特别是用于啤酒生产中的糖化的方法和设备的制作方法

xiaoxiao2020-6-24  4

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专利名称:特别是用于啤酒生产中的糖化的方法和设备的制作方法
技术领域
本发明涉及特别是用于啤酒生产中的糖化的方法及设备。
背景技术
相应的设备具有加热器,特别是根据换热器原理运行的框架式加热器。例如,蒸汽或诸如水等液体介质被用作加热介质。例如,当蒸汽被用作加热介质时,蒸汽阀根据加热速率而打开到较大或较小程度。例如还可以调节蒸汽阀以使加热表面中达到特定的蒸汽压。热水驱动的糖化容器例如通过回流混合而被控制在特定的流动温度。然而在利用热水加热的加热设备的情况下,加热速率控制通常过于缓慢。这意味着,在能够确定液体介质(产品)中的加热速率之前,可能已经过了几分钟的时间。因此,特别是在糖化的情况下,在控制器完全调节到所需的加热速率之前可能过了太多的时间,并且在平稳操作时通常下一次酶静置已经到来。

发明内容

基于此,本发明的目的在于提供特别地用于糖化的设备和方法,其中特别是在加热剂的流动温度和回流温度低的情况下能够很好地控制加热速率。根据本发明,通过权利要求1和5的特征来实现该目的。优选实施方式由从属权利要求产生。根据本发明,通过相应的温度传感器测量加热介质的流动温度(FL温度)以及回流温度(RET温度),通过另一温度传感器测量容器中的液体介质(产品)的相应的当前温度。以使得加热介质温度和液体介质的相应的当前温度之间的对数温度差保持恒定的方式进行加热速率控制。结果,忽略稍微改变的热容量等,加热速率偏离准确值不到10%。因为从一开始就准确地测量涉及的温度,所以能够非常快速地调节所要求的加热速率。这里利用对数温度差还意味着利用相应地成比例的值。通过使用待确定的系统特定因子(见公式4),人们从而还能够直接输入所需的加热速率。利用对数温度差的闭环控制尤其准确。然而,确定与加热介质的流动温度和回流温度的平均值相对应的加热剂平均温度以及液体介质的温度,并且在加热期间以与上述方式类似的方式调节加热剂平均温度和液体介质的相应的当前温度之间的差,同样是足够的。本发明的另一个重要的优势在于,由于FL温度低,导致加热介质的RET温度也非常低,这进而减小了储能器的所需尺寸,其中加热介质被回馈至该储能器。对数温度差有利地落在IOK与40K之间的范围内。例如可以将相应的值或与该相应的值成比例的值输入到闭环控制单元作为设定点值。有利地,能够获得<〈80°C的回流温度。设备包括致动元件,特别地包括用于将对数温度差调节到适当的设定点值的致动元件。特别地,致动元件以如下方式形成:致动元件调节加热介质的流动温度。致动元件例如可以是将被供给到加热器的加热介质加热到适当的流动温度的换热器。附加地或可选地,用于将更热的介质(蒸汽或来自储能罐的热的加热介质)混合到介质的设备可以以如下方式设置:加热介质达到特定的流动温度。最后,根据尤其优选的实施方式,从加热器回流的加热介质的一部分可以经由管路和控制阀输送到储能罐中,回路中的加热介质可以经由循环泵再循环回至加热器中。量与抽出的部分相对应的、更热的一部分加热介质从而能够在进入到加热器之前被供给到加热介质。通过闭环控制单元启动控制阀,以便适当地调节流动温度。循环泵允许在加热表面具有相应的湍流的、均匀的高体积流量,因此还允许在加热表面处的高传热系数。循环泵的转速能够根据控制阀的设定而调节,由此特别是当控制阀开口更大时,循环泵的转速朝相反的方向减小。这意味着,控制阀开口越大(相应的量的新鲜加热介质从储能器供给到在回路K中输导的加热介质),循环泵的转速减小的越多。因此,在加热表面处的流速可以以如下方式总是保持为非常高:(在全部为诸如高传热系数等积极传热效果的情况下)在加热器中产生湍流。由此通过加热器有利地使加热介质的体积流量保持恒定。设备有利地以如下方式形成:该设备包括用于从容器泵出液体介质并且将液体介质泵入到分配设备的泵送设备,其中分配设备以如下形成:液体介质被施加到在表层上方延伸的加热器加热表面,并且液体介质从加热器加热表面向下行进直到到达表层。如果加热器具有:位于加热器的上侧区域的、加热介质用的至少一个出口 ;位于加热器的下侧区域的至少一个出口 ;以及配置在中部区域、即配置在上下出口之间的加热介质用的至少一个入口,将是特别有利的。