DE102004034555B4 - Wort boiling, for beer brewing, has a boiler to take single charges in a single boiling phase with vapor passing through a buoyancy column for rectification and out through a heat exchanger for heat recovery - Google Patents

Abstract

To boil wort, for brewing beer, the wort (W) is fed to the boiler (2) in batches for each charge (C) to be boiled in a single phase. The evaporation vapor (D) is passed to a buoyancy column (10) to be rectified at the escape from the boiler. Any condensation (K) is returned to the boiler, and the remaining vapor (E) at the head end (15) of the column is passed through a heat exchanger (17) for condensation and heat recovery.

Description

Die Anmeldung bezieht sich auf ein Verfahren zur Würzekochung im Zuge eines Bierbrauprozesses.The Application relates to a process for wort boiling in the course of a beer brewing process.

Als Würze wird im Brauwesen das flüssige, klare Endprodukt bezeichnet, das bei der Herstellung von Bier am Ende des Läuterns entsteht. Die Würze wird im Zuge des herkömmlichen Bierbrauprozesses gekocht, um unerwünschte leichtflüchtige Fremdaromastoffe mit dem Kochdampf auszutreiben. Die Würzekochung dient weiterhin zur Koagulation des in der Würze enthaltenen Eiweißes, zur Zerstörung der Malzenzyme, zur Sterilisation der Würze und zur Isomerisierung von Hopfenbitterstoffen. Außerdem werden während der Würzekochung erwünschte Aromastoffe gebildet.When Seasoning becomes in brewing the liquid, clear End product referred to in the production of beer in the end of the refining arises. The seasoning will in the course of conventional Beer brewing process cooked to unwanted volatile extraneous flavorings expel with the cooking steam. The wort boiling continues to serve for coagulation of in the wort contained protein, to destruction of the malting enzymes, for the sterilization of the wort and for isomerization of hop bitter substances. Furthermore be while the wort boiling desirable Flavors formed.

Bei einem klassischen Brauverfahren, wie es insbesondere in kleinen und mittleren Brauereien in der Regel betrieben wird, ist zur Würzekochung eine sogenannte Sudpfanne vorgesehen, in welcher die Würze diskontinuierlich, d.h. chargenweise gekocht wird. Der während der Würzekochung entstehende Würzedampf wird dabei durch den Dampfauslass der Sudpfanne abgeleitet. Mitunter kommen, insbesondere im industriellen Brauwesen, weiterhin auch Verfahren zum Einsatz, bei welchen die Würze im kontinuierlichen Durchfluss gekocht wird.at a classic brewing process, as it especially in small and medium breweries is usually operated, is for wort boiling a so-called brewing pan is provided, in which the wort is discontinuous, i.e. is cooked batchwise. The spice steam produced during wort boiling is thereby discharged through the steam outlet of the brewing ladle. from time to time continue, especially in the industrial brewing industry Method for use in which the wort in the continuous flow is cooked.

Die Energiekosten stellen einen wesentlichen Kostenfaktor bei der herkömmlichen Bierherstellung dar. So beträgt der durchschnittliche Wärmebedarf für den Brauprozess ca. 145 bis 185 MJ/hl Verkaufsbier. Hierbei fällt mit 81 bis 128 MJ/hl Verkaufsbier der größte Energieaufwand auf die Würzebereitung, so dass in der Realisierung eines energiesparenden Würzekochverfahrens ein erhebliches Rationalisierungspotential liegt.The Energy costs represent a significant cost factor in the conventional Beer production dar. So is the average heat requirement for the Brewing process about 145 to 185 MJ / hl sales beer. This coincides 81 to 128 MJ / hl sales beer the largest expenditure of energy on the Wort preparation, so that in the realization of an energy-saving wort boiling process there is a considerable rationalization potential.

Aus M. Hertel „Untersuchungen zum Ausdampfverhalten von Aromastoffen bei der Würzekochung aus verfahrenstechnischer Sicht", in: „Jahrbuch 2002 der Freunde des Lehrstuhls für Maschinen- und Apparatekunde e.V.", Eigenverlag des Lehrstuhls für Maschinen- und Apparatekunde, Technische Universität Müchen, 2002 ist bekannt, die Würzebereitung durch Rektifikation der Würze vorzunehmen, um die leichterflüchtigen Komponenten der Würzaromastoffe im Dampf zu erhöhen und so die Gesamtverdampfung zu verringern.Out M. Hertel "Investigations the evaporation behavior of flavoring substances in wort boiling from process engineering View ", in:" Yearbook 2002 of the Friends of the Department of Machine and Apparatus Engineering e.V. ", self-publisher of the chair for Machine and Apparatus Engineering, Technical University Müchen, 2002 is known, the wort preparation by rectification of the wort to make the more volatile Components of seasoning flavorings to increase in the steam and so to reduce the overall evaporation.

Der Begriff Rektifikation oder Gegenstromdestillation bezeichnet allgemein ein thermisches chemisches Trennverfahren, bei welchem durch Gegenstromführung zweier Phasen, insbesondere einer Dampfphase und einer in direktem Kontakt mit dieser stehenden Flüssigkeitsphase, mehrere Destillationsschritte diskret oder kontiniuierlich hintereinandergeschaltet sind.Of the The term rectification or countercurrent distillation generally refers to a thermal chemical separation process in which by counterflow of two Phases, in particular a vapor phase and in direct contact with this standing liquid phase, several distillation steps discretely or continuously connected in series are.

