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Vorrichtung zur Durchführung von Gärvorgängen Die Erfindung bezieht
sich auf eine Vorrichtung zur Durchführung von Gärvorgängen, insbesondere auf eire
Vorrichtung zur Hefeerzeugung.
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Bei der Herstellung von Preßhefe und ähnlichen Gärvorgängen wird unter
Zufuhr erheblicher Luftmengen zu der zu vergärenden nährstoffhaltigen Flüssigkeit
gearbeitet. Infolge der besonderen Zusammensetzung derartiger Gärflüssigkeiten bildet
die in die Flüssigkeit eingeleitete Luft rasch einen grobblasigen Schaum, der außerordentlich
schwer zu zerstören, ist und bei längerer Durchführung des Gärvorganges ein Überlaufen
des Gefäßes verursacht, wenn: nicht außerordentlich große Gärbottiche verwendet
werden, die wiederum die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens beeinträchtigen. Zur
Beseitigung dieses Übelstandes sind bereits zahllose Vorschläge gemacht worden.
Vielfach hat man sogenanntes Gärfett verwendet, welches die Oberflächenspannung
der Flüssigkeit verändert und die Beständigkeit des entstehenden Schaums wesentlich
vermindert. Der Zusatz von solchem Gärfett wirkt sich einesteils in den Kosten des
Verfahrens aus, auf der anderen Seite wird hierdurch die Qualität der gewonnenen
Hefe in unerwünschter und oft nachteiliger Weise beeinflußt.
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Es sind auch bereits die verschiedensten, Schaumvernichtungsvorrichtungen.
für derartige Hefebottische vorgeschlagen worden, insbesondere solche, bei denen
außer dem eigentlichen für die Bewegung der Gärflüssigkeit erforderlicher Rührer
in der
Nähe der Oberfläche der Gärflüssigkeit eine weitere Vorrichtung
angebracht ist, die den entstehenden Schaum wieder in, die Gärflüssigkeit einsaugt.
Solche Vorrichtungen erfordern stets einen, zusätzlichen Kraftaufwand.
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Bei einer bekannten Vorrichtung zum Belüften von Gärflüssigkeiten
wird das Gärgut mittels eines Rührers im oberen Teil des Gärbottichs angesaugt,
unter Zufuhr von. Luft durch ein weites, unten und oben offenes, im Gärbottich zentral
angeordnetes Rohr abwärts gedrückt und am unteren Ende desselben, durch einen zweiten
Rührer angesaugt und außerhalb des Rohres wieder aufwärts geführt. Die beiden Rührer
sind Spiralrührer mit kegelförmiger Hülifläche; ihre Kegelspiralen sind in radialer
Richtung bis an die Rührwelle geführt und mit dieser über die gesamte Innenkante
verschweißt.
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Eine andere bannte Vorrichtung zur Belüftung schäumender Gärflüssigkeiten
weist gleichfalls ein im Gärgefäß zentral angeordnetes. weites Rohr auf, durch welches
ein Belüftungsrohr axial hindurchgeführt ist, an das unten. ein Schleuderrad angesetzt
ist, welches seinerseits aus einer Mehrzahl von an. das Belüftungsrohr anschließenden,
entgegen der Drehrichtung des Schleuderrades zurückweichenden und an den äußeren
Enden offenen, nach unten durch eine der unteren Öffnung des weiten Rohres entsprechende
Platte abgedeckten. Rohren, besteht.
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Des weiteren, ist eine Begasungsvorrichtung für Flüssigkeiten. bekanntgeworden,
bestehend aus einem Behälter und einer unterhalb des Spiegels der zu behandelnden
Flüssigkeit angeordneten Drehpumpe, deren Saugseite mit einer feststehenden, das
Pumpengehäuse bildenden Zuleitung für das gasförmige Medium verbunden ist und deren
Welle ein. zusätzliches Rührorgan bewegt.
