DE3920472A1 - Verfahren und vorrichtung zur definierten beladung einer fluessigkeit mit einem gas - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zur definierten beladung einer fluessigkeit mit einem gasInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur definierten Beladung
einer Flüssigkeit mit einem Gas nach dem Oberbegriff des An
spruchs 1 und eine Vorrichtung zur Durchführung des Ver
fahrens nach dem Oberbegriff des Anspruchs 5.
Ein Verfahren und eine Vorrichtung der einleitend gekenn
zeichneten Gattung finden beispielsweise Anwendung bei der
Belüftung von Bierwürze. Ziel der Belüftung ist die Anreiche
rung der Würze mit gelöstem Sauerstoff für das Zellwachstum
und zur Aktivierung des Stoffwechsels der Hefe. In diesem
Zusammenhang ist es von Vorteil, wenn die Beladung der Würze
mit Sauerstoff auf die erforderliche Konzentration exakt
eingestellt werden kann, da eine Überoxydation der Würze eine
Verschlechterung der Stabilität und Haltbarkeit des Bieres
nach sich zieht.
Nun ist bekannt, daß die Beladung einer Flüssigkeit mit einem
Gas allgemein von Druck und Temperatur der zu beladenden
Flüssigkeit abhängt. Der zeitliche Verlauf dieses Stoffaus
tauschvorganges hängt wiederum von einer Reihe von Faktoren
ab, von denen der Stoffübergangskoeffizient, die spezifische
Austauschfläche und die Beladungsdifferenz zwischen der
Gleichgewichtsbeladung (Sättigungswert) und der gegebenen
Beladung der Flüssigkeit die wesentlichsten sind. Das Er
reichen der Gleichgewichtsbeladung ist theoretisch nur nach
einer unendlich langen Beladezeit, d. h. einer unendlich
langen Lösungsstrecke möglich. Aus diesem Grunde wird in der
Praxis, damit der Beladungsvorgang in vertretbaren Zeiten und
mit realisierbaren Lösungsstreckenlängen ablaufen kann, auf
ein Erreichen der Gleichgewichtsbeladung verzichtet und statt
dessen ein bestimmter Wert unterhalb dieser Grenze ange
strebt.
Der vorgenannte Verzicht auf das Erreichen der Gleichge
wichtsbeladung ist einerseits durch praktische Erwägungen be
dingt; er zieht andererseits aber auch die Gefahr einer un
kontrollierten Nachbeladung von Gas, das noch nicht voll
ständig gelöst wurde, nach sich. Diese Gefahr ließe sich zwar
dadurch vermeiden, daß der zu beladenden Flüssigkeit gerade
so viel Gas angeboten wird, wie die gewünschte Beladung er
fordert. Aber auch in diesem Fall gehen die den Stoffaus
tauschprozeß bewirkenden Triebkräfte am Ende des Beladungs
vorganges gegen null, so daß die Beladungszeiten und die da
durch bedingten Beladungsstrecken unrealistisch groß werden
würden. Zusammengefaßt kann festgestellt werden, daß eine un
kontrollierte Nachbeladung der Flüssigkeit zwar verhindert
wird, wenn die Gleichgewichtsbeladung der Flüssigkeit über
Druck und Temperatur derart eingestellt wird, daß sie gerade
der gewünschten Beladung entspricht, daß aber dadurch unver
tretbar lange Beladungszeiten und dementsprechend unrealis
tisch lange Beladungsstrecken erforderlich sind.
Der zweite Weg, unkontrollierte Nachbeladung dadurch zu ver
meiden, daß die zur gewünschten Beladung erforderliche Gas
menge exakt bemessen wird, so daß nicht mehr Gas zur Ver
fügung steht als die gewünschte Beladung erfordert, führt zu
den gleichen vorstehend dargestellten unrealistischen Ausle
gungsbedingungen für die Beladungsstrecke.
Bei den beiden diskutierten Fällen kann jeweils davon ausge
gangen werden, daß der Stoffaustausch zwischen Gas und Flüs
sigkeit durch Dispergieren und Mischen der Gasblasen in der
Flüssigkeit intensiviert wird.
