DE3514958C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung der Konzentration einer dispersen Phase in einer kontinuierlichen Phase nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 5.

Das Problem, ein definiertes disperses System zu erzeugen, stellt sich beispielsweise bei der Bierherstellung. Zur Erzielung einer stets gleich guten Bierqualität spielt ein stets gleicher Gärverlauf eine entscheidende Rolle. Dieser wird, neben anderen Einflußgrößen, entscheidend von einer genauen Dosierung der Bierhefezellen (disperse Phase) zur Bierwürze (kontinuierliche Phase) beeinflußt.

Bierwürze und Hefezellen bilden ein disperses System, wobei die kontinuierliche Phase oder das sogenannte Dispersionsmittel von der Bierwürze gebildet wird, welche die disperse Phase, die festen Hefezellen, umschließt.

Die herkömmlichen und heute noch weitverbreiteten Methoden zur Hefegabe, die sämtlich mit dem Volumen oder dem Gewicht der Hefe arbeiten, sind als unzureichend bekannt. Sie berücksichtigen nicht, selbst bei Durchmischung der Hefen im Hefetank, die sehr unterschiedliche Konsistenz der Hefen und die oft unzulängliche Probenahme. Näherungsweise Bestimmung der Zellzahl durch Ermittlung der Trockensubstanz in der Laborzentrifuge oder über den Leitfähigkeitswert einer Hefesuspension machen die Hefegaben zwar etwas genauer, jedoch kann das Gesamtergebnis nicht befriedigen, da alle bekannten Maßnahmen, die dazu dienen, den Hefezustand festzustellen oder zu standardisieren, apparativ aufwendig sind. Maßnahmen zur Homogenisierung der Hefe durch Rühren oder Umpumpen erfordern beispielsweise reinigungstechnisch problematische Rühr- bzw. Pumpenvorrichtungen; die Mengenbestimmung der Bierhefe durch den gesamten Vorratstank für Bierhefe erfassende Wiegezellen sind außerordentlich aufwendig, wobei die Meßgenauigkeit durch störende äußere Kräfteeinwirkungen (Anschluß von Leitungen) beeinträchtigt wird. Selbst die Auszählung der Hefe mit der Thomakammer ist bis zu 25% ungenau und langwierig. Coulter-Counter arbeiten präziser, doch sind sie für den Laborgebrauch bestimmt.

Abgesehen von der Schwierigkeit, die Zellzahl je Volumen- oder Mengeneinheit eines vorliegenden Hefekonzentrats zu bestimmen, ist nach dem heutigen Stand der Technik zur Erzeugung einer Bierhefe/Bierwürze-Suspension (gemessen in Hefezellen/ml Bierwürze) kein anderer Weg bekannt, als die durch näherungsweise Ermittlung ihrer Zahl nach bestimmten Hefezellen in die Bierwürze zu dispergieren, wobei das Verdünnungsverhältnis zunächst rechnerisch ermittelt und dann durch entsprechende Handhabung von Bierwürze und Hefekonzentrat eingestellt wird.

Versuche, die Zellzahl im Hefekonzentrat beispielsweise durch Trübungsmeßverfahren kontinuierlich zu bestimmen und unabhängig von diesen Meßwerten Hefezellen in die Bierwürze zu dosieren, sind gescheitert, da derartige Meßverfahren in dieser spezifischen Anwendung grundsätzlich keine aussagefähigen Meßwerte liefern können. Außerdem arbeitete man in diesen Versuchen ohne Bestimmung der Vortrübung der Bierwürze. Es wurde nur die Gesamttrübe, resultierend aus Bierwürze und Bierhefe, gemessen, wodurch das gesamte Verfahren sehr ungenau arbeitete.

Zwar ist durch die DE-AS 20 54 232 ein Verfahren zur Überwachung und ggf. Steuerung der Zugabe von Alkalimetallsalzen zu Wasser bekannt, bei dem die zugegebene Menge der Alkalimetallsalze durch eine potentiometrische Messung des Zuwachses des Gehaltes an Alkalimetallionen im Wasser bestimmt wird. Aus dieser Druckschrift ist bei Übertragung auf das vorliegende Problem allenfalls der allgemeine Hinweis zu entnehmen, daß die Dosierung der Bierhefezellen in Abhängigkeit von Differenzsignalen zu steuern ist, die irgendwie geartete Meßeinrichtungen, vor und nach der Zugabestelle angeordnet, liefern. Eine derartige Handhabung und Vorgehensweise ist bei Dosierproblemen im sogen. "incline"-Betrieb jedoch naheliegend und bekannt und leistet keinen konkreten Beitrag zur Lösung des vorliegenden Problems, nämlich eine definierte Bierhefe/Bierwürze-Suspension zu erzeugen.