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Die erfindungsgemäße, zur Durchführung von Gärvorgängen, insbesondere
zur Hefeerzeugung bestimmte Vorrichtung besteht aus einem Gärgefäß mit im unteren
Teil desselben angeordnetem Spiralrühxer mit kegelförmiger Hüllfläche und einer
Luftzuführung und ist dadurch gekennzeichnet, daß der Rührer in Form einer mit ihrer
Spitze gegen, den Boden des Gärgefäßes weisenden. archimedischen Spirale ausgebildet
ist, die an der Rührerwelle derart befestigt ist, daß zwischen dieser und der inneren
Begrenzungslinie der Spirale ein freier Raum besteht. Am Innenrand des flachen Spiralprofils
kann eine senkrechte Abschirmung angeordnet sein, um ein seitliches Ausweichen der
Rührflüssigkeit zu vermeiden. Bei größeren, Dimensionen kann, auch an der äußeren
Begrenzungslinie der Spiralfläche eine ähnliche Abschirmung angebracht werden. Der
Antrieb des KegelspiraJrührers erfolgt am besten, von unten, beispielsweise durch
eineseitlich in das Rührgefäß hinein:ragendeAntriebswelle, die den Rührer durch
Kegelradübersetzung antreibt. Statt liessen kann man auch einen geschlossenen Antriebsmotor
sn stehender Flanschausführung miteinemnachoben ragenden Wellenstumpf 'unmittelbar
auf dem Gärgefäßboden anordnen.
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Die zum Belüften der Gärflüssigkeit benötigte Luftmenge kann. wie
üblich in, feiner Verteilung der Gärflüssigkeit zugeführt werden. Infolge der besonders
starken Saugwirkung des neuen Rührers genügt es, die Luft durch ein einfaches Rohr,
beispielsweise mit Hilfe eines schwachen Druckgebläses, in die Gärflüssigkeit einzuleiten.
Zu diesem Zweck kann auf der nach oben verlängerten Welle des Kegelsp:iralrührers
ein Gebläse sitzen, das im unteren Ende eines zentralen, feststehenden Luftzuführungsrohres
läuft und die erforderliche Luft ansaugt.
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Um eine möglichst einwandfreie Wirkung der neuen Rührvorrichtung sicherzustellen,
empfiehlt es sich, keinerlei Einbauten innerhalb des Gärgefäßes anzuordnen, vielmehr
die Behälterwände möglichst glatt zu halten und das Gärgefäß an. seinem unteren
Ende kegelförmig oder in Gestalt eines Kegelstumpfes auszubilden.
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Die besondere Ausbildung des Spiralrührers in Form einer nur an den
Ender mit der Rührerwelle verbundenen archimedischen Spirale, deren Innenfläche
mit dieser Welle einen kegelförmigen Hohlraum einschließt, und die Anordnung des
Rührers mit nach unten gerichteter Kegelspitze ergeben eine äußerst starke Saugkraft
und damit eine praktisch vollständige Schaumvernichtung, so daß sich die Verhefung
unter Vermeidung der üblicherweise als Folge der Bildung großblasiger Schäume auftretenden
Übelstände, dabei aber unter wirksamer Belüftung der Gärflüssigkeit durchführen
läßt.
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Bei der erwähnten, bekannten Vorrichtung mit zwei Spiralrührern, von
.denen der im unteren Teil des Gärgefäßes vorgesehene nicht auf der Spitze stehend
angeordnet ist, ist ein kegelförmiger Hohlraum zwischen Spirale und Rührerwelle,
durch den die Flüssigkeit mit der Folge einer höheren Beaufschlagung des Rührers
zulaufen, kann, nicht vorhanden. Die Anordnung eines weiten Rohres im Gärbottich,
wie es bei der bekannten Vorrichtung vorgesehen ist, durch das das oben angesaugte
Gärgut abwärts gedrückt wird, um am unteren Rohrende wieder angesaugt und außerhalb
des Rohres wieder aufwärts geführt zu werden, ist bei der Vorrichtung nach der Erfindung,
deren besonders ausgestalteter Spiralrührer eine solche Flüssigkeitsumwälzung bewirkt,
daß die Luftbläschen nie zur Ruhe gelangen und sich nicht vergrößern können, nicht
erforderlich.
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Die Zeichnungen, veranschaulichen. eine mögliche Ausführungsform des
Erfindungsgegenstandes, und zwar zeigt Fig. z eine Vorrichtung nach der Erfindung
in Schnittansicht und die Fig. a und 3 den Kegelspiralrührer in Aufsicht bzw. in
Seitenansicht.
