DE2142865B2

DE2142865B2 - Verfahren und Anordnung zum Messen des in einer Flüssigkeit gelösten Gasgehaltes

Info

Publication number: DE2142865B2
Application number: DE19712142865
Authority: DE
Inventors: Derek Reathall Lindfield Sussex Houghton (Grossbritannien)
Original assignee: APV Corp Ltd
Current assignee: SPX Flow Technology Crawley Ltd
Priority date: 1970-09-03
Filing date: 1971-08-26
Publication date: 1974-05-16
Also published as: DK139794C; GB1299949A; DE2142865A1; DE2142865C3; DK139794B

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum kontinuierlichen Messen des Gehaltes eines in einer Flüssigkeit gelösten Gases, bei dem wenigstens ein Anteil der Flüssigkeit kontinuierlich über eine Einschnürung in eine Expansionskammer geleitet und aus dieser mittels einer Pumpe abgezogen wird, wobei der Druck in der Expansionskammer gemessen und als Maß für den Gehalt an gelöstem Gas in der durchtretenden Flüssigkeit ausgewertet und gegebenenfalls zur Steuerung der Einbringung des Gases in die Flüssigkeit herangezogen wird, und eine Anordnung zum Ausführen des Verfahrens.

ίο Die Messung des in einer Flüssigkeit gelösten Gases, so zum Beispiel des Kohlendioxydgehaltes bei Bier, wurde viele Jahre derart ausgeführt, daß man eine Probe aus dem Bier entnahm und direkt den Gasgehalt durch grevimetrische, volumetrische oder manometrische Methoden gemessen hat. Dieses Verfahren ist langsam und ist nicht geeignet, eine kontinuierliche Ablesung zu gestatten, wie es bei der kontinuierlichen Herstellung von Bier od. dgl. erforderlich ist. Insbesondere in den Fällen, in denen die

ao Carbonisierung in einer kontinuierlichen Weise ausgeführt wird, wobei das Kohlendioxyd in einem kontinuierlich fließenden Bierstrom eingeführt und absorbiert wird, ist eine rasche Kontrolle für die Wirksamkeit und die Leistungsfähigkeit des Verfahrens erforderlich. Dies ist besonders der Fall, wenn ein verhältnismäßig geringes Maß an Carbonisierung erforderlich ist, da das überschüssige Kohlendioxyd nur schwierig zu entfernen ist.

Man hat auch bereits kontinuierlich Proben emnommen. Bei einer Arbeitsweise, welche in der Zeitschrift »Brewers' Guild Journal« vom Oktobe, 1967. S. 513 bis 524. beschrieben ist, wurde ein kleiner Anteil des Biers von einer Strömungsleitung durch eine feste Einschnürung in eine Ausdehnungskammer abgezogen und von dort durch eine Pumpe in die gleiche Leitung unterhalb der Entnahmestelle wieder zurückgeführt. Der Druckabfall über der Einschnürung und der Expansionskammer führen zu einem Schäumen des abgezogenen Bieres durch Freisetzung des Kohlendioxids, wobei Schaum entsteht, l'nter konstanten bedingungen hinsichtlich Leitungsdi uck. Arbeit der Pumpe und Temperatu; ist der Druck in der Ausdehnungskammer ein verhältnismäßig genauer Indikator für den Gehalt des Kohlendioxyds im Bier. Während für die Temperatur und den Druck in der Leitung ausreichende Kompensation gewährleistet werden kann, ist die Aufrechterhaltung einer gleichförmigen Pumpenarbeit sehr schwierig und eine Neukalibirierung des S\ stems häufig in kurzen Abständen erforderlich.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Anordnung für die kontinuierliche Messung des Gehaltes von in Flüssigkeit gelöstem Gas zu schaffen, welche nicht von der Stabilität der Arbeitscharakteristiken einer Pumpe abhängig ist oder etwa von der Eintrittsöffnung oder dem Druck in dem Verfahrensbereich, aus dem die Flüssigkeit abgezogen oder zurückgeführt wird.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß hei einem Verfahren der eingangs genannten Art zusätzlich die Dichte des in der Expansionskammer sich bildenden Schaumes gemessen und durch Steuerung der Einlaß-Einschnürung und/oder des Pumpenauslasses auf einen Wert eingestellt wird.

bei dem das in der Flüssigkeit gelöste Gas mit dem Gas in dem Schaum im wesentlichen im Gleichgewicht gehalten wird.

