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WO1992004972A1 - Belüftungsdüse zum belüften von organische substanzen enthaltenden flüssigkeiten - Google Patents

Belüftungsdüse zum belüften von organische substanzen enthaltenden flüssigkeiten Download PDF

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Publication number
WO1992004972A1
WO1992004972A1 PCT/EP1991/001794 EP9101794W WO9204972A1 WO 1992004972 A1 WO1992004972 A1 WO 1992004972A1 EP 9101794 W EP9101794 W EP 9101794W WO 9204972 A1 WO9204972 A1 WO 9204972A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
nozzle according
ventilation nozzle
outer sleeve
liquid channel
inner sleeve
Prior art date
Application number
PCT/EP1991/001794
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Gaston Wopfner
Original Assignee
Anton Steinecker Entwicklungs Gmbh & 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 & Co. filed Critical Anton Steinecker Entwicklungs Gmbh & Co.
Priority to JP3515232A priority Critical patent/JPH0811174B2/ja
Priority to EP91916556A priority patent/EP0550510B1/de
Priority to DE59104001T priority patent/DE59104001D1/de
Publication of WO1992004972A1 publication Critical patent/WO1992004972A1/de

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Classifications

    • 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
    • B01F25/3142—Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows wherein additional components are introduced at the circumference of the conduit the conduit having a plurality of openings in the axial direction or in the circumferential direction
    • B01F25/31425—Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows wherein additional components are introduced at the circumference of the conduit the conduit having a plurality of openings in the axial direction or in the circumferential direction with a plurality of perforations in the axial and circumferential direction covering the whole surface
    • 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
    • B01F25/3142—Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows wherein additional components are introduced at the circumference of the conduit the conduit having a plurality of openings in the axial direction or in the circumferential direction

Definitions

  • Ventilation nozzle for aerating liquids containing organic substances
  • the invention relates to a ventilation nozzle for aerating liquids containing organic substances with a liquid channel with at least one gas inlet opening for admixing a gas into a liquid flowing through the liquid channel and with a mixing chamber which is passed through by the liquid gas mixture which after passing through the mixing chamber has a pressure drop in an expansion space is expanded and an analogous method for aerating wort according to the preamble of claim 24.
  • Venturi nozzles are usually used.
  • Such Venturi nozzles are designed as a tube which narrows in the form of a nozzle and then widens in the form of a diffuser. If a liquid passes through a Venturi tube, the speed of the liquid is increased at an existing pressure. A negative pressure then arises. If a gas flow is supplied to the Venturi nozzle through which the liquid flows, the gas is drawn into the Venturi tube due to the negative pressure and mixed with the liquid.
  • a ventilation nozzle is used for. B. in brewing technology for wort aeration and yeast aeration, or z. B. at the
  • Filter water treatment for oxygen degassing with C02 for the carbonization of beer and mineral water and for wastewater neutralization.
  • aeration of wort is particularly discussed. If the wort flowing into the Venturi nozzle is mixed with air, a fine distribution of the air in the wort is achieved, which has a favorable influence on the flotation effect. The finer the air bubbles are distributed in the wort, the more evenly is the foam blanket formation during flotation.
  • a disadvantage of using Venturi nozzles is that large pressures occur in the Venturi tube, which make it necessary to use an additional propellant pump when large quantities of liquid flow through.
  • yeast aeration can also result in a lowering of the fermentation power of the yeast due to the high pressures and the narrow annular gap.
  • the invention has for its object to provide a ventilation nozzle for aerating liquids containing organic substances and an analogous method, which an effective targeted generation of gas bubbles with a finer distribution in liquids than it from the prior art known is possible.
  • the liquid channel is over part of its length is surrounded by a closed annular chamber which is provided with a gas supply opening.
  • a large number of the gas inlet openings are formed in the wall of the liquid channel in the region of the annular chamber. This makes it possible to distribute the gas flowing through the gas supply opening evenly around the liquid flow and to feed the gas uniformly along its entire circumference.
  • the gas supply opening has a cross-sectional area of at least 1 1/2 times the size of the total gas entry area formed by the gas entry openings, an overpressure can build up in the annular chamber, by means of which the gas can penetrate into the liquid channel containing the liquid flow.
  • the liquid channel and the mixing chamber shaped like a hollow cylinder, the liquid channel having an inside diameter dl which is larger than the inside diameter d2 of the mixing chamber, the liquid channel merging into the mixing chamber with a conically tapering wall and the mixing chamber having a length which is at least 1 1 / 2 times the inside diameter d2 of the mixing chamber, a particularly effective, targeted and fine distribution of the gas bubbles in the liquid is achieved when the liquid gas mixture is expanded via a pressure gradient into the expansion space.
  • the flotation is considerably improved, which manifests itself in a much more uniform and, above all, more compact foam blanket formation than is known from the prior art.
  • the gas inlet openings are bores which have a diameter of at most one millimeter. This leads to fine gas flows enveloping the liquid flow in a network. These reticulated gas streams remain essentially on the surface of the liquid stream and move together with it over the conically tapering wall into the mixing chamber.
  • the gas is mixed with the liquid in a laminar manner without the formation of turbulence, which results in a particularly uniform formation of bubbles in the liquid. It is particularly favorable 25-30 of the gas inlet openings in the wall of the liquid channel in the area of the annular chamber to train. If the distance between 2 of the gas inlet openings is at least 10 mm, the gas admixture is particularly effective.
