EP0614693B1 - Belüftungsdüse zum Belüften von organische Substanzen enthaltenden Flüssigkeiten - Google Patents

Belüftungsdüse zum Belüften von organische Substanzen enthaltenden Flüssigkeiten Download PDF

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EP0614693B1
EP0614693B1 EP94102433A EP94102433A EP0614693B1 EP 0614693 B1 EP0614693 B1 EP 0614693B1 EP 94102433 A EP94102433 A EP 94102433A EP 94102433 A EP94102433 A EP 94102433A EP 0614693 B1 EP0614693 B1 EP 0614693B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
nozzle according
aerating nozzle
outer sleeve
aerating
liquid channel
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP94102433A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0614693A1 (de
Inventor
Simon Redl
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Anton Steinecker Entwicklungs GmbH and Co
Original Assignee
Anton Steinecker Entwicklungs GmbH and Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Anton Steinecker Entwicklungs GmbH and Co filed Critical Anton Steinecker Entwicklungs GmbH and Co
Publication of EP0614693A1 publication Critical patent/EP0614693A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0614693B1 publication Critical patent/EP0614693B1/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F25/30—Injector mixers
    • B01F25/31—Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows
    • B01F25/314—Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows wherein additional components are introduced at the circumference of the conduit
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S261/00—Gas and liquid contact apparatus
    • Y10S261/13—Desuperheaters
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S261/00—Gas and liquid contact apparatus
    • Y10S261/75—Flowing liquid aspirates gas

Definitions

  • the invention relates to a ventilation nozzle for aerating liquids containing organic substances according to the preamble of claim 1.
  • Such a ventilation nozzle is known from WO92 / 04972.
  • the gas flowing through the gas inlet openings is evenly distributed around the liquid flow. Due to the inclined side walls of the liquid channel, the gas is mixed in a laminar manner as the liquid flow continues to move.
  • certain organic substances e.g. Yeast-containing condiments
  • these circumstances lead to the fact that the liquids containing the organic substances tend to foam due to inadequate ventilation, as is done e.g. observed when the yeast multiplied in the wort while brewing beer. Because of the very disadvantageous effect on the multiplication of the yeast, this foaming of the wort should be controllable.
  • a nozzle for aerating liquids to be oxidized is also known from GB-A-713 064.
  • the object of the invention is to provide a ventilation nozzle in which the foam formation in the liquids containing organic substances to be aerated can be kept within limits in a controlled manner.
  • the flow remains almost exclusively laminar.
  • the desired gas entry can be optimally adapted to the different liquids by exchanging the distributor bushings.
  • a well-coordinated combination of the angles of inclination in connection with the gas inlet not only enables the gas to be mixed with the liquid which is not excessively foaming, but because of the good mixing results it is also possible to dispense with the expansion space used in the prior art.
  • This waiver means that the ventilation nozzle can be made much smaller, lighter and therefore less expensive, so that the ratio of useful content to total content is justifiable.
  • the distributor bushing is surrounded over a large part of its length by a closed annular chamber which has at least one gas supply opening is provided. This makes it possible to supply a large number of gas inlet openings arranged in any manner uniformly through the gas supply opening.
  • the bores on the circumference of the distributor bush are evenly distributed in a ring. With such an arrangement, the gas flows are evenly distributed on the surface of the liquid flow.
  • the gas inlet openings of the distributor bushings are arranged at the beginning of the ventilation area, as seen in the direction of flow. This arrangement enables the mixing of the gas bubbles in the liquid to begin already in the distributor bushing.
  • the cross-section of the duct entry into the ventilation nozzle is very often not identical to the duct cross-section of the ventilation area. For this reason, it would be advantageous if the liquid channel, as seen in the direction of flow, has a conical entrance area from the liquid entry into the ventilation nozzle to the ventilation area. This compensates for the differences and converts them into each other without sales.
  • the liquid channel can preferably have an intermediate area following the ventilation area which merges into a mixing area with a conically tapering wall located at the liquid outlet.
  • this intermediate area ensures that the ventilation area and the mixing area are connected to one another; on the other hand, the tapered wall causes a change in the speed of the liquid in the channel, which results in better mixing of the gas bubbles with the liquid.
  • the liquid channel in the ventilation area and in the mixing area can advantageously be designed as a hollow cylinder, the liquid channel in the ventilation area having an inside diameter "D1" which is larger than the inside diameter "D2" of the liquid channel in the mixing area.
  • Hollow cylinders are best suited for laminar flow.
  • the length of the mixing area corresponds at least to the simple inside diameter “D2” of the liquid channel of the mixing area. It has also been shown that it is advantageous if the length of the intermediate region is at least three times as long compared to the size of the diameter difference from "D1" to "D2".
  • the annular chamber is formed by inserting the distributor bush, which is designed as a one-piece part, into the outer sleeve, the distributor bush forming an inner wall and the outer sleeve forming an outer wall of the annular chamber.