当加热麦芽浆时,将是特别有利的。根据本发明,加热表面因而在液体介质或麦芽衆的表层上方以如下方式向上延伸:液体介质或麦芽浆可以沿着加热表面向下行进直到液体介质或麦芽浆到达表层。因此,特别是在更高浓度的麦芽浆的情况下以及在糊化阶段期间,加热表面与体积不相关地增大还减少了例如粘度弓I起的传热性降低的问题。由于液体介质沿着加热表面呈薄膜状向下流动的事实,靠近表面的气泡可能由于温度增加突然或非常迅速地变大而被排出。由于液体介质的脱气,气体引起的密度差能够充分地减小,能够提高浓稠的麦芽浆中的如上面所述的酶的活性。由于例如麦芽浆沿着加热表面输送的事实,一定程度上还能够从麦芽浆中排出诸如二甲基硫醚(DMS)等不期望的挥发性物质。DMS是含有硫并且在啤酒中产生异常气味的有机化合物。DMS由发麦芽期间形成的前驱物、S-甲硫氨酸(SMM)和二甲基亚砜(DMSO)产生。由于液体介质通过沿着加热表面输送而被附加地加热的事实,能够使加热介质的流动温度降低。因此,能够对麦芽浆更缓和地进行加热。由于不需要高的加热介质温度的事实,例如能够方便地使用来自热回收的热能、即其他处理步骤的废热(例如麦芽汁冷却期间产生的热水)来对加热介质进行加热进而对麦芽浆进行加热,使得能够防止或至少充分地减少使用一次能源来 加热麦芽浆。加热介质温度的降低以及高浓度麦芽浆的可用性因此导致充分地节约能源。由于使用来自热回收的加热介质,能够更经济地制造加热表面壁。例如通过使加热表面壁更薄进而能够提高传热性。
另一个优势在于,由于液体介质的新颖的导入方式,产生了改善了的整体混合效果,特别是在桶直径大和填充高度高的情况下。
特别是在高填充高度的情况下,由于将例如麦芽浆等液体介质施加到在表层上方延伸的加热表面,所以增大了麦芽浆表面的体积流量,这进而减少了有时在表层产生的密度引起的麦芽浆浮层,因此进而导致酶活性更好并且导致麦芽浆中淀粉的转化更好。另一优势在于如下事实:例如,不论麦芽浆的量如何,都能够通过同一个设备最适宜地加热麦芽浆。一般来说,不再需要根据啤酒的类型而将加热框架进行特定的细分,这节约了相当可观的成本和设计期间的澄清工作。利用该系统还能够对麦芽浆的量显著变化的“新”类型良好地进行加热(大大提高了啤酒厂的灵活性)。即使“极小”的麦芽浆份量和/或“极小”的麦芽浆的量也能够被可靠均匀地加热。对于该情况,不存在附加的加热底部也是可以的,因为“极小”的麦芽浆份量和/或“极小”的麦芽浆的量通过沿着加热表面向下行进而被加热。该方法另外允许更细长的构造和更有利的容器(填充高度例如为3至5m,容器高度为5至Sm)。这进而允许桶的非常良好的表面积/体积比(A/V比),由此减少辐射热损失。根据本发明的分配设备和加热表面还可以例如对现有糖化设备作翻新改进,这为客户提供了节约能源的巨大潜能。流动温度的降低、即缓和地进行加热减少了淤塞,对酶温和并且如已经说明的那样节约能源。由于加热介质的温度降低,所以能够减少对麦芽浆桶进行CIP清洗的频率和/或强度,这进而节约了水、能源和清洗剂。根据本发明,麦芽浆被施加到加热表面的上侧区域,特别是糖化设备的上四分之一。这导致加热表面最大化地增大以及与此相关联的优势。加热器有利地以如下方式形成:加热介质用的至少一个出口配置在加热表面的上侧区域,至少一个出口设置在加热表面的下侧区域。加热介质用的至少一个入口设置在至少一个上侧出口和至少一个下侧出口之间的中部区域。加热介质因此可以从中部入口向上和向下流动。这具有如下优势:在加热器的上侧区域,加热介质与向下流动的麦芽浆呈对流流动。同样,在麦芽浆由于搅拌器的作用而在容器的内壁上向上移动的下侧区域,加热介质呈对流向下流动,这显然提高了热流量。在任何情况下,如果经过加热表面的流动近乎竖直,则热流量提高,这也导致回流温度较低。传热介质因此以远低于通常的80°C的温度存储在储能器中,能够充分地降低储能罐的尺寸因此还能够使储存成本充分降低。因而为了操作例如具有设计的体积流量和设计的温度的麦芽汁冷却器,例如将搅拌器定位于储能器,该搅拌器将例如来自储能器的较高层的较热的传热介质与储能器的较低层的较冷的传热介质以所要求的方式混合到一起。上述设备特别地适用于加热麦芽浆。然而,该设备同样适用于加热其他液体介质,特别是麦芽汁。