Im Brauwesen wird Rektifikation im Zuge der Würzekochung bisher in Form eines „Stripping"-Verfahrens eingesetzt, bei welchem die Würze kontinuierlich in den Kopfbereich einer Abtriebskolonne eingeleitet und beim Abströmen innerhalb dieser Kolonne im Gegenstrom mit Inertgas oder Dampf beaufschlagt wird. An der Kontaktfläche zwischen der abströmenden Würze und dem gegenströmenden Dampf werden leichtflüchtige Aromastoffe von dem Dampf aufgenommen und somit aus der Würze entfernt. Derartige Verfahren, wie sie beispielsweise aus den Dokumenten DE 31 26 714 A1 , US 4,550,029 , WO 95/26395 A1 und WO 97/15654 A1 bekannt sind, sind jedoch nur vergleichsweise aufwendig zu realisieren und können daher in der Regel nur im industriellen Brauwesen, nicht jedoch in kleinen und mittleren Brauereien wirtschaftlich eingesetzt werden.In the brewing industry, rectification in the course of wort boiling has hitherto been used in the form of a "stripping" process, in which the wort is introduced continuously into the head region of a stripping column and countercurrently charged with inert gas or steam during the outflow within this column volatiles are absorbed by the steam and thus removed from the wort.Such process, as for example from the documents DE 31 26 714 A1 . US 4,550,029 , WO 95/26395 A1 and WO 97/15654 A1 are known, however, are only comparatively expensive to implement and can therefore be used economically only in industrial brewing, but not in small and medium-sized breweries.

Ein weiterer Nachteil der bekannten „Stripping"-Verfahren ist, dass sich beim Durchlauf der Würze durch die Abtriebskolonne feste Rückstände der Würze in der Kolonne, insbesondere an den Kolonneneinbauten, absetzen. Die Kolonne wird hierdurch verschmutzt und muss in häufigen Abständen gereinigt werden. Zumal Einbauten einer Rektifikationskolonne üblicherweise eine vergleichsweise feingliedrige Struktur aufweisen, ist ein solcher Reinigungsprozess mit hohem Aufwand verbunden.One Another disadvantage of the known "stripping" method is that during the run the seasoning by the stripping column solid residues of the wort in the column, in particular at the column internals, settle. The column is thereby polluted and must be in frequent Cleaned intervals become. Especially installations of a rectification column usually have a relatively fine structure, is one such Cleaning process associated with high costs.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein energiesparendes und hinsichtlich der Realisation und der Handhabung vereinfachtes Verfahren zur Würzekochung anzugeben. Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, eine besonders geeignete Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben.Of the Invention is based on the object, an energy-saving and in terms the realization and handling simplified process for wort boiling specify. The invention is further based on the object, a Specify particularly suitable apparatus for performing the method.

Bezüglich des Verfahrens wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Bezüglich der zugehörigen Vorrichtung wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 7.Regarding the Method, this object is achieved by the features of the claim 1. Regarding the associated Device, the object is achieved by the features of the claim 7th

Danach wird die zu kochende Würze chargenweise und diskontinuierlich einer Sudpfanne zugeführt und in dieser während einer Kochphase bei einer im Wesentlichen durch die Zusammensetzung der Würze und die Druckverhältnisse vorgegebenen Kochtemperatur eine vorgegebene Kochzeit gekocht. Die Sudpfanne ist dampfseitig mit einer Auftriebskolonne verbunden, in welcher der während dieser Kochphase entweichende Würzedampf im Gegenstrom mit dem auskondensierenden Dampfkondensat einer Rektifikation unterzogen wird.After that becomes the seasoning to be cooked fed batchwise and discontinuously to a brewing pan and in this while a cooking phase at a substantially by the composition of Seasoning and the pressure conditions predetermined cooking temperature cooked a predetermined cooking time. The Sudpfanne is connected on the steam side with a buoyancy column, in which of the during this Cooking phase escaping wort steam in countercurrent with the auskondensierenden steam condensate of a rectification is subjected.

Die Erfindung kombiniert somit die Vorteile der klassischen diskontinuierlichen Würzekochung, die insbesondere in deren vergleichsweise einfacher Realisierbarkeit und Handhabbarkeit bestehen, mit der durch ein Rektifikationsverfahren erreichbaren Effizienzsteigerung. Letztere äußert sich gegenüber einem einfachen Sudverfahren in einer wesentlichen Reduzierung der benötigten Gesamtverdampfung und infolgedessen in einer deutlichen Energieeinsparung.The Invention thus combines the advantages of classical discontinuous Wort boiling, the especially in their comparatively simple feasibility and manageability with which by a rectification process achievable increase in efficiency. The latter expresses itself opposite one simple brewing process in a substantial reduction of the total evaporation required and as a result, in a significant energy savings.

Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, dass nicht die Würze, sondern lediglich der aufsteigende Würzedampf und das in der Auftriebskolonne anfallende Dampfkondensat mit der Auftriebskolonne und deren Einbauten in Berührung kommt. Schwer lösliche Würzebestandteile, die zur Bildung von festen Rückständen neigen, bleiben dagegen während der Kochphase im Bereich der Sudpfanne zurück. Der Reinigungsaufwand ist hierdurch wesentlich verringert. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens und der zugehörigen Vorrichtung liegt darin, dass zur Würzekochung eine herkömmliche Sudpfanne herangezogen werden kann, auf welche lediglich eine Auftriebskolonne aufzusetzen ist, um das erfindungsgemäße Verfahren ausführen zu können. Dies erlaubt eine vergleichsweise einfache Umrüstung einer bestehenden herkömmlichen Brauanlage auf das erfindungsgemäße Verfahren. Letzteres ist insbesondere aus diesem Grund auch von kleinen und mittleren Brauereien wirtschaftlich einsetzbar. Das in der Auftriebskolonne anfallende Dampfkondensat wird vorzugsweise in die Sudpfanne zurückgeleitet, um die Gesamtverdampfung besonders gering zu halten.One particular advantage of the method according to the invention is that not the seasoning, but only the rising wort steam and in the buoyancy column accumulating vapor condensate with the buoyant column and their internals in touch comes. Poorly soluble Wort components that tend to form solid residues, stay against while the cooking phase in the brewing pan back. The cleaning effort is thereby significantly reduced. Another advantage of the method according to the invention and the associated device lies in the fact that for wort boiling a conventional one Sudpfanne can be used, on which only a buoyancy column is set up to perform the inventive method to can. This allows a relatively simple conversion of an existing conventional Brewing on the inventive method. The latter is especially for this reason also of small and economically feasible for medium-sized breweries. The accumulating in the buoyancy column Steam condensate is preferably returned to the brewing kettle, to keep the total evaporation very low.