  • the distributor bushing can thus be separated from the outer sleeve at any time without difficulty, which means that the ventilation nozzle can be cleaned easily. If any damage occurs to individual parts, they can be replaced independently of one another.
  • the gas supply opening and the tapered wall can be formed in the outer sleeve.
  • liquid channel in the mixing area is formed by a connecting piece. This simplifies production and shortens the overall length.
  • connection piece and the outer sleeve can be welded together.
  • the connecting piece and the outer sleeve can be formed in one piece.
  • the one-piece is probably Education will be cheaper.
  • welding you can also respond to special requests at short notice.
  • At least one outer diameter of the distributor bushing is designed as a fit with the inner diameter of the outer sleeve.
  • the outer sleeve has a stop surface for an end face of the distributor bush when it is inserted into the outer sleeve, in particular if a seal is arranged between the stop surface of the outer sleeve and the corresponding end face of the distributor bush.
  • the stop surface can thus be used to fix the outer sleeve in the axial direction and at the same time serve for sealing.
  • the distributor bushing can be completely accommodated in the outer sleeve and pressed onto the stop surface with a closure. This prevents the distributor bush from slipping in the outer sleeve.
  • a seal can preferably be arranged between the closure and an end face of the distributor bushing. It is also advantageous to seal the closure, because the ring chamber is also sealed to the outside.
  • the liquid channel in the entrance area is formed in the closure. This makes it possible to simultaneously adjust a suitable entrance area for each cross section of the liquid inlet by changing the closure.
  • the closure can be screwed to a threaded connector with a union nut.
  • This screw connection is very easy to implement, in particular if the threaded connector is arranged outside the outer sleeve at the beginning of the ventilation area and is welded to it.
  • the threaded connector is arranged outside the outer sleeve at the beginning of the ventilation area and is made in one piece with it.
  • a gas supply nozzle is arranged on each outer gas supply opening on the outer sleeve.
  • the gas supply connector is welded to the outer sleeve.
  • the gas supply nozzle is formed in one piece with the outer sleeve.
  • the ventilation nozzle 1 has a liquid channel 2, which, viewed in the direction of flow 38, is divided into four adjoining areas. Starting from the liquid inlet 3, an inlet area 4, a ventilation area 5, an intermediate area 6 and a mixing area 7 are arranged one behind the other. The end of the mixing area 7 forms the liquid outlet 8.
  • the liquid channel 2 is formed in the ventilation area 5 in the shape of a hollow cylinder with an inner diameter D1 in a distributor bushing 9.
  • a distributor bushing 9 In the wall of the distributor bushing 9, six bores 10 with a diameter of 1 mm are evenly distributed radially around the circumference.
  • the bore axes 11 of the bores 10 are inclined at an inflow angle “ ⁇ ” relative to the longitudinal axis 13 of the ventilation nozzle 1 running in the direction of flow 38 by 45 ° with respect to the direction of flow 38.
  • the point of penetration of the bores 10 through an inner wall 14 of the distributor bush 9 lies in the front part of the ventilation area 5.
  • the distributor bush 9 has on its outer wall 15 over most of its length a radially circumferential trapezoidal groove 16 which opens outwards.
  • the side flanks 17 and 18 of this groove 16 are each bevelled by 45 ° with respect to the longitudinal axis 13.
  • the distributor bushing 9 is surrounded by an outer sleeve 19.
  • the outer wall 15 of the distributor sleeve 9 forms, together with a hollow cylindrical inner wall 20 of the outer sleeve 19, a closed annular chamber 21. This is sealed against the liquid channel 2 by two seals 22 and 23, which are arranged on the end faces 24 and 25 of the distributor sleeve 9.
  • the outer sleeve 19 has a stop surface 26 for the end face 24 of the distributor bush 9 for inserting it.
  • the seal 22 is arranged between the stop surface 26 and the end face 24.
  • a closure 27 is arranged in the entrance area 4 and has a second stop surface 28 for the end face 25 of the distributor bushing 9.
  • the seal 23 is arranged between the end face 25 and the second stop surface 28 of the closure 27.
  • the closure 27 is screwed to a threaded connector 30 with a union nut 29.
  • a seal 31 is also arranged between the closure 27 and the threaded connector 30.
  • the threaded connector 30 is welded to a circumferential weld seam 32 on the outside of the outer sleeve 19.
  • the liquid channel 2 in the entrance area 4 is formed in the closure 27.
  • its liquid channel 2 When viewed in the direction of flow 38, its liquid channel 2 has a conically opening wall which connects the liquid inlet 3 to the liquid channel 2 of the ventilation area 5.
  • the liquid channel 2 of the intermediate region 6 is formed in the outer sleeve 19.
  • This liquid channel 2 has a tapered wall 12 which connects the liquid channel 2 of the mixing area 7 with that of the Ventilation area 5 connects.
  • the liquid channel 2 of the mixing area 7 is hollow cylindrical with an inside diameter D2, which is smaller than the inside diameter D1, in a connecting piece 33. This is welded on the end face to the outer sleeve 19 with a radially circumferential weld seam 34.