Zum Ausführen des Verfahrens sieht die Erfin-

dung eine Anordnung, bestehend aus einer Expansionskammer mit einer Einlaßeinschnürung und einer Auslaßpumpe sowie einer den Druck in der Expansionskammer messenden Einrichtung, vor, welche gekennzeichnet ist durch eine Einrichtung zum Messen der Dichte des sich in der Expaasionskamroer bildenden Schaumes und einer Einrichtung zum Steuern der Einlaßeinschnürung und/oder eines Auslaßventils der Pumpe.

Die Anordnung und das Verfahren können zur direkten Bestimmung des Gehaltes an^in der Flüssigkeit gelöstem Gas herangezogen werden, wenn die Flüssigkeitstemperatur konstant ist. In den Fällen, in denen die Flüssigkeitstemperatur schwanken kann, ist die Anordnung so ausgebildet, daß eine Einrichtung zum Messen der Temperatur der Flüssigkeit und/oder des Schaumes und eine Einrichtung zum Korrigieren der gemessenen Druckwerte an der vorbestimmten Stelle der Kammer in Abhängigkeit von Temperaturschwankungen vorgesehen sind.

Die Anordnung und das Verfahren können zur Messung des Gehaltes an gelöstem Gas in der Weise verwendet werden, daß die gesamte Flüssigkeit durch die die Kammer umfassende Leitung geleitet wird oder aber auch in den Fällen, in denen lediglich ein Teil der Gesamtflüssigkeit in die Kammer eingeführt wird. Da sich die Flüssigkeit und der Schaum in der Kammer tatsächlich im Gleichgewicht befinden, tritt nur ein sehr geringer Verlust an Gas aus dem gelösten Zustand an den Schaumzustand auf. Wei.n der Apparat als solcher vollständig eingeschlossen ist, braucht überhaupt kein Verlust in Kauf genommen werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Dichte des Schaumes durch Messen des Druckes in verschiedenen Höhenlagen der in Form eines senkrechten Rohres ausgebildeten Expansionskammer bestimmt.

Der Druck an der vorbestimmten Stelle ist eine Anzeige des Gasgehaltes, die zur Erzeugung eines Eingangsignals für eine den Carbonisierungsvorgang od. dgl. steuernde Einrichtung verwendet werden kann, um das Ausmaß der Einführung des Gases in die Flüssigkeit zu regulieren und einen vorbestimmten Gehalt an gelöstem Gas aufrechtzuerhalten.

Die Erfindung wird rachfolgenc¹ an Hand einer schematischen Zeichnung eines Ausführungsbeispiels erläutert. Die dargestellte Anordnung ist in erster Linie zum Messen des Gehaltes an Kohlendioxyd in Bier bestimmt, aber auch für andere Meßzwecke geeignet.

Die in der Zeichnung schematisch angedeutete Anordnung wuisi eine Finlaßstelle 1 für das Produkt auf, wobei durch diese Einlaßstelle die Gesamtheit der Produktionsströmung für eine vollständige Einweg Messung oder alternativ dazu nur ein Anteil der Gesamtströmung aus der Hauptproduktionsleitung tingeführt werden kann. In jedem Fall ist die dargeftellte Anordnung am besten stromabwärts von tinem Wärmeaustauscher angeordnet, in welchem das Bier auf eine stabile feste Temperatur gebracht «vird, nachdem es mit Kohlendio.xyd versetzt ist, um tlen Kohlendioxydgehalt im wesentlichen auf den erforderlichen Wert zu bringen. Die Messungen der Anordnung können dazu verwendet weiden, solche Korrekturen an der Vorrichtung zur Steuerung der Strömung des Kohlendioxyds anzubringen, die sich als notwendig erweisen, um den erforderlichen Gehalt an Kohlendioxyd in dem carbonisierten Bier aufrechtzuerhalten.