  • the conical wall forms an angle oC with the axis of the outer wall of the liquid channel, which is at most 22 °. This slow transition of the liquid gas mixture from the liquid channel into the mixing chamber with a smaller diameter is necessary, on the one hand, to allow a laminar admixture of the gas to the liquid and, on the other hand, to prevent the occurrence of excessive pressures in the ventilation nozzle.
  • the liquid channel is part of an inner sleeve
  • part of the expansion space and the gas supply opening are part of an outer sleeve
  • the annular chamber is formed by inserting the inner sleeve into the outer sleeve, the inner sleeve being an inner wall and the outer sleeve being an outer wall of the annular chamber form.
  • the inner sleeve can thus be separated from the outer sleeve at any time without difficulty, thereby the Ventilation nozzle can be cleaned easily.
  • the tapered wall and the mixing chamber are formed in the outer sleeve. According to a second advantageous embodiment, the tapered wall and the mixing chamber are formed in the inner sleeve.
  • the inner sleeve comprises at least one wall part, the outer diameter of which is designed to match the inner diameter of the outer sleeve, the inner sleeve lies firmly in the outer sleeve, so that it assumes a stable position there.
  • annular chamber it is advantageous to seal the annular chamber on both sides, since the required excess pressure can be built up in the annular chamber without unnecessary pressure expenditure.
  • radially pointing grooves running in the circumferential direction can advantageously be formed for receiving a respective sealing ring.
  • O-rings can be used as a sealing ring.
  • other sealing materials such as e.g. B. metal seals or Teflon seals conceivable.
  • the outer sleeve has a stop surface for one end of the inner sleeve on which the Inner sleeve sits when inserted into the outer sleeve. This also defines the position of the inner sleeve in the longitudinal direction relative to the outer sleeve.
  • a seal can advantageously be provided between the inner sleeve and the stop surface of the outer sleeve. The seal can then be used on one side to seal the annular chamber.
  • the inner sleeve is completely received in the outer sleeve and pressed onto the stop surface with a closure.
  • the inner sleeve is then secured against slipping with respect to the outer sleeve.
  • the closure can preferably be screwed to the outer sleeve. It is also advantageous to seal the closure, since the inner sleeve is then positioned particularly effectively and stably in the outer sleeve and the annular chamber is additionally sealed. It is also advantageous if the closure is part of an extension piece, with which the ventilation nozzle can be fastened in a device.
  • the extension piece is part of the inner sleeve
  • the inner sleeve can protrude beyond the outer sleeve and together with the outer sleeve form a collar, over which a union nut is screwed, the inner sleeve being pressed onto the stop surface of the outer sleeve.
  • the inner sleeve is also stably positioned in the outer sleeve in this way. If a seal is provided in the collar between the inner sleeve and the outer sleeve, this seal can be used to seal the annular chamber on one side. If a gas supply nozzle is formed at the gas supply opening of the annular chamber, the ventilation nozzle can be connected to a gas supply line in a particularly simple manner.
  • the standard connections can have nominal diameters between DN 20 and DN 200. This is because the device according to the invention works particularly well with liquid throughputs which are designed for these standard sizes.
  • the wort is fed to the liquid channel with an overpressure of 3 - 5 bar and a volume flow of 0.2 - 200 m 3 / h.
  • FIG. 1 shows a cross section of a first exemplary embodiment of the ventilation nozzle according to the invention
  • Figure 2 shows a cross section of a second embodiment of the ventilation nozzle according to the invention.
  • the ventilation nozzle 1 has a liquid channel 2 which extends over part of it Length is surrounded by a closed annular chamber 3.
  • the annular chamber is provided with a gas supply opening 4. 25-30 holes with a diameter of at most one millimeter are formed in the wall of the liquid channel 2 in the area of the annular chamber 3.
  • the distance between two of the holes 5 is at least 10 mm and the holes are offset from one another in the circumferential direction.
  • the gas supply opening 4 has a cross-sectional area of at least 1 1/2 times the size of the total gas inlet areas formed by the bores.
  • the liquid channel 2 is connected to the mixing chamber 7 via a conically tapering wall 6.
  • the mixing chamber has an inner diameter d2 which is smaller than the inner diameter d2 of the liquid channel.
  • the tapered wall forms an angle ⁇ ⁇ 'with the axis of the outer wall of the liquid channel 2, which is at most 22 °.
  • the mixing chamber 7 has a length which corresponds to at least 1 1/2 times the inner diameter D2 of the mixing chamber 7.
  • the liquid enveloped in the gas network is mixed in a laminar manner as it passes through the tapered wall 6 and the mixing chamber 7, the occurrence of turbulence being avoided.
  • the mixing chamber 7 ends in an expansion space 9, in which the Liquid gas mixture is expanded over a pressure drop. When the incoming liquid gas mixture expands, a particularly uniform and effective bubble formation is generated in the liquid.
  • the ventilation nozzle 1 is divided into an inner sleeve 10 and an outer sleeve 11.
  • the inner sleeve 10 is inserted into the outer sleeve 11 such that the inner sleeve 10 is seated on a stop surface 12 of the outer sleeve 11.