  • the length of the mixing area 7 is just as long as the inner diameter D2 of the liquid channel 2 in the mixing area 7.
  • the length of the intermediate area 6 is five times as long as the size of the diameter difference from D1 to D2.
  • the outer sleeve 19 has two opposite gas supply openings 35 in the ventilation area 5, which allow a gas supply to the annular channel 21.
  • a gas supply connection 36 which is connected to the outer sleeve 19 by means of a radially circumferential weld seam 37.
  • the sum of the cross-sectional areas of the gas supply openings 35 is thirty-three times larger than the sum of the cross-sectional areas formed by the six bores 10.
  • the two outer ends of the ventilation nozzle 1 and the gas supply nozzle 36 are provided with standard connections.
  • the wort is fed to the liquid channel 2 through the liquid inlet 3 with an overpressure between 1.5 and 8 bar, usually with about 2 bar and a volume flow of 0.5 to 200 m 3 / hour.
  • an overpressure between 1.5 and 8 bar, usually with about 2 bar and a volume flow of 0.5 to 200 m 3 / hour.
  • this intermediate region 6 is at least three times as long as the size of the diameter difference from D1 to D2, this transition takes place very continuously. Liquid and gas are thus mixed in a laminar manner and turbulence during mixing is avoided.
  • the optimally adapted distributor bushing 9 can be used for each liquid. These differ in the number and / or size of the bores 10 and in the inflow angle “ ⁇ ” of the bore axes 11. In this way not only is foaming of the wort avoided, but an optimal mixing can be set in the ventilation nozzle, so that an expansion space can be dispensed with, which was otherwise used in the prior art.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Belüftungsdüse zum Belüften von organische Substanzen enthaltenden Flüssigkeiten gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Eine solche Belüftungsdüse ist aus der WO92/04972 bekannt. Mit einer solchen Belüftungsdüse wird das durch die Gaseintrittsöffnungen strömende Gas gleichmäßig um den Flüssigkeitsstrom verteilt. Durch die geneigten Seitenwände des Flüssigkeitskanals wird das Gas bei weiterer Bewegung des Flüssigkeitsstromes laminar beigemischt. Besonders bei der Belüftung von bestimmten organische Substanzen, wie z.B. Hefe enthaltenden Würzen, hat es sich in der Praxis gezeigt, daß während des Beimischens des Gases zum einen noch Turbulenzen auftreten; zum anderen ist erkannt worden, daß in diesem Zusammenhang auch die notwendige Gaseintrittsmenge zum Belüften nicht genügend kontrollierbar ist. Diese Umstände führen in manchen Fällen dazu, daß die die organische Substanzen enthaltenden Flüssigkeiten wegen mangelhafter Belüftung zum Schäumen neigt, wie man das z.B. bei der Vermehrung der Hefe in der Würze beim Bierbrauen beobachten kann. Wegen der sehr nachteiligen Wirkung für die Vermehrung der Hefe sollte dieses Schäumen der Würze kontrollierbar sein.
  • Auch aus der GB-A-713 064 ist bereits eine Düse zum Belüften von zu oxidierenden Flüssigkeiten bekannt.
  • Im Hinblick auf diesen Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Belüftungsdüse zur Verfügung zustellen, bei der die Schaumbildung bei den zu belüftenden organische Substanzen enthaltenden Flüssigkeiten kontrolliert in Grenzen gehalten werden kann.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
  • Dadurch, daß an keiner Stelle des Flüssigkeitskanals die Neigungswinkel der Seitenwände größer als 30o sind, bleibt die Strömung fast ausschließlich laminar. Der gewünschte Gaseintritt kann durch den Austausch der Verteilerbuchsen sehr flexibel an die unterschiedlichen Flüssigkeiten optimal angepaßt werden. Eine gut abgestimmte Kombination der Neigungswinkel im Zusammenhang mit dem Gaseintritt ermöglicht nicht nur eine nicht übermäßig schäumende Vermischung des Gases mit der Flüssigkeit, sondern aufgrund der guten Vermischungsergebnisse kann außerdem auf den im Stand der Technik verwendeten Expansionsraum verzichtet werden. Durch diesen Verzicht kann die Belüftungsdüse wesentlich kleiner, leichter und damit preiswerter hergestellt werden, so daß das Verhältnis Nutzinhalt zu Gesamtinhalt vertretbar wird.
  • Auch hat sich gezeigt, daß es besonders günstig ist, wenn die Bohrungsachsen der Bohrungen in der Verteilerbuchse unter einem Einströmwinkel "α" gegenüber der in Fließrichtung verlaufenden Längsachse der Belüftungsdüse geneigt sind. Dieser Einströmwinkel "α" ist eine weitere Möglichkeit, die Intensität der Blasenbildung zu steuern.
  • Vorteilhaft ist, wenn die Verteilerbuchse über einen Großteil ihrer Länge von einer abgeschlossenen Ringkammer umgeben ist, welche mit mindestens einer Gaszufuhröffnung versehen ist. Hierdurch ist es möglich, eine Vielzahl von beliebig angeordneten Gaseintrittsöffnungen gleichmäßig durch die Gaszufuhröffnung zu versorgen.