Von der Einlaßstelle 1 gelangt das Bier durch eine Einschnürung 2, welche die Form einer Öffnung, einer Düse oder eines Ventils besitzen kann und der eine Einstelleinrichtung 3 zugeordnet ist. Von der Einschnürung 2 gelangt die Flüssigkeit durch ein Sichtglas 4 an einem Anschluß S \orbei, an dem ein

ίο Druckprüfgerät angeschlossen werden kann, in das obere Ende einer als senkrechtes Rohr ausgebildeten Expansionskammer 6. Aus der Expansionskammer 6 gelangt die Flüssigkeit durch ein weiteres Sichtglas 7 zu einer Pumpe 8, welche ein Auslaßventil 9 aufweist und die Flüssigkeit in eine Bier-Ablaufrichtung 10 leitet. Das Auslaßventil 9 weist eine Einstelleinrichtung 11 auf.

An der Expansionskammer 6 ist eine Tasche 12 zum Einsetzen eines Thermometers vorgesehen, mit dem die Temperatur des in die Expansionskammer 6 eintretenden Biers gemessen werden kann.

Weiterhin sind zwei Druckmeßeinrichtungen 13,

14 nahe dem oberen und dem unteren Ende der Expansionskammer 6 angeordnet. Die Ausgangssignale dieser Meßeinrichtungen werden zu einem Differentialsignal-Übertrager 15 geleitet. Dieser Übertrager

15 liefert ein Ausgangssignal, das der Differenz in den Drücken an den Meß-Stellen 13 und 14 proportional ist. Dieses Ausgangssignal liefert damit eine Messung für die Dichte des Schaumes innerhalb der Expansionskammer 6. Dieses Signal wird dazu verwendet, etwaig notwendige Korrekturen entweder an der Einstelleinrichtung 3 oder an der Einstelleinrichtung Ϊ1 oder an beiden anzubringen, um die Druck-Verhältnisse innerhalb der Expansionskammer 6 zu justieren, so daß die Schaumdichte mit einem vorbestimmten Wert für den durch den Übertrager 15 ermittelten Differentialdruck übereinstimmt. Eine weitere Druckmeßeinrichtung 16 dient zur Messung des tatsächlichen Druckes innerhalb des Systems. Unter den geschilderten Verhältnissen ist dieser gemessene Druck eine Anzeige für den tatsächlichen Gehalt von gelöstem Kohlendioxyd in Bier, das durch die Einlaßstelle 1 in das Meßsystem eintritt.

Der Ausgang der Meßeinrichtung 16 wird einem Übertrager 17 zugeführt, dessen Ausgangssignal dazu verwendet werden kann, um Korrekturen an der Einrichtung ?n?.ubrinpcn. welche die Strömung des Kohlendioxyds zu der Finführungsstelle oberhalb des Wärmetauschers regelt, und 7\\ar in dem Umfange, in dem es notwendig erscheint, um die Carbonisierung innerhalb akzeptabler Grenzen zu halten. Bei Betrieb gelangt das Bier durch die Einschnürung 2 in die Expansionskaiiimer6. Hierbei erleidet das Bier

einen wesentlichen Druckabfall und neigt daher zur Bildung von Schaum. Der Druck innerhalb der Expansionskammer 6 wird so eingestellt, daß der Schaum und das Bier sich tatsächlich im Gleichgewicht befinden, so daß der größte Teil des Bieres durch den Schaum in dem Rohre fließt und durch die Pumpe 8 und die Ablaufleitung 10 abgeführt wird. Der tatsächliche Druck wird mit Hilfe der Einstelleinrichtung 3 für die Einschnürung 2 und der Einstelleinrichtung 11 für das Auslaßventil 9 eingestellt.