Aus der DE-OS 24 44 199 ist in diesem Zusammenhang der allgemeine Hinweis zu entnehmen, daß die Konzentration einer Flüssigkeit mittels Lichtquelle und fotoelektrischem Detektor über die Trübung meßbar ist. Das bekannte Merkmal läßt sich allerdings nicht auf das vorliegende Problem übertragen, da die kontinuierliche Phase (Bierwürze) in einem Maße optisch dicht ist (hohe Trübung), daß die nach der DE-OS 24 44 199 vorgeschlagenen Lichtquellen (sichtbares Licht) sie nicht durchdringen können. Farbunterschiede sind nicht feststellbar und damit nicht auswertbar.

Die aus der DE-OS 24 44 199 bekannte Vorrichtung bedient sich eines sog. Nephelometers. Das Nephelometer besitzt folgende Meßeigenschaften:

• 1. Die Methode ist zur Messung schwacher Trübungen, auch bei vergleichsweise kurzen optischen Sichtlängen, gut geeignet.
• 2. Die Methode ist zur Messung an stark gefärbten und sich in ihrer Färbung ändernden Medien geeignet.

Allein aufgrund der vorstehend genannten Tatsachen, daß nämlich die Vorrichtung gemäß dem Stand der Technik (DE-OS 24 44 199) nur Farbunterschiede registrieren und auch verarbeiten kann, daß demgegenüber Konzentrationsänderungen der Bierhefezellen keine Farbunterschiede sichtbar werden lassen, ist die bekannte Vorrichtung ungeeignet, das vorliegende Problem zu lösen.

Ein weiterer Grund, die bekannte Vorrichtung nicht auf das vorliegende Problem anzuwenden, besteht darin, daß bei der bekannten Vorrichtung eine Probe der zu untersuchenden Flüssigkeit im allgemeinen mit einer genau abgemessenen Menge eines Reagenz in der Probenkammer selbst gemischt wird. Beim Durchstrahlen von Licht durch die Probenkammer wird in dem fotoelektrischen Detektor ein Signal erzeugt, das von der optischen Änderung, z. B. einer Farbänderung, abhängt, die durch die Reaktion zwischen der zu untersuchenden Flüssigkeit und der Reagenz erzeugt wird. Allein die Tatsache, daß die bekannte Vorrichtung bei Anwendung auf das vorliegende Problem nach einer Indikatorlösung verlangt, verhindert schon, im Hinblick auf das Reinheitsgebot bei der Bierherstellung, ihre Anwendung auf das vorliegende Problem. Abgesehen davon müßte zusätzlich herausgefunden werden, welche Indikatorlösung in Abhängigkeit von der dispergierten Phase, den Bierhefezellen, einen Farbumschlag bzw. eine Farbänderung hervorruft. Da das Dispersionsmittel, die Bierwürze, optisch derart dicht ist, daß Farbunterschiede nicht auszumachen sind, scheidet dieser Lösungsansatz auch aus diesem Grunde von vorneherein aus.

Im übrigen verlangt die bekannte Vorrichtung, daß eine Probe der zu untersuchenden Flüssigkeit zu nehmen und in der vorstehend beschriebenen Weise zu handhaben ist. Angesichts hoher Förderleistungen des Dispersionsmittels (Bierwürze) und deren Schwankungen hinsichtlich ihrer Vortrübung und Konzentrationsänderungen im Vorfeld der Dosierung kommt eine chargenweise Probenahme in bestimmten zeitlichen Abständen in Hinblick auf eine optimale Lösung des Problems von vorneherein nicht in Frage. Die Brautechnik strebt eine sogen. "incline"-Lösung an, das heißt, sie sucht eine Lösung, bei der nicht ein Teilstrom, sondern der gesamte Volumenstrom einer im günstigsten Falle kontinuierlichen Messung unterworfen wird.

