Ein Verfahren der gattungsgemäßen Art findet in der Brauindustrie heute weltweit überwiegend Anwendung. Dabei werden zur Vergärung von Bierwürze sog. zy- lindrokonische Gärtanks (ZKG) verwendet mit einem Fassungsvermögen zwi- schen 500 und 5000 Hektoliter. Das geometrische Verhältnis zwischen Tankhöhe H und-durchmesser D beträgt dabei vorzugsweise H/D > 2. Die Tanks werden zu ca. 80 bis 85 % ihres Bruttoinhaltes befüllt, so daß über dem Würzespiegel ein Steigraum für Schaum und ein Raum zum Sammeln und Abführen der bei der Gä- rung entstehenden Gase, grbfltenteils Kohlendioxid (C02), vorhanden ist. Die Füllhöhen betragen in den größeren Tanks ca. 15 bis 25 m ; entsprechend hoch ist der Druck der Flüssigkeitssäuie im unteren Bereich des Gärtanks, einem ko- nusförmigen Bodenteil. Die Tanks haben außen um die Zylinder-und Konuswan- dung Kühizonen in unterschiedlichen Höhen, um die Gärwärme abzuführen bzw. die Gärtemperatur zu steuern und das Bier im Tank auf die nötigen Temperatur- stufen zur Reifung abzukühlen.

Die aus Malz und anderen stärkehaltigen Grundstoffen hergestellte zuckerhaltige Bierwürze wird mit untergäriger oder obergäriger Bierhefe vergoren. Je nach Biertyp, Organoleptik und Qualitätsanforderungen werden dabei bestimmte Gär- temperaturen streng eingehalten. Man spricht in diesem Zusammenhang von ei- ner warmen oder kalten Gärführung. Je wärmer vergoren wird, um so schneller wird der erwünschte Vergärungsgrad erreicht. Beispielsweise kann eine BierwCr- ze mit einem Stammwürzegehalt von 12 % bei ca. 14 bis 16 °C Gärtemperatur in drei bis vier Tagen oder bei 6 bis 10 °C in fünf bis 7 Tagen vergoren werden. We- gen der besseren Qualitätseigenschaften werden bei den untergärigen Bieren die

niedrigeren Temperaturen bevorzugt. Dies bedeutet aber wegen der längeren Gärzeit mehr Tankkapazität, Investitions-und Betriebskosten.

Bekannte Verfahren zur beschleunigten Gärung wenden entweder höhere Tem- peraturen an und nehmen die damit verbundenen Nachteile in Kauf oder sie ar- beiten mit Rührwerken und ähnlichen Einbauten zur forcierten Bewegung des Tankinhaltes. Diese müssen relativ groß dimensioniert werden, wodurch sie mit Blick auf die hohen Anforderungen an die biologische Stabilität des Bieres große Gefahrenquellen darstellen.

Am Ende der Gärung wird beim sog. Eintank-Verfahren, bei dem das Bier zur La- gerung und Stabilisierung bei tiefen Temperaturen (um-1,5 °C) im Gärtank ver- bleibt, die Hefe durch Absetzenlassen und Abziehen aus dem konusförmigen Bo- denbereich des Gärtanks geerntet. Beim sog. Zweitank-Verfahren wird das Bier vom zylindrokonischen Gärtank in zylindrokonische Lagertanks umgepumpt und die Hefe wird über Separatoren auf diesem Wege vom Bier getrennt und aus die- sem abgeschieden.

In manchen Brauereien wird zur schnelleren Reifung des Bieres nach der Haupt- gärung bei Lagertemperaturen um 0 °C eine C02-Wäsche durchgeführt und damit werden die unedlen Gärungsgase wie Merkaptan und unedle Geschmacksstoffe ausgetrieben. Hierzu wird C02 von unten in den zylindrokonischen Gärtank ein- geblasen und die aufsteigenden Gasblasen durchströmen und bewegen das Bier.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Konvektion im Gärtank zu forcie- ren und zu verstärken, ohne dabei die vorstehenden Nachteile bekannter Maß- nahmen in Kauf zu nehmen.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche. Eine An- ordnung zum Durchführen des Verfahrens ist Gegenstand des Anspruchs 6. Vor- teilhafte Anwendungen des Verfahrens sind Gegenstand von zwei Unteranspnj- chen.