Es ist leicht einzusehen, daß der Gleichgewichtspunkt zwischen dem Schaum und der Flüssigkeit abhängig ist von der Temperatur und dem vorherrschenden Druck und ebenso von dem Gehalt an ge-

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löstc-m Kohlendioxyd im Bier. Da die Einrichtung hen, wobei die Messung und ihre Genauigkeit nicht unmittelbar stromabwärst von einem Wärmetauscher von der Stabilität der Arbeitswerte der Pumpe 8 abangeordnet ist, in welchem die Biertemperatur genau hängig sind. Es ist weiter zu bemerken, daß die vereingestellt werden kann, kann die Temperatur des wendete Ausrüstung von einer Art ist, die an Ort und Bieres im Meßsystem als konstant angenommen wer- 5 Stelle leicht gereinigt werden kann und daher besonden. Selbstverständlich kann in der Praxis die tat- ders für leicht verderbliche Flüssigkeiten, wie Bier, sächliche Temperatur im Bereich der Tasche 12 mit verwendet wtrden kann.

Hilfe eines Thermometers gemessen werden. Der in Es ist weiterhin leicht einzusehen, daß die Anord-

der Fxpansionskammer 6 tatsächlich vorherrschende nung. die in der Zeichnung im Zusammenhang mit

Druck ist damit ein Maß für den Gehalt an Kohlen- io der Beschreibung der Messung des Kohlendioxydge-

dioxyd in der Flüssigkeit. haltes in Bier behandelt worden ist, auch leicht für

Wenn die Einrichtung nicht an einer Sülle von die Anwendung der Messung anderer Gase und ankonstanter Temperatur der Bierherste";u"gsanlage derer Flüssigkeiten angepaßt werden kann,
angeordnet ist oder angeordnet werden kann, muß Eine typische Anwendung für die Messung de^ die Temperatur innerhalb der Expansionskammer 6 15 Kohlendioxyds in Bier wird im folgenden Beispiel gemessen und eine kompensierende Korrektur an gegehe"-

dem Drucksignal aneebracht werden, bevor dieses Wenn Bier mit einem CO₂-Gehalt von 3 g 1 bei

als Maß für den genauen Gehalt an in der Flüssigeit einer Temperatur von 0 C gehalten wird, ist der

vorhandenem Kohlendioxyd verwendet werden kann. Gleichgewichts-Absolut-Druck, bei dem das Gas ge-

Die Wahl dafür, ob der Druck innerhalb des Roh- 20 rade in Lösung gehalten wird (gemäß den erhältli-

res durch Korrekturen an der Lingangseinschnürung chen Informationen über typische Biersorten) annä-

oder am Auslaß der Pumpe reguliert wird, hängt von hemd etwa 1 kg cm². Wenn das Kontroll system für

den Charakteristiken des gesamten Systems ab. Bei- die Dichte so eingestellt wird, daß es sicherstellt, daß

spielsweise wird man in den Fällen, in denen die Ein- d.<e Probe beispielsweise nur einen Wert von 0,9 ge-

laß-Strömungsgeschwindigkeit konstant ist, die Kon- 25 genüber der Dichte von Bier besitzt d.h. ein Schaum

trolle normalerweise nur an dem Auslaßventil 9 vor- entsteht, bei dem 9Teik Bier auf 1 Volumenteil

sehen. In den Fällen, in denen die Auslabgeschwin- ireits Gas kommen, kann das Bier kontinuierlich

digkeit konstant ist. wird man normalerweise die Re- durch das System bis zum Austritt geführt werden,

gulierung an der Einlaßeinschnür. ng 2, und zwar nur wobei es am Austritt den gleichen Gehalt an geiö-

an dieser vornehmen. 30 stern Gas besitzt wie am Eintritt, wobei vorausgesetzt

Die Pumpe ha* die doppe!;*- Funktion der Wieder- ist, daß keine Stelle für das Entweichen von Gas vor-

herstellung des DmrVes etwas oberhalb der Gleich- handen ist und die Gesamtmenge am freien Π ~ in

gewicl-itsbedingungen. so daß cii? Schaumbildung dem System genau gesteuert wird. Dadurch wird

stromabwärts von der Pumpe verhindert wird, sowie sichergestellt, daß der in dem System entstehende

der Überführung des Biers zurück in die Hauptlei- 35 Druck die Probendichte sehr eng nahe dem Gleichge-

tung oder in dem Fall, in dem die gesamte Menge an wichtswert (d. i. nahe 1 kg cm² abs. für 3 g liter) häh.