  • the annular chamber 3 is formed by the inner sleeve 10 and the outer sleeve 11.
  • the liquid channel 2, the conically tapering wall v 6 and the mixing chamber 7 are parts of the inner sleeve 10.
  • a part of the expansion space 9 is part of the outer sleeve 11.
  • the inner sleeve 10 is completely contained in the outer sleeve 11.
  • a neck piece 13 is screwed to the outer sleeve 11 with a closure 14, whereby the inner sleeve 10 is pressed onto the stop surface 12 of the outer sleeve 11.
  • the closure 14 is sealed with an O-ring.
  • grooves 16 for receiving O-rings 15 are formed on both sides of the annular chamber 3 in the inner wall of the outer sleeve 11. As a result, the annular chamber 3 is sealed so that an excess pressure can be effectively maintained therein.
  • the liquid channel 2 and the connecting piece 13 are parts of the inner sleeve 10.
  • the tapered wall 6, the mixing chamber 7 and part of the expansion space 9 are parts of the outer sleeve 11.
  • the inner sleeve 10 projects beyond the outer sleeve 11 and forms a collar 16 together with the outer sleeve.
  • a union nut 18 is screwed over the collar 16, the inner sleeve 10 is pressed onto the stop surface 12 of the outer sleeve 11.
  • the grooves 16 for receiving O-rings 15, with which the ring chamber 3 is sealed, are arranged between the stop surface 12 and the end of the inner sleeve 10 resting there and in the collar 17 between the inner sleeve 10 and the outer sleeve 11.
  • the mode of operation of the aeration nozzle is to be described below using a method for aerating wort.
  • the wort is fed to the liquid channel 2 via the connecting piece 13 with an overpressure between 3 and 5 bar and a volume flow of 0.5-200 m / h. Air with an overpressure of 3.5 - 8 bar and a volume flow of 2 - 100 1 / min. the annular chamber 3 supplied. Since the gas supply opening 4 has a cross-sectional area of at least 1 1/2 times the total area formed by the holes 5, the gas is distributed with an overpressure evenly in the annular chamber 3. The gas flows evenly through all holes 5 into the liquid channel 2 where it envelops the liquid in a network. Liquid and gas flow together through the tapered wall 6 into the mixing chamber 7. The liquid gas flow is reduced from the diameter d1 of the liquid channel 2 to the diameter d2 of the mixing chamber 7.
  • the reduction of the flow cross-section takes place sufficiently continuously, namely with the angle of inclination 7 ⁇ of at most 22 °, which the axis 8 of the outer wall of the liquid channel 2 forms with the tapered wall 6.
  • air and wort are mixed in a laminar manner so that turbulence is avoided become.
  • the aerated wort runs through a length of the mixing chamber 7 which corresponds to at least 1 1/2 times the diameter d2 of the mixing chamber 7.
  • the aerated wort is expanded into the expansion space 9 via a pressure gradient, an effective, extremely evenly distributed bubble formation being generated in the wort. This influences the flotation in such a way that extremely uniform foam blanket formation is achieved.

Landscapes

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Belüftungsdüse zum Belüften von organische Substanzen enthaltenden Flüssigkeiten. Die Belüftungsdüse soll insbesondere bei der Würzebelüftung eingesetzt werden. Mit der Belüftungsdüse sollte ein feinblasiges Einleiten von Luft möglich werden. Die Erfindung schlägt zur Lösung dieses Problems vor, Luft mit Überdruck über eine um einen Flüssigkeitskanal (2) umlaufende Ringkammer (3) durch feine Düsen in den im Flüssigkeitskanal laufenden Flüssigkeitsstrom einzuleiten.

Description

Belüftungsdüse zum Belüften von organische Substanzen enthaltenden Flüssigkeiten
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Belüftungsdüse zum Belüften von organische Substanzen enthaltenden Flüssigkeiten mit einem Flüssigkeitskanal mit mindestens einer Gaseintrittsöffnung zum Beimischen eines Gases in eine den Flüssigkeitskanal durchströmende Flüssigkeit und mit einer Mischkammer, welche von dem Flüssigkeitsgasgemisch durchlaufen wird, welches nach Durchlaufen der Mischkammer über ein Druckgefälle in einen Expansionsraum expandiert wird und ein analoges Verfahren zum Belüften von Würze gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 24.
Eine solche Belüftungsdüse und ein solches Verfahren sind aus der Praxis bekannt. Es werden üblicherweise sogenannte Venturidüsen verwendet. Solche Venturidüsen sind als sich düsenförmig verengendes und dann diffusorformig erweiterndes Rohr ausgebildet. Durchläuft eine Flüssigkeit ein Venturirohr, so wird bei einem bestehenden Druck die Geschwindigkeit der Flüssigkeit gesteigert. Es entsteht dann ein Unterdruck. Führt man der von der Flüssigkeit durchströmten Venturidüse einen Gastrom zu, so wird das Gas aufgrund des Unterdrucks in das Venturirohr eingezogen und mit der Flüssigkeit vermischt. Eine solche Belüftungsdüse findet ihre Anwendung z. B. in der Brautechnik zur Würzebelüftung und zur Hefebelüftung, oder z. B. bei der
Filterwasseraufbereitung zur Sauerstoffausgasung mit C02, bei der Carbonisierung von Bier und Mineralwasser und bei der Abwasserneutralisation.
