choice of conditions largely the respective requirements of the starting product and the end product adjust.

Auch bei der US-Behandlung können durch verschiedene Behandlungszeiten, durch verschiedene Wahl der Intensität, der Wellenlänge, der Temperatur usw. der Beschallung große Unterschiede in dem Endprodukt erreicht werden. Einen überraschenden Einfluß auf das Ergebnis hat der Umstand, ob die Flüssigkeit während der Beschallung gekühlt wird oder nicht. Die Beschallung kann z. B. mit Hilfe eines piezoelektrischen US-Gerätes durchgeführt werden, wie das Fig. .4 für ein Ausführungsbeispiel in Gestalt eines Versuchsgerätes zeigt. In Fig. 4 liegt in einem Behälter io ein Scliwiiigquarz 9 in einem Ölbad 12. Der Schwingquarz wird in üblicher Weise durch einen HF-Generator i i erregt. Die zu beschallende Flüssigkeit 14 befindet sich in einem Becherglas 13, das in (las 01 12 eintaucht. Die US-Energie dringt von unten durch den Boden des Becherglases in die Flüssigkeit ein. Hierbei erwärmt sich zugleich durch Absorption von US-Energie die zu beschallende alkoholische Flüssigkeit erheblich. . Es kann sich, wie schon gesagt, empfehlen, die Flüssigkeit während der Beschallung intensiv zu kühlen. Fig. 5 zeigt ein Beispiel einer solchen Anordnung, die ebenfalls mehr als Versuchsausführung gedacht ist. Wiederum befindet sich in einem Behälter 16 ein Schwingquarz 1.5 in einem Ölbad 17. Als Beschallungsgefäß ist in diesem Fall ein doppelwandiges, zylindrisches Metallgefäß i8 verwendet, mit einem memhranartigen Boden i9. In dem Beschallungsgefäß 1 8 befindet sich die zu beschallende Flüssigkeit 20 und wird dort durch Kühlwasser, das durch die Rohrleitung 21 in den Kühlmantel eintritt und diesen durch die Rohrleitung 22 verläßt, intensiv gekühlt.With the US treatment, too, great differences can be achieved in the end product by different treatment times, by different choices of intensity, wavelength, temperature etc. of the sonication. The fact whether the liquid is cooled during the sonication or not has a surprising influence on the result. The sound can e.g. B. be carried out with the help of a piezoelectric US device, as Fig. 4 shows for an embodiment in the form of an experimental device. In FIG. 4 there is a vibrating quartz 9 in an oil bath 12 in a container. The quartz is excited in the usual way by an HF generator. The liquid 14 to be sonicated is located in a beaker 13 which is immersed in (read 01 12. The US energy penetrates the liquid from below through the bottom of the beaker alcoholic liquid considerably ... As already mentioned, it can be advisable to cool the liquid intensively during the sonication Quartz oscillator 1.5 in an oil bath 17. In this case, a double-walled, cylindrical metal vessel i8 is used as the sonication vessel, with a memhran-like bottom i9 enters the cooling jacket and leaves it through the pipe 22, intensively cooled.

Es hat sich gezeigt, daß mit beiden Anordnungen (Fig.4 bzw. Fig.5) eine erhebliche Geschmacksbeeinflussung erzielt wird, jedoch gibt jede der beiden Beschallungsweisen dern Endprodukt einen verschiedenen Charakter.It has been shown that with both arrangements (Fig. 4 and Fig. 5) a significant influence on the taste is achieved, however, either of the two exist Sound modes give the end product a different character.