Um einerseits die Gesamtverdampfung auf ein zur Austreibung der unerwünschten Aromastoffe erforderliches Mindestmaß zu senken und hierzu die Kochphase möglichst kurz zu halten, andererseits jedoch sicherzustellen, dass die mit der Würzekochung in Gang gesetzten biochemischen Reaktionen, insbesondere die Eiweißkoagulation, Enzymzerstörung, Würzesterilisation und Hopfenisomerisierung, in gewünschtem Ausmaß ablaufen, wird die zu kochende Würze vorzugsweise in einer der eigentlichen Kochphase vorausgehenden Vorkochphase vorerhitzt, wobei die Temperatur der Würze während der Vorkochphase nach einem vorgebenen Temperaturzyklus gesteuert wird. Die innerhalb dieses Temperaturzyklusses auftretende Maximaltemperatur ist vorzugsweise knapp unterhalb der Siedetemperatur der Würze gehalten.Around on the one hand, the total evaporation on a to expulsion of the unwanted Flavoring required minimum and to reduce the cooking phase preferably on the other hand, however, ensure that the with the wort boiling in Gang set biochemical reactions, especially protein coagulation, Enzyme destruction, wort sterilization and hop isomerization, in the desired Extent expire, becomes the seasoning to be cooked preferably preceding in one of the actual cooking phase Preheating preheated, wherein the temperature of the wort during the Pre-cooking phase is controlled according to a preset temperature cycle. The maximum temperature occurring within this temperature cycle is preferably kept just below the boiling point of the wort.

Zur weiteren Verbesserung der Energiebilanz wird zweckmäßigerweise der im Kopfbereich der Auftriebskolonne anfallende Enddampf einem Wärmetauscher zugeführt, in welchem der Enddampf weiter kondensiert und die Restwärme des Enddampfes zumindest teilweise rückgewonnen wird. Die auf diese Weise rückgewonnene Wärme wird bevorzugt zur Erhitzung von Prozesswasser für die Würzebereitung verwendet. Das im Wärmetauscher anfallende Dampfkondensat wird bevorzugt zumindest teilweise in die Auftriebskolonne zurückgeleitet. Zur Optimierung des Energieverbrauchs ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass das Rücklauf verhältnis des Dampfkondensats, z.B. durch eine Ventilanordnung, derart gesteuert oder geregelt wird, dass eine besonders kurze Kochzeit und/oder eine besonders geringe benötigte Gesamtverdampfung erzielt wird.to further improvement of the energy balance is expediently the accumulating in the head region of the buoyancy column final vapor a heat exchangers supplied in which the final vapor condenses further and the residual heat of the Final vapor at least partially recovered becomes. The recovered in this way Heat is preferably used for heating process water for wort preparation. The accumulating in the heat exchanger Steam condensate is preferably at least partially in the buoyant column returned. to Optimization of energy consumption is advantageously provided, that the return ratio of the Steam condensate, e.g. controlled by a valve arrangement, so or is regulated that a particularly short cooking time and / or a particularly small needed Total evaporation is achieved.

In einer vorteilhaften Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Auftriebskolonne als Bodenkolonne mit mindestens einem Kolonnenboden ausgebildet. Im Sinne einer verbesserten Durchmischung des Dampfkondensates ist optional mindestens ein Kolonneneinbau, insbesondere ein Kolonnenboden dieser Bodenkolonne um die Achse der Auftriebskolonne rotationsangetrieben.In an advantageous embodiment the device according to the invention the buoyancy column is a tray column with at least one column tray educated. In the sense of improved mixing of the steam condensate is optional at least one column installation, in particular a column bottom this tray column rotation-driven about the axis of the buoyancy column.

Alternativ ist die Auftriebskolonne als Packungskolonne mit mindestens einer starren Packung oder einer Packung aus losen Füllkörpern ausgestaltet. In Hinblick auf vorteilhafte Ausführungen von Kolonnenböden und Kolonnenpackungen wird auf K. Sattler, „Thermische Trennverfahren – Grundlagen, Auslegung, Apparate", 2. Aufl., VCH (Weinheim), 1995, Kapitel 2.5.6, S. 189–254 Bezug genommen.alternative is the buoyant column as a packed column with at least one rigid package or a package of loose packing designed. In terms of on advantageous embodiments of column trays and column packing is applied to K. Sattler, "Thermal Separation - Basics, Design, Apparatus ", 2nd ed., VCH (Weinheim), 1995, chapter 2.5.6, pp. 189-254 taken.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:following Be exemplary embodiments of Invention explained in more detail with reference to a drawing. Show:

1 in schematischer Schnittdarstellung eine Vorrichtung zur Würzekochung, mit einer Sudpfanne und einer dampfseitig mit dieser verbundenen Auftriebskolonne, wobei die Auftriebskolonne als Bodenkolonne ausgebildet ist, 1 in a schematic sectional view of a device for wort boiling, with a brewing pan and a steam side connected to this buoyancy column, wherein the buoyancy column is designed as a tray column,