Im Folgenden wird besonders auf das Belüften von Würze eingegangen. Wird die in die Venturidüse einströmende Würze mit Luft vermischt so erzielt man eine Feinverteilung der Luft in der Würze wodurch der Flotationseffekt günstig beeinflußt wird. Je feiner die Luftblasen in der Würze verteilt werden desto gleichmäßiger erfolgt die Schaumdeckenbildung bei der Flotation. Nachteilig bei der Verwendung von Venturidüsen ist, daß im Venturirohr große Drücke auftreten, die es beim Durchfluß großer Flüssigkeitsmengen erforderlich machen, eine zusätzliche Treibpumpe zu verwenden. Außerdem läßt die erzielbare Feinverteilung noch Verbesserungsmöglichkeiten offen, und es kann auch bei der Hefebelüftung durch die hohen auftretenden Drücke und den engen Ringspalt zu einer Erniedrigung der Gärkraft der Hefe kommen. Im Hinblick auf diesen Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Belüftungsdüse zum Belüften von organische Substanzen enthaltenden Flüssigkeiten und ein analoges Verfahren zu schaffen, welches ein effektives gezieltes Erzeugen von Gasblasen mit einer feineren Verteilung in Flüssigkeiten als es aus dem Stand der Technik bekannt ist ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 24 gelöst. Gemäß des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 ist der Flüssigkeitskanal über einen Teil seiner Länge von einer abgeschlossenen Ringkammer umgeben, welche mit einer Gaszufuhröffnung versehen ist. In der Wandung des Flüssigkeitskanals im Bereich der Ringkammer ist eine Vielzahl der Gaseintrittsöffnungen ausgebildet. Hierdurch wird es möglich, das durch die Gaszufuhröffnung strömende Gas gleichmäßig um den Flüssigkeitsstrom zu verteilen und diesem das Gas entlang seines gesamten Umfanges gleichmäßig zuzuführen.
Da die Gaszufuhröffnung eine Querschnittsfläche von wenigstens 1 1/2-facher Größe der gesamten von den Gaseintrittsöffnungen gebildeten Gaseintrittsfläche aufweist, kann sich in der Ringkammer ein Überdruck aufbauen, durch welchen das Eindringen des Gases in den den Flüssigkeitsstrom enthaltenden Flüssigkeitskanal möglich wird.
Sind der Flüssigkeitskanal und die Mischkammer hohlzylinderförmig, wobei der Flüssigkeitskanal einen Innendurchmesser dl aufweist, der größer als der Innendurchmesser d2 der Mischkammer ist, der Flüssigkeitskanal in die Mischkammer mit einer konisch zulaufenden Wandung übergeht und die Mischkammer eine Länge aufweist, die mindestens dem 1 1/2-fachen Innendurchmesser d2 der Mischkammer entspricht, wird bei der Expansion des Flüssigkeitsgasgemisches über ein Druckgefälle in den Expansionsraum eine besonders effektive gezielte und feine Verteilung der Gasblasen in der Flüssigkeit erzielt. Beim Belüften von Würze wird dadurch die Flotation erheblich verbessert, was sich in einer viel gleichmäßigeren und vor allem kompakteren Schaumdeckenbildung äußert, als sie aus dem Stand der Technik bekannt ist. Da es bei Verwendung der erfindungsgemäßen Belüftungsdüse nicht erforderlich ist, einen ausreichenden Unterdruck mit dem Flüssigkeitsstrom zum Einsaugen des Gases zu erzeugen und auch keine großen Überdrücke aufgrund starker Rohrverengungen entstehen, ist es nicht erforderlich eine besondere Treibpumpe zum Befördern des Flüssigkeitsstromes zu verwenden.
Auch hat sich gezeigt, daß es besonders günstig ist, die Flüssigkeit mit einem Überdruck von 3 - 5 bar im Flüssigkeitskanal zuzuführen. Dies hat den weiteren Vorteil zur Folge, daß keine Schädigung des Produktes, z. B. bei Hefe, durch strömungsmechanische Belastung auftritt.
Durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs.24 werden bei dem Verfahren zum Belüften von Würze die oben beschriebenen Vorteile erzielt.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung sind die Gaseintrittsöffnungen Bohrungen, die einen Durchmesser von höchstens einem Millimeter aufweisen. Dies führt dazu, daß feine Gasströme den Flüssigkeitsstrom netzförmig umhüllen. Diese netzförmigen Gasströme verbleiben im wesentlichen an der Oberfläche des Flüssigkeitsstromes und bewegen sich mit diesem zusammen über die konisch zulaufende Wandung in die Mischkammer. Dabei erfolgt die Mischung des Gases mit der Flüssigkeit laminar ohne die Bildung von Turbulenzen, was eine besonders gleichmäßige Blasenbildung in der Flüssigkeit zur Folge hat. Es ist dabei besonders günstig 25 - 30 der Gaseintrittsöffnungen in der Wandung des Flüssigkeitskanals im Bereich der Ringkammer auszubilden. Beträgt ferner der Abstand zwischen je 2 der Gaseintrittsöffnungen mindestens 10 mm so erfolgt die Gasbeimischung besonders effektiv. Außerdem ist es vorteilhaft, die Gaseintrittsöffnungen entlang der Wandung des Flüssigkeitskanals in Umfangsrichtung gegeneinander versetzt anzuorden. Dies hat den Vorteil, daß niemals zwei der Gasströme entlang einer Längsachse hintereinander in den Flüssigkeitskanal gelangen und sich dort überlagern. Es wird also jeder Gasstrom optimal zu der Gasnetzerzeugung um den Flüssigkeitsstrom herum eingesetzt.