Bier durch die ExpansioriMcammcr 6 geleitet wird, Wenn die Temperatur der Probe Rut einen Wert

zur nächsten Behandlung oder Speicherstufe. von 10° C angehoben wird, neigt der absolute Druck

Es ist ersichtlich, daß mit a~ru beschriebenen Ver- dazu, auf den neuen Gleichgewichtswert von 1.4 kg

fahren und der beschriebenen Anordnung keine Not- 40 cm⁵ abs. zu Zeigen, während ein zunehmender Ge-

wendigkeit besteht. Proben iur getrennten Auswer- halt von beispielsweise 6g1 bei 0^c C zu einem Wert

tung des Gehaltes an gelnrtem Ga* zu entnehmen. von 2 kg cm² abs. führen würde.

Da weiterhin der in dem Sysiem vorhandene Schaum Auf diese Weise kann eine Druckmeßeinrichtung

sich im Gleichgewicht mit der das System passieren- mit einem Ablesebereich von 1 bis 2 kg cm² abs.

den Flüssigkeit befindet, wird auch keine nennens- 45 dementsprechend für Ablesungen bei 0" C kalibriert

werte Menge an Schaum gebildet. Insbesondere muß werden, würde jedoch zusätzliche Skalen oder Kom-

unterstrichen werden, daß die Bedingungen, unter pesationseinrichtungen für andere Temperaturbe-

denen der Schaum sich bildet, unter Kontrolle ste- reiche benötigen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum kontinuierlichen Messen des Gehaltes eines in einer Flüssigkeit gelösten Gases, bei dem wenigstens ein Auteil der Flüssigkeit kontinuierlich über eine Einschnürung in eine Expansionskammer geleitet und aus dieser mittels einer Pumpe abgezogen wird, wobei der Druck in der Expansionskammer gemessen und als Maß für den Gehalt an gelöstem Gas in der durchtretenden Flüssigkeit ausgewertet und gegebenenfalls zur Steuerung der Einbringung des Gases in die Flüssigkeit herangezogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich die Dichte des in der Expansionskamraer sich bildenden Schaumes gemessen und durch Steuerung der Einlaß-Einschnürung und/oder des Pumpenauslasses auf einen Wert eingestellt wird, bei dem das in der Flüssigkeit gelöste Gas mit dem Gas in dem Sclu.um im wesentlichen im Gleichgewicht gehalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Dichte des Schaumes durch Messen des Druckes in verschiedenen Höhenlagen der in Form eines senkrechten Rohres ausgebildeten Expansionskammer bestimmt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit der Exp msionskammer mit einer vorbestimmten, im wesentlichen konstanten Temperatur zugeführt wird.

4. Anordnung zum Ausführen des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 3, bestehend aus einer Expansionskammer mit einer Einlaßeinschnürung und einer Auslaßpumpe sov\ ie einer den Druck in der Expansioiiskammer messenden Einrichtung, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (13, 14. 15) zum Messen der Dichte des sich in der Expansionskammer (6) bildende·;. Schaumes und einer Einrichtung (3 bzw. 11) zum Steuern der Einlal.Vinschnürung (2) ur.d'edcr eines Auslaßventils (9) der Pumpe (8).

5. Anordnung nach Anspruch 4. dadurch gekennzeichnet, daß bei einer in senkrechter Richtung langgestreckten Expansionskammer (6) mehrere in verschiedenen Höhenlagen der Expansionskammer angeordnete Druckmeßeinrichtungen (13,14) vorgesehen sind.

6. Anordnung nach Anspruch 4 oder 5. dadurch gekennzeichnet, daß bei schwankender !•-intrittstemperatur der Flüssigkeit eine Einrichtung (12) zur Messung der Temperatur der Flüssigkeit und odrr des Schaumes und eine Einrichtung 7um Kon igieren der gemessenen Druckwerte an der vorbestimmten Stelle (16) der Kammer in Abhängigkeit von Temperalurschwankungen vorgesehen sind.