Zur Problematik der Konzentrationsmessung vor und hinter einer Mischstelle wird ergänzend noch auf die DE-OS 21 56 498 verwiesen. Diese Druckschrift bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Mischung mit konstanter Komponentenzusammensetzung aus mehreren Ausgangsstoffen, wobei unter anderem die Ausgangsstoffe mittels eines Röntgen-Fluoreszensverfahrens anaylsiert werden. Es kommt als hierbei ein Trübungsmeßgerät zur Anwendung, das auf der Basis der sogen. Sekundärstrahlungsanregung (Lumineszenz) arbeitet. Derartige Verfahren sind, da die zu untersuchende Probe mit Röntgenlicht einer geeigneten Röntgenröhre bestrahlt werden muß, im Zuge der Bierherstellung aus Gründen des traditionellen Reinheitsgebotes von vorneherein nicht anwendbar und stoßen auf Ablehnung; dieses um so mehr, als die Brautechnik die Gewinnung der Meßwerte im sogen. "incline"-Betrieb anstrebt. Abgesehen davon ist nicht bekannt, ob das bekannte Röntgen-Fluoreszensverfahren bei Anwendung auf das vorliegende Problem die erfolgreichen eindeutigen Zusammenhänge zwischen Strahlung und Konzentration der Bierhefezellen herstellen kann.

Der Erfindung liegt, zunächst in allgemeiner Form formuliert, die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung der Konzentration einer dispersen Phase in einer kontinuierlichen Phase zu schaffen, wodurch die Beimischung der dispersen Phase zur kontinuierlichen Phase über die Konzentration der dispergierten Anteile in der kontinuierlichen Phase unmittelbar gesteuert wird. Übertragen auf die Erzeugung einer Bierhefe/Bierwürze-Suspension stellt sich somit die konkrete Aufgabe, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung der Konzentration der Bierhefe in Bierwürze zu schaffen, wodurch die Dosierung der Bierhefe in die Bierwürze über die Konzentration der Hefezellen in der Bierwürze (Anzahl der Hefezellen/ml Bierwürze) unmittelbar gesteuert wird.

Diese Aufgabe wird bzgl. des Verfahrens durch die Kennzeichenmerkmale des Anspruchs 1 bzgl. der Vorrichtung durch die Kennzeichenmerkmale des Anspruchs 5 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen 2 bis 4 beschrieben, während die Unteransprüche 6 bis 9 vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung betreffen.

Nach dem neuen Verfahren kann durch Anwendung des Gesetzes von Lambert-Beer-Bouguer die Zellzahl der in der Bierwürze dispergierten Bierhefe direkt gemessen werden, so daß über einen Soll-/Istwertvergleich der Zellzahl die Hefedosierung gesteuert werden kann. Die direkte Messung der Zellzahl ist gegenüber bekannten Methoden die genaueste Methode zur Hefedosierung. Mit der gleichmäßigen Dosierung der Hefe nach Zellzahl vom ersten bis zum letzten Hektoliter Bierwürze hat der Brauer nun einen weiteren bestimmbaren Parameter für rasche Angärung und gleichmäßigen Gärverlauf.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß die Vortrübung des Dispersionsmittels, also der Bierwürze, die in der Praxis erheblichen Schwankungen unterworfen ist, meßtechnisch erfaßt und berücksichtigt wird. Zwar spielen das Gärvermögen und die Charakteristiken der Hefestämme ihre Rollen weiterhin; auch der Anteil der toten Hefezellen und das Eiweiß beeinflussen die Zellzahlmessung, doch mit der Möglichkeit, die Zellzahl der Hefe als Sollwert zur Verfügung zu haben, können diese Faktoren besser ausgeglichen d. h. in die Vorgabe eingebaut werden.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens gemäß der Erfindung sieht vor, daß der Trübungsgrad der kontinuierlichen Phase kontinuierlich gemessen wird, wobei der Wert vor und der Wert nach der Beimischung der dispersen Phase entweder gleichzeitig oder in Zuordnung zu einem bestimmten Abschnitt der kontinuierlichen Phase, an dem sie gemessen wurden, weiterverarbeitet werden. Die Vorteile einer derartigen Verfahrensweise bestehen darin, daß mit einem Dispersionsmittel (Bierwürze) gearbeitet werden kann, dessen Ausgangszustand keine standardisierte und zeitlich konstante Trübung aufweisen muß. Zeitlich veränderliche oder schwankende Trübungen des Dispersionsmittels sind ohne weiteres erfaßbar und lassen sich bei der Regelung der Konzentration der dispersen Phase in der kontinuierlichen Phase berücksichtigen.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann nach einer anderen Ausgestaltung dadurch meßtechnisch vereinfacht werden, daß der Trübungsgrad der kontinuierlichen Phase kontinuierlich gemessen wird, wobei der vor der Beimischung der dispersen Phase gemessene Wert nur einmal ermittelt und gespeichert und dem nachfolgend nach der Beimischung gemessenen Wert jeweils zugeordnet wird. Voraussetzung für eine derartige Verfahrensweise ist allerdings, daß das Dispersionsmittel, die Bierwürze, in ihrem Ausgangszustand eine standisierte und zeitlich konstante Trübung aufweist. Ein derartiger Ausgangszustand ist in der Praxis durch Sedimentation oder Filtration der Bierwürze sicherzustellen. Ob dies gelingt, hängt von den jeweiligen Bedingungen ab. Im allgemeinen ist die Bierwürze auch nach Filtration, abhängig vom Wirkungsgrad des Filters, unterschiedlicher Trübung unterworfen. Ob Heißwürzeklärung der Ausgangszustand der Bierwürze im vorgenannten Sinne in ausreichendem Maße möglich ist, hängt stark vom Rohstoff Malz und der Verarbeitung im Sudhaus ab.

Eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, daß der Trübungsgrad der kontinuierlichen Phase intermittierend gemessen wird, wobei jeweils der vor der Beimischung der dispersen Phase gemessene Wert gespeichert und dem nachfolgend nach der Beimischung gemessenen Wert zugeordnet wird. Diese Verfahrensvariante bleibt nicht, wie die vorstehend beschriebene, auf ein Dispersionsmittel mit standardisierter Ausgangstrübung beschränkt, sondern letztere kann, wie die in der Praxis gegeben ist, durchaus Schwankungen unterworfen sein. Der Vorteil des geschilderten Verfahrens liegt im wesentlichen darin, daß, ebenso wie bei dem vorstehend beschriebenen Verfahren, nur eine einzige Meßstelle erforderlich ist.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht die Erfindung vor, daß innerhalb der Würzeleitung eine erste Signalerzeugungseinrichtung dem Hefedosier-Regelventil vor- und eine zweite Signalerzeugungseinrichtung letzterem nachgeordnet ist, und daß das Hefedosier-Regelventil und die Signalerzeugungseinrichtungen wirkungsmäßig mit einer Signalverarbeitungseinrichtung verbunden sind. Die Signalverarbeitungseinrichtungen weisen vorteilhafterweise jeweils eine Strahlungsenergiequelle und einen Strahlungsenergiedetektor auf, wobei die Strahlungsenergiequelle außerhalb der optisch transparenten Würzeleitung angeordnet und zur Bestrahlung der Würzeleitung und der strömenden Phasen betreibbar ist.

Der Strahlungsenergiedetektor ist dabei zweckmäßigerweise außerhalb der optisch transparenten Würzeleitung angeordnet und zur Erfassung der Strahlungsenergie aus der Strahlungsenergiequelle, die durch die Würzeleitung und die strömenden Phasen hindurchgelangt ist, betreibbar. Ein den Trübungsgrad des Dispersionsmittels kennzeichnendes Signal wird zweckmäßgerweise vom Strahlungsenergiedetektor an eine Signalverarbeitungseinrichtung weitergeleitet, welche aus den mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gewonnenen Ausgabesignalen Differenzsignale ableitet, über die das Hefedosier-Regelventil gesteuert wird.

Um den gerätetechnischen Aufwand der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu reduzieren, ist nach einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung gemäß der Erfindung vorgesehen, daß innerhalb der Würzeleitung dem Hefedosier-Regelventil eine Signalerzeugungseinrichtung nachgeordnet ist, und daß das Hefedosier-Regelventil und die Signalerzeugungseinrichtung wirkungsmäßig mit der Signalverarbeitungseinrichtung verbunden sind. Diese Vorrichtung bedingt allerdings, daß entweder mit einer standardisierten Ausgangstrübung der Bierwürze gearbeitet oder daß deren Trübungsgrad intermittierend gemessen wird.

Wird nach einer weiteren vorteilhaften Vorrichtung gemäß der Erfindung als Strahlungsenergie Infrarotenergie mit einer Wellenlänge zwischen 800 und 1400 nm eingesetzt, so ergibt sich für die Extinktion der Bierhefe/Bierwürze-Suspension eine lineare Abhängigkeit von der Hefezellzahl im Bereich von 5-30 Millionen Hefezellen/ml Bierwürze nach dem Gesetz von Lambert-Beer-Bouguer.

