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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bereitstellung von Getränkewasser für einen Getränkeherstellungsprozess, insbesondere Brauwasser zur Herstellung von Bier. Die Erfindung betrifft außerdem eine Anordnung zur Bereitstellung von Getränkewasser für einen Getränkeherstellungsprozess, insbesondere Brauwasser zur Herstellung von Bier.
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Bei der Herstellung von Getränken ist naturgemäß die Aufbereitung und Bereitstellung eines entsprechenden Getränkewassers von essentieller Bedeutung. Bei der Herstellung des Getränks wird dieses Getränkewasser dann bei Bier in anschließenden Schritten einem Brauprozess zugeführt oder bei der Herstellung anderer Getränke, beispielsweise von Limonaden in entsprechenden Prozessen, weiterverarbeitet. Das Getränkewasser muss in möglichst zuverlässig vorhersagbarer und beeinflussbarer Qualität und Zusammensetzung diesem Brauprozess oder sonstigem Getränkeherstellungsprozess zugeführt werden.
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Hauptbestandteil des Getränkewassers als Fluid ist naturgemäß Wasser. Daneben sind beispielsweise für einen Brauvorgang auch andere Elemente relevant, die entweder direkt dem Brauprozess beziehungsweise Getränkeherstellungsprozess zusätzlich zu dem Getränkewasser zugeführt werden, oder aber die mit und in dem Getränkewasser diesen Prozessen zugeführt werden können.
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Es handelt sich dabei unter anderem um Kalzium (Ca). Im Brauverfahren ist der Kalziumgehalt wichtig, da er einen erheblichen Einfluss auf die Vermehrung der eingesetzten Hefe und die Bildung und Wirkung der entstehenden Enzyme nimmt. Darüber hinaus kann durch Kalzium auch eine frühzeitige Ausfällung von Oxalaten gefördert werden.
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Neben Kalzium, das wie etwa in der
DE 10 2005 061 492 B1 vorgeschlagen in Form von Ca(OH)
2, also in Form von Kalziumhydroxid oder gelöschtem Kalk zugegeben wird, ist auch die Zufuhr von Salzsäure HCl und/oder Schwefelsäure H
2SO
4 gewünscht. Im Brauprozess beziehungsweise in einem anderen Getränkeherstellungsprozess ist eine möglichst genaue Dosierung dieser mindestens zwei, insbesondere drei Bestandteile im Verhältnis zueinander und auch insgesamt im Verhältnis zum zugeführten Getränkewasser von großer Bedeutung.
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Aus der
DE 10 2005 061 492 B4 , der
DE 10 2005 037 541 B4 , der
DE 10 2009 029 353 B4 und der
DE 10 2010 044 966 B4 ist ein Konzept für die Herstellung von insbesondere Bier mit mehreren Modifikationen bekannt, bei dem zunächst Frischwasser in einen Hauptstrom und einen Teilstrom aufgeteilt wird. Der Hauptstrom mit dem mengenmäßig ganz überwiegenden Anteil des Frischwassers wird zunächst unbehandelt und unbeeinträchtigt belassen.
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Der nur einen sehr kleinen Bruchteil in einer Größenordnung von 10 % oder weniger des Frischwassers beinhaltende Teilstrom wird mit der Zugabe von Ca(OH)2 sowie HCl und H2SO4 angereichert und erheblich verändert. Die zugeführten Stoffe ändern den pH-Wert des Wassers signifikant, da sie einen im Verhältnis zum Wasseranteil durchaus erheblichen Anteil von bis zu 10 %, in einigen Fällen sogar mehr in diesem Teilstrom bilden. Die Reaktionen dieser zugegebenen Stoffe miteinander werden stark gefördert, da sie in nicht unerheblicher Konzentration vorliegen, der Teilstrom enthält untersättigtes oder übersättigtes Kalkwasser oder Kalkmilch und durch die Reaktionen fällt unter anderem auch Gips Ca(SO4)-2H2O, also Kalziumsulfat-Dihydrat, aus. Auch mittels zwischengeschalteter Absetzbehälter und/oder Membranfiltrationen werden dabei im Brauprozess ungewünschte Bestandteile herausgefiltert.