  • Es hat sich gezeigt, daß es besonders günstig ist, wenn die Summe der Querschnittsflächen der Gaszufuhröffnungen wenigstens dreifach größer als die Summe der Querschnittsflächen der von den gesamten Gaseintrittsöffnungen gebildeten Gaseintrittsfläche ist. Der Überdruck in der Ringkammer, der zum Eindringen des Gases in den Flüssigkeitsstrom notwendig ist, kann somit besser konstant gehalten werden.
  • Vorteilhaft ist ferner, wenn die Bohrungen am Umfang der Verteilerbuchse ringförmig gleichmäßig verteilt sind. Bei einer solchen Anordnung verteilen sich die Gasströme gleichmäßig an der Oberfläche des Flüssigkeitsstromes.
  • Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Gaseintrittsöffnungen der Verteilerbuchsen in Fließrichtung gesehen am Anfang des Belüftungsbereiches angeordnet sind. Diese Anordnung ermöglicht es, daß die Vermischung der Gasblasen in der Flüssigkeit schon bereits in der Verteilerbuchse beginnt.
  • Besonders gute und gleichmäßige Ergebnisse bei der Vermischung der Gasblasen in der Flüssigkeit treten dann auf, wenn der Einströmwinkel "α" 45o beträgt und gegen die Fließrichtung geneigt ist und insbesondere, wenn die Bohrungen einen maximalen Durchmesser von 1,5 mm aufweisen.
  • Der Querschnitt des Kanaleintritts in die Belüftungsdüse ist sehr oft nicht identisch mit dem Kanalquerschnitt des Belüftungsbereiches. Aus diesem Grunde wäre es vorteilhaft, wenn der Flüssigkeitskanal in Fließrichtung gesehen vom Flüssigkeitseintritt in die Belüftungsdüse bis zum Belüftungsbereich einen konisch verlaufenden Eingangsbereich aufweist. Hierdurch werden die Unterschiede ausgeglichen und ohne Absatz ineinander übergeführt.
  • Vorzugsweise kann der Flüssigkeitskanal in Fließrichtung gesehen im Anschluß an den Belüftungsbereich einen Zwischenbereich aufweisen, der in einen am Flüssigkeitsaustritt befindlichen Mischbereich mit einer konisch zulaufenden Wandung übergeht. Dieser Zwischenbereich sorgt zum einen dafür, daß der Belüftungsbereich und der Mischbereich miteinander verbunden sind; zum anderen sorgt die konisch zulaufende Wandung für eine Geschwindigkeitsänderung der Flüssigkeit im Kanal, wodurch eine bessere Vermischung der Gasblasen mit der Flüssigkeit erfolgt.
  • Günstigerweise kann der Flüssigkeitskanal im Belüftungsbereich und im Mischbereich hohlzylinderförmig ausgebildet sein, wobei der Flüssigkeitskanal im Belüftungsbereich einen Innendurchmesser "D1" aufweist, der größer als der Innendurchmesser "D2" des Flüssigkeitskanals im Mischbereich ist. Für eine laminare Strömung sind Hohlzylinder am besten geeignet.
  • Für eine besonders gute und gleichmäßige Durchmischung der Flüssigkeit mit den Gasblasen hat es sich gezeigt, daß es bsonders günstig ist, wenn die Länge des Mischbereiches mindestens dem einfachen Innendurchmesser "D2" des Flüssigkeitskanals des Mischbereiches entspricht. Ebenso hat es sich gezeigt, daß es vorteilhaft ist, wenn die Länge des Zwischenbereiches mindestens dreifach so lang ist verglichen mit der Größe der Durchmesserdifferenz von "D1" zu "D2".
  • Günstig ist, wenn durch das Einschieben der Verteilerbuchse, die als einstückiges Teil ausgebildet ist, in die Außenhülse die Ringkammer gebildet wird, wobei die Verteilerbuchse eine Innenwand und die Außenhülse eine Außenwand der Ringkammer bilden. Die Verteilerbuchse kann somit jederzeit ohne Schwierigkeiten von der Außenhülse getrennt werden, wodurch die Belüftungsdüse problemlos gereinigt werden kann. Sollten irgendwelche Schäden an Einzelteilen auftreten, so können diese unabhängig voneinander ersetzt werden.
  • Gemäß eines bevorzugten Ausführungsbeispiels können die Gaszufuhröffnung und die konisch zulaufende Wandung in der Außenhülse ausgebildet sein.
  • Von Vorteil ist es, wenn der Flüssigkeitskanal im Mischbereich durch einen Anschlußstutzen ausgebildet ist. Hierdurch kann die Herstellung vereinfacht und die Baulänge verkürzt werden.