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Innerhalb des Gärgefäßes z ist an dessen Boden ein. Lager :2 angeordnet,
in dem die Welle 3 des Kegelspiralrührers q. drehbar gelagert ist. Der Kegelspiralrührer
besteht seinerseits (vgl. Fig. a und 3) aus. einer archimedüscheu Spirale 5, die
mit ihrem den kleinsten Durchmesser aufweisenden Ende direkt mit der Welle 3 und
mit ihrem anderen, den größten Durchmesser aufweisenden Ende mittels Armen 24 mit
einer auf der Welle 3
sitzenden 1\Tabe verbunden ist, derart, daß
zwischen der Welle und der inneren. Begrenzungslinie der Spirale ein freier kegelförmiger
Raum. vorhanden -ist. Wie ersichtlich., ist die Spirale aus einem flachen Profil
gebildet, das, mit der Breitseite senkrecht zur Wellenachse um diese gewickelt ist.
Dabei nimmt vorteilhaft mit wachsenden Durchmesser der einzelnen Windungen. auch
ihr Abstand voneinander zu. An der Innenkante der Spirale befindet sich in Form
eines seitlich. nach unten ragenden Randes 6 eine Abschirmung, die das seitliche
Ausweichen der Rührflüssigkeit verhindert. Eine gleiche Abschirmung könnte auch
am äußeren. Rand des Spiralprofils angebracht sein. Der Kegelspiralrührer q. wird
über ein Kegelradgetriebe 7 von einer Welle 8 in Drehung versetzt, die durch eine
Stopfbuchse g seitlich aus. dem Rührgefäß i ragt. Die Welle kann durch einen Motor
io beispielsweise über eine Rutschkupplung ii in Drehung versetzt werden.
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Die Welle 3 des Kegelspiradrührers ist nach oben verlängert und trägt
an ihrem Ende ein Schraubengebläse z2, das von dem unteren Ende eines mit der Welle
3 gleichachsig angeordneten Luftzuführungsrohres 13 ummantelt ist, welches durch
den Decke, 1q. des Gärgefäßes nach oben geführt und im gezeigtem, Beispiel 2 mit
einer Ventilklappe 15 zur Regulierung der zuströmenden Luftmenge sowie mit einem
Luftfilter 16 versehen ist.
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Die Zuführung der Gärflüssigkeit erfolgt durch ein Rohr 17, welches
möglichst eng an; der Wandung des Gärgefäßes i angeordnet ist, so, daß die zu gärende
Flüssigkeit bei hrem Eintritt in das Gefäß stets an der Gefäßwand entlang läuft.
Die beim Gärprozeß entweichende Kohlensäure wird durch ein mit einer Regulierklappe
i9 versehenes Dunstrohr i8 am oberen Ende des Gefäßes i abgeführt.
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Wie ersichtlich, ist der Gärbehälter am unteren Ende kegelstumpfförmig
gestaltet. Die Mantelfläche des Kegelstumpfes kann doppelwandig ausgeführt sein.
In, den so gebildeten Zwischenraum 21 wird Kühlflüssigkeit eingeleitet. Selbstverständlich
kann die Temperaturregulierung auch auf jede andere Weise erfolgen, doch soll die
Anordnung von Kühlschlangen. im Innern des Rührgefäßes nach Möglichkeit vermieden
werden.
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Beim Ingangsetzen des Rührers nimmt die Oberfläche der Gärflüssigkeit
nicht wie bei Anwendung gewöhnlicher Fliehkraftrührer konkave parabolische Form
an, vielmehr entsteht durch die Saugwirkung des Rührers in der Mitte des Gefäßes
ein fast bis zur Spitze des Kegelspiralrührers reichender, nahezu zylindrischer
Hohlraum, dessen Durchmesser etwa gleich dem größten Rührerdurchmesser ist. Die
Begrenzungsfläche dieses Hohlraums wird von den rotierenden Stromfäden gebildet,
deren radiale Geschwindigkeit von innern. nach außen. ab-
nimmt, während sie
gleichzeitig mit wachsender Geschwindigkeit senkrecht nach, unten, dem Rührer zuströmen.