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Bei Kalkmilch handelt es sich um eine Suspension aus Kalkhydrat (CaOH)2 und Wasser (H2O), deren Konzentration oberhalb des Löslichkeitsmaximums liegt. Dieses Suspension ist somit trübe und weiß und neigt zur Sedimentation.
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Bei untersättigtem Kalkwasser handelt es sich um eine Lösung aus Weißkalkhydrat und Wasser mit einer Konzentration unterhalb des Löslichkeitsmaximums. Diese Lösung ist relativ klar und ins sich stabil. Kalkwasser wird durch die Verdünnung von Kalkmilch hergestellt, in der Regel unter Abtrennung von unlöslichen Bestandteilen.
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Der Teilstrom wird schließlich in Form eines oder mehrerer Unterteilströme wieder dem Hauptstrom vor dem eigentlichen Brauprozess oder auch direkt an einer gewünschten Stufe des Brauprozesses zugeführt.
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Genau betrachtet, werden also alle dem Getränkewasser zuzuführenden Bestandteile zunächst gesammelt und zusätzlich mit einem die Vermischung ermöglichenden kleinen bruchteilhaften Teilstrom des Getränkewassers vermischt und dann die entstehende Mischung insgesamt und recht konzentriert dem Hauptstrom zugesetzt.
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Da die anteilsmäßig ganz überwiegende Menge des Wassers von mehr als 90 % sich im Hauptstrom befindet und bis zum Zusammenstrom mit dem konzentrierten Teilstrom nicht von diesen Zusätzen beaufschlagt oder beeinträchtigt ist, beschränkt sich fast der gesamte apparative Aufwand bei diesen verschiedenen Modifikationen des erwähnten Konzeptes auf den Teilstrom. Es ist also vorteilhafterweise möglich, entsprechend kleine Membranfilter zu verwenden und auch die verwendeten Leitungen, Anschlüsse und sonstigen Elemente müssen nur diese vergleichsweise geringe Durchflussmenge bewältigen und können daher entsprechend klein und somit kostengünstig ausfallen. Das bewährte Konzept verspricht sich davon darüber hinaus den Vorteil, dass diese naturgemäß zur Berücksichtigung der Säuren und Laugen entsprechend aufwändig zu gestaltenden Elemente kostenmäßig aufgrund der geringen Größe nur wenig ins Gewicht fallen und darüber hinaus auch die Handhabung und Steuerung der Anlage einfach ausfällt, da nur diesem Teilstrom eine besondere Aufmerksamkeit geschenkt werden muss, während der Hauptstrom als einfach nur fließendes Wasser behandelt werden kann.
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Entsprechende Anlagen werden in der Praxis auch angeboten und eingesetzt. Der Einsatz, insbesondere in großindustriellen Anlagen hat gezeigt, dass ein ständiger weiterer Optimierungsbedarf besteht.
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Aufgabe der Erfindung ist es, gattungsgemäße Anordnungen und Verfahren vorzuschlagen, die weniger fehleranfällig sind und zuverlässiger arbeiten.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung bei einer gattungsgemäßen Anordnung dadurch gelöst, dass ein Brauwasserstrom zur Führung des gesamten oder von mindestens der Hälfte des Frischwassers zu einer Übergabestelle an den Brauprozess vorgesehen ist, und dass eine separate Zuführstelle für Salzsäure (HCl), eine separate Zuführstelle für Schwefelsäure (H2SO4) und eine separate Zuführstelle für Kalkmilch (Ca(OH)2) in den Hauptstrom vorgesehen sind.