Das neue Behandlungsverfahren kann mit Vorteil, insbesondere für Aquavit und Weinbrand.. z. B. in folgender Weise ausgeführt werden: i. Stufe: UV-Behandlung, und zwar Bestrahlung im Durchfluß durch ein Quarzrolirsvstem nach Fig. 2 und 3. Bestrahlungsdauer etwa 6o Sekunden. Strahlungsquelle: Hg-Niederdruckstrahler mit der dominierenden Wellenlänge 253,7 m«. Daran als 2. Stufe anschließend eine NS-Behandlung im wassergekühlten Gefäß nach Fig.4 mit einer Frequenz von 30o kHz, einer Beschallungsdauer von 6 Minuten und einer Intensität, die kräftige Kavitation erzeugt. Abwandlungen sind je nach der Zusammensetzung und Eigenart des Ausgangsstoffes und nach dem gewünschten Endcharakter des Getränkes vorzunehmen und durch Versuche leicht zu ermitteln.The new treatment method can be beneficial, especially for aquavit and brandy .. z. B. be carried out in the following manner: i. Stage: UV treatment, namely irradiation in the flow through a quartz roller system according to FIGS. 2 and 3. Irradiation time about 60 seconds. Radiation source: Hg low pressure radiator with the dominant wavelength 253.7 m «. This is followed by NS treatment as the second stage in the water-cooled vessel according to Figure 4 with a frequency of 30o kHz, a sonication duration of 6 minutes and an intensity that creates powerful cavitation. Modifications are depending on the composition and nature of the starting material and on the desired To make the final character of the drink and to determine easily through experiments.

Für die technische Durchführung der kombinierten Behandlung im Großbetrieb wird man vorzugsweise Durchlaufverfahren -,wählen. Für die UV-Behandlung kann man beispielsweise Konstruktionen verwenden, wie sie für die Behandlung (Entkeimung, Vitaminisierung) von Wasser, Milch, Fruchtsäften usw. bekannt sind und wie sie in Ausführungsbeispielen in Fig. i, 2 und 3 angedeutet, sind. Für die Beschallung wird man _,\pparate verwenden, wie sie für die Emulgierung, Dispergierung, Entgasung usw. von Flüssigkeiten durch Ultraschall verwendet werden.For the technical implementation of the combined treatment in large-scale operations one will preferably choose a continuous process -. For UV treatment you can For example, use constructions such as those used for treatment (disinfection, Vitaminization) of water, milk, fruit juices etc. are known and how they are in Embodiments in Fig. I, 2 and 3 indicated are. For the sound reinforcement one _, \ pparate use as they are for emulsification, dispersion, degassing etc. of liquids can be used by ultrasound.

Ein Ausführungsbeispiel einer Gesamtapparatur zeigt Fig.6. Die zu behandelnde Flüssigkeit gelangt von einem Sammelbehälter 23 durch eine Pumpe 24 zunächst in die Bestrahlungsquarzwendel 25, die durch einen UV-reflektierenden Mantel 27 umschlossen ist und von innen durch UV-Strahler 26 bestrahlt wird. Sodann tritt die Flüssigkeit unten in ein doppelwandiges Besc.hallungsgefäß 28 ein und verläßt dieses durch das Abflußrcohr 36. Während des Durchgangs durch dieses Beschallungsgefäß wird die Flüssigkeit durch einen Piezoquarz 29 beschallt, der in einer unten angeflanschten Ölkammer 30, die mit 01 31 gefüllt ist, liegt und die US-Energie nach oben unmittelbar ohne Zwischenschaltung einer ZSlscliicht in die zu beschallende Flüssigkeit abgibt. Der 1)iezocluarz 29 bildet also zugleich den Boden des Gefäßes 28. Die elektrische HF-Leistung wird durch den Generator 33 erzeugt, dessen einer Pol mit der geerdeten Metallkonstruktion verbunden ist und dessen anderer Pol durch den Durchführungsisolator 32 zum unteren Belag des Schwing-(lttarZes 29 geführt wird. Falls eine Kühlung Anwendung findet, tritt das benötigte Kühlwasser bei 34 ill den Kühlmantel ein und verläßt diesen bei 35.An exemplary embodiment of an overall apparatus is shown in FIG. 6. The liquid to be treated passes from a collecting container 23 through a pump 24 first into the irradiation quartz coil 25, which is enclosed by a UV-reflecting jacket 27 and is irradiated from the inside by UV radiators 26. The liquid then enters a double-walled soundproofing vessel 28 at the bottom and leaves it through the drain pipe 36. During the passage through this soundproofing vessel, the liquid is sonicated by a piezo quartz 29 which is located in an oil chamber 30 which is flanged at the bottom and which is filled with 01 31 , and emits the US energy upwards directly into the liquid to be sonicated without the interposition of a ZScliicht. The 1) iezocluarz 29 thus also forms the bottom of the vessel 28. The electrical HF power is generated by the generator 33, one pole of which is connected to the earthed metal structure and the other pole of which is connected through the bushing insulator 32 to the lower coating of the vibration ( Inlet 29. If cooling is used, the required cooling water enters the cooling jacket at 34 and leaves it at 35.