Der Flüssigkeitsspiegel bleibt dabei im übrigen fast waagerecht. Die von der Flüssigkeitsobeifläche
gebildete Kurve ist in Fig. i mit der Linie 22 angedeutet. Dabei scheint
die Wirkung des Rührers um so günstiger, je höher innerhalb gewisser Grenzen die
über ihm lastende Flüssigkeitssäule ist.
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Die Wirkungsweise des Rhihrers läßt sich durch folgende Betrachtung
erklären: Der Rührer verdrängt bei einer Umdrehung jedesmal eine Flüssigkeitsmenge,
die etwa der Streifenbreite mal der Bogenlänge mal der Steigungshöhe der Rührerfläche
entspricht. Bei der nächsten, Umdrehung bleiben zwar die Breite und- Höhe des verdrängten
Flüssigkeitsstreifens annähernd: gleich, die Bogenlänge nimmt jedoch ebenso wie
dile Umfangsgeschwindigkeit des Rührers entsprechend ab. Durch den Umlaufrüh.rer
wird also fortgesetzt Flüssigkeit mach unten gedrückt, während dauernd von der Flüssigkeitsoberfläche
neue Flüssigkeit in: radialer Richtung angesaugt und erfaßt wird. Dabei verhindern
die an der Rührerfläche angeordneten Randleisten ein seitliches Ausweichen der Flüssigkeit,
welche unmittelbar nach oben steigen würde, vielmehr wird außer der rotierenden
Bewegung um die Achse des Rührgefäßes ein dauernder Flüssigkeitsumlauf bewirkt,
der, wie durch die Pfeile 23 angedeutet, in der Mitte des- Gefäßes nach unten und.
an den Seiten wiederum nach oben zurück stattfindet.
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Durch, die Saugwirkung des. Rührers wird nicht nur die aus dem Rohr
13 mit Hilfe des Ventilators 12 in die Flüssigkeit eingeblasene Frischluft
angesaugt, sondern auch der auf der Flüssigkeitsoberfläche 22 etwa sich ablagernde
Schaum. Diesen Schaum .wird durch die Wirkung des Rührers jedesmal in die Flüssigkeit
hineingedrückt, wobei die Schaumblasen. zur Auflösung gebracht werden. Wie die praktischen
Versuche gezeigt haben, werden etwa auf der Flüssigkeitsoberfläche schwimmende Schaumblasen
schon nach einer Drehung um 9o° vom Rührer eingezogen und in der Flüssigkeit vernichtet.
Dabei vergrößert sich das Volumen des Fliiss:igkcits-Luft-Gemi-sches, da fortgesetzt
Luft erneut in Form kleiner Bläschen. eingeschlossen wird.
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Da der ganze Gefäßinhalt kontinuierlich in vorwiegend vertikaler Richtung
umgewälzt wird; kommen die Luftbläschen nie zur Ruhe und können demgemäß auch nicht
anwachsen..
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Infolge der feinen Verteilung und geringen Größe (etwa 2 bis q. mm
0) der Luftbläschen nimmt das Flüssigkeit-Luft-Gemisch einen relativ kleinen, Raum
ein, die Gefäßausnutzung ist also sehr gut.
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Die Saugwirkung des Rührers ist bei sonst gleichen Abmessungen weitgehend
von der Steigung der Rührerspirale abhängig. Bei einem zu großen Steigungswinkel
tritt jedoch die Zentrifugalwirkung des Rührers gegenüber seiner Saugwirkung mehr
und mehr in dem. Vordergrund, was auch daraus ersichtlich ist, daß in diesen Fall
die Flüssigkeitsoberfläche weitgehend parabolische Gestalt annimmt.
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Grundsätzlich läßt sich auch bei zylindrischer oder spitzkegelig nach.oben
gerichteter Form ckes Rührers eine ähnliche Wirkung erreichen, doch fehlt in diesem
Falle die verdichtende Wirkung des
Rührers, welche insbesondere
den. auf der Flüssigkeit befindlichen, Schaum axial zusammendrängt. Die Wirkung
eines solchen, Rührers ist daher geringer als. die des auf der Spitze stehendem
Kegelspiralrührers.