Es ist eine Vorrichtung zur Belüftung von Bierwürze bekannt,
die die mit Sauerstoff anzureichernde Würze mit Luft beauf
schlagt, die in einem definierten Überangebot und in Ab
hängigkeit von der Durchflußleistung der Würze zugeführt
wird. Da die Beladungsstrecke eine bestimmte Länge aufweist,
und der Beladungsdruck über ein am Ende der Beladungsstrecke
angeordnetes Druckhalteventil einstellbar ist, ist in der be
kannten Vorrichtung am Ende der Beladungsstrecke bei einer
nicht allzu großen Schwankungsbreite der Durchflußleistung
der Bierwürze eine vorausbestimmbare, reproduzierbare Endbe
ladung erreichbar. Da jedoch, wie vorstehend erwähnt, die
Luft im Überschuß zugegeben wurde, verläßt die Bierwürze die
Beladungsstrecke mit ungelösten Luftblasen. Diese Luftblasen
weisen zwar gegenüber ihrer Ausgangszusammensetzung einen
verminderten Sauerstoffanteil auf, da Bierwürze Sauerstoff in
höherem Maße löst als es der Luftzusammensetzung entspricht,
jedoch reicht der in den ungelösten Luftblasen verbleibende
Sauerstoff aus, um in einer hinter der Beladungsstrecke gege
benenfalls vorhandenen Rohrleitung eine unkontrollierbare
Nachbeladung zu bewirken. Derartige nachgeordnete Rohr
leitungsabschnitte oder Tanks sind jedoch in der Praxis die
Regel, so daß dort aufgrund des in der Flüssigkeit enthal
tenen Sauerstoffdepots mit einer weiteren Anreicherung der
Würze durch Sauerstoff gerechnet werden muß. Bei der bekann
ten Vorrichtung wird zwar die der Bierwürze zuzuführende
Luftmenge in Abhängigkeit von der Durchflußleistung der Bier
würze geregelt; signifikante Schwankungen der Durchfluß
leistungen, die in der volumenkonstanten Beladungsstrecke
eine Veränderung der Verweilzeit der Flüssigkeit bewirken und
damit den Stoffaustauschvorgang entscheidend beeinflussen,
werden allerdings in das Regelgeschehen nicht mit einbezogen.
Eine Erhöhung der Durchflußleistung bedingt eine Verkürzung
der Verweilzeit der Flüssigkeit innerhalb der Beladungs
strecke. Dies hat eine geringere Endbeladung der Flüssigkeit
zur Folge, obgleich die zugeführte Luftmenge proportional zum
Anstieg der Durchflußleistung der Bierwürze verändert wurde.
Eine Verringerung der Durchflußleistung der Würze hingegen
ergibt eine höhere Endbeladung.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
unkontrollierte Nachbeladung der Flüssigkeit mit Gas generell
und im besonderen bei Schwankungen des Flüssigkeitsdurch
satzes zu vermeiden.
Die Aufgabe wird durch die Kennzeichenmerkmale des Anspruchs
1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind
Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 4. Eine Vorrichtung
zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist durch
die Kennzeichenmerkmale des Anspruchs 5 gegeben. Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Vorrichtung sind in den abhängigen An
spruchen 6 bis 8 beschrieben. In Anspruch 9 ist eine vorteil
hafte Verwendung des Verfahrens und der Vorrichtung gemäß der
Erfindung angegeben.
Das erfindungsgemäße Verfahren trägt zum einen der Tatsache
Rechnung, daß bei Schwankungen der Durchflußleistung der
Flüssigkeit deren Verweilzeit in einer der Länge und damit
dem Volumen nach bestimmten Beladungsstrecke veränderlich
ist. Die Begasungsrate wird daher nicht nur in Abhängigkeit
von der Durchflußleistung geregelt, wie dies bereits bei der
bekannten Vorrichtung der Fall ist, sondern darüber hinaus
auch in Abhängigkeit von der Verweilzeit der Flüssigkeit in
der Beladungsstrecke. Da sich mit zunehmender Durchfluß
leistung die Verweilzeit verkürzt, was eine Verringerung der
erreichbaren Endbeladung durch Verschlechterung des Stoffaus
tausches zur Folge hat, ist erfindungsgemäß vorgesehen, die
sen Einfluß durch eine angemessene Erhöhung der Begasungsrate
zu kompensieren. Die erforderliche Begasungsrate setzt sich
demzufolge aus zwei Anteilen zusammen, einem durchflußab
hängigen und einem verweil-zeitabhängigen Anteil.