  • Gemäß eines bevorzugten Ausführungsbeispiels können der Anschlußstutzen und die Außenhülse miteinander verschweißt sein. Gemäß eines zweiten vorteilhaften Ausführungsbeispiels kann der Anschlußstutzen und die Außenhülse einstückig ausgebildet sein. Bei der Herstellung von großen Serien wird wohl die einstückige Ausbildung kostengünstiger sein. Beim Verschweißen kann man dagegen auch kurzfristig auf Sonderwünsche eingehen.
  • Zur genauen Positionierung der Verteilerbuchse in der Außenhülse wäre es günstig, wenn zumindest ein Außendurchmesser der Verteilerbuchse mit dem Innendurchmesser der Außenhülse als eine Passung ausgebildet ist.
  • Damit der Überdruck in der Ringkammer konstant gehalten werden kann, wäre es günstig, wenn die Ringkammer beidseitig abgedichtet ist.
  • In diesem Zusammenhang ist es von Vorteil, wenn die Außenhülse eine Anschlagfläche für eine Stirnseite der Verteilerbuchse beim Einschieben dieser in die Außenhülse aufweist, insbesondere dann, wenn zwischen der Anschlagfläche der Außenhülse und der entsprechenden Stirnseite der Verteilerbuchse eine Abdichtung angeordnet ist. Somit kann die Anschlagfläche zum Fixieren der Außenhülse in axialer Richtug genutzt werden und gleichzeitig zum Abdichten dienen.
  • Gemäß der bevorzugten Ausführungsart der Erfindung kann die Verteilerbuchse vollständig in die Außenhülse aufgenommen und mit einem Verschluß auf die Anschlagfläche gepreßt werden. Ein Verrutschen der Verteilerbuchse in der Außenhülse ist dadurch ausgeschlossen.
  • Vorzugsweise kann zwischen dem Verschluß und einer Stirnseite der Verteilerbuchse eine Abdichtung angeordnet sein. Ferner ist es günstig den Verschluß abzudichten, denn damit ist die Ringkammer zusätzlich auch nach außen abgedichtet.
  • Denkbar wäre, daß der Flüssigkeitskanal im Eingangsbereich im Verschluß ausgebildet ist. Dadurch ist es möglich, mit einem Verschlußwechsel auch gleichzeitig für jeden Querschnitt des Flüssigkeitszulaufes einen geeigneten Eingangsbereich anzugleichen.
  • Um einen Verschlußwechsel möglichst einfach durchzuführen, wäre es vorteilhaft, wenn der Verschluß verschraubbar ist.
  • Gemäß der bevorzugten Ausführungsart der Erfindung kann der Verschluß mit einer Überwurfmutter an einem Gewindestutzen verschraubt sein. Diese Verschraubung ist sehr einfach zu realisieren, insbesondere dann, wenn der Gewindestutzen am Anfang des Belüftungsbereiches außerhalb der Außenhülse angeordnet und mit dieser verschweißt ist. Bei der Herstellung von größeren Serien wäre eine andere Ausführungsart denkbar, bei der der Gewindestutzen am Anfang des Belüftungsbereiches außerhalb der Außenhülse angeordnet und mit dieser einstückig ausgeführt ist.
  • Zur einfachen Verbindung der Belüftungsdüse mit einer Gaszufuhrleitung ist es von Vorteil, wenn an jeder Gaszufuhröffnung an der Außenhülse ein Gaszufuhrstutzen angeordnet ist. Für kleine Serien wird es auch hier interessant sein, wenn der Gaszufuhrstutzen mit der Außenhülse verschweißt ist. Bei Großserien ist es dagegen kostengünstiger, wenn der Gaszufuhrstutzen mit der Außenhülse einstückig ausgebildet ist.
  • Diese und weitere Vorteile, die sich aus der erfindungsgemäßen Belüftungsdüse ergeben, werden anhand eines in den beiliegenden Zeichnungen gezeigten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:
    • Figur 1
    einen annähernden Halbschnitt eines Ausführungsbeispieles der erfindungsgemäßen Belüftungsdüse,
    Figur 2
    einen Halbschnitt der Verteilerbuchse der erfindungsgemäßen Belüftungsdüse und
    Figur 3
    eine Draufsicht der Verteilerbuchse.
  • Die Belüftungsdüse 1 weist einen Flüssigkeitskanal 2 auf, der in Fließrichtung 38 gesehen in vier aneinander angrenzende Bereiche unterteilt ist. Vom Flüssigkeitseintritt 3 ausgehend sind ein Eingangsbereich 4, ein Belüftungsbereich 5, ein Zwischenbereich 6 und ein Mischbereich 7 hintereinander angeordnet. Das Ende des Mischbereiches 7 bildet den Flüssigkeitsaustritt 8.