Ähnliche Verhältnisse stellen sich näherungsweise bei anderen Anwendungsfällen dann ein, wenn nach einer weiteren Vorrichtung gemäß der Erfindung die Wellenlänge der verwendeten Strahlungsenergie kleiner ist als ein Viertel der Abmessung der dispergierten Anteile. Eine lineare Abhängigkeit der Extinktion des dispersen Systems von den dispergierten Anteilen ist nicht notwendigerweise Voraussetzung für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens; sie ergibt allerdings, wenn sie gegeben ist, eine Handhabung und Verarbeitung der Meßwerte.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen an drei Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 die neue, auf wesentliche Bauteile beschränkte Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung in schematischer Darstellung;

Fig. 2 eine weitere, gegenüber der Vorrichtung gemäß Fig. 1 weiter vereinfachte Vorrichtung zum Durchführen der vereinfachten Verfahrensvarianten gemäß der Erfindung in schematischer Darstellung und

Fig. 3 eine gegenüber der Vorrichtung gemäß der Fig. 1 vervollständigte Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung in schematischer Darstellung, bei der die in derartigen Vorrichtungen notwendige Reinigungsfähigkeit sichergestellt ist.

Die Vorrichtung gemäß Fig. 1 besteht im wesentlichen aus einer Würzeleitung I, in der im Abstand voneinander eine erste und eine zweite Signalerzeugungseinrichtung 3 bzw. 10 angeordnet sind. Zwischen diesen beiden Signalerzeugungseinrichtungen 3, 10 mündet über ein Hefedosier-Regelventil 6 eine Dosierleitung für Hefe II in die Würzeleitung I ein. In der Dosierleitung für Hefe II ist eine Hefedosierpumpe 1 angeordnet. Die Signalerzeugungseinrichtungen 3, 10 und das Hefedosier-Regelventil 6 sind mit einer Signalverarbeitungseinrichtung 14 wirkungsmäßig über Leitungen für Signalverarbeitung VIa, VIb bzw. VIc verbunden. Über die Leitung VIa wird das Ausgangssignal E _o und über die Leitung VIb wird das Ausgangssignal E auf die Signalverarbeitungseinrichtung 14 übertragen.

Das Dispersionsmittel, die Bierwürze W, tritt vor der ersten Signalerzeugungseinrichtung 3 in die Würzeleitung I ein. Über die Dosierleitung für Hefe II wird die disperse Phase, die Bierhefe H, dem Hefedosier-Regelventil 6 zugeführt. Das disperse System, eine Suspension aus Bierhefe und Bierwürze W+H, durchströmt die zweite Signalerzeugungseinrichtung 10, in der ein kennzeichnendes Signal E erzeugt wird. Die Ausgangstrübung der Bierwürze W liefert in der ersten Signalerzeugungseinrichtung 3 das kennzeichnende Signal E _o .

Die Anordnung gemäß Fig. 1 ist in der Lage, eine veränderliche Vortrübung der Würze mit

E _o =konstant (1)

kontinuierlich zu erfassen.

Dabei wird der Trübungsgrad der kontinuierlichen Phase in jeder Signalerzeugungseinrichtung 3, 10 kontinuierlich gemessen, wobei der Wert vor und der Wert nach der Beimischung der dispersen Phase entweder gleichzeitig oder in Zuordnung zu einem bestimmten Abschnitt der kontinuierlichen Phase, an dem sie gemessen wurden, weiterverarbeitet werden. Die Differenz der kontinuierlichen Signale E, E _o

Δ E=E-E _o =f (dosierte Hefezellen/ml Würze) (2)

ist eine eindeutige Funktion der Hefezellzahl. Bei der Anwendung von Infrarotenergie als Strahlungsenergie mit einer Wellenlänge zwischen 800 und 1400 nm ergibt sich nach dem Gesetz von Lambert-Beer-Bouguer eine vorteilhafte lineare Abhängigkeit der Extinktion von der Hefezellzahl, wenn bei der Hefezellenkonzentration im Bereich von 5-30 Mio. Hefezellen/ml Bierwürze gearbeitet wird.

Die Vorrichtung gemäß Fig. 2 unterscheidet sich von jener gemäß Fig. 1 dadurch, daß nur eine Signalerzeugungseinrichtung 10 in der Würzeleitung I angeordnet ist, die sich hinter dem Hefedosier-Regelventil 6 befindet. Mit dieser vereinfachten Vorrichtung ist sowohl eine kontinuierliche Messung des Trübungsgrades der kontinuierlichen Phase, als auch eine intermittierende Messung möglich. Bei der kontinuierlichen Messung wird der vor der Beimischung der dispersen Phase gemessene Wert nur einmal ermittelt und gespeichert und dem nachfolgend nach der Beimischung gemessenen Wert jeweils zugeordnet. Diese Vorgehensweise setzt voraus, daß eine standardisierte Ausgangstrübung der Bierwürze mit

E _o =konstant (1a)

vorliegt, die im praktischen Betrieb durch Sedimentation oder Filtration der Bierwürze erreicht werden kann.