Es ist auch niüglicli, die UV- und US-Behandlung in einem gemeinsamen Apparat durchzuführen. Ein !@usführungsheisp e1 hierfür zeigt Fig. 7, in (lein weitgehend sinngemäß dieselben Bezugszahlen benutzt sind wie in Fig.6. Die UV-Behandlung und die Behandlung finit Ultraschall findet in ein und demselben zylindrischen Gefäß 28 statt, das ebenfalls Doppelwandung besitzt und an das unten in derselben \Veise wie in Fig. 6 der Schallgeber 29 angeflanscht ist. In diesem Behandlungsrohr befindet sich (-in (<)der mehrere) UV-Strahler 37, der über einen Wandler 38 gespeist wird; und zwar liegt die untere Klemme 39 am geerdeten Metallgefäß, w:ihren<l die obere Klemme 4o Spannung führt. Die zti beschallende Flüssigkeit tritt in diesem l@ all von oben durch die "Zuleitung .41t in das Behandlungsgefäß ein und verläßt dieses durch den Auslauf 42, nachdem sie zunächst im oberen Teil vorwiegend durch LIV-Fnergie und im unteren Teil, der der Ausführung nach Fig.6 entspricht, vorwiegend durch US-Energie behandelt wird.It is also necessary to carry out the UV and US treatment in one device. An execution example for this is shown in FIG. 7, in which the same reference numbers are largely used as in FIG to which the sound generator 29 is flanged at the bottom in the same way as in Fig. 6. In this treatment tube there is (-in (<) the several) UV radiators 37, which are fed via a transducer 38; the lower one is located terminal 39 to the grounded metal vessel, w: its <l the upper clamp 4o voltage leads the zti acoustically irradiated liquid enters this l @ all from above by the "supply .41t in the treatment vessel and leaves this through the outlet 42 after it. initially in the upper part mainly by LIV energy and in the lower part, which corresponds to the embodiment according to Fig. 6, is mainly treated by US energy.

Selbstverständlich können zur Erzeugung der LTS-1, ttergie außer den piezoelektrischen Verfahren auch andere Verfahren verwendet werden, wie <las magnetostriktive Verfahren, die LTS-Fliissigkeitspfeife usw.Of course, to generate the LTS-1, ttergie besides the piezoelectric method, other methods can also be used, such as <las magnetostrictive processes, the LTS liquid whistle, etc.