  • Der Flüssigkeitskanal 2 ist im Belüftungsbereich 5 hohlzylinderförmig mit einem Innendurchmesser D1 in einer Verteilerbuchse 9 ausgebildet. In der Wandung der Verteilerbuchse 9 sind sechs Bohrungen 10 mit einem Durchmesser von 1mm radial am Umfang gleichmäßig verteilt angeordnet. Dabei sind die Bohrungsachsen 11 der Bohrungen 10 unter einem Einströmwinkel "α" gegenüber der in Fließrichtung 38 verlaufenden Längsachse 13 der Belüftungsdüse 1 gegen die Fließrichtung 38 um 45o geneigt angeordnet. Der Durchstoßpunkt der Bohrungen 10durch eine Innenwand 14 der Verteilerbuchse 9 liegt im vorderen Teil des Belüftungsbereiches 5. Die Verteilerbuchse 9 weist an ihrer Außenwand 15 über den Großteil ihrer Länge eine radial umlaufende trapezförmige Nut 16 auf, die sich nach außen öffnet. Die Seitenflanken 17 und 18 dieser Nut 16 sind jeweils um 45o gegenüber der Längsachse 13 abgeschrägt.
  • Die Verteilerbuchse 9 ist von einer Außenhülse 19 umgeben. Die Außenwand 15 der Verteilerbuchse 9 bildet zusammen mit einer hohlzylindrisch ausgebildeten Innenwand 20 der Außenhülse 19 eine abgeschlossene Ringkammer 21. Diese ist durch zwei Dichtungen 22 und 23, die an den Stirnseiten 24 und 25 der Verteilerbuchse 9 angeordnet sind, gegen den Flüssigkeitskanal 2 abgedichtet. Die Außenhülse 19 weist eine Anschlagfläche 26 für die Stirnseite 24 der Verteilerbuchse 9 zum Einschieben dieser auf. Die Dichtung 22 ist dabei zwischen der Anschlagfläche 26 und der Stirnseite 24 angeordnet. Im Eingangsbereich 4 ist ein Verschluß 27 angeordnet, der eine zweite Anschlagfläche 28 für die Stirnseite 25 der Verteilerbuchse 9 aufweist. Die Dichtung 23 ist dabei zwischen der Stirnseite 25 und der zweiten Anschlagfläche 28 des Verschlusses 27 angeordnet.
  • Der Verschluß 27 ist mit einer Überwurfmutter 29 an einem Gewindestutzen 30 verschraubt. Zwischen dem Verschluß 27 und dem Gewindestutzen 30 ist ebenfalls eine Dichtung 31 angeordnet.
  • Der Gewindestutzen 30 ist mit einer umlaufenden Schweißnaht 32 an der Außenseite der Außenhülse 19 verschweißt.
  • Der Flüssigkeitskanal 2 im Eingangsbereich 4 ist im Verschluß 27 ausgebildet. Dessen Flüssigkeitskanal 2 weist in Fließrichtung 38 gesehen eine konisch öffnende Wandung auf, die den Flüssigkeitseintritt 3 mit dem Flüssigkeitskanal 2 des Belüftungsbereiches 5 verbindet.
  • Der Flüssigkeitskanal 2 des Zwischenbereiches 6 ist in der Außenhülse 19 ausgebildet. Dieser Flüssigkeitskanal 2 weist eine konisch zulaufende Wandung 12 auf, die den Flüssigkeitskanal 2 des Mischbereiches 7 mit dem des Belüftungsbereiches 5 verbindet. Der Flüssigkeitskanal 2 des Mischbereiches 7 ist hohlzylindrisch mit einem Innendurchmesser D2, der kleiner als der Innendurchmesser D1 ist, in einem Anschlußstutzen 33 ausgebildet. Dieser ist mit einer radial umlaufenden Schweißnaht 34 an der Außenhülse 19 stirnseitig angeschweißt.
  • Die Länge des Mischbereiches 7 ist dabei genauso lang wie der Innendurchmesser D2 des Flüssigkeitskanals 2 im Mischbereich 7. Die Länge des Zwischenbereiches 6 ist fünffach so lang, wie die Größe der Durchmesserdifferenz von D1 zu D2 ist.
  • Die Außenhülse 19 weist im Belüftungsbereich 5 zwei gegenüberliegende Gaszufuhröffnungen 35 auf, die eine Gaszufuhr zum Ringkanal 21 ermöglichen. An jeder Gaszufuhröffnung 35 ist ein Gaszufuhrstutzen 36 angeordnet, der mit der Außenhülse 19 mittels einer radial umlaufenden Schweißnaht 37 verbunden ist. Die Summe der Querschnittsflächen der Gaszufuhröffnungen 35 ist dabei dreiunddreißigfach größer, als die Summe der Querschnittsflächen die von den sechs Bohrungen 10 gebildet wird. Die beiden äußeren Enden der Belüftungsdüse 1 und der Gaszufuhrstutzen 36 sind mit Normanschlüssen versehen.
  • Im folgenden wird nun die Funktions- und Wirkungsweise der Belüftungsdüse anhand eines Verfahrens zum Belüften von Würze und Hefe bei der Hefereinzufuhr beschrieben.
  • Die Würze wird dem Flüssigkeitskanal 2 durch den Flüssigkeitseintritt 3 mit einem Überdruck zwischen 1,5 und 8 bar überlicherweise mit ca. 2 bar und einem Volumenstrom von 0,5 bis 200 m3/Stunde zugeführt. Über die Gaszufuhröffnungen 35 wird Luft mit einem Überdruck von 1,5 bis 8 bar und einem Volumenstrom von 0,5 bis 100 Liter/Minute der Ringkammer 21 zugeführt.