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Bei einem gattungsgemäßen Verfahren wird diese Aufgabe mittels der Erfindung dadurch gelöst, dass einem das gesamte Frischwasser oder zumindest die Hälfte des Frischwassers für den Getränkeherstellungsprozess, insbesondere Brauprozess führenden Brauwasserstrom die zwei beziehungsweise drei Bestandteile Kalkmilch (Ca(OH)2), Salzsäure (HCL) und/oder Schwefelsäure (H2SO4) jeweils separat zugeführt werden, bevor der Brauwasserstrom den Getränkeherstellungsprozess, insbesondere Brauprozess erreicht.
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Die Erfindung macht keinen Gebrauch mehr von den eingangs ausführlich diskutierten und bisher bevorzugten Gedanken, alle dem Frischwasserstrom zuzusetzenden Bestandteile zunächst einmal miteinander zu vermengen und zu vermischen und dann diese gesamte Mischmenge aus zusätzlichen Bestandteilen und einer kleinen Menge an in einem Teilstrom abgezweigten Frischwasser wieder als Teilstrom konzentriert und im Wesentlichen an einer Stelle in den Hauptstrom zuzugeben.
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Man nimmt also davon Abstand, in der Frischwasserzufuhr eine Aufteilung in Hauptstrom und einem derartigen Teilstrom vorzunehmen.
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Die damit im erwähnten Stand der Technik beabsichtigten Vorteile werden bewusst aufgegeben, um dadurch einen ganz anderen Vorteil zu erhalten, den die Fachwelt bisher nicht gesehen hat.
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Stattdessen werden die Zuschlagsstoffe alle separat in den Hauptstrom eingegeben, und zwar unmittelbar und direkt. Sie werden jetzt also nicht zunächst miteinander vermischt und dann gemeinsam über den Teilstrom in den Hauptstrom zugeführt, sondern jeder einzeln und für sich.
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Diese zunächst für den Fachmann deutlich nachteilig erscheinende Konzeption führt natürlich dazu, dass diejenige Durchflussmenge, die kein reines Wasser mehr ist, sondern bereits andere Stoffe enthält, nun verglichen mit einer im Übrigen gleichgroß konzipierten Anlage aus dem Stand der Technik wesentlich größer ist und eine 10-fache Durchflussmenge pro Zeit enthält. Natürlich muss ein entsprechend größerer Rohrdurchmesser so vorbehandelt werden, dass er auch ein Fluid führen kann, das nicht exakt einen pH-Wert von 7 aufweist. Das erhöht den apparativen Aufwand auf den ersten Blick, weshalb ein Fachmann üblicherweise nicht zu einer solchen Lösung greifen würde.
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Bei genauerer Betrachtung erkennt man jedoch, dass die Anteile der zugesetzten Bestandteile jeweils im Promille- bis Prozentbereich liegen. Diese Größe der Bestandteilsanteile führt dazu, dass sich der entsprechende Flüssigkeitsstrom physikalisch praktisch noch wie Wasser verhält. Insbesondere wird das bisher gelegentlich auftretende Ausfallen von Gips vollkommen vermieden, da sich bei diesen niedrigen Konzentrationen kein Kalziumsulfat-Dihydrat mehr bildet. Das Vermeiden dieser nicht gewünschten Erscheinung führt bereits dazu, dass die Reparaturanfälligkeit der Anlage deutlich sinkt und ihre Wartung erheblich vereinfacht wird.
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Die geringen Anteile an zusätzlichen Bestandteilen führen auch dazu, dass andere chemische Reaktionen deutlich reduziert sind und das Verhalten der gesamten Mischung wesentlich einfacher und auch zuverlässiger vorhergesagt werden kann. Die Menge an zuzusetzenden zusätzlichen Bestandteilen kann so sehr viel einfacher gesteuert werden, da sich die Bestandteile jetzt praktisch rein additiv verhalten und in erster Näherung stets fließendes Wasser als strömendes Fluid angenommen werden kann.