Bei intermittierend arbeitenden Meßverfahren wird jeweils der vor der Beimischung der dispersen Phase gemessene Wert gespeichert und dem nachfolgend nach der Beimischung gemessenen Wert zugeordnet. Falls die aus der Meßfrequenz resultierenden Zeitabstände klein sind gegenüber den Zeitabständen, in denen eine zeitliche Änderung der Vortrübung eintreten kann, liefert dieses Verfahren, ebenso wie das vorstehend beschriebene, aus den kennzeichnenden Signalen E, E _o eine Differenz

Δ E=E-E _o =f (dosierte Hefezellen/ml Bierwürze) (2)

die ein eindeutiges Maß für die Konzentration der Hefezellen in der Bierwürze darstellt.

Gegenüber der Vorrichtung nach Fig. 1 ist die reinigungsfähige Vorrichtung gemäß Fig. 3 um einige Komponenten erweitert. Hinter dem Hefedosier-Regelventil 6 sind in der Würzeleitung I ein Mischer 8 und ein optisch durchsichtiger Leitungsabschnitt 9 angeordnet. Hinter der zweiten Signalerzeugungseinrichtung 10 befindet sich eine Würzebelüftung 13. Die Dosierleitung für Hefe II mündet nicht, wie in Fig. 1, unmittelbar in das Hefedosier-Regelventil 6, sondern in ein Kreislauf-Trennventil 5, das als sogenanntes Doppelsitz-Wechselventil ausgebildet ist. Sein mit der Dosierleitung für Hefe II verbundenes oberes Ventilgehäuse ist über zwei unabhängig voneinander betätigbare Ventilteller mit einem darunter angeordneten zweiten Ventilgehäuse verbunden, in das eine hinter der ersten Signalerzeugungseinrichtung 3 abzweigende Bypass-Leitung IV einmündet. Letztere verbindet das Kreislauf-Trennventil 5 mit dem Hefedosier-Regelventil 6 und führt von dort aus zwischen dem Mischer 8 und dem optisch durchsichtigen Leitungsabschnitt 9 in die Würzeleitung I. Die Bypass-Leitung IV ist, jeweils von der Abzweigstelle an, von der Würzeleitung I durch ein erstes Reinigungsventil 4 bzw. ein zweites Reinigungsventil 7 absperrbar. Das obere Ventilgehäuse des Kreislauf-Trennventils 5 ist über eine Reinigungsleitung III mit einem dritten Reinigungsventil 11 und einem Ausschubventil 12 verbunden. Von der Bypass-Leitung IV zweigt, in Strahlungsrichtung gesehen, hinter dem zweiten Reinigungsventil 7 eine Belüftungsleitung 5 ab, die in der Würzebelüftung 13 einmündet. Die Signalerzeugungseinrichtungen 3, 10 weisen jeweils eine Strahlungsenergiequelle 3 a bzw. 10 a und einen Strahlungsenergiedetektor 3 b bzw. 10 b auf. Die Leitungen für Signalverarbeitung VIa und VIb verbinden die Strahlungsenergiequelle 3 a bzw. 10 a mit einer Signalverarbeitungseinrichtung 14.

Diese führen die kennzeichnenden Signale E _o bzw. E, die von der in den Strahlungsenergiedetektor 3 b bzw. 10 b eintretenden Strahlungsenergie erzeugt werden. Die Strahlungsenergiequelle 3 a bzw. 10 a und der Strahlungsenergiedetektor 3 b bzw. 10 b sind jeweils einander zu- und außerhalb der optisch transparenten Würzeleitung I angeordnet. Der Teil der Strahlungsenergie, der, ausgehend von der Strahlungsenergiequelle 3 a bzw. 10 a, durch die Würzeleitung I und die strömenden Phasen hindurchgelangt und von dem Strahlungsenergiedetektor 3 b bzw. 10 b empfangen wird, erzeugt in diesen die Trübung des dispersen Systems kennzeichnende Signale E _o bzw. E, aus denen die Signalverarbeitungseinrichtung 14 Differenzsignale ableitet, über die das Hefedosier-Regelventil 6 gesteuert wird. Zwischen der Hefedosierpumpe 1 und dem Kreislauf-Trennventils 5 ist eine optische Sondenvorrichtung 2 angeordnet, die beispielsweise Wasser von Bierhefe aufgrund deren unterschiedlicher Trübungsgrade voneinander unterscheiden kann.