2 in vergrößerter Detailansicht II gemäß 1 einen Kolonnenboden der Auftriebskolonne mit einem Überlaufwehr, 2 in enlarged detail II according to 1 a column bottom of the buoyancy column with an overflow weir,

3 in Darstellung gemäß 1 eine alternative Ausführungsform der Vorrichtung, bei welcher die Auftriebskolonne mit zwei rotationsangetriebenen Kolonnenböden ausgestattet ist, 3 in illustration according to 1 an alternative embodiment of the device in which the buoyancy column is equipped with two rotation-driven column trays,

4 in Darstellung gemäß 1 eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung, bei welcher die Auftriebskolonne als Packungskolonne ausgebildet ist, und 4 in illustration according to 1 a further embodiment of the apparatus in which the buoyant column is formed as a packed column, and

5 in Darstellung gemäß 1 eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung, mit einem der Sudpfanne vorgeschalteten Vorheizkessel. 5 in illustration according to 1 a further embodiment of the device, with one of Brewing pan upstream preheating boiler.

Einander entsprechende Teile und Größen sind in allen Figuren stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen.each other corresponding parts and sizes are always provided with the same reference numerals in all figures.

In 1 ist schematisch eine Vorrichtung 1 zur Würzekochung im Zuge eines Bierbrauprozesses dargestellt. Kernstück der Vorrichtung 1 ist eine Sudpfanne 2, wie sie auch bei einem herkömmlichen Bierbrauverfahren zur Würzekochung eingesetzt wird. Die Sudpfanne 2 ist mit einer Einlassleitung 3 verbunden, über welche die Sudpfanne 2 durch Betätigung eines in der Einlassleitung 3 angeordneten Einlassventils 4 mit einer diskreten (im Folgenden als Charge C bezeichneten Menge) der zu kochenden Würze W beschickbar ist. Die Sudpfanne 2 ist weiterhin mit einer Auslassleitung 5 verbunden, über welche die Charge C nach dem Kochen unter Betätigung eines in der Auslassleitung 5 vorgesehenen Auslassventils 6 aus der Sudpfanne 2 abgelassen werden kann. Die Sudpfanne 2 enthält weiterhin ein internes oder externes Heizelement 7, mittels welchem die in der Sudpfanne 2 aufgenommene Würze W geregelt auf eine vorgegebene Temperatur aufgeheizt werden kann.In 1 is schematically a device 1 for wort boiling in the course of a beer brewing process. Centerpiece of the device 1 is a brewing pan 2 , as it is also used in a conventional brewing method for wort boiling. The brewing pan 2 is with an inlet pipe 3 connected, over which the Sudpfanne 2 by actuating one in the inlet line 3 arranged inlet valve 4 with a discrete (hereinafter referred to as batch C amount) to be cooked wort W is chargeable. The brewing pan 2 is still with an outlet pipe 5 Connected via which the charge C after cooking by pressing one in the outlet 5 provided exhaust valve 6 from the brewing pan 2 can be drained. The brewing pan 2 also contains an internal or external heating element 7 , by means of which in the brewing pan 2 absorbed wort W controlled to a predetermined temperature can be heated.

In einem Deckenbereich 8 ist die Sudpfanne 2 mit einem Dampfauslass 9 versehen. Dieser Dampfauslass 9 mündet in den Bodenbereich einer auf die Sudpfanne 2 aufgesetzten Auftriebskolonne 10. Die Auftriebskolonne 10 ist bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 als Bodenkolonne aufgeführt und enthält als Kolonneneinbauten mehrere Kolonnenböden 11a bis 11e, die im Wesentlichen horizontal, und damit etwa senkrecht zu der Strömungsrichtung des aufsteigenden Würzedampfes D, mit Abstand zueinander angeordnet sind. Jeder Kolonnenboden 11a–11e füllt den Querschnitt der Auftriebskolonne 10 mit Ausnahme eines Ablaufschachts 12 für Dampfkondensat K vollständig aus. Der Ablaufschacht 12 eines jeden Kolonnenbodens 11a–11e ist jeweils im Randbereich des Letzteren, und somit benachbart zu einer Außenwand 13 der Auf triebskolonne 10 angeordnet. Die Ablaufschächte 12 benachbarter Kolonnenböden 11a–11e sind hierbei zueinander entgegengesetzt angeordnet, um den Strömungsweg des Dampfkondensats K zu maximieren. Um einen Dampfdurchtritt durch die Kolonnenböden 11a bis 11e zu ermöglichen, sind die Kolonnenböden 11a bis 11e mit Dampfdurchtrittsöffnungen 14 (2) versehen. Jede Dampfdurchtrittsöffnung 14 ist als Schlitz, Bohrung, Hals, etc. ausgeführt. Optional ist im Bereich einer jeden Dampfdurchtrittsöffnung ein (nicht näher dargestelltes) Umlenkblech, insbesondere eine sogenannte Glocke, für den aufsteigenden Würzedampf D vorgesehen. Um Wärmeverluste im Bereich der Auftriebskolonne 10 weitestmöglich zu vermeiden, ist die Außenwand 13 durch Isoliermaterial oder einen „Vakuummantel" isoliert.In a ceiling area 8th is the brewing pan 2 with a steam outlet 9 Mistake. This steam outlet 9 flows into the bottom area of one on the brewing pan 2 attached buoyancy column 10 , The buoyancy column 10 is in the embodiment according to 1 listed as a tray column and contains several column bottoms as column internals 11a to 11e which are arranged substantially horizontally, and thus approximately perpendicular to the flow direction of the rising Würzedampfes D, at a distance from each other. Every column bottom 11a - 11e fills the cross section of the buoyancy column 10 with the exception of a downcomer 12 for steam condensate K completely off. The drainage shaft 12 of every column 11a - 11e is in each case in the edge region of the latter, and thus adjacent to an outer wall 13 the on-line column 10 arranged. The drainpipes 12 adjacent column bottoms 11a - 11e are in this case arranged opposite to each other in order to maximize the flow path of the steam condensate K. To a vapor passage through the column bottoms 11a to 11e to allow, are the column bottoms 11a to 11e with steam passages 14 ( 2 ) Mistake. Each steam opening 14 is designed as a slot, bore, neck, etc. Optionally, in the region of each steam passage opening (not shown in detail) deflection plate, in particular a so-called bell, provided for the rising wort vapor D. To heat losses in the buoyancy column 10 To avoid as far as possible, is the outer wall 13 insulated by insulating material or a "vacuum jacket".