Vorteilhaft ist ferner, wenn die konisch verlaufende Wandung mit der Achse der Außenwand des Flüssigkeitskanals einen Winkel oC bildet, welcher höchstens 22° beträgt. Dieser langsame Übergang des Flüssigkeitsgasgemisches von dem Flüssigkeitskanal in die Mischkammer mit geringerem Durchmesser ist erforderlich, um einerseits ein laminares Beimischen des Gases zu der Flüssigkeit zu ermöglichen und andererseits das Auftreten von zu hohen Drücken in der Belüftungsdüse zu verhindern.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsart der Erfindung ist der Flüssigkeitskanal ein Teil einer Innenhülse, ein Teil des Expansionsraumes und die Gaszufuhröffnung sind Teile einer Außenhülse und durch Einschieben der Innenhülse in die Außenhülse wird die Ringkammer gebildet, wobei die Innenhülse eine Innenwand und die Außenhülse eine Außenwand der Ringkammer bilden. Die Innenhülse kann somit jederzeit ohne Schwierigkeiten von der Außenhülse getrennt werden, wodurch die Belüftungsdüse problemlos gereinigt werden kann. Außerdem wird hierdurch die Fertigung der Belüftungsdüse vereinfacht und bei einem eventuell auftretendem Schaden können die Innenhülse oder die Außenhülse unabhängig voneinander ersetzt werden.
Gemäß eines bevorzugten Ausführungsbeispieles sind die konisch zulaufende Wandung und die Mischkammer in der Außenhülse ausgebildet. Gemäß eines zweiten vorteilhaften Ausführungsbeispieles sind die konisch zulaufende Wandung und die Mischkammer in der Innenhülse ausgebildet.
Umfaßt die Innenhülse zumindest einen Wandungsteil, dessen Außendurchmesser passend zu dem Innendurchmesser der Außenhülse ausgebildet ist, so liegt die Innenhülse fest in der Außenhülse an, so daß sie dort eine stabile -Lage einnimmt.
Ferner ist es von Vorteil, die Ringkammer beidseitig abzudichten, da dadurch der erforderliche Überdruck in der Ringkammer ohne unnötigen Druckaufwand aufgebaut werden kann. Vorteilhafterweise können zur Abdichtung der Ringkammer in der Innenwand der Außenhülse oder in der Außenwand der Innenhülse radial weisende in Umlaufrichtung verlaufende Nuten zur Aufnahme je eines Dichtringes ausgebildet sein. Als Dichtring können, wie es bei der Würzebelüftung üblich ist, O-Ringe verwendet werden, jedoch sind je nach Einsatzart der Belüftungsduse auch andere Dichtungsmaterialien wie z. B. Metalldichtungen oder Teflondichtungen denkbar.
Vorzugsweise weist die Außenhülse eine Anschlagfläche für ein Ende der Innenhülse auf, auf welche die Innenhülse beim Einschieben in die Außenhülse aufsitzt. Hierdurch wird auch die Position der Innenhülse relativ zur Außenhülse in Längsrichtung definiert. Vorteilhafterweise kann zwischen der Innenhülse und der Anschlagfläche der Außenhülse eine Abdichtung vorgesehen sein. Die Abdichtung kann dann einseitig zum Abdichten der Ringkammer verwendet werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausfülrrungsart der Erfindung wird die Innenhülse vollständig in der Außenhülse aufgenommen und mit einem Verschluß auf die Anschlagfläche gepreßt. Die Innenhülse ist dann bezüglich der Außenhülse gegen jedes Verrutschen gesichert. Vorzugsweise kann der Verschluß mit der Außenhülse verschraubbar sein. Es ist ferner günstig den Verschluß abzudichten, da dann die Innenhülse besonders wirksam und stabil in der Außenhülse positioniert ist und die Ringkammer zusätzlich abgedichtet wird. Ferner ist es vorteilhaft wenn der Verschluß ein Teil eines Ansatzstutzen ist, mit welchem die Belüftungsdüse in einer Vorrichtung befestigt werden kann.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsart ist der Ansatzstutzen ein Teil der Innenhülse, die Innenhülse kann über die Außenhülse überstehen und zusammen mit der Außenhülse einen Kragen bilden, über welchen eine Überwurfmutter geschraubt wird, wobei die Innenhülse auf die Anschlagfläche der Außenhülse gepreßt wird. Auch so wird die Innenhülse in der Außenhülse stabil positioniert. Wird in dem Kragen zwischen der Innenhülse und der Außenhulse eine Abdichtung vorgesehen, so kann diese Dichtung zum einseitigen Abdichten der Ringkammer verwendet werden. Ist an der Gaszufuhröffnung der Ringkammer ein Gaszufuhrstutzen ausgebildet, so kann die Belüftungsdüse besonders einfach mit einer Gaszufuhrleitung verbunden werden.