Es ist ferner möglich, (las am Beispiel der Behandlung alkoholischer Getritike geschilderte Verfahren für andere ähnliche Prozesse anzuwenden, wie z. B. zur Vernichtung von Mikroben, zur Erzeugung voti Wirkstoffen in organischen Flüssigkeiten, zum Bleichen von Flüssigkeiten tisw. Bei der Behandlung von Fruchtsäften und Fruchtsaftauf1ösungen beispielsweise kann einerseits durch die entkeimende und vitaminisierende Wirkung der UV-Strahlung eine l?rhöliung der Haltbarkeit und der Güte erzielt werden und durch die US-Behandlung eine Abrundung und somit Verbesserung des Geschmackes der Flüssigkeit. Letzteres gilt für die Behandlung von Fruchtsaftauflösungen, also) für das Wiederverdiintien von eingeengten Fruchtsäften auf ihren ursprünglichen Wassergehalt, ist besonderem Maße. Bei der Behandlung flüssiger Duftstoffe kann durch die UV-Bestrahlung ein Bleichen einzelner, insbesondere öliger Bestandteile erzielt werden, die sonst leicht eine unerwünschte Trübung der Flüssigkeit ergehen, und durch die LIS-Bellan(llung wird eine auf andere Weise kaum erreichbare Veinstzerteilung und Feinstverinischung der Bestandteile, insbesondere C)le, herbeigeführt. Soweit es sich um die Behandlung alkolioliscliei- Getränke handelt, kommt das Verfahren vor allein für solche Betriebe in Betracht, die derartige Ge- tränke erzeugen, veredeln, lagern und vertreibt#n. Es ist ohne weiteres zu erkennen, \yelclie \virtschaft- lichen Vorteile es ergibt, wenn nian nach der l,.r- tindung in einer nur wenige -\'lintiten (lauerndetl Behandlung einett Effekt erzielt, der bisher erst in Jahren oder fahrzehnten erreicht werden konnte. Darüber hinaus kann hei Anwendung des neuen Verfahrens durch die jeweilige Lenkung des Pro- zesses der Geschmackscharakter des Getränkes stach Wunsch beeinflußt werden, und es kiitinen @etr:inkc mit einem Geschmackscharakter erzeugt wer@leit. der 1» slier sticht erreicht werden k(» täte. It is also possible to use the methods described using the example of the treatment of alcoholic drinks for other similar processes, such as the destruction of microbes, the production of active ingredients in organic liquids, the bleaching of liquids, etc. in the treatment of fruit juices and fruit juice solutions, on the one hand, the sterilizing and vitaminizing effect of UV radiation can cause the shelf life and quality to be darkened, and the US treatment rounds off and thus improves the taste of the liquid. The latter applies to the treatment of fruit juice dissolutions, So) for the re-digestion of concentrated fruit juices to their original water content is a special measure. When treating liquid fragrances, UV irradiation can bleach individual, especially oily components, which otherwise easily result in an undesirable clouding of the liquid, and LIS-Bellan (treatment results in a subdivision and fine mixing of the Components, in particular C) le, brought about. As far as the treatment of alcoholic Is drinks, the procedure occurs alone for those companies that have such Produce, refine, store and sell potions # n. It is easy to see that \ yelclie \ economically There are some advantages if nian after the l, .r- found in only a few - \ 'lintiten (lauerndetl Treatment achieves an effect that was previously only possible in Years or ten years. It can also be used to apply the new Procedure by the respective steering of the pro- process the taste character of the drink stood out Desire to be influenced, and it kiitinen @etr: inkc with a flavor character, wer @ leit. the 1 »slier tricks can be achieved (» do.

Claims

PATENT CLAIMS: t. Procedure for creating vibrations from Hüssigetl Stotten, especially for artificial liches aging and refining alcoholic Beverage, characterized by (1a1.1 der ztt 1> eh <in <leln (le material of a LT` -'- Behalnlluttg till (l is exposed to US treatment. 2. '' experience according to claim t, thereby indicates that the liquid has the UV Finite rays in the shape of a thin film great touch; I like air or vain other gaseous Me (littlil a tis is set (Fig. T). 3. The method according to claim t, characterized characterizes, (let the l- # bite the L Radiance within the vain closed system avoiding vain contact as much as possible finite air or some other gaseous ligament 1 \ 'leditlni is set (f 1g. 2 and 3). 4. Method according to one of the preceding Old sayings, characterized by the fact that as Radiation duels, low-pressure lamps be used in <ow radiation dic # wave length 253.7 111.11 predominates. 5. The method according to claim i. thereby indicates that the L'S-Beltan <lluug like that is carried out, (let the liquid through the absorbed vibration energy on Tetn peratureii fully iihel- 30 ° C ei - \\; iritit becomes (h ig. .f). 6. Proceed according to Alisp -uch t, thereby no indication that the L'S-Behatidlting in such a way (It is realized that ') those in the bite l'S-I? nergy applied in the near future by cooling facilities is discharged (Fig. 5). 7. The method according to claim i, characterized in that I know. class (they are reliable due to UV Radiation and ultrasound directly one another in constant continuity (guided by the church becomes ( V ig. 6). B. The method according to claim i, characterized identifies, (if the Bellaudlung sat by UV Radiation utid ultrasound in a hurry are the same Apparatus takes place, at least partially at the same time (Fig. 7).