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Das folgende Beispiel soll die Verwendung der neuen Rührvorrichtung
erläutern: Es wurden ein Rührbottich mit einem Durchmesser von, etwa 63.cm und einer
Höhe von 72 cm entprechendeinem Fassungsvermögen von etwa 2201 und ein Kegelspiralrührer
von 13 cm Gesamthöhe verwendet, dessen, Spitze sich etwa 5 cm über dem Boden
des Rbhrgefäßes befand und dessen größter Durchinesser am oberen Ende etwa 16 ein
betrug. Die Drehzahl des kührers konnte zwischen etwa iooo und 26oo Touren/Min.
reguliert werden. Zur Verhefung gelangte ein Rohstoffgemisch, das in üblicher Weise
durch Hydrolysieren von kohlehydrathaltigen Rohstoffen erhalten und mit entsprechenden
Nährsalzen versetzt war.
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Der Behälter wurde etwa mit 381 Flüssigkeit gefüllt. Während der Verhefung
wurden in Abständen von einer halben Stunde 45 1 weitere Gärlösung in Mengen, von
jedesmal 3 bis 5 1 zugesetzt, so daß die Füllung des Bottichs am Schluß 83 1 betrug.
Die Zufuhr an Frischluft wurde auf etwa 26oo 1/Std. eingestellt.
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Durch den Sog des Rührers bildete sich um die Welle ein steilex, schmaler
Hohlkegel, während die Flüssigkeitsoberfläche selbst fast horizontal blieb #,md
am Bottichrand kaum erhöht war. Während der Verhefung befand sich auf der Flüssigkeit
keine Schaumzone, sondern lediglich eine einheitliche Flüssigkeit-Luft-Emulsion.
Der entstehende Schaum wurde fortgesetzt durch den Rühren nach unten gezogen und
hier in der Flüssigkeit zerschlagen, woben die Luft dann in der Flüssigkeit erneut
aufstieg, also offenbar besonders gut ausgenutzt wurde.
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Die erzielte Hefeausbeute entsprach einer sehr guten normalen Hefeausbeute.
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Es empfiehlt sich, die Zugabe von neuer Verhefungsflüssigkeit nicht
stoßweise, sondern allmählich am Rande des Bottichs. vorzunehmen, da sonst bei plötzlicher
Veränderung der zugeführten Frischluftmenge der über dem Rühren vorhandene Hohlkegel
zusammenfallen kann. Es versteht sich von selbst, daß die Größe des Rührers der
Größer des Verhefungsbottichs, d. h. der Menge der zu verhie:-fendm Flüssigkeit,
angepaßt werden muß, ebenso wie die zugeführte, Luftmenge zu der Drehzahl des Rührers
in. einem bestimmten Verhältnis- stehen soll, um eine maximale Saügwirkung das Rührers
zu erreichen.
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Die Vorteile der neuen Rührvorrichtung besteheil in, erster Linie
in der Verhinderung jeder übermäßigen Schaumbildung trotz gründlicher Durch-Lüftung
des verwendeten Gärsubstrates. Der etwa entstehende Schaum wird mit Sicherheit in
die Flüssigkeit eingesaugt, dort zerstört und die eingesaugte Luft erneut zur Lüftung
des Gärsubstrates verwendet. Es wird also eine sehr feine Verteilung der Luft und
eine gleichmäßige, intensive Belüftung erreicht, ohne daß besondere Luftzuführungsschlangen
im Innern des Gärgefäßes erforderlich sind. Ein weiterer Vorteil der neuen Vorrichtung
besteht in dem außerordentlich geringen Kraftverbrauch. Der Rühren kann, in der
Regel ohne reduzierendes Getriebe unmittelbar vom Motor angetrieben werden. Der
Einbau am unteren. Ende des Gefäßes vermeidet besonders bei hohen Gärgefäßen die
Anbringung langer Antriebswellen, die bei Fehlen einer unterem: Lagerung eine außerordentlich
stabile Befestigung oberhalb des Rührbottichs erfordern. Überdies, benötigt die
neue Vorrichtung keine besondere Gebläseanlage zur Zuführung der Frischluft. Die
für das. auf der Rührerachse angebrachte Gebläse erforderlliche zusätzliche Kraft
fällt bei dem Betrieb der Vorrichtung praktisch nicht ins Gewicht.