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Besonders bevorzugt ist es, wenn das Frischwasser einer Umkehrosmose unterzogen wird, bevor die zwei beziehungsweise drei Bestandteile jeweils separat zugeführt werden. Eine solche Umkehrosmose hat den Vorteil, im Frischwasser von vornherein diejenige Zusammensetzung herbeizuführen, die gewünscht ist, und Fremdbestandteile von vornherein herauszuhalten.
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Besonders wichtig für einen Brauprozess oder Getränkeherstellungsprozess ist der Anteil und die physikalische Situation an Kalzium. Als besonders vorteilhaft hat es sich herausgestellt, wenn die Bestandteile in der Reihenfolge Salzsäure, Schwefelsäure und Kalkmilch zugeführt werden.
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Um hierzu eine besonders geeignete Form der zur Verfügungstellung zu erzielen, wird es bevorzugt, wenn dem Hauptstrom als Kalkmilch untersättigtes Kalkwasser zudosiert wird.
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Weitere bevorzugte Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen und in der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen angegeben.
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Im Folgenden werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Ansicht einer ersten erfindungsgemäßen Anordnung zur Bereitstellung von Frischwasser für die Getränkeherstellung; und
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2 eine schematische Ansicht einer zweiten erfindungsgemäßen Anordnung zur Bereitstellung von Frischwasser für die Getränkeherstellung.
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In der 1 ist schematisch eine sehr einfache Ausführungsform für eine erfindungsgemäße Anordnung dargestellt.
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Das Grundkonzept besteht darin, Brauwasser in einem Brauwasserstrom 10 von einem Zustrom 11 für Frischwasser über verschiedene Stationen zu einer Übergabestelle 12 für den eigentlichen Brauprozess 13 zuzuführen.
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Das Frischwasser, das im Zustrom 11 von außen in die Anordnung eintritt, wird zunächst einem ersten Verfahrensschritt mit einer Einrichtung 20 zur Durchführung einer Umkehrosmose zugeführt. In dieser Umkehrosmose werden aus dem zugeströmten Frischwasser die nicht gewünschten Bestandteile herausgefiltert.
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Das auf diese Weise gereinigte Brauwasser des Brauwasserstroms 10 strömt dann weiter zu einer Übergabe- oder Zuführstelle 30, an welcher Salzsäure HCl aus einem Salzsäurereservoir 31 dem Brauwasserstrom 10 zugeführt wird. Die relative Menge an Salzsäure HCl, die an der Zuführstelle 30 dem bis dahin zu praktisch 100 % aus Wasser bestehenden Brauwasser des Brauwasserstroms 10 zugegeben wird, kann (nicht dargestellt) sehr flexibel geregelt werden und exakt den Anforderungen und Wünschen für den späteren Brauprozess 13 angepasst werden.
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In einem nächsten Schritt wird an einer Zuführstelle 40 Schwefelsäure H2SO4 aus einem Schwefelsäurereservoir 41 dem Brauwasserstrom 10 zugeführt. Auch hier gilt, dass die Menge beziehungsweise die Menge pro Zeit oder auch die Menge relativ zu dem gleichzeitig im Wesentlichen aus Wasser bestehenden Brauwasser des Brauwasserstroms 10, praktisch frei gewählt werden kann, wozu manuell steuerbare, aber insbesondere auch fernsteuerbare oder automatisch regelbare Steuerventile oder andere Steuereinrichtungen eingesetzt werden können.
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Durch den Zustrom von Salzsäure und Schwefelsäure ist der pH-Wert des strömenden Brauwassers im Brauwasserstrom 10 stromab der Zuführstelle 40 von 7, dem neutralen Wert, in einen Wertebereich unterhalb von 7 geändert worden. Da der ganz überwiegende Anteil des Brauwasserstroms 10 aber auch nach dem Zustrom dieser beiden Bestandteile nach wie vor Wasser ist, verhält sich das strömende Fluid physikalisch und technisch unverändert wie Wasser.