Ferner ist es vorteilhaft, die beiden Enden der Belüftungsdüse und den Gaszufuhrstutzen mit Normanschlüssen zu versehen, da dann die Belüftungsdüse ohne unnötigen Arbeits- und Zeitaufwand in der gewünschten Vorrichtung befestigt werden kann.
Erfindungsgemäß können die Normanschlüsse Nennweiten zwischen DN 20 und DN 200 aufweisen. Denn die erfindungsgemäße Vorrichtung funktioniert bei Flüssigkeitsdurchsätzen, die auf diese Normgrößen ausgelegt sind besonders günstig. Bei der Würzebelüftung wird die Würze dem Flüssigkeitskanal mit einem Überdruck von 3 - 5 bar und einem Volumenstrom von 0,2 - 200 m3/h zugeführt.
Im Folgenden ist die Erfindung anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:
Figur 1 einen Querschnitt eines ersten Ausführungsbeispieles der erfindungsgemäßen Belüftungsdüse,
Figur 2 einen Querschnitt eines zweiten Ausführungsbeispieles der erfindungsgemäßen Belüftungsdüse.
Die Belüftungsduse 1 weist gemäß Figur 1 und 2 einen Flüssigkeitskanal 2 auf, welcher über einen Teil seiner Länge von einer abgeschlossenen Ringkammer 3 umgeben ist. Die Ringkammer ist mit einer Gaszufuhröffnung 4 versehen. In der Wandung des Flüssigkeitskanals 2 sind im Bereich der Ringkammer 3 25 - 30 Bohrungen mit einem Durchmesser von höchstens einem Millimeter ausgebildet. Der Abstand zwischen je zwei der Bohrungen 5 beträgt mindestens 10 mm und die Bohrungen sind in Umfangrichtung gegeneinander versetzt. Die GaszufuhrÖffnung 4 hat eine Querschnittsfläche von wenigstens 1 1/2-facher Größe der gesamten von den Bohrungen gebildeten Gaseintrittsflächen. Wird ein Gasstrom durch die Gaszufuhröffnung 4 in die Ringkammer 3 geleitet, so bildet sich dort ein Überdruck aus und das Gas strömt durch die Bohrungen 5 in den Flüssigkeitskanal 2, durch welchen der Flüssigkeitsstrom geleitet wird. Die Gasströme die durch die Bohrungen 5 in den Flussigkeitskanal 2 gelangen bilden einzelne Flußschläuche, welche die durch den Flüssigkeitskanal 2 strömende Flüssigkeit netzförmig umhüllen. Der Flüssigkeitskanal 2 ist über eine konisch zulaufende Wandung 6 mit der Mischkammer 7 verbunden. Die Mischkammer weist einen Innendurchmesser d2 auf, welcher kleiner ist, als der Innendurchmesser d2 des Flüssigkeitskanals. Die konisch zulaufende Wandung bildet mit der Achse der Außenwand des Flüssigkeitskanals 2 einen Winkelσ^', welcher höchstens 22° beträgt. Die Mischkammer 7 weist eine Länge auf, die mindestens dem 1 1/2-fachen Innendurchmesser D2 der Mischkammer 7 entspricht. Bei dieser Anordnung wird die mit dem Gasnetz umhüllte Flüssigkeit während des Durchlaufens der konisch zulaufenden Wandung 6 und der Mischkammer 7 laminar gemischt, wobei das Auftreten von Turbulenzen vermieden wird. Die Mischkammer 7 endet in einem Expansionsraum 9, in welchen das Flüssigkeitsgasgemisch über ein Druckgefälle expandiert wird. Bei der Expansion des ankommenden Flüssigkeitsgasgemischs wird eine besonders gleichmäßige und effektive Blasenbildung in der Flüssigkeit erzeugt.
Die Belüftungsdüse 1 ist in eine Innenhülse 10 und eine Außenhülse 11 unterteilt. Die Innenhülse 10 ist so in die Außenhülse 11 eingeschoben, daß die Innenhülse 10 auf einer Anschlagfläche 12 der Außenhulse 11 aufsitzt. Die Ringkammer 3 wird von der Innenhülse 10 und der Außenhülse 11 gebildet. In dem Ausführungsbeispiel aus Figur 1 sind der Flussigkeitskanal 2, die konisch zulaufende Wandung v6 und die Mischkammer 7 Teile der Innenhülse 10. Ein Teil des Expansionsraumes 9 ist Teil der Außenhulse 11. Die Innenhülse 10 ist vollständig in der Außenhülse 11 enthalten. Ein Ansatzstutzen 13 wird mit einem Verschluß 14 mit der Außenhülse 11 verschraubt, wodurch die Innenhülse 10 auf die Anschlagfläche 12 der Außenhülse 11 gepreßt wird. Der Verschluß 14 ist mit einem O-Ring abgedichtet. Des weiteren sind beidseitig der Ringkammer 3 in der Innenwand der Außenhulse 11 Nuten 16 zur Aufnahmen von O-Ringen 15 ausgebildet. Hierdurch ist die Ringkammer 3 abgedichtet, so daß darin ein Überdruck effektiv aufrecht erhalten werden kann.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel aus Figur 2 sind der Flüssigkeitskanal 2 und der Ansatzstutzen 13 Teile der Innenhülse 10. Die konisch zulaufende Wandung 6, die Mischkammer 7 und ein Teil des Expansionsraum 9 sind Teile der Außenhulse 11. Die Innenhülse 10 steht über die Außenhülse 11 über und bildet zusammen mit der Außenhülse einen Kragen 16. Eine Überwurfmutter 18 wird über den Kragen 16 geschraubt, wobei die Innenhülse 10 auf die Anschlagsfläche 12 der Außenhulse 11 gepreßt wird. Die Nuten 16 zur Aufnahme von O-Ringen 15, mit welchen die Ringkammer 3 abgedichtet wird sind zwischen der Anschlagfläche 12 und dem dort aufliegenden Ende der Innenhülse 10 und im Kragen 17 zwischen der Innenhülse 10 und der Außenhülse 11 angeordnet.