Im Hinblick auf realistische Auslegungsbedingungen für die
Beladungsstrecke arbeitet das erfindungsgemäße Verfahren mit
einer variablen Begasungsrate, die der zu begasenden Flussig
keit das Gas im Überangebot zuführt. Damit nun keine unkon
trollierte Nachbeladung der Flüssigkeit eintritt, ist er
findungsgemäß weiterhin vorgesehen, den Beladungsvorgang am
Ende der Beladungsstrecke durch Koaleszenz der nicht gelösten
Gasblasen im wesentlichen zu beenden. Die Erfindung macht in
diesem Punkt von der Erkenntnis Gebrauch, daß der Stoffüber
gang neben dem stoffspezifischen Stoffübergangkoeffizienten
wesentlich von der sogenannten spezifischen Austauschfläche
bestimmt wird. Je größer diese spezifische Austauschfläche
ist, d. h. je fein verteilter die Gasblasen in die Flüssigkeit
dispergiert und mit dieser vermischt werden, um so besser ge
staltet sich der Stoffübergang. Die gegenteilige Maßnahme,
die Koaleszenz, d. h. die Zusammenführung und der Zusammen
schluß von kleinen Luftblasen zu großen verschlechtert demge
genüber den Stoffübergang. Dabei unterstützen naturgesetz
liche Gegebenheiten, insbesondere thermodynamische, den Vor
gang der Koaleszenz. Die feine Verteilung von Luft in Flüs
sigkeit ist thermodynamisch instabil. Die feinen Luftblasen
streben danach, sich wieder zu vereinigen. Ohne besondere
Maßnahmen ist die Größenverteilung der Luftblasen, beispiels
weise in einer turbulent durchströmten Beladungsstrecke,
durch das Widerspiel von Dispergieren und Koaleszenz geprägt.
Für die Vereinigung zweier Luftblasen genügt aber ein Zu
sammenstoß allein noch nicht, sondern es bedarf einer ge
wissen Kontaktzeit, damit sich die Blasen vereinigen.
Die notwendige Kontaktzeit und die erforderliche Energie wird
hierzu erfindungsgemäß bereitgestellt.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Ver
fahrens sieht vor, daß die Begasungsrate derart bemessen
wird, daß die angebotene Gasmenge die lösbare übersteigt, und
daß die gewünschte Endbeladung mit einer signifikanten Bela
dungsänderung erreicht wird. Dies bedeutet, daß der Bela
dungsvorgang zu einem Zeitpunkt abgebrochen wird, an dem noch
nennenswerte Beladungsänderungen stattfinden. Eine derartige
Bemessungsvorschrift führt zu relativ kurzen Beladungs
strecken, in denen ein sehr intensiver Stoffaustausch statt
findet.
Es ist eine gesicherte Erkenntnis, daß sich die Beladungs
änderung bei einer im Gleichstrom betriebenen Blasensäule
nach einer bestimmten Austauschstrecke merklich verlangsamt.
Eine Intensivierung des Stoffaustausches ist in diesem Sta
dium in wirksamer Weise dadurch möglich, daß die Gasblasen
erneut dispergiert und mit der Flüssigkeit gemischt werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
Verfahrens ist daher vorgesehen, den Vorgang der "Auffri
schung" der Blasen derart vorzunehmen, daß sich der Bela
dungsvorgang bis zur gewünschten Endbeladung über vom Zeit
punkt und vom Ort der Begasung gesehen mindestens zwei auf
einanderfolgende Abschnitte erstreckt, zu deren Beginn die
Gasblasen jeweils innerhalb der Flüssigkeit dispergiert und
gemischt werden.
Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen ist die Gefahr der un
kontrollierten Nachbeladung der Flüssigkeit im wesentlichen
gebannt. Daher können der Beladungsstrecke Rohrleitungsab
schnitte oder, wie dies bei der Würzebelüftung der Fall ist,
ein aufrecht stehender Gärtank nachgeschaltet werden. Nachge
schaltete Rohrleitungsabschnitte beeinflussen bei Schwan
kungen der Durchflußleistung infolge des gegebenen Druckver
lustes den Beladungsdruck in der Beladungsstrecke. Den
gleichen Einfluß, jedoch in höherem Maße, hat ein aufrecht
stehender Tank, der befüllt wird. Um den infolge der vor
stehend genannten Randbedingungen veränderlichen Beladungs
druck näherungsweise konstant zu halten, ist nach einer
weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemaßen Verfahrens vor
gesehen, daß der Druck in der Flüssigkeit auf einen konstan
ten Beladungsdruck geregelt wird.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht eine
Vorrichtung am Ende der Beladungsstrecke eine Trenneinrich
tung vor, inbesondere eine Einrichtung, in der eine Sepa
rierung der Gasblasen von der Flüssigkeit durch Zentrifugal