图1示意性地示出根据本发明的第一实施方式的设备的概略图。图2示意性地示出根据本发明的第二实施方式的概略图。
图3示出根据本发明的设备的加热表面的立体图。图4示出通过根据本发明的加热器的局部纵向截面。图5示出通过加热器的横截面。图6示出根据本发明的闭环控制回路。图7示意性地示出根据本发明的设备。
具体实施例方式图7示出根据本发明的实施方式的基本构造。下面结合图1至图5更详细地说明用于加热液体介质的设备,特别是糖化设备。然而,基本上,该设备具有容器2、液体介质用出口 10以及加热器30,加热器30在这里为框架式加热器的形式,液体介质沿着加热器30的加热表面13被加热。加热器具有加热介质用的上下出口 15 (RET)以及配置在上下出口之间的入口 14。还可以设置相应的底部加热器。加热器根据换热器原理运行。液体介质以特定的加热速率被加热。对于加热速率闭环控制,温度传感器105被设置用于测量容器2中的液体介质的温度。此外,可以使用温度传感器103测量加热介质的流动温度。这里的温度传感器103位于加热介质用的入口管路。最后,可以使用温度传感器104测量加热介质的回流温度。这里的温度传感器104位于加热介质的回流管路113。设备还包括闭环控制单元102,利用该闭环控制单元102能够控制预定的加热速率。