Der oberhalb des obersten Kolonnenbodens 11e angeordnete Kopfbereich 15 der Auftriebskolonne 10 ist mit einer Dampfablassleitung 16 verbunden, über welche der sich im Kopfbereich 15 ansammelnde Enddampf E abgeleitet wird. In die Dampfablassleitung 16 ist ein Wärmetauscher 17 zur Rückgewinnung der Restwärme des Enddampfes E geschaltet ist. Die rückgewonnene Restwärme wird mittels eines Kühl/Heiz-Kreislaufes 18 anderen im Zuge des Brauprozesses anfallenden Verfahrensschritten zugeführt. Der Wärmetauscher 17 dient weiterhin als Kondensator. Ein einstellbarer Teil des im Wärmetauscher 17 anfallenden Dampfkondensats K ist über eine Rücklaufleitung 19 in den Kopfbereich 15 der Auftriebskolonne 10 geregelt rückführbar. Anstelle eines gewöhnlichen Wärmetauschers kann auch ein Dephlegmator eingesetzt werden. In Hinblick auf vorteilhafte Ausführungen von Wärmetauschern bzw. Kondensatoren wird auf K. Sattler, „Thermische Trennverfahren – Grundlagen, Auslegung, Apparate", 2. Aufl., VCH (Weinheim), 1995, Kapitel 2.10, S. 271–284 Bezug genommen.The above the uppermost column bottom 11e arranged head area 15 the buoyancy column 10 is with a vapor drain line 16 connected, over which in the head area 15 accumulating final vapor E is derived. In the vapor drain line 16 is a heat exchanger 17 to recover the residual heat of the final steam E is connected. The recovered residual heat is by means of a cooling / heating circuit 18 fed to other processes occurring in the course of the brewing process. The heat exchanger 17 continues to serve as a capacitor. An adjustable part of the in the heat exchanger 17 accumulating steam condensate K is via a return line 19 in the head area 15 the buoyancy column 10 regulated traceable. Instead of an ordinary heat exchanger, a dephlegmator can also be used. With regard to advantageous embodiments of heat exchangers or condensers, reference is made to K. Sattler, "Thermal Separation Methods - Basics, Design, Apparatus", 2nd ed., VCH (Weinheim), 1995, Chapter 2.10, pp. 271-284.

Zur Würzekochung wird diskontinuierlich jeweils eine Charge C der zu kochenden Würze W in die Sudpfanne 2 eingeleitet und dort während einer Kochphase entsprechend einem vorgegebenen Kochzyklus T₁(t) gekocht.For wort boiling, a batch C of the wort W to be cooked is discontinuously introduced into the brewing pan 2 initiated and cooked there during a cooking phase corresponding to a given cooking cycle T ₁ (t).

Der während der Kochphase aus der kochenden Würze W entweichende Würzedampf D gelangt über den Dampfauslass 9 der Sudpfanne 2 in die Auftriebskolonne 10 und durchströmt dort sukzessive die Kolonnenböden 11a bis 11e. Hierbei kondensieren Wasser und vergleichsweise schwerflüchtig Aromastoffe aus dem aufströmenden Würzedampf D aus und bilden das flüssige Dampfkondensat K, dass sich auf den Kolonnenböden 11a bis 11e als Flüssigkeitsfilm ansammelt.The wort vapor D escaping from the boiling wort W during the cooking phase passes through the steam outlet 9 the brewing pan 2 in the buoyancy column 10 and flows through there successively the column bottoms 11a to 11e , This condense water and relatively low volatility flavors from the upflow Würzedampf D and form the liquid condensate K, that is on the column bottoms 11a to 11e accumulates as a liquid film.

Jedem Kolonnenboden 11a–11e ist ein im Bereich des jeweiligen Ablaufschachtes 12 angeordnetes Überlaufwehr 20 zugeordnet (am Beispiel des Kolonnenbodens 11c vergrößert in 2 dargestellt). Jedes Überlaufwehr 20 ist schwenkbar gelagert, um den zugeordneten Kolonnenboden 11a–11e bedarfsweise entleeren zu können. Anstelle des schwenkbaren Überlaufwehrs 20 kann zur Entleerung des jeweiligen Kolonnenbodens 11a–11e auch ein Entleerungsventil o. dergl. eingesetzt werden.Every column bottom 11a - 11e is one in the area of the respective downcomer 12 arranged overflow weir 20 assigned (on the example of the bottom of the column 11c enlarged in 2 ) Shown. Every overflow weir 20 is pivotally mounted to the associated column bottom 11a - 11e to be able to empty as needed. Instead of the swiveling overflow weir 20 can be used to empty the respective tray 11a - 11e also a drain valve o. The like. Are used.

Das auf einem Kolonnenboden 11a–11e angesammelte Dampfkondensat K fließt über den Ablaufschacht 12 des jeweiligen Kolonnenbodens 11b bis 11e auf den jeweils nächst tiefer gelegenen Kolonnenboden 11a–11d bzw. von dem untersten Kolonnenboden 11a zurück in die Sudpfanne 2. Das Dampfkondensat K fließt somit im Gegenstrom zum Würzedampf D.That on a column floor 11a - 11e accumulated steam condensate K flows through the downcomer 12 of the respective column bottom 11b to 11e on the next lower column bottom 11a - 11d or from the lowest column bottom 11a back to the brewing pan 2 , The steam condensate K thus flows in countercurrent to the wort steam D.