Im Folgenden soll die Funktionsweise der Belüftungsdüse anhand eines Verfahrens zum Belüften von Würze beschrieben werden.
Die Würze wird dem Flüssigkeitskanal 2 über den Ansatzstutzen 13 mit einem Überdruck zwischen 3 und 5 bar und einem Volumenstrom von 0,5 - 200 m /h zugeführt. Über die Gaszufuhröffnung 4 wird Luft mit einem Überdruck von 3,5 - 8 bar und einem Volumenstrom von 2 - 100 1/min. der Ringkammer 3 zugeführt. Da die GaszufuhrÖffnung 4 eine Querschnittsfläche von wenigstens 1 1/2-facher Größe der gesamten von den Bohrungen 5 gebildeten Gesamtfläche aufweist, verteilt sich das Gas mit einem Überdruck gleichmäßig in der Ringkammer 3. Das Gas strömt gleichmäßig durch alle Bohrungen 5 in den Flüssigkeitskanal 2, wo es die Flüssigkeit netzförmig umhüllt. Flüssigkeit und Gas strömen miteinander durch die konisch zulaufende Wandung 6 in die Mischkammer 7. Der Flüssigkeitsgasstrom wird dabei von dem Durchmesser dl des Flüssigkeitskanals 2 auf den Durchmesser d2 der Mischkammer 7 reduziert. Die Reduktion des Strömungsquerschnitts erfolgt genügend kontinuierlich nämlich mit dem Neigungswinkel7^-von höchstens 22°, welchen die Achse 8 der Außenwand des Flüssigkeitskanals 2 mit der konisch zulaufenden Wandung 6 bildet. Hierbei werden Luft und Würze laminar miteinander gemischt, so daß Turbulenzen vermieden werden. Zur vollständigen Mischung durchläuft die belüftete Würze eine Länge der Mischkammer 7 welche mindestens dem 1 1/2-fachen Durchmesser d2 der Mischkammer 7 entspricht. Beim Austritt aus der Mischkammer 7 wird die belüftete Würze über ein Druckgefälle in den Expansionsraum 9 expandiert, wobei in der Würze eine effektive extrem gleichmäßig verteilte Blasenbildung erzeugt wird. Dadurch wird die Flotation so beeinflußt, daß eine extrem gleichmäßige Schaumdeckenbildung erzielt wird.

Claims

Patentansprüche
1. Belüftungsdüse zum Belüften von organische Substanzen enthaltenden Flüsigkeiten, mit einem Flüssigkeitskanal, mit mindestens einer Gaseintrittsöffnung zum Beimischen eines Gases in eine den Flüssigkeitskanal durchströmende Flüssigkeit und mit einer Mischkammer, welche von dem Flüssigkeitsgasgemisch durchlaufen wird, welches nach Durchlaufen der Mischkammer über ein Druckgefälle in einen Expansionsraum expandiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitskanal (2) über einen Teil seiner Länge von einer abgeschlossenen Ringkammer (3) umgeben ist, welche mit einer Gaszufuhröffnung (4) versehen ist,
daß eine Vielzahl der Gaseintrittsöffnungen (5) in der Wandung des Flüssigkeitskanals (2) im Bereich der Ringkammer (3) ausgebildet ist, wobei die Gaszufuhröffnung (4) eine Querschnittsflache von wenigstens 1 1/2-facher Größe der gesamten von den Gaseintrittsöffnungen (5) gebildeten Gaseintrittsflache aufweist,
daß der Flüssigkeitskanal (2) und die Mischkammer (7) hohlzylinderförmig sind, wobei der Flüssigkeitskanal (2) einen Innendurchmesser Dl aufweist, der größer als der Innendurchmesser D2 der Mischkammer (7) ist, und daß der Flüssigkeitskanal (2) in die Mischkammer (7) mit einer konisch zulaufenden Wandung (6) übergeht,
und daß die Mischkammer (7) eine Länge aufweist, die mindestens dem 1 1/2-fachen Innendurchmesser D2 der Mischkammer (7) entspricht.
2. Belüftungsdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaseintrittsöffnungen (5) Bohrungen sind, die einen Durchmesser von höchstens 1 mm aufweisen.
3. Belüftungsdüse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Wandung des Flüssigkeitskanals (2) im Bereich der Ringkammer 25 - 30 der Gaseintrittsöffnungen (5) ausgebildet sind.
4. Belüftungsdüse nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen je zwei der Gaseintrittsöffnungen (5) mindestens 10 mm beträgt.