kräfte in der rotierenden Flüssigkeit erreicht wird. Es wird
in diesem Zusammenhang vorgeschlagen, die Trenneinrichtung
als kreis-, wendel- oder spiralförmigen Rohrleitungsabschnitt
auszubilden. Beim Durchströmen dieses Rohrleitungsabschnittes
werden die Flüssigkeit und die in dieser befindlichen Gas
blasen einem Zentrifugalfeld unterworfen. Während die Flüs
sigkeitsteilchen aufgrund ihrer größeren Masse nach außen
drängen, wandern die Gasblasen radial nach innen. Es tritt
eine Separierung der Gasblasen von der Flüssigkeit ein und
zwangsläufig kommen die Gasblasen miteinander in Kontakt. Da
die Durchströmung der Trenneinrichtung auf den radial innen
liegenden Strömungsbahnen in jedem Falle eine endliche Zeit
spanne erfordern, steht für die vorgenannte Koaleszenz der
Luftblasen die notwendige Kontaktzeit und durch die im Zen
trifugalfeld wirkenden Kräfte auch die erforderliche Energie
zur Verfügung.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Vor
richtung gemäß der Erfindung besteht die Trenneinrichtung aus
einem rotationssymmetrischen Behälter, in dessen Kopfteil die
Begasungsstrecke tangential ein- und aus dessen Fußraum ein
zweiter Leitungsabschnitt tangential ausmündet. Der Behälter
wird dabei zweckmäßigerweise zylinderförmig ausgebildet, wo
bei sein Durchmesser kleiner als seine Höhe ist. Innerhalb
des Behälters bildet die rotierende Flüssigkeit einen Rota
tionsparaboloiden aus, über dessen freie Oberfläche die nicht
gelösten Gasblasen abgeschieden werden. Dabei überlagert sich
dem Gasblasenauftrieb im Schwerefeld der Erde die Gasabschei
dung im Zentrifugalfeld, die den erstgenannten Abscheide
mechanismus in seiner Wirkung um ein Vielfaches übertrifft.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Vorrichtung gemäß
der Erfindung sieht vor, daß die Beladungsstrecke in Ab
schnitte unterteilt ist, von denen jeder jeweils am Anfang
eine Dispergier- und Mischeinrichtung aufweist. Durch diese
Maßnahme werden die Gasblasen immer wieder "aufgefrischt", so
daß sich dadurch eine Intensivierung des Stoffaustausches und
eine damit verbundene Verkürzung der erforderlichen Bela
dungsstrecke ergibt.
Darüber hinaus ist nach einer anderen Weiterbildung der Vor
richtung gemäß der Erfindung vorgesehen, daß die von einem
Durchflußmesser beaufschlagte und die Begasungsrate steuernde
Signalverarbeitungseinrichtung das Druckhalteventil steuert.
Füllstandsänderungen in einem nachgeschalteten Tank und
Schwankungen der Durchflußleistung bleiben daher ohne Wirkung
auf den Beladungsdruck.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die Vorrichtung zu seiner
Durchführung lassen sich mit den vorgenannten Vorteilen zur
definierten Beladung von Bierwürze mit Sauerstoff über die
Begasung mit Luft anwenden.
Nachteile des Standes der Technik, insbesondere eine unkon
trollierte Überoxydation in der Beladungsstrecke nachgeordne
ten Abschnitten einer Produktionsanlage werden dadurch wei
testgehend vermieden. Im übrigen sind das vorgeschlagene Ver
fahren und die Vorrichtung zu seiner Durchführung auf allen
Gebieten anwendbar, auf denen eine definierte Endbeladung der
Flüssigkeit mit einem zu lösenden Gas gefordert ist.
Anhand der nachfolgend kurz erläuterten Figuren der Zeichnung
wird der Anmeldungsgegenstand in seinen wesentlichen Merk
malen beispielhaft dargestellt und hinsichtlich seiner Wir
kungsweise kurz beschrieben. Es zeigen
Fig. 1 eine Vorrichtung gemäß der Erfindung in
schematischer Darstellung mit zwei vertikal
angeordneten Abschnitten einer Beladungsstrecke;
Fig. 1a einen Auschnitt aus einer Vorrichtung gemäß der Er
findung im Bereich der Beladungsstrecke, wobei diese
aus zwei horizontal und nebeneinander angeordneten
Abschnitten besteht;
Fig. 1b einen weiteren Ausschnitt aus der Vorrichtung gemäß
der Erfindung im Bereich der Beladungsstrecke mit
zwei horizontal und hintereinander angeordneten
Abschnitten;
Fig. 2 die schematisierte Darstellung der Draufsicht einer
Trenneinrichtung, die als kreis- oder wendelförmiger
Rohrleitungsabschnitt ausgebildet ist;
Fig. 2a eine Trenneinrichtung ähnlich jener gemäß Fig. 2,
ausgebildet als spiralförmiger Rohrleitungsabschnitt
und
Fig. 2b eine weitere Trenneinrichtung, die aus einem
rotationssymmetrischen Behälter besteht.