Die partielle Kondensation des Würzedampfes D vollzieht sich im besonderen Maße im Bereich eines jeden Kolonnenbodens 11a–11e, in welchem der aufsteigende Würzedampf D mit dem rückfließenden Dampfkondensat K in direkten Kontakt kommt. Diese Zweiphasenzone besteht bei mittlerer Dampfbelastung aus einer Sprudelschicht und einer je nach Dampfbelastung mehr oder weniger ausgeprägten Sprühschicht als Mitreißzone für Kondensattröpfchen. In diesen Schichten werden durch Kondensation von Wasser und schwerflüchtigen Aromastoffe 11 aus dem Würzedampf D die in der Gasphase verbleibenden leichtflüchtigen Aromastoffe sukzessive angereichert. Dieser Trenneffekt wird durch die freiwerdende Kondensationswärme verstärkt, indem das rückströmende Dampfkondensat K erwärmt wird, wodurch mitkondensierte leichtflüchtige Aromastoffe aus dem Dampfkondensat K wieder verdampfen. Insgesamt wird durch diese mehrstufige Destillation des Würzedampfes D in der Auftriebskolonne 10 die benötigte Gesamtverdampfung während der Kochphase deutlich reduziert, wobei die Austreibung unerwünschter leichtflüchtiger Aromastoffe durch deren Anreicherung in dem Enddampf E dennoch in ausreichendem Maße erreicht wird.The partial condensation of the wort vapor D takes place to a particular extent in the area of each column tray 11a - 11e in which the rising wort vapor D comes into direct contact with the refluxing steam condensate K. This two-phase zone consists at average steam load of a bubble layer and a depending on the steam load more or less pronounced spray layer as entrainment zone for condensate droplets. In these layers are formed by condensation of water and low volatility flavors 11 from the wort vapor D the volatile volatile substances remaining in the gas phase are successively enriched. This separation effect is enhanced by the released heat of condensation by the back-flowing steam condensate K is heated, causing condensed with volatile volatiles from the steam condensate K again. Overall, this multi-stage distillation of the wort vapor D in the buoyancy column 10 the total evaporation required during the cooking phase significantly reduced, the expulsion of undesirable volatile flavors by their enrichment in the final vapor E is still sufficiently achieved.

Der sich im Kopfbereich 15 der Auftriebskolonne 10 ansammelnde Enddampf E wird über die Dampfablassleitung 16 abgeleitet, wobei die Restwärme des Enddampfes E, wie vorstehend beschrieben, durch den Wärmetauscher 17 zumindestens teilweise rückgewonnen wird.The in the head area 15 the buoyancy column 10 accumulating final steam E is via the vapor drain line 16 derived, wherein the residual heat of the final steam E, as described above, through the heat exchanger 17 at least partially recovered.

Das Rücklaufverhältnis des Dampfkondensats K wird während der Kochphase nach einer vorgegebenen zeitlichen funktionalen Abhängigkeit durch Steuerung des pro Zeiteinheit über die Rücklaufleitung 19 aus dem Wärmetauscher 17 rückfließenden Dampfkondensats K derart eingestellt, dass eine möglichst kurze Dauer der Kochphase und/oder eine möglichst gering Gesamtverdampfung erzielt wird. Die Menge des über die Rücklaufleitung 19 in die Auftriebskolonne 10 zurückfließenden Dampfkondensats K wird über ein in der Rücklaufleitung 19 angeordnetes Rücklaufventil 21 gesteuert.The reflux ratio of the steam condensate K is during the cooking phase after a predetermined temporal functional dependence by controlling the per unit time on the return line 19 from the heat exchanger 17 refluxing steam condensate K adjusted so that the shortest possible duration of the cooking phase and / or the lowest possible total evaporation is achieved. The amount of the over the return line 19 in the buoyancy column 10 returning steam condensate K is via a in the return line 19 arranged return valve 21 controlled.

3 zeigt die Sudpfanne 2 und die Auftriebskolonne 10 einer alternativen Ausführungsform der Vorrichtung 1. Hierbei umfaßt die Auftriebskolonne 10 zwei scheibenförmige Kolonnenböden 11b und 11d, die an einer zentralen, koaxial mit der Achse der Auftriebskolonne 10 geführten Welle 22 rotationsangetrieben aufgehängt sind. Die rotierenden Kolonnenböden 11b und 11d sind dabei jeweils zwischen ringförmigen und fest mit der Außenwand 13 verbundenen Kolonnenböden 11a und 11c bzw. 11c und 11e angeordnet. In Folge der wechselnden Anordnung zwischen rotierenden Kolonnenböden 11b und 11d und nicht-rotierenden Kolonnenböden 11a, 11c, 11e findet eine besonders gute Durchmischung des rückfließenden Dampfkondensats K und ein besonders intensiver Kontakt des Dampfkondensats K mit dem aufströmenden Würzedampf D statt. Alternativ oder zusätzlich zu rotierenden Kolonnenböden können auch ein oder mehrere rotierende Trichter, die das Dampfkondensat K versprühen, vorgesehen sein. 3 shows the brewing pan 2 and the buoyancy column 10 an alternative embodiment of the device 1 , Here, the buoyancy column comprises 10 two disc-shaped column bottoms 11b and 11d attached to a central, coaxial with the axis of the buoyancy column 10 guided wave 22 Rotation drives are hung. The rotating column bottoms 11b and 11d are each between annular and fixed to the outer wall 13 connected column bottoms 11a and 11c respectively. 11c and 11e arranged. As a result of the alternating arrangement between rotating column bottoms 11b and 11d and non-rotating column bottoms 11a . 11c . 11e There is a particularly good mixing of the refluxing steam condensate K and a particularly intensive contact of the steam condensate K with the upflow Würzedampf D instead. As an alternative or in addition to rotating column trays, one or more rotating funnels which spray the steam condensate K can also be provided.