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Es strömt weiter zu einer dritten Zuführstelle 50. An dieser Stelle wird Kalklauge beziehungsweise Kalkmilch Ca(OH)2 aus einem Kalkmilchreservoir 51 der Zuführstelle 50 zugeführt und strömt dort in den Brauwasserstrom 10. Dadurch wird der pH-Wert wieder angehoben, erreicht aber im Regelfall nicht wieder den Wert 7.
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Der Brauwasserstrom 10 mit seinem Inhalt an Wasser, Salzsäure, Schwefelsäure und Kalkmilch strömt dann weiter bis zur Übergabestelle 12, wo das Brauwasser in den Brauprozess 13 gelangt.
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In der 2 wird nun eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Wesentliche Elemente dieser Ausführungsform entsprechen dem Grundkonzept aus der 1. Dies betrifft etwa den Zustrom 11 von Frischwasser, die Einrichtung 20 zur Durchführung einer Umkehrosmose, die Zuführstellen 30 und 40 für Salzsäure und Schwefelsäure und die Übergabestelle 12 des Brauwasserstroms 10 zum Brauprozess 13.
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Es ändert sich gegenüber der Ausführungsform in der 1 die Vorbereitung für die Zugabe von Kalkmilch Ca(OH)2 an der Zuführstelle 50 in den Brauwasserstrom 10.
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Es wird zunächst Weißkalkhydrat Ca(OH)2 aus einem Vorratssilo 52 zu einer Mischstation 53 geführt. Dort wird es mit Wasser zu einer Weißkalkhydrat-Wasser-Suspension gemischt. Die Konzentration dieser Mischung am Ausgang der Mischstation 53 ist durch die Erfassung der Masse des zugegebenen Weißkalkhydrates einerseits und des zugegebenen Volumens des Mischwassers (nicht dargestellt) andererseits einstellbar. Diese Durchmischung in der Mischstation 53 kann mit Hilfe geeigneter Mischeinrichtungen erfolgen, beispielsweise mittels Rührwerken oder Mischinjektoren.
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Die Suspension wird jetzt anschließend einem mehrstufigen Trennverfahren zur Entfernung von grobem und feineren unlöslichen Schmutzpartikeln unterzogen.
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Von der Mischstation 53 wird die Weißkalkhydrat-Wasser-Suspension über einen Hydrozyklon 54 geführt. In diesem wird die Suspension von groben Verschmutzungen befreit. Anschließend wird sie weiter in einen Puffertank 55 geleitet. In diesem Pufferbehälter 55 kann eine Zwischenspeicherung der gereinigten Suspension erfolgen.
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Aus dem Pufferbehälter 55 wird die gereinigte Weißkalkhydrat-Wasser-Suspension zu Beutelfiltern 56 geführt. Nach dem Hindurchtreten durch die Beutelfilter 56 erfolgt dann eine Verschneidung der Suspension mit einem temperierten Prozesswasserstrom. Dieser Prozesswasserstrom wird aus einem Permeatpuffertank 57 über einen Wärmetauscher 58 temperiert und herangeführt.
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Nach dem Zusammenströmen des temperierten Prozesswasserstroms aus dem Permeatpuffertank 57 und der gereinigten Weißkalkhydrat-Wasser-Suspension aus dem Beutelfilter 56 entsteht ein stark untersättigtes Kalkwasser. Die Suspension wird also mit dem temperierten Wasser zu stark untersättigtem Kalkwasser verschnitten.
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Dieses untersättigte Kalkwasser wird nun einer Ultrafiltrationseinrichtung 59 zugeführt. In dieser Ultrafiltrationseinrichtung 59 wird das untersättigte Kalkwasser klarfiltriert.