Die vorgeschlagene Lösung sieht vor, die Konvektion durch die hydrodynamische Wirkung eines Fiüssigkeitsstrah) es zu forcieren und zu verstärken, der als Freistrahl unter Druck und von unten nach oben in den konischen Bodenteil des Gärtanks eintritt. Hierzu wird aus der Bierwürze-Hefe-Suspension (Gärsubstrat) im Gärtank ein Teilstrom über den konischen Bodenteil abgezogen, dieser Teil- strom wird über einen Kreislauf außerhalb des Gärtanks geführt und als Freistrahl in der vorstehend angegebenen Weise in den Gärtank eingeleitet. Der Freistahl erzeugt dort einen Treibstrahl, der einen den gesamten Inhalt des Gärtanks um- fassenden Konvektionsstrom generiert. Die Einleitung erfolgt dabei in einer ersten Ausgestaltung des Verfahrens konzentrisch zur Längsachse des Gärtanks, wo- durch sich der Aufwand zur gegenständlichen Realisierung dieser Maßnahme auf ein Minimum reduziert.

Mit dem vorgeschlagenen Freistrahl erreicht man eine hohe Umwälzrate des Tankinhaltes, wodurch die Bierhefen, einzellige Sproßpilze mit einer Größe von drei bis 8 pIm, eine intensive Bewegung im Gärsubstrat erfahren und durch diese Bewegung immer wieder neuen Kontakt mit nicht vergorener Würze bekommen.

Im Kontakt mit dem Gärsubstrat verarbeiten die Bierhefen die Stammwürze im anaeroben Stoffwechsel zu Alkohol und Kohlendioxid und anderen Nebenproduk- ten.

Der Freistrahl erzeugt im Zusammenwirken mit dem entstehenden und aufstei- genden Kohlendioxid eine forcierte Aufwärtsbewegung in der Mitte des Gärtanks und eine Abwärtsbewegung des Gärsubstrates an der Tankwandung, wodurch sich die gewünschte forcierte und verstärkte Konvektionsströmung im gesamten Gärtank einstellt. Die natürliche Konvektionsgeschwindigkeit durch Gären und Kühlen liegt bei ca. 0,3 m/s ; die vorgeschlagene Maßnahme erhöht diesen Wert wesentlich, so daß der Tankinhalt etwa 8 bis 10 mal in der Stunde umgewälzt wird und in allen Bereichen des Substrates stets gleiche Homogenität vorherrscht. Die Gärzeit wird dadurch entsprechend verkürzt.

Die beim vorgenannten Zweitank-Verfahren zur Anwendung kommenden Separa- toren arbeiten gleichmäßiger und effizienter, wenn, wie dies vorgesehen ist, die vorgeschlagenen Maßnahmen noch bis kurz vor der Entleerung des Gärtanks Anwendung finden oder gar während des Entleerens angewendet werden, wo- durch das Bier mit darin gleichmäßig verteilter Hefe dem Separator zuläuft.

Beim Eintank-Verfahren erzielt man durch Anwendung des vorgeschlagenen Verfahrens vor dem Abziehens des Bieres aus dem Tank sowohl einen gleich- mäßigen C02-Gehalt als auch eine gleichmäßige Verteilung aller Trübungsstoffe für eine gleichmäßige Belastung der nachfolgenden Klär-, Filtrations-und Be- handlungsmaßnahmen.

Mit dem vorgeschlagenen Verfahren wird darüber hinaus in der Warmphase (> Gärtemperatur) nach der Hauptgärung die Hefe zum Abbau der vicinalen Deke- tone (Acetolaktat-Diacetyl) in Schwebe gehalten, der Stoffaustausch intensiviert und die Zeit der warmen Reifungsphase ebenfalls reduziert.

Gemäß einer zweiten Ausgestaltung des Verfahrens erfährt der Treibstrahl ge- genüber der Richtung des Freistrahles eine Ablenkung in radialer Richtung. Da- durch wird einer axialsymmetrischen Ausbildung der Konvektionsströmung, wie sie sich bei einem konzentrisch zur Längsachse des Gärtanks generierten Treibstrahl ausbildet, entgegengewirkt. In Abhängigkeit von der Tankgeometrie können sich unter Umständen bei konzentrischer Einleitung des Treibstrahles ringförmige Bereiche im Gärtank ergeben, die weniger als andere, beispielsweise jene im Zentrum oder im Wandungsbereich des Gärtanks, von der Konvektions- strömung erfaßt und durchmischt werden.

Wenn dafür Sorge getragen wird, wie dies ebenfalls vorgesehen ist, daß sich die Ablenkung des Treibstrahles unstetig oder stetig hinsichtlich seiner räumlichen Orientierung ändert, dann wirken ihre Richtung ständig wechselnde Antriebskräfte auf die Strömung im Gärtank. Dadurch kann sich eine stationäre Konvektions- strömung in diesem, die die Ausbildung weniger intensiv durchmischter Bereiche des Tankinhaltes begünstigt, nicht einstellen.