  • Aufgrund der wenigstens dreifachen Größe der Summe der Querschnittsflächen der Gaszufuhröffnungen 35 gegenüber der Querschnittsfläche der von den gesamten Gaseintrittsöffnungen 10 gebildeten Gaseintrittsfläche, baut sich in der Ringkammer 21 ein gleichmäßiger Überdruck auf. Dadurch strömt das Gas durch die Bohrungen 10 der Verteilerbuchse 9 in den Flüssigkeitskanal 2 und umhüllt den Flüssigkeitsstrom gleichmäßig im Belüftungsbereich 5. Die Neigung des Einströmwinkel "α" unter denen die Bohrungsachsen 11 zur in Fließrichtung 38 verlaufenden Längsachse 13 geneigt sind, beeinflußt entscheidend, wie stark nach dem Gaseintritt bereits eine Vermischung stattfindet. Ist der Winkel stärker gegen die Fließrichtung 38 geneigt, wird die Vermischung gesteigert. Flüssigkeit und Gas strömen miteinander durch den konisch zulaufenden Flüssigkeitskanal 2 des Übergangsbereiches 6 in dessen Mischbereich 7. Durch die Reduktion des Flüssigkeitskanaldurchmessers von D1 auf D2 erfährt der Flüssigkeitsstrom eine Geschwindigkeitserhöhung, die das Vermischen des Gases mit der Flüssigkeit steigert. Dadurch, daß die Länge dieses Zwischenbereiches 6 mindestens dreifach so lang wie die Größe der Durchmesserdifferenz von D1 zu D2 ist, geht dieser Übergang sehr kontinuierlich vonstatten. Somit werden Flüssigkeit und Gas laminar miteinander gemischt und Turbulenzen bei der Vermischung vermieden.
  • Durch die Austauschbarkeit der Verteilerbuchse 9 kann für jede Flüssigkeit die optimal angepaßte Verteilerbuchse 9 eingesetzt werden. Diese unterscheiden sich in der Anzahl und/oder Größe der Bohrungen 10, sowie durch den Einströmwinkel "α" der Bohrungsachsen 11. Auf diese Weise wird nicht nur ein Aufschäumen der Würze vermieden, sondern es kann eine optimale Vermischung in der Belüftungsdüse eingestellt werden, so daß auf einen Expansionsraum verzichtet werden kann, der sonst in dem bisherigen Stand der Technik verwendet wurde.

Claims (32)

  1. Belüftungsdüse zum Belüften von organische Substanzen enthaltenden Flüssigkeiten, mit einem Flüssigkeitskanal (2), dessen begrenzenden Seitenwände in Bereichen mit unterschiedlichen Durchmessern Neigungswinkel zu der in Fließrichtung (38) verlaufenden Längsachse (13) aufweisen, mit mindestens einer Gaseintrittsöffnung in einem Belüftungsbereich (5), in dem der Flüssigkeitskanal von einer Verteilerbuchse (9) begrenzt wird, die von einer Außenhülse (19) umgeben ist,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    die spitzen Neigungswinkel zwischen den den Flüssigkeitskanal begrenzenden Seitenwände und der Längsachse (13) der Verteilerbuchse (9) an keiner Stelle größer als 30° sind, wobei in der Verteilerbuchse (9) die Seitenwände (14) des Flüssigkeitskanals (2) parallel zur Längsachse (13) verlaufen und den Belüftungsbereich in Fließrichtung begrenzen, und die Gaseintrittsöffnungen Bohrungen (10) sind, deren Achse (11) unter einem Einströmwinkel "α" gegenüber der in Fließrichtung verlaufenden Längsachse geneigt ist, und die Verteilerbuchse (9) gegen Verteilerbuchsen, die sich in Anzahl und/oder Größe der Bohrungen (10) sowie Einströmwinkel "α" in der Bohrungsachse (11) unterscheiden, austauschbar angeordnet ist.
  2. Belüftungsdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilerbuchse (9) über einen Großteil ihrer Länge von einer abgeschlossenen Ringkammer (21) umgeben ist, welche mit mindestens einer Gaszuführöffnung (35) versehen ist.
  3. Belüftungsdüse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe der Querschnittsflächen der Gaszufuhröffnungen (35) wenigstens dreifach größer als die Summe der Querschnittsflächen der von den gesamten Gaseintrittsöffnungen (10) gebildeten Gaseintrittsfläche ist.
  4. Belüftungsdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen am Umfang der Verteilerbuchse (9) ringförmig gleichmäßig verteilt sind.
  5. Belüftungsdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaseintrittsöffnungen (10) der Verteilerbuchse (9) in Fließrichtung (38) gesehen am Anfang des Belüftungsbereiches (5) angeordnet sind.
  6. Belüftungsdüse nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß der Einströmwinkel "α" 45o beträgt und gegen die Fließrichtung geneigt ist.