Eine Flüssigkeitsleitung (Fig. 1), bei der Würzebelüftung
wäre diese die Würzeleitung zwischen einer Einrichtung zum
Anstellen der Hefe und einem Gärtank, besteht aus einem
ersten, einem zweiten und einem dritten Leitungsabschnitt 1a
bzw. 1c bzw. 1d. Zwischen dem ersten und dem zweiten Lei
tungsabschnitt 1a bzw. 1c befindet sich eine Beladungsstrecke
2, die zwei vertikale, nebeneinander angeordnete und hinter
einander durchströmte Abschnitte I und II aufweist. Die Ver
bindung zwischen dem senkrecht aufwärts und dem senkrecht
abwärts durchströmten Abschnitt I bzw. II besorgt ein Umlenk
teil 1b. Am Anfang jedes Abschnittes I bzw. II ist eine Dis
pergier- und Mischeinrichtung Ia bzw. IIa vorgesehen. Die Be
ladungsstrecke 2 beginnt an der mit A und sie endet an der
mit E gekennzeichneten Stelle. Unmittelbar vor dem ersten Ab
schnitt I der Beladungsstrecke 2 befindet sich ein Begasung-
Regelventil 3, an welchem eine Gasleitung 4 angeschlossen
ist. Das Begasung-Regelventil 3 ist über eine erste Signal
leitung 10a mit einer Signalverarbeitungseinrichtung 10 ver
bunden, die wiederum Meßwerte von einem innerhalb des ersten
Leitungsabschnittes 1a angeordneten Durchflußmesser 7 über
eine zweite Signalleitung 10b erhält. Die Beladungsstrecke 2
mündet am Ende E unmittelbar in eine Trenneinrichtung 5.
Zwischen dem zweiten und dem dritten Leitungsabschnitt 1c
bzw. 1d ist ein Druckhalteventil 8 vorgesehen, welches über
eine dritte Signalleitung 10c mit der Signalverarbeitungs
einrichtung 10 verbunden ist. Der dritte Leitungsabschnitt 1d
mundet in einen Behälter 9, dessen Füllstand veränderlich
sein kann. Eine dem ersten Leitungsabschnitt 1a zugeordnete
Pumpe 6 fördert die in der Beladungsstrecke 2 mit Gas zu be
ladende Flüssigkeit durch das Leitungssystem bis in den Be
hälter 9.
Die Wirkungsweise der vorgenannten Vorrichtung ist folgende:
Der Durchflußmesser 7 mißt die Durchflußleistung der von der Pumpe 6 im ersten Leitungsabschnitt 1a geförderten Flüssig keit. Die entsprechenden Informationen werden über die zweite Signalleitung 10b an die Signalverarbeitungseinrichtung 10 weitergeleitet, und diese steuert über die erste Signallei tung 10a das Begasungs-Regelventil 3. Aufgrund der Durchfluß leistung und der sich daraus über die vorgegebene Beladungs strecke 2 bestimmbaren Verweilzeit ist eine Belüftungsrate festgelegt, die in der Signalverarbeitungseinrichtung 10 hin terlegt ist und von dieser am Begasungs-Regelventil 3 einge stellt wird. Die erste Dispergier-und Mischeinrichtung Ia dispergiert und mischt die Gasblasen innerhalb der Flüssig keit zu Beginn des ersten Abschnittes I der Beladungsstrecke 2. Die zunächst aufwärts strömende Flüssigkeit wird durch das Umlenkteil 1b, in dem der Stoffaustausch durch Koaleszenz der Gasblasen infolge gekrümmter Strömung eher behindert als forciert wird, umgelenkt und strömt durch den zweiten Ab schnitt II der Beladungsstrecke 2 vertikal abwärts, wobei zu Beginn ein "Auffrischen" der Gasblasen durch die zweite Dis pergier- und Mischeinrichtung IIa erfolgt. Der Stoffaustausch setzt sich fort bis zum Ende E der Beladungsstrecke 2, wo die Trenneinrichtung 5 durch das in ihr erzeugte Zentrifugalfeld die nicht gelösten Gasblasen auf den innenliegenden Strö mungsbahnen separiert und wo es durch Koaleszenz der Gasbla sen zu einer Beendigung des Beladungsvorganges kommt. Schwan kungen der Durchflußleistung, die infolge des damit verbun denen Druckverlustes in der Flüssigkeitsleitung den Bela dungsdruck in der Beladungsstrecke 2 verändern, werden über den Durchflußmesser 7 erfaßt. Die aus den Schwankungen der Durchflußleistung resultierenden Druckänderungen werden durch das über die Signalverarbeitungseinrichtung 10 gesteuerte Druckhalteventil 8 kompensiert. Auch einer Veränderung des Gegendruckes infolge Füllstandsänderung im Behälter 9 kann im Hinblick auf ein Konstanthalten des Beladungsdruckes in der Beladungsstrecke 2 durch geeignete Ansteuerung des Druck halteventils 8 begegnet werden.