5. Belüftungsdüse nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaseintrittsöffnungen (5) entlang der Wand des Flüssigkeitskanals (2) in Umfangrichtung gegeneinander versetzt angeordnet sind.
6. Belüftungsdüse nach einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, daß die konisch zulaufende Wandung (6) mit der Achse (8) der Wand des Flüssigkeitskanals (2) einen Winkel c bildet, welcher höchstens 22° beträgt.
7. Belüftungsdüse nach einem der Ansprüche 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitskanal (2) ein Teil einer Innenhülse (10) ist, daß ein Teil des Expansionsraumes (9) und die Gaszufuhröffnung (4) Teile einer Außenhülse (11) sind, und daß durch Einschieben der Innenhülse (10) in die Außenhülse (11) die Ringkammer (3) gebildet wird, wobei die Innenhülse (10) eine Innenwand und die Außenhülse (11) eine Außenwand der Ringkammer (3) bilden.
8. Belüftungsdüse nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die konisch zulaufende Wandung (6) und die Mischkammer (7) in der Außenhülse (11) ausgebildet sind.
9. Belüftungsdüse nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die konisch zulaufende Wandung (6) und die Mischkammer (7) in der Innenhülse (10) ausgebildet sind.
10. Belüftungsdüse nach einem der Ansprüche 7 - 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenhülse (10) zumindest einen Wandungsteil umfaßt, dessen Außendurchmesser passend zu dem Innendurchmesser der Außenhülse (11) ausgebildet ist.
11. Belüftungsdüse nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringkammer (3) beidseitig abgedichtet ist.
12. Belüftungsdüse nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abdichtung der Ringkammer (3) in der Innenwand der Außenhülse (11) oder in der Außenwand der Innenhülse (10) radial weisende in Umlaufrichtung verlaufende Nuten (16) zur Aufnahme je eines Dichtringes (15) ausgebildet sind.
13. Belüftungsdüse nach einem der Ansprüche 7 - 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenhülse (11) eine Anschlagfläche (12) für ein Ende der Innenhülse (10) beim Einschieben der Innenhülse
(10) in die Außenhülse (11) aufweist.
14. Belüftungsdüse nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Innenhülse (10) und der Anschlagfläche (12) der Außenhülse (11) eine Abdichtung (15, 16) vorgesehen ist.
15. Belüftungsdüse nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenhülse (10) vollständig in der Außenhülse
(11) aufgenommen wird und mit einem Verschluß (14) auf die Anschlagflache (12) gepreßt wird.
16. Belüftungsdüse nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschluß (14) mit der Außenhülse (11) verschraubbar ist.
17. Belüftungsdüse nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschluß (14) abgedichtet ist.
18. Belüftungsdüse nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschluß (14) ein Teil eines Ansatzstutzens
(13) ist.
19. Belüftungsdüse nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Ansatzstutzen (13) ein Teil der Innenhülse (10) ist, daß die Innenhülse (10) über die Außenhülse (11) übersteht, und zusammen mit der Außenhülse (11) einen Kragen (17) bildet, über welchen eine Überwurfmutter (18) geschraubt wird, wobei die Innenhülse (10) auf die Anschlagfläche (12) der Außenhülse (11) gepreßt wird.
20. Belüftungsdüse nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Kragen (17) zwischen der Innenhülse (10) und der Außenhulse (11) eine Abdichtung (15, 16) vorgesehen ist.
21. Belüftungsdüse nach einem der Ansprüche 1 - 20, dadurch gekennzeichnet, daß an der Gaszufuhröffnung (4) der Ringkammer (3) ein Gaszufuhrstutzen ausgebildet ist.
22. Belüftungsdüse nach einem der Ansprüche 11 - 13, dadurch gekennzeichnet, daß beide Enden der Belüftungsdüse (1) und der Gaszufuhrstutzen mit Normanschlüssen versehen sind.
23. Belüftungsdüse nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Normanschlüsse Nennweiten zwischen DN 20 und DN 200 aufweisen.
24. Verfahren zum Belüften von Würze, bei welchem die Würze durch einen Flüssigkeitskanal (2) geleitet wird, wobei der Würze Luft zugeführt wird, das Luftwürzegemisch eine Mischkammer (7) durchläuft und bei Verlassen der Mischkammer (7) über ein Druckgefälle expandiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge der beigemischten Luft wesentlich geringer als die Menge der durch den Flüssigkeitskanal (2) strömenden Würze ist, daß die Würze dem Flüssigkeitskanal (2) mit einem Überdruck von 3 - 5 bar und einem Volumenstrom von 0,5 - 200 m /h zugeführt wird, daß die Luft der Würze mit einem Überdruck von 3,5 - 8 bar und einem Volumenstrom von 2 - 1000 1/min zugeführt wird und daß der Strömungsquerschnitt des Luftwürzegemischs auf einen Durchmesser d2 reduziert wird, mit welchem es die Mischkammer (7) mindestens entlang einer Strecke, die der 1 1/2-fachen Länge des Durchmessers D2 entspricht, durchläuft, und daß die Reduktion des Strömungsquerschnittes des Luftwürzegemischs mit einer Steigung erfolgt, die höchstens einem Winkel <?/von 22° entspricht.
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