Annette Schwill-Miedaner - Prozesstechnik und Technologie in der Brauerei

Die Scherfrequenz ist mathematisch das Produkt aus Rotordrehzahl und der Anzahl der Rotorzähne.

Anfänglich zeigten sich für die Dispergiertechnik zur Malzzerkleinerung Vorteile, wenn eine Alternative zur Hammermühle gesucht und/oder Rohfrucht verwendet wird. Die dispergierte Rohfrucht wird auf die erforderliche Verkleisterungstemperatur gebracht; das aufwendige Kochen entfällt, da die Dispergiertechnik eine vollständige Freilegung der nativen Stärkekörner ermöglicht. In der Praxis sind Infusionsverfahren bis zu 50 % Rohfruchtschüttung ohne Enzymdosage bzw. 100 % Rohfrucht mit Enzymzusatz anzutreffen. Die Enzymgaben können um 10–15 % reduziert werden. Der Vorteil der Dispergiermaschine ist unter dem bautechnischen Aspekt zu sehen. Aufwendige Förderanlagen inklusive der Schrotereiabteilung mit dem Schrotbunker und Exschutz entfallen. Der Dispax-Reaktor kann neben oder unterhalb des Maischbottichs aufgestellt werden. Zur Maischeförderung ist keine Pumpe erforderlich. Technologisch ist das sauerstoffarme Einmaischen, die Zerkleinerung erfolgt komplett im Wasser, von Vorteil. Es kann zusätzlich CO 2-Atmosphäre eingestellt werden. Als Nachteil ist der hohe Materialverschleiß in den Generatoren durch die abrasive Wirkung der Spelzen anzuführen.

Rührwerkskugelmühlen werden im Bereich der Feinst- und Kolloidmahlung eingesetzt. Die Mühle besteht aus einem Gehäuse (1) und einem Mahlbehälter (2). Dazwischen befindet sich ein Kühlkreislauf (KW), welcher der Suspensionserwärmung entgegenwirkt ( Abb. 1.22). Das zu zerkleinernde Produkt (Suspension mit einer Feststoffbeladung von 10 bis 50 Vol.-%) wird mit Mahlkörpern von 0,2–6 mm (z. B. Glas-, Keramik-, Stahlkugeln) versetzt (70–85 % Kugelfüllgrad). Durchmesser und Dichte derselbigen sind der jeweiligen Mahlaufgabe anzupassen. Der Mahlbehälter hat einen mehrstufigen Scheibenrührer (3) zur Bewegung des Inhalts. Die Suspension wird dem Behälter bei vertikaler Ausrichtung unten zugeführt und fließt oben über, wobei die Mahlkörper durch ein Sieb bzw. einen Deckel (5) zurückgehalten werden.