Der Durchflußmesser 7 mißt die Durchflußleistung der von der Pumpe 6 im ersten Leitungsabschnitt 1a geförderten Flüssig keit. Die entsprechenden Informationen werden über die zweite Signalleitung 10b an die Signalverarbeitungseinrichtung 10 weitergeleitet, und diese steuert über die erste Signallei tung 10a das Begasungs-Regelventil 3. Aufgrund der Durchfluß leistung und der sich daraus über die vorgegebene Beladungs strecke 2 bestimmbaren Verweilzeit ist eine Belüftungsrate festgelegt, die in der Signalverarbeitungseinrichtung 10 hin terlegt ist und von dieser am Begasungs-Regelventil 3 einge stellt wird. Die erste Dispergier-und Mischeinrichtung Ia dispergiert und mischt die Gasblasen innerhalb der Flüssig keit zu Beginn des ersten Abschnittes I der Beladungsstrecke 2. Die zunächst aufwärts strömende Flüssigkeit wird durch das Umlenkteil 1b, in dem der Stoffaustausch durch Koaleszenz der Gasblasen infolge gekrümmter Strömung eher behindert als forciert wird, umgelenkt und strömt durch den zweiten Ab schnitt II der Beladungsstrecke 2 vertikal abwärts, wobei zu Beginn ein "Auffrischen" der Gasblasen durch die zweite Dis pergier- und Mischeinrichtung IIa erfolgt. Der Stoffaustausch setzt sich fort bis zum Ende E der Beladungsstrecke 2, wo die Trenneinrichtung 5 durch das in ihr erzeugte Zentrifugalfeld die nicht gelösten Gasblasen auf den innenliegenden Strö mungsbahnen separiert und wo es durch Koaleszenz der Gasbla sen zu einer Beendigung des Beladungsvorganges kommt. Schwan kungen der Durchflußleistung, die infolge des damit verbun denen Druckverlustes in der Flüssigkeitsleitung den Bela dungsdruck in der Beladungsstrecke 2 verändern, werden über den Durchflußmesser 7 erfaßt. Die aus den Schwankungen der Durchflußleistung resultierenden Druckänderungen werden durch das über die Signalverarbeitungseinrichtung 10 gesteuerte Druckhalteventil 8 kompensiert. Auch einer Veränderung des Gegendruckes infolge Füllstandsänderung im Behälter 9 kann im Hinblick auf ein Konstanthalten des Beladungsdruckes in der Beladungsstrecke 2 durch geeignete Ansteuerung des Druck halteventils 8 begegnet werden.
In Fig. 1a ist die Beladungsstrecke 2 horizontal angeordnet.
Sie besteht, ebenso wie jene gemäß Fig. 1 aus zwei Abschnit
ten I und II, die nacheinander durchströmt und nebeneinander
angeordnet sind. Die Verbindung der beiden Abschnitte besorgt
das Umlenkteil 1b. Anfang und Ende der Beladungstrecke 2 sind
mit A bzw. E gekennzeichnet. Am Anfang eines jeden Abschnit
tes befindet sich jeweils eine Dispergier- und Mischeinrich
tung Ia bzw. IIa. Der Abschnitt II mündet unmittelbar in die
Trenneinrichtung 5.
In Fig. 1b ist eine Beladungsstrecke 2 dargestellt, die aus
zwei Abschnitten I und II besteht, die horizontal durchströmt
und hintereinander angeordnet sind. Mit A und E sind wiederum
Anfang und Ende der Beladungsstrecke 2 gekennzeichnet. Die
Dispergier-und Mischeinrichtung Ia bzw. IIa befindet sich am
Anfang des Abschnittes I bzw. II. Die Trenneinrichtung 5 ist
an der gleichen Stelle wie bei der vorstehend erlauterten
Ausführungsformen angeordnet.
In den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen wurde
die Anwendung von zwei Abschnitten I und II der Beladungs
strecke 2 lediglich beispielhaft ausgewählt. Es sind Be
ladungsstrecken 2 möglich, die aus einer Vielzahl von Ab
schnitten I bis n bestehen, wobei die einzelnen Abschnitte
sowohl vertikal als auch horizontal angeordnet sein können.
Auch eine Verbindung von vertikal mit horizontal durchström
ten Abschnitten in Verbindung mit den erforderlichen Umlenk
teilen ist möglich. Die Auswahl derart ausgestalteter Bela
dungsstrecken ist nicht zuletzt von den räumlichen Gegeben
heiten einer Anlage, in der die erfindungsgemäße Vorrichtung
angeordnet werden soll, abhängig.