Die Funktionsweise der Gesamtvorrichtung gemäß Fig. 3 soll nachfolgend noch einmal zusammenfassend erläutert werden. Die erste Signalerzeugungseinrichtung 3 mißt die Grund- oder Ausgangstrübung der Bierwürze W, die der Würzeleitung I zugeführt wird. Die zweite Signalerzeugungseinrichtung 10 mißt den gesamten Trübungswert der Suspension, die sich aus der Bierwürze und der dosierten Hefezellzahl W+H ergibt. In der Signalverarbeitungseinrichtung 14 wird durch Subtraktion des aus der Grundtrübung resultierenden Meßwertes vom Meßwert der Suspension der echte Trübungswert der dosierten Hefezellzahl ermittelt. Dieser Wert wird gegen den eingestellten Sollwert (Anzahl der Hefezellen/ml Bierwürze) verglichen, so daß in Abhängigkeit von diesem Soll-Istwertvergleich der Hefezellzahl die Dosierung der Bierhefe über das Hefedosier-Regelventil 6 gesteuert werden kann.

Der Dosiervorgang wird gestartet, indem die Hefe H vom nicht dargestellten Hefetank an das Hefedosier-Regelventil 6 herangeführt wird. Das in der Dosierleitung für die Hefe II befindliche Wasser wird dabei zunächst über das Ausschubventil 12 vor der Hefe H ausgeschoben. Die optische Sondenvorrichtung 2 trennt über eine einstellbare Zeitverzögerung die Hefe H vom Wasser und schließt das Ausschubventil 12 zeitgerecht so, daß die Hefe H am Kreislauf-Trennventil 5 ansteht. Durch dieses Schließen des Ausschubventils 12 ergibt sich bei der Phasentrennung Wasser/Bierhefe kein Hefeverlust. Alsdann wird die Hefe H vom Hefetank von der Hefedosierpumpe 1 in entsprechender Menge und vorgegebenem Druck über das Kreislauf-Trennventil 5 zum Hefedosier-Regelventil 6 gefördert und nach Sollwert in die Würzeleitung I dosiert. Im statischen Mischer 8 wird die Hefe H innig mit der durchströmenden Bierwürze vermischt. Der optisch durchsichtige Leistungsabschnitt 9 dient zur Kontrolle des Vorganges. Die zweite Signalerzeugungseinrichtung 10 liefert durch die gleichmäßige Verteilung der Bierhefe über den ganzen Leitungsquerschnitt exakte Meßergebnisse. Die Würzebelüftung 13 kann direkt anschließend erfolgen. Die Würzeleitung I und die Dosierleitung für Hefe II haben getrennte Reinigungskreisläufe. Ihre Reinigung mit Hilfe eines Reinigungsmittels R kann voneinander unabhängig ablaufen. Die Reinigung der Dosierleitung für Hefe II erfolgt über die Hefedosierpumpe 1, die optische Sondenvorrichtung 2, das Kreislauf-Trennventil 5, das dritte Reinigungsventil 11 und das Ausschubventil 12, wobei die Hefedosierpumpe 1 mitläuft. Die Reinigung der Würzeleitung I verläuft über die erste Signalerzeugungseinrichtung 3, das Hefedosier-Regelventil 6, den Mischer 8, die zweite Signalerzeugungseinrichtung 10, die Würzebelüftung 13 und durch die Bypass-Leitung IV über das erste Reinigungsventil 4, das Kreislauf-Trennventil 5, das Hefedosier-Regelventil 6 und das zweite Reinigungsventil 7.

Durch die vorstehend beschriebene Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung wird nicht nur die erfindungsgemäß gestellte Aufgabe gelöst, sondern darüber hinaus wird auch sichergestellt, daß eine derartige Anordnung hygienisch einwandfrei gereinigt werden kann.

Das vorstehend beschriebene Verfahren und die Vorrichtung zu seiner Durchführung bleiben nicht nur auf eine gleichmäßige Dosierung der Hefe nach Zellzahl in Bierwürze beschränkt, sondern sie lassen sich auch auf die Erzeugung anderer definierter disperser Systeme anwenden, bei denen der Trübungsgrad der kontinuierliche Phase vor und nach einer Beimischung der dispersen Phase mittels eines Trübungsmeßverfahrens gemessen und aus der Differenz der Trübungsgrade eindeutig eine Konzentration der dispergierten Phase in der kontinuierlichen Phase ermittelt werden kann.