Eine weitere Intensivierung der Durchmischung in allen Bereichen des Tanks wird darüber hinaus dadurch begünstigt, wie dies auch vorgeschlagen wird, daß der Treibstrahl, bezogen auf eine zur Längsachse des Gärtanks senkrecht orientierte Querschnittsfläche desselben, zusätzlich einen tangentialen Richtungsvektor er- hält.

Die vorstehend erwähnte CO2-Wäsche des Bieres nach der Hauptgärung wird mit dem vorgeschlagenen Verfahren in Verbindung mit einer zusätzlichen Maßnah- me, nämlich einer Begasung mit Kohlendioxid mittels einer Begasungsvorrich- tung, vereinfacht. Es ist außerdem moglich, das Bier trotz der hohen Flüssigkeits- säule auf den vorgeschriebenen CO2-Gehalt des Endproduktes einzustellen.

Zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung ist vorgesehen, daß die Ab-und Zulaufleitung, die am unteren Ende des konischen Bodenteils des Gär- tanks angeschlossen sind, über eine Kreislaufleitung, in der eine Umpumpeinrich- tung angeordnet ist, miteinander verbunden sind. Darüber hinaus ist vorgesehen, zur Erzeugung des Freistrahles eine Flüssigkeitsstrahl-Mischdüse im Auslaufbe- reich des kegelförmigen Bodenteils anzuordnen, deren Düse an die Zulaufleitung angeschlossen ist. Der Auslauf des kegelförmigen Bodenteils mündet dabei in die Ablaufleitung ein.

Das vorgeschlagene Verfahren und die Anordnung zu seiner Durchführung wer- den nachfolgend anhand der einzigen Figur der Zeichnung, die den Gärtank und seine maßgebliche periphere Ausstattung schematisch darstellt, kurz beschrie- ben.

In einem kegelförmigen Bodenteil 1 c des zylindrokonischen Gärtanks 1 ist im Zu- sammenwirken mit einem Bodenventil 3 eine Flüssigkeitsstrahl-Mischdüse 2 so installiert, daß über einen Ringkanal rings um ein nicht näher bezeichnetes Zu- laufrohr der Flüssigkeitsstrahl-Mischdüse 2 ein Teilstrom S des diesem Bereich aus dem zylindrokonischen va tank 1 zuströmenden Gärsubstrates im oberen Teil des Bodenventils 3 über eine Ablaufleitung 1 a abgezogen wird. Dieser Teil- strom S wird alsdann über eine in den unteren Teil des Bodenventils 3 einmün-

dende Zulaufleitung 1b und die nachfolgende Flüssigkeitsstrahl-Mischdüse 2 auf dem Weg über eine Kreislaufleitung 4 außerhalb des Gärtanks 1 unter Druck in den zylindrokonischen Gärtank 1 zurückgeführt. Der Teilstrom S wird über Ab- sperrventile 9.1 und 5 und über ein Schauglas 11 von einer Förderpumpe 12 an- gesaugt. Diese erzeugt druckseitig einen Förderstrom, der über ein Meßgerät 13 zur Bestimmung des Volumenstromes (Option 01), eine Probenahmevorrichtung 14, ein Manometer 15, ein Schauglas 16 und über Absperrventile 6,7,8 und 9. 2 zurück zu dem Bodenventil 3 und die Flüssigkeitsstrahl-Mischdüse 2 fließt.

Die Pumpe 12 wird in ihrer Förderleistung zweckmäßig so ausgelegt, daß die Flüssigkeitsstrahl-Mischdüse 2 in einem Druckbereich, vorzugsweise zwischen 2 bis 5 bar Überdruck, arbeiten kann. Die Förderleistung richtet sich nach dem Netto-Tankinhait und wird durch Versuche ermittelt und optimiert. Die Förderströ- me der Flüssigkeitsstrahl-Mischdüse 2 liegen zwischen 15 bis 80 m3/h. Der För- derstrom und der Treibdruck der Flussigkeitsstrahl-Mischdüse 2 werden auf den Tankinhalt und die Fühhöhe im Gärtank 1 abgestimmt.

Ein durch die Flüssigkeitsstrahl-Mischdüse 2 erzeugter Treibstrahl T generiert eine senkrechte Konvektionsströmung K im zylindrokonischen Gärtank 1, die dort in allen Bereichen für eine homogene Verteilung der Inhaltsstoffe des Gärtanks 1 sorgt. Der Treibstrahl T bewirkt nach dem Prinzip der Venturidüse eine Saugwir- kung, welche den an der Wandung des zylindrokonischen Gärtanks 1 nach unten gerichteten Konvektionsstrom K ansaugt und mit dem nach oben gerichteten Treibstrahl T wieder nach oben lenkt.