Die Fig. 2 und 2a zeigen jeweils eine Trenneinrichtung 5
der vorstehend beschriebenen Art. Bei der Ausführungsform ge
mäß Fig. 2 ist die Trenneinrichtung 5 als kreis- oder wen
delförmiger Rohrleitungsabschnitt ausgebildet. Abhängig von
der Lage des zweiten Abschnittes II in der Beladungsstrecke 2
und des zweiten Leitungsabschnittes 1c zueinander umfaßt die
Trenneinrichtung 5 einen Umschlingungswinkel zwischen 90 und
360°. Bei wendelförmiger Ausbildung können mehrere Windungen
übereinander angeordnet werden, wobei sowohl die Intensität
der Abscheidung und der Koaleszens als auch die Verweilzeit
im Zentrifugalfeld entscheidend vom Umschlingungswinkel ab
hängen.
In Fig. 2a ist die Trenneinrichtung 5 als spiralförmiger
Rohrleitungsabschnitt ausgebildet, wobei dieser entweder ra
dial von außen nach innen oder in umgekehrter Richtung (in
Klammern gesetzte Bezugszeichen II und Ic) durchströmt wird.
In Fig. 2b besteht die Trenneinrichtung 5 aus einem rota
tionssymmetrisch ausgebildeten Behälter, dessen Durchmesser
zweckmäßigerweise kleiner als seine Höhe ist. Die Beladungs
strecke 2 mündet z. B. mit ihrem zweiten Abschnitt II tangen
tial in den Kopfraum der Trenneinrichtung 5 ein, während der
zweite Leitungsabschnitt Ic aus deren Bodenraum tangential
ausmündet. Die Flüssigkeit bildet dabei in der Trenneinrich
tung 5 einen sogenannten Rotationsparaboloiden aus, über des
sen freie Oberfläche die nicht gelösten Gasblasen abgeschie
den werden. Durch die vollständige Abtrennung nicht gelöster
Gasblasen von der Flüssigkeit wird eine unkontrollierte Nach
beladung in den der Beladungsstrecke 2 nachgeordneten Rohr
leitungsabschnitten sicher verhindert.
Claims (10)
1. Verfahren zur definierten Beladung einer Flüssigkeit mit
einem Gas mittels einer im Gleichstrom betriebenen Blasen
säule, wobei die volumenbezogene gelöste Gasmenge bestimmt
wird durch eine in ihrer Höhe veränderliche Begasungsrate,
durch die Intensität des Dispergierens und Mischens der
Blasen innerhalb der Flüssigkeit, durch eine eine
Verweilzeit der Flüssigkeit bestimmende Länge einer
Beladungsstrecke und durch den Druck der Flüssigkeit,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Begasungsrate in Abhängigkeit von der
Verweilzeit gesteuert und der Beladungsvorgang an einer
bestimmten Stelle des Strömungsweges der Flüssigkeit
durch Koaleszenz der nicht gelösten Gasblasen im
wesentlichen beendet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Begasungsrate derart bemessen wird, daß die
angebotene Gasmenge die lösbare übersteigt, und daß die
gewünschte Endbeladung mit einer signifikanten
Beladungsänderung erreicht wird.
3. Verfahren Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß sich der Beladungsvorgang bis zur gewünschten nach
Endbeladung über vom Zeitpunkt und vom Ort der Begasung
gesehen mindestens zwei aufeinanderfolgende Abschnitte
erstreckt, zu deren Beginn die Gasblasen jeweils inner
halb der Flüssigkeit dispergiert und gemischt werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet,
daß der Druck in der Flüssigkeit auf einen konstanten
Beladungsdruck geregelt wird.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem
oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, mit einer Beladungs
strecke, einem dieser vorgeordneten Begasungs-Regelventil
mit Mischeinrichtung, das von einem Durchflußmesser uber
eine Signalverarbeitungseinrichtung gesteuert wird und
einem der Beladungsstrecke nachgeordneten Druckhalte
ventil, dadurch gekennzeichnet,
daß am Ende der Beladungsstrecke (2) eine Trenneinrich
tung (5), insbesondere eine Einrichtung, in der eine
Separierung der Gasblasen von der Flüssigkeit durch
Zentrifugalkräfte in der rotierenden Flüssigkeit er
reicht wird, vorgesehen ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die Trenneinrichtung (5) aus einem kreis-, wendel
oder spiralförmig ausgebildeten Rohrleitungsabschnitt
besteht.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die Trenneinrichtung (5) aus einem rotationssymme
trischen Behälter besteht, in dessen Kopfteil die Bega
sungsstrecke (2) tangential ein- und aus dessen Fußraum
ein zweiter Leitungsabschnitt (1c) tangential aus
mündet.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch
gekennzeichnet,
daß die Beladungsstrecke (2) in Abschnitte (I, II bis
na) unterteilt ist, von denen jeder jeweils am Anfang
eine Dispergier- und Mischeinrichtung (Ia, IIa bzw. na)
aufweist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch
gekennzeichnet,
daß die Signalverarbeitungseinrichtung (10) das Druck
halteventil (8) steuert.