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Es wird dann anschließend einem Puffertank zugeführt, der dem Kalkwasser-Reservoir 51 aus der Ausführungsform der 1 entspricht. Von diesem Puffertank oder Reservoir 51 aus kann das klarfiltrierte und untersättigte Kalkwasser dann an der Zuführstelle 50 wieder dem Brauwasserstrom 10 zugeführt werden.
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Dem Brauwasserstrom 10 wird also an drei unterschiedlichen und separaten Zuführstellen 30, 40, 50 jeweils ein zusätzlicher Bestandteil zugeführt. Diese drei (oder zumindest zwei) zugesetzten Bestandteile können mengenproportional zueinander sehr flexibel und sehr präzise eingestellt werden. Durch das Zuführen von Salzsäure HCl und/oder Schwefelsäure H2SO4 an den Zuführstellen 30 und 40 resultiert ein Absinken des pH-Wertes im Brauwasserstrom (10) unter den neutralen Wert 7. Diesem auf diese Weise angesäuerten Brauwasserstrom 10 wird dann an der Zuführstelle 50, also an einem separat und an einem anderen Ort gelegenen Zuführstelle, zur Neutralisation untersättigtes Kalkwasser aus dem Puffertank beziehungsweise Reservoir 51 zudosiert. Auch diese Zudosierung kann äußerst präzise erfolgen, da nicht mit relevanten Reaktionen nach dem Zusammenstrom stromab von der Zuführstelle 50 gerechnet werden muss. Das untersättigte Kalkwasser kann also als Kalkmilch eingesetzt werden und zwar in einer Menge, die zur Neutralisation auf den Ausgangs-pH-Wert oder für auf jeden gerade für einen bestimmten Getränkeherstellungsprozess angestrebten oder geeigneten anderen Wert rechnerisch hinführt.
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Das Brauwasser im Brauwasserstrom 10 wird also an der Übergabestelle 12 zum Brauprozess 13 eine wohldosierte Mischung aus dem ursprünglichen Frischwasser mit den zugegebenen zusätzlichen Bestandteilen bilden, die genau den angestrebten Wert hat.
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Wie erläutert, wird ein temperierter Prozesswasserstrom aus einem Puffertank 57 in diesem Verfahren eingesetzt; zuvor wird auch bereits in der Mischstation 53 Mischwasser dem Weißkalkhydrat zugesetzt, um mit diesem eine Weißkalkhydrat-Wasser-Suspension zu bilden.
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Die für diese beiden Schritte oder jedenfalls die für einen dieser Schritte benötigte Menge an Wasser kann auch (nicht dargestellt) dem Zustrom 11 von Frischwasser entnommen werden, auch nach dem Durchlaufen der Einrichtung 20 für die Durchführung einer Umkehrosmose. Dieses Wasser wird also dem Brauwasserstrom 10 zunächst entzogen und anders als in den Verfahren zum Stand der Technik auch nur ausschließlich zur Herstellung der Kalkmilch für das Reservoir 51 genutzt.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Brauwasser
- 11
- Zustrom von Frischwasser
- 12
- Übergabestelle
- 13
- Brauprozess
- 20
- Einrichtung zur Durchführung einer Umkehrosmose
- 30
- Zuführstelle für Salzsäure
- 31
- Salzsäure-Reservoir
- 40
- Zuführstelle für Schwefelsäure
- 41
- Schwefelsäure-Reservoir
- 50
- Zuführstelle für Kalkmilch
- 51
- Kalkmilch-Reservoir
- 52
- Vorratssilo von Weißkalkhydrat
- 53
- Mischstation
- 54
- Hydrozyklon
- 55
- Pufferbehälter
- 56
- Beutelfilter
- 57
- Puffertank
- 58
- Wärmetauscher
- 59
- Ultrafiltrationseinrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005061492 B1 [0005]
- DE 102005061492 B4 [0006]
- DE 102005037541 B4 [0006]
- DE 102009029353 B4 [0006]
- DE 102010044966 B4 [0006]