  7. Belüftungsdüse nach einem der Ansprüche 4 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen (10) einen maximalen Durchmesser von 1,5 mm aufweisen.
  8. Belüftungsdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitskanal (2) in Fließrichtung (38) gesehen vom Flüssigkeitseintritt (3) in die Belüftungsdüse (9) bis zum Belüftungsbereich (5) einen konisch verlaufenden Eingangsbereich (4) aufweist.
  9. Belüftungsdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitskanal (2) in Fließrichtung (38) gesehen im Anschluß an den Belüftungsbereich (5) einen Zwischenbereich (6) aufweist, der in einen am Flüssigkeitsaustritt (8) befindlichen Mischbereich (7) mit einer konisch zulaufenden Wandung (12) übergeht.
  10. Belüftungsdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitskanal (2) im Belüftungsbereich (5) und im Mischbereich (7) hohlzylinderförmig ausgeführt ist, wobei der Flüssigkeitskanal (2) im Belüftungsbereich (5) einen Innendurchmesser "D1" aufweist, der größer als der Innendurchmesser "D2" des Flüssigkeitskanals (2) im Mischbereich (7) ist.
  11. Belüftungsdüse nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des Mischbereiches (7) wenigstens dem einfachen Innendurchmesser "D2" des Flüssigkeitskanals (2) des Mischbereiches (7) entspricht.
  12. Belüftungsdüse nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des Zwischenbereiches (6) mindestens dreifach so lang ist verglichen mit der Größe der Durchmesserdifferenz von "D1" zu "D2".
  13. Belüftungsdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß durch das Einschieben der Verteilerbuchse (9), die als einstückiges Teil ausgebildet ist, in die Außenhülse (19) die Ringkammer (21) gebildet wird, wobei die Verteilerbuchse (9) eine Innenwand und die Außenhülse (19) eine Außenwand der Ringkammer (21) bilden.
  14. Belüftungsdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaszufuhröffnung (35) und die konisch zulaufende Wandung (12) in der Außenhülse (19) ausgebildet sind.
  15. Belüftungsdüse nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitskanal (2) im Mischbereich (7) durch einen Anschlußstutzen (33) ausgebildet ist.
  16. Belüftungsdüse nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlußstutzen (33) und die Außenhülse (19) miteinander verschweißt sind.
  17. Belüftungsdüse nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlußstutzen (33) und die Außenhülse (19) einstückig ausgebildet sind.
  18. Belüftungsdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Außendurchmesser der Verteilerbuchse (9) mit dem Innendurchmesser (20) der Außenhülse (19) als eine Passung ausgebildet ist.
  19. Belüftungsdüse nach einem der Ansprüche 2 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringkammer (21) beidseitig abgedichtet ist.
  20. Belüftungsdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenhülse (19) eine Anschlagfläche (26) für eine Stirnseite (24 und 25) der Verteilerbuchse (9) beim Einschieben dieser in die Außenhülse (19) aufweist.
  21. Belüftungsdüse nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Anschlagfläche (26) der Außenhülse (19) und der entsprechenden Stirnseite (24 oder 25) der Verteilerbuchse (9) eine Abdichtung (22) angeordnet ist.
  22. Belüftungsdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilerbuchse (9) vollständig in die Außenhülse (19) aufgenommen und mit einem Verschluß (27) auf die Anschlagfläche (26) gepreßt wird.
  23. Belüftungsdüse nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Verschluß (27) und einer Stirnseite (24 oder 25) der Verteilerbuchse (9) eine Abdichtung (23) angeordnet ist.
  24. Belüftungsdüse nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschluß (27) abgedichtet ist.
  25. Belüftungsdüse nach einem der Ansprüche 23 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitskanal (2) im Eingangsbereich (4) durch den Verschluß (27) ausgebildet ist.
  26. Belüftungsdüse nach einem der Ansprüche 22 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschluß (27) verschraubbar ist.
  27. Belüftungsdüse nach einem der Ansprüche 22 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschluß (27) mit einer Überwurfmutter (29) an einen Gewindestutzen (30) verschraubt ist.
  28. Belüftungsdüse nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß der Gewindestutzen (30) am Anfang des Belüftungsbereiches (5) außerhalb der Außenhülse (19) angeordnet und mit dieser verschweißt ist.
  29. Belüftungsdüse nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß der Gewindestutzen (30) am Anfang des Belüftungsbereiches (5) außerhalb der Außenhülse (19) angeordnet und mit dieser einstückig ausgeführt ist.
  30. Belüftungsdüse nach einem der Ansprüche 2 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß an jeder Gaszufuhröffnung (35) an der Außenhülse (19) ein Gaszufuhrstutzen (36) angeordnet ist.
  31. Belüftungsdüse nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß der Gaszufuhrstutzen (36) mit der Außenhülse (19) verschweißt ist.
  32. Belüftungsdüse nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß der Gaszufuhrstutzen (36) mit der Außenhülse (19) einstückig ausgebildet ist.
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