Die Förderleistung der Pumpe 12 bildet sich über die Wirkung der Flüssigkeits- strahl-Mischdüse 2 etwa um Faktor 3 bis 4 höher im Gärtank 1 ab. Die auf diese Weise im Gärtank 1 angetriebene Flüssigkeitsmasse wird durch die Reibungskräf- te des Treibstromes T nochmals um den Faktor 2 bis 3 erhöht. Die umgewälzte Ftüssigkeitsmasse im Gärtank 1 entspricht schließlich etwa der 8-bis 10-fachen durch die Pumpe 12 umgewälzten Flüssigkeitsmasse. Eine Frequenzregelung der Pumpe 12 ermöglicht eine Anpassung und Optimierung der Konvektionsströmung K im Gärtank 1.

Solite im Kopfraum des Gärtanks 1 der Schaum zu hoch steigen, gibt eine Schaumüberwachungssonde 21 einen Alarm oder eine Meldung an eine Steue- rung 17. Diese öffnet das Absperrventil 6, schließt das Absperrventil 9.2 und führt einen Teilstrom oder den ganzen Strom zu einem Reinigungskopf 18 im Kopfraum des Gärtanks 1, so daß durch Versprühen des Förderstromes auf die Schaum- decke diese zerschlagen und nach unten gespült wird. Nach Freiwerden der Schaumüberwachungssonde 21 wird der Förderstrom wieder auf die Flüssig- keitsstrahl-Mischdüse 2 zurückgeschaltet. An einem Thermometer 19 ist die Substrattemperatur und an dem Manometer 15 ist der Treibdruck der Flüssig- keitsstrahl-Mischdüse 2 abzulesen. Die Schaugläser 11 und 16 ermoglichen die optische Kontrolle des Gärsubstrates.

Die Befüllung des Gärtanks 1 erfolgt über eine mit B und die Entleerung über eine mit E gekennzeichnete Leitung. Der Tankreinigungsvorlauf ist mit TV und der Tankreinigungsrücklauf ist mit TR bezeichnet. Die Zufuhr von Zuluft erfolgt über eine mit ZL bezeichnete Leitung, während die Abluft über eine Leitung AL abge- führt wird. Zur Entleerung des Gärtanks 1 und seiner zugeordneten Einrichtungen in die Umgebung ist ein in ein Gully ausmündendes Absperrventil 10 vorgesehen.

Mit der optionalen Ausgestaltung der Anordnung (Option 01 in Verbindung mit der Probenahmevorrichtung 14) kann der Gärverlauf im zylindrokonischen Gär- tank 1 gemessen werden (Bestimmung des Extraktgehaltes).

Wird die vorgeschlagene Anordnung mit einer Einrichtung zur Karbonisierung oder anderweitigen Begasung von Flüssigkeiten 20 (Option 02) ausgestattet, dann lassen sich mit dieser modifizierten Anordnung neue Anwendungsbereiche, die nachfolgend kurz umrissen sind, erschließen.

Das vorgeschlagene Verfahren und die Anordnung zu seiner Durchführung sind darüber hinaus anwendbar auf alle Flüssigkeiten, die beispielsweise mit einer Kreiselpumpe zu fördern sind.

Die Anwendung erstreckt sich u. a. auf * das Mischen von Getränken im Tank (Alsterwasser, Cola, Limonaden) ; die Karbonisierung der Mischgetränke im Tank durch Einstellen von Tankdruck und Temperatur (Kühlung); dabei erfolgt das Einblasen von C02 über einen statischen Mischer im Rahmen der in der Figur dargestellten Option 02 bis zur Sättigung, das Messen des CO2-Gehaltes über die Probenahmevorrichtung 14 oder über ein Inline-C02-Meßgerät im Rahmen der Ausgestaltung nach Option 01 ; # das Mischen und Nitrogenisieren flüssiger Lebensmittel im Rahmen der Option 02 ; das Homogenisieren von Flüssigkeiten mit Feststoffpartikein während der Ver- arbeitungszeit ; # das Entgasen von Flüssigkeiten im Tank (in vakuumsicheren Tanks ist u. U. die bis heute nicht gelöste Aufgabe der Entgasung (Sauerstoffentfernung) aus Zuckersirup möglich ; hierzu kann zur Partialdruckverschiebung Stickstoff ver- wendet werden, der mit einer Anordnung gemäß Option 02 eingetragen wird) ; das Homogenisieren und Belüften von Erntehefe im Rahmen einer Anordnung gemäß Option 02.