在该特定实施方式的情况下,回流管路113经由通过闭环控制单元102启动的控制阀106而通向储能罐114。回流温度小于80°C、这里例如为70°C的冷却后的加热介质被置于储能罐114的下侧区域。例如来自麦芽汁冷却器的较热介质被置于储能罐114的上侧区域。冷却后的加热介质因此能够在处理期间部分地输送到储能罐中,而其余部分能够通过回路K回馈至加热器30。设置有循环泵107。能够根据控制阀106的设定来调节循环泵107的转速。当控制阀106开口更大时,根据特定因子减小循环泵107的转速。经由控制阀106排放到在回路K中循环的加热介质的量能够经由管路120和另一泵112从储能罐114回馈至回路K。由此泵112将与经由控制阀106排放的量相应的量的加热介质泵入到回路中。还能够经由管路120中的控制阀106'调节加热介质的相应的量。然而适当的时候人们还可以完全省略控制阀106。于是根据控制阀106'的开口沿相反方向调节泵107的转速。由此通过闭环控制单元102启动泵112。控制阀106和泵112因此例如如下面将更详细地说明的那样被启动,以便调节加热介质的特定流动温度。控制阀106和泵112因而作为用于调节特定流动温度的致动元件。还可以附加地或可选地通过换热器设备110来调节流动温度。附加地或可选地,还可以经由设备111将例如为蒸气111形式的较热的介质供给到加热介质,以便调节特定流动温度。然而设备还可以例如具有用于排放冷凝液的设备121。为了以设计体积流量和设计温度操作例如麦芽汁冷却器,将例如搅拌器122定位于储能罐114,该搅拌器122将例如来自储能器中的高层的较热的传热介质与下层的相对较冷的传热介质混合到一起。在对设备I中的液体介质进行加热期间,必须将加热速率控制在预定值。
根据特别优选的实施方式,设置有温度传感器105、103和104以测量加热介质的流动温度、加热介质的回流温度和液体介质的温度。通过测量这三个温度,可以确定对数温度差。然后这被用于闭环控制特定加热速率。给定区域的热流量、因此给定区域的加热速率,以及K值直接取决于驱动力、温度差。
权利要求
1.一种用于加热液体介质的设备,特别是糖化设备,所述设备具有: 容器(2); 加热器(30),所述加热器用于利用加热介质对液体介质、特别是麦芽浆(28)进行加执.闭环控制单元(102),所述闭环控制单元用于闭环控制加热速率; 用于测量加热介质的流动温度的温度传感器(103);用于测量加热介质的回流温度的温度传感器(104);用于测量液体介质的温度的温度传感器(105),其中, 所述闭环控制单元(102)形成为使得: 通过对数温度差的闭环控制来产生恒定的加热速率; 或者 至少确定液体介质的温度和与加热介质的所述流动温度和所述回流温度的平均值相对应的加热剂平均温度,并且在加热期间通过所述加热剂平均温度和液体介质的相应的当前温度之间的差来闭环控制所述加热速率。
2.根据权利要求1所述的设备,其特征在于,所述设备包括一个或多个致动元件(101、111、110、106、106’),所述致动元件特别地用于将所述对数温度差调节到设定点值,其中所述致动元件(101、111、110、106、106’)特别地调节加热介质的所述流动温度并且特别地包括换热器(110 )和/或用于使热的介质混合到加热介质的设备(111、106、106 ’)。
3.根据权利要求1至2中的至少一项所述的设备,其特征在于,从所述加热器(30)回流的加热介质的一部分经由管路(113)回流到储能罐(114)中,回路(k)中的加热介质通过循环泵(107)回流到所述加热器(30),通过控制阀(106、106’)限定被输送到所述储能罐(114)中的加热介质的量,特别地能够根据所述控制阀(106、106’)的设定来调节所述循环泵(107)的转速,特别地所述循环泵(107)的转速能够在所述控制阀(106、106’)的开口增大的情况下减小。
4.根据权利要求1至3中的至少一项所述的设备,其特征在于,所述设备包括用于将液体介质泵入到分配设备(8)中的泵送设备(12),其中所述分配设备(8)以如下方式形成:液体介质被引到在表层(20)上方延伸的加热器加热表面(13),并且液体介质能够从所述加热器加热表面(13)向下行进直到所述表层,特别地所述加热器(30)包括:位于所述加热器的上侧区域的、加热介质用的至少一个出口(15a);位于所述加热器的下侧区域的至少一个出口(15b);以及配置在所述加热器(30)的中部区域的、加热介质用的至少一个入口(14)。
5.一种用于加热液体介质、特别是麦芽浆的方法,所述方法具有以下步骤: 将液体介质导入到设备、特别地是导入到糖化设备中,利用根据换热器原理运行的加热器(30)加热液体介质,其中测量加热介质的流动温度、加热介质的回流温度以及液体介质的温度并且确定对数温度差,并且通过闭环控制所述对数温度差来调节加热速率,或者 根据加热介质的所述流动温度和加热介质的所述回流温度的平均值确定至少加热剂平均温度并确定液体介质的温度,并且在加热期间闭环控制所述加热剂平均温度与液体介质的相应的当前温度之间的差。
6.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,用于闭环控制所述对数温度差或者所述加热剂平均温度和液体介质的相应的当前温度之间的差的加热介质的所述流动温度,通过相应的致动元件(101)来调节。
7.根据权利要求5至6中的至少一项所述的方法,其特征在于,加热表面中的加热介质的体积流量在加热期间能够保持为大致恒定,特别是通过循环泵在加热期间保持为大致恒定。
8.根据权利要求5至7中的至少一项所述的方法,其特征在于,所述对数温度差用的设定点值落在IOK至40K的范围内。
9.根据权利要求5至8中的至少一项所述的方法,其特征在于,一部分液体介质从所述设备被泵出并且被泵入到分配设备(8),所述分配设备(8)以如下方式将液体介质施加到所述设备的位于液体介质的表层上方的加热表面(13a):液体介质沿着所述加热表面(13a)向下行进直到液体介质到达液体介质的所述表层,并且特别地, 加热介质从所述加热器的上侧区域和下侧区域被抽出并且被供给到位于所述上侧区域和所述下侧区域之间的区域。
10.根据权利要求5至9中的至少一项所述的方法,其特征在于,所述回流温度小于80。。。
11.根据权利 要求5至10中的至少一项所述的方法,其特征在于,加热介质的相应的当前流动温度和液体介质的相应的当前温度之间的温度差大致恒定。
12.根据权利要求1至11中的至少一项所述的设备和方法用于酿酒容器,特别是用于麦芽汁煮沸锅或糖化设备。
全文摘要
本发明涉及用于加热液体介质的设备和方法,特别是糖化设备,该设备具有容器,其可以被填充和清空;加热器,其用于利用加热介质对液体介质、特别是麦芽浆进行加热;用于测量加热介质的流动温度的温度传感器;用于测量加热介质的回流温度的温度传感器;用于测量液体介质的温度的温度传感器;闭环控制单元,其用于闭环控制加热速率,其中闭环控制单元以如下方式构造并且以如下方式闭环控制加热速率加热介质的温度和液体介质的相应的当前温度之间的对数温度差保持为大致恒定。
文档编号C12C7/04GK103237879SQ201180057778
公开日2013年8月7日 申请日期2011年9月20日 优先权日2010年10月4日
发明者赫尔穆特·卡默洛荷 申请人:克朗斯股份公司

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