Abb. 1.22:Rührwerkskugelmühle

Die Nassschrotung erfolgt mittels einer 2- bzw. 4-Walzenmühle mit vorhergehender Weichkonditionierung. Üblicherweise haben die geriffelten Walzen einen Durchmesser von 300–400 mm. Bei einer 2-Walzenmühle mit einer Leistung von bis zu 40 t/h weisen die Walzen einen Durchmesser von 500 mm und eine Länge von 2000 mm auf und laufen mit der gleichen Drehzahl von bis zu 480 U/min. Die Spelzen werden beim Durchlauf eines Konditionierungsschachts durchfeuchtet (18–22 %). Ihre Elastizität wird erhöht und sie bleiben weitgehend intakt, was eine höhere spezifische Senkbodenbelastung des Läuterbottichs erlaubt ( Punkt 5.2). Der Mehlkörper nimmt nahezu keine Feuchtigkeit auf und kann daher gut zerkleinert werden. Der Schrotvorgang verursacht einen Widerstand auf den Walzen und macht eine regelmäßige Nachriffelung notwendig. Im Vergleich zum Dispax-Reactor® entsteht in Nassschrotmühlen aufgrund ihrer Konstruktion und viel geringeren Walzenumfangsgeschwindigkeit keine Beanspruchung durch Scherströmungen. Damit kann dieser Prozess im verfahrenstechnischen Sinn nicht eindeutig der Nasszerkleinerung zugeordnet werden. Bei der Nassschrotmühle wird der Füllstand des Weichschachts (Verweilzeit, Weichgrad) über die obere Speisewalze und Niveausonde geregelt ( Abb. 1.23). Die untere Speisewalze bestimmt die Schrotleistung. Das Malz durchläuft den Weichschacht, der keine weiteren Einbauten besitzt (früher Kaskaden) in 30–90 s und wird mit Wasser von 50–75 °C benetzt. Die Geometrie des Schachts muss so gewählt sein, dass ein gleichmäßiges Absinken des Inhalts über den ganzen Behälterquerschnitt gewährleistet ist ( Abb. 1.25). Der Massenfluss (A) wird durch glatte Wände und einen steilen Konuswinkel θ unterstützt. Das restliche Einmaischwasser wird unterhalb der Walzen (Walzenabstand bei einem Walzenpaar 0,3–0,4 mm) eventuell mit Milchsäure und unter Schutzgas zudosiert. Die Milchsäuredosage zum Weich- bzw. Einmaischwasser unterdrückt die enzymatisch-oxidative Wirkung der Lipoxygenasen ( Punkt 1.7.2). Insgesamt ist der Sauerstoffeinfluss bei der Nassschrotung minimiert und kann durch eine gekapselte Schrotung unter N 2/CO 2–Inertgas gänzlich ausgeschlossen werden ( Abb. 1.24). Unter der Mühle befindet sich die Maischepumpe, kombiniert mit einer Inducerschnecke (Vorsatzlaufrad), zur schonenden Förderung ( Abb. 1.23). Alternativ kommt auch eine Mohnopumpe zum Einsatz ( Abb. 1.24). Die bevorzugte Bauweise ist die 2-Walzenmühle. Das Schrot eignet sich für den Läuterbottichbetrieb. Da die Schrotzeit mit der Einmaischzeit zusammenfällt, ist eine hohe Schrotleistung erforderlich. Eine gute Malzvorreinigung einschließlich Magnet zur Metallabscheidung ist Voraussetzung, den Verschleiß der Walzen einzuschränken. Die Kontrolle des Nassschrots wird meist empirisch vorgenommen (Anbruch, Zerkleinerungsgrad). Die Beurteilung über Nasssiebung erfordert einen hohen Aufwand und die entsprechende Erfahrung. Außerdem sollte eine Kontrolle der Treber hinsichtlich des aufschließbaren Extrakts inklusive des Jodwerts erfolgen.

Abb. 1.23:Nassschrotmühle, Bauart 1, Variomill® [1.22]

Abb. 1.24:Nassschrotmühle, Bauart 2, Millstar®, optional Milchsäuredosage und Inertgasatmosphäre (gelbe Leitung) [1.23]

Abb. 1.25:Massen-/Kernfluss bei der Siloauslegung [1.9]

Die Elemente der dispersen Phase bestehen aus Partikeln. Wichtige Partikeleigenschaften sind Partikelgröße, Partikeloberfläche und Partikelform. Größe und Oberfläche (Dispersitätsgrößen) kennzeichnen die Feinheit des Systems. Im einfachsten und seltenen Fall handelt es sich um kugelförmige Partikeln. Bei unregelmäßig geformten Partikeln wird häufig der Äquivalentdurchmesser angegeben. Der Äquivalentdurchmesser ist der Durchmesser derjenigen Kugel, die unter gleichen physikalischen Bedingungen denselben Wert eines Feinheitsmerkmals liefert wie die betrachtete Partikel [1.24]. Geometrische Äquivalentdurchmesser sind beispielsweise der Durchmesser der volumengleichen Kugel d Vund der Durchmesser der oberflächengleichen Kugel d S. Physikalische Äquivalentdurchmesser können der Durchmesser einer Kugel mit gleicher Sinkgeschwindigkeit oder der Durchmesser einer Kugel mit gleicher Streulichtintensität sein. Bei der Berechnung wird allerdings nicht die einzelne Kugel, sondern die Durchmesserverteilung der Kugeln mit gleicher Eigenschaft (z. B. Sinkgeschwindigkeit) herangezogen. Die spezifische Oberfläche ist ebenfalls ein wichtiges Feinheitsmerkmal. Die volumenspezifische Oberfläche setzt sich zusammen aus