Claims (9)

1. Verfahren zur Regelung der Konzentration einer dispersen Phase in einer kontinuierlichen Phase, wobei unter Anwendung eines Trübungsmeßverfahrens, bei dem die kontinuierliche Phase mittels einer Strahlungsquelle durchstrahlt und die austretende Strahlungsenergie mittels eines Strahlungsempfängers gemessen wird, die Konzentrationsbestimmung über die Trübung der kontinuierlichen Phase erfolgt, wobei ferner der Trübungsgrad der kontinuierlichen Phase vor und nach der Beimischung der dispersen Phase gemessen wird, von den Messungen Differenzsignale abgeleitet werden, und die Beimischung der dispersen Phase in Abhängigkeit von den Differenzsignalen gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die kontinuierliche Phase aus Bierwürze oder anderen vergärbaren Substraten zur Herstellung alkoholischer und anderer Getränke gebildet wird, und die disperse Phase aus Bierhefezellen bzw. anderen Extraktbestandteilen besteht, daß die Abnahme der ursprünglichen Strahlung beim Durchgang durch die kontinuierliche Phase ermittelt wird, daß die Strahlungsenergie Infrarotenergie ist, und daß die Messungen in der strömenden kontinuierlichen Phase (sog. "incline"-Meßtechnik) durchgeführt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Trübungsgrad der kontinuierlichen Phase kontinuierlich gemessen wird, wobei der Wert vor und der Wert nach der Beimischung der dispersen Phase entweder gleichzeitig oder in Zuordnung zu einem bestimmten Abschnitt der kontinuierlichen Phase, an dem sie gemessen wurde, weiterverarbeitet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Trübungsgrad der kontinuierlichen Phase kontinuierlich gemessen wird, wobei vor der Beimischung der dispersen Phase gemessene Wert nur einmal ermittelt und gespeichert und dem nachfolgend nach der Beimischung gemessenen Wert jeweils zugeordnet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Trübungsgrad der kontinuierlichen Phase intermittierend gemessen wird, wobei jeweils der vor der Beimischung der dispersen Phase gemessene Wert gespeichert und dem nachfolgend nach der Beimischung gemessenen Wert zugeordnet wird.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, mit einer Würzeleitung (I), in der ein Hefedosier-Regelventil (6) angeordnet ist und einer über letzteres in die Würzeleitung (I) einmündenden Dosierleitung für Hefe (II), dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der Würzeleitung (I) eine erste Signalerzeugungseinrichtung (3) dem Hefedosier-Regelventil (6) vor- und eine zweite Signalerzeugungseinrichtung (10) letzterem nachgeordnet ist, und daß das Hefedosier-Regelventil (6) und die Signalerzeugungseinrichtungen (3 und 10) wirkungsmäßig mit einer Signalverarbeitungseinrichtung (14) verbunden ist.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 3 oder 4 mit einer Würzeleitung (I), in der ein Hefedosier-Regelventil (6) angeordnet ist und einer über letzteres in die Würzeleitung (I) einmündenden Dosierleitung für Hefe (III), dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der Würzeleitung (I) dem Hefedosier-Regelventil (6) eine Signalerzeugungseinrichtung (10) nachgeordnet ist, und daß das Hefedosier-Regelventil (6) und die Signalerzeugungseinrichtung (10) wirkungsmäßig mit der Signalverarbeitungseinrichtung (14) verbunden sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalerzeugungseinrichtungen (3, 10) jeweils eine Strahlungsenergiequelle (3 a bzw. 10 a) und einen Strahlungsenergiedetektor (3 b bzw. 10 b) aufweisen, daß die Strahlungsenergiequelle (3 a bzw. 10 a) außerhalb der optisch transparenten Würzeleitung (I) angeordnet und zur Bestrahlung der Würzeleitung (I) und der strömenden Phasen betreibbar ist, daß der Strahlungsenergiedetektor (3 b bzw. 10 b) außerhalb der optisch transparenten Würzeleitung (I) angeordnet und zur Erfassung der Strahlungsenergie aus der Strahlungsenergiequelle Strahlungsenergiequelle (3 a bzw. 10 a) betreibbar ist, die durch die Würzeleitung (I) und die strömenden Phasen hindurchgelangt ist, und der ein dafür kennzeichnendes Signal (E _o bzw E) ausgibt, und daß die Signalverarbeitungseinrichtung (14) aus den Ausgabesignalen (E _o , E) Differenzsignale ableitet, über die das Hefedosier-Regelventil (6) gesteuert wird.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Spektrum der Infrarotenergie um eine Wellenlänge zwischen 800 und 1400 nm gruppiert ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenlänge der Strahlungsenergie kleiner ist als ein Viertel der Abmessung der dispergierten Anteile