10. Verwendung des Verfahrens und der Vorrichtung nach einem
der vorstehenden Ansprüche zur definierten Beladung von
Bierwürze mit Sauerstoff über die Begasung mit Luft.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE8916182U DE8916182U1 (de) | 1989-06-22 | 1989-06-22 | Vorrichtung zur definierten Beladung einer Flüssigkeit mit einem Gas |
DE3920472A DE3920472A1 (de) | 1989-06-22 | 1989-06-22 | Verfahren und vorrichtung zur definierten beladung einer fluessigkeit mit einem gas |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE3920472A DE3920472A1 (de) | 1989-06-22 | 1989-06-22 | Verfahren und vorrichtung zur definierten beladung einer fluessigkeit mit einem gas |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3920472A1 true DE3920472A1 (de) | 1991-01-10 |
Family
ID=6383344
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE3920472A Withdrawn DE3920472A1 (de) | 1989-06-22 | 1989-06-22 | Verfahren und vorrichtung zur definierten beladung einer fluessigkeit mit einem gas |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE3920472A1 (de) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4237610A1 (de) * | 1992-11-06 | 1994-05-19 | Poly Id Ag Steckborn | Vorrichtung zur Erzeugung von Dispersionen mit hoher Phasengrenzfläche |
DE4238971A1 (de) * | 1992-11-19 | 1994-05-26 | Tuchenhagen Otto Gmbh | Verfahren und Anordnung zur Lösung einer Gasmenge in einer strömenden Flüssigkeitsmenge |
DE4329223A1 (de) * | 1993-08-31 | 1995-03-02 | Tuchenhagen Otto Gmbh | Verfahren und Anordnung zur Steuerung der Begasungsrate bei der definierten Beladung einer strömenden Flüssigkeitsmenge mit einem Gas |
DE19850025A1 (de) * | 1998-10-30 | 2000-05-11 | Thomas Funk | Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer Flüssigkeit mit erhöhtem Gasgehalt |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2125308A (en) * | 1982-07-30 | 1984-03-07 | Polyrim Mfg | Apparatus for nucleating a liquid chemical constituent of a reaction injection molding system |
EP0155553A2 (de) * | 1984-03-08 | 1985-09-25 | FÜLLPACK GmbH & Co. | Einrichtung zur Behandlung einer stark schaumbildenden Flüssigkeit mit einem Gas |
DE2934483C2 (de) * | 1978-08-30 | 1989-08-17 | Air Products And Chemicals, Inc., Allentown, Pa., Us |
-
1989
- 1989-06-22 DE DE3920472A patent/DE3920472A1/de not_active Withdrawn
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2934483C2 (de) * | 1978-08-30 | 1989-08-17 | Air Products And Chemicals, Inc., Allentown, Pa., Us | |
GB2125308A (en) * | 1982-07-30 | 1984-03-07 | Polyrim Mfg | Apparatus for nucleating a liquid chemical constituent of a reaction injection molding system |
EP0155553A2 (de) * | 1984-03-08 | 1985-09-25 | FÜLLPACK GmbH & Co. | Einrichtung zur Behandlung einer stark schaumbildenden Flüssigkeit mit einem Gas |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4237610A1 (de) * | 1992-11-06 | 1994-05-19 | Poly Id Ag Steckborn | Vorrichtung zur Erzeugung von Dispersionen mit hoher Phasengrenzfläche |
DE4238971A1 (de) * | 1992-11-19 | 1994-05-26 | Tuchenhagen Otto Gmbh | Verfahren und Anordnung zur Lösung einer Gasmenge in einer strömenden Flüssigkeitsmenge |
US5762687A (en) * | 1992-11-19 | 1998-06-09 | Otto Tuchenhagen Gmbh & Co. Kg | Process and device for dissolving a quantity of gas in a flowing liquid quantity |
DE4329223A1 (de) * | 1993-08-31 | 1995-03-02 | Tuchenhagen Otto Gmbh | Verfahren und Anordnung zur Steuerung der Begasungsrate bei der definierten Beladung einer strömenden Flüssigkeitsmenge mit einem Gas |
DE4329223C2 (de) * | 1993-08-31 | 1999-09-09 | Tuchenhagen Gmbh | Verfahren und Anordnung zur Steuerung der Begasungsrate bei der definierten Beladung einer strömenden Flüssigkeitsmenge mit einem Gas |
DE19850025A1 (de) * | 1998-10-30 | 2000-05-11 | Thomas Funk | Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer Flüssigkeit mit erhöhtem Gasgehalt |
DE19850025C2 (de) * | 1998-10-30 | 2002-05-02 | Thomas Funk | Vorrichtung zum Anreichern von Trinkwasser mit Sauerstoff |
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