In einer in 4 dargestellten weiteren Variante der Vorrichtung 1 ist die Auftriebskolonne 10 als sogenannte Packungskolonne ausgeführt. Die Auftriebskolonne 10 umfasst somit als Kolonneneinbauten anstelle von Kolonnenböden eine Kolonnenpackung 23. Die Kolonnenpackung 23 ist wahlweise als starre, geordnete Gitterstruktur oder als lose Schüttung von Füllkörpern ausgebildet. Ähnlich wie bei einer Bodenkolonne beruht die Trennwirkung einer Packungskolonne auf dem direkten Kontakt des aufströmenden Würzedampfes D mit dem innerhalb der Kolonnenpackung 23 im Gegenstrom zurückrinnenden Dampfkondensat K. Die Packungskolonne stellt im Gegensatz zur Bodenkolonne keine diskret aufeinander folgende Destillationsschritte zur Verfügung. Vielmehr stellt sich innerhalb der Kolonnenpackung eine kontinuierlich zunehmende Anreicherung leichtflüchtiger Komponenten im Würzedampf D ein.In an in 4 shown further variant of the device 1 is the buoyancy column 10 designed as a so-called packed column. The buoyancy column 10 thus comprises a column packing instead of column trays as column internals 23 , The column pack 23 is optionally designed as a rigid, ordered grid structure or as a loose bed of packing. Similar to a tray column, the separation effect of a packed column is based on the direct contact of the rising wort vapor D with that within the column packing 23 in contrast to the plate column, no discrete, successive distillation steps are available. Rather, a continuously increasing accumulation of volatile components in the wort vapor D occurs within the column packing.

Aufgrund der durch die Rektifikation des Würzedampfes D erzielten Effizienzsteigerung ist die zur Austreibung unerwünschter Aromastoffe aus der Würze W erforderliche Mindestkochzeit unter Umständen so kurz, dass die mit der Würzekochung weiterhin beabsichtigten biochemischen Reaktionen innerhalb dieser Zeit nicht in erwünschtem Umfang ablaufen können. In diesem Fall ist vorgesehen, der eigentlichen Kochphase eine Vorkochphase vorzuschalten, in welcher die zu kochende Würze nach einem vorgegebenen Temperaturzyklus T₂(t) vorerhitzt wird. Die dem Temperaturzyklus T₂(t) entsprechende Temperatur der Würze W, deren Maximalbetrag bevorzugt knapp unterhalb des Siedepunktes der Würze gehalten ist, wird dabei durch eine (nicht näher dargestellte) Temperaturregelung eingestellt.Due to the efficiency increase achieved by the rectification of the wort steam D, the minimum cooking time required for expelling undesirable flavorings from wort W may be so short that the biochemical reactions still intended with wort boiling can not proceed to the desired extent within this time. In this case, it is provided to precede the actual cooking phase with a precooking phase in which the wort to be cooked is preheated after a predetermined temperature cycle T ₂ (t). The temperature of the wort W corresponding to the temperature cycle T ₂ (t), the maximum amount of which is preferably kept just below the boiling point of the wort, is adjusted by a temperature control (not shown).

Der Vorkochphase wird die Würze W bevorzugt nach Einleitung in die Sudpfanne 2, und somit innerhalb der Sudpfanne 2, unterzogen. Bei einer 5 dargestellten Ausführungsvariante der Vorrichtung 1 findet diese Vorkochphase dagegen außerhalb der Sudpfanne 2 in einem dieser vorgeschalteten Vorheizkessel 24 statt. Nach Abschluss der Vorkochphase wird die vorerhitzte Würze W chargenweise über Einlassleitung 3 in die Sudpfanne 2 eingeleitet. Die in 5 aus Gründen der Vereinfachung ohne Kolonneneinbauten dargestellte Auftriebskolonne 10 ist wahlweise als Bodenkolonne oder Packungskolonne ausgeführt.The precooking phase, the wort W is preferred after introduction into the brewing kettle 2 , and thus within the brewing pan 2 , subjected. At a 5 illustrated embodiment of the device 1 on the other hand finds this precooking phase outside the brewing pan 2 in one of these pre-heating boilers 24 instead of. After completion of the precooking phase, the preheated wort W is batchwise via inlet line 3 in the brewing pan 2 initiated. In the 5 for reasons of simplification without column internals illustrated buoyancy column 10 is optionally designed as a tray column or packed column.

Die Kochphase, und gegebenenfalls die Vorkochphase finden bevorzugt im Hinblick auf eine möglichst einfache Verfahrensdurchführung bei Umgebungsdruck statt. Alternativ hierzu ist aus Gründen einer verbesserten Energiebilanz vorgesehen, die Würzekochung bei einem Unterdruck im Bereich von etwa 500 mbar bis Umgebungsdruck durchzuführen.The cooking phase, and optionally the precooking phase, preferably take place with a view to the simplest possible process implementation pressure to take place. Alternatively, it is provided for reasons of improved energy balance, the wort boiling at a negative pressure in the range of about 500 mbar to perform ambient pressure.

Für eine einfache Reinigung der Vorrichtung 1 sind die Sudpfanne 2, die Auftriebskolonne 10 und gegebenenfalls der Vorheizkessel 24 an eine (nicht näher dargestellte) CIP(Cleaning in Place)-Reinigungsanlage angeschlossen, wie sie bei einer herkömmlichen Brauanlage bereits zur Reinigung der Sudpfanne üblich ist.For easy cleaning of the device 1 are the brewing pan 2 , the buoyancy column 10 and possibly the preheating boiler 24 connected to a (not shown) CIP (cleaning in place) cleaning system, as is already common in a conventional brewing system for cleaning the brewing ladle.

11

Vorrichtungcontraption

22

SudpfanneSudpfanne

33

Einlassleitunginlet line

44

Einlassventilintake valve

55

Auslassleitungoutlet pipe

66

Auslassventiloutlet valve

77

Heizelementheating element

88th

Deckenbereichceiling area

99

Dampfauslasssteam outlet

1010

Auftriebskolonnelift column

11a–e11a-e

Kolonnenbodencolumn bottom

1212

Ablaufschachtdowncomer

1313

Außenwandouter wall

1414

DampfdurchtrittsöffnungVapor passage to

1515

Kopfbereichhead area

1616

DampfablassleitungSteam discharge line

1717

Wärmetauscherheat exchangers

1818

Kühl/Heiz-KreislaufCooling / heating cycle

1919

RücklaufleitungReturn line

2020

ÜberlaufwehrOverflow weir

2121

RücklaufventilReturn valve

2222

Wellewave

2323

Kolonnenpackungcolumn packing

2424

VorheizkesselVorheizkessel

CC

Chargecharge

DD

Würzedampfspice steam

KK

Dampfkondensatsteam condensate

Ee

EnddampfEnddampf

tt

Kochzeitcooking time

T₁(t)T ₁ (t)

Kochzykluscooking cycle

T₁(t)T ₁ (t)

Temperaturzyklustemperature cycle

WW

Würzewort

Claims (11)

Verfahren zur Würzekochung im Zuge eines Bierbrauprozesses, – bei welchem die zu kochende Würze (W) chargenweise und diskontinuierlich einer Sudpfanne (2) zugeführt wird, – bei welchem jede der Sudpfanne (2) zugeführte Charge (C) der Würze (W) während einer Kochphase gekocht wird, und – bei welchem der während der Kochphase entweichende Würzedampf (D) einer dampfseitig mit der Sudpfanne (2) verbundenen Auftriebskolonne (10) zugeleitet und in dieser rektifiziert wird.Process for wort boiling in the course of a beer brewing process, - in which the wort (W) to be cooked is batchwise and discontinuously brewed ( 2 ), in which each of the brewing ladle ( 2 ) fed batch (C) of the wort (W) is boiled during a cooking phase, and - in which the escaping during the cooking phase wort steam (D) a steam side with the brewing pan ( 2 ) buoyancy column ( 10 ) and rectified in it. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zu kochende Würze (W) in einer der Kochphase vorausgehenden Vorkochphase entsprechend einem vorgegebenen Temperaturzyklus (T₂(t)) vorerhitzt wird.A method according to claim 1, characterized in that the wort to be cooked (W) is preheated in a precooking phase preceding the cooking phase in accordance with a predetermined temperature cycle (T ₂ (t)). Verfahren nach Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der in einem Kopfbereich (15) der Auftriebskolonne (10) anfallende Enddampf (E) zur Wärmerückgewinnung und Kondensation einem Wärmetauscher (17) zugeführt wird.Method according to claims 1 or 2, characterized in that in a header area ( 15 ) the buoyancy column ( 10 ) final vapor (E) for heat recovery and condensation heat exchanger ( 17 ) is supplied. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass Restwärme des Enddampfes (E) zur Erhitzung von Prozesswasser für die Würzebereitung rückgewonnen wird.Method according to claim 3, characterized that residual heat the final steam (E) for heating process water for wort preparation recovered becomes. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Rücklaufverhältnis des Dampfkondensats (K) in Hinblick auf eine besonders kurze Kochphase und/oder eine niedrige benötigte Gesamtverdampfung gesteuert oder geregelt wird.A method according to claim 1 to 4, characterized in that the reflux ratio of the steam condensate (K) with regard to a particularly short cooking phase and / or a low total required evaporation controlled or regulated. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kochphase unter einem Druck zwischen 500 mbar und Umgebungsdruck durchgeführt wird.Method according to Claims 1 to 5, characterized that the cooking phase is carried out under a pressure between 500 mbar and ambient pressure. Vorrichtung (1) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit einer Sudpfanne (2) und einer dampfseitig mit dieser verbundenen Auftriebskolonne (10).Contraption ( 1 ) for carrying out the method according to one of claims 1 to 6, with a brewing pan ( 2 ) and a vapor side associated with this buoyancy column ( 10 ). Vorrichtung (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Auftriebskolonne (10) als Bodenkolonne ausgebildet ist.Contraption ( 1 ) according to claim 7, characterized in that the buoyancy column ( 10 ) is designed as a tray column. Vorrichtung (1) nach Anspruch 7 oder 8, gekennzeichnet durch mindestens einen rotationsangetriebenen Kolonneneinbau, insbesondere Kolonnenboden (11b, 11d).Contraption ( 1 ) according to claim 7 or 8, characterized by at least one rotation-driven column installation, in particular column bottom ( 11b . 11d ). Vorrichtung (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Auftriebskolonne (10) als Packungskolonne ausgebildet ist.Contraption ( 1 ) according to claim 7, characterized in that the buoyancy column ( 10 ) is formed as a packed column. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Sudpfanne (2) ein Vorheizkessel (24) zur Vorerhitzung der zu kochenden Würze (W) vorgeschaltet ist.Contraption ( 1 ) according to one of claims 7 to 10, characterized in that the brewing pan ( 2 ) a preheating boiler ( 24 ) for preheating the wort to be cooked (W) is connected upstream.