Prozesstechnik und Technologie in der Brauerei

Annette Schwill-Miedaner

• Verlag: Fachverlag Hans Carl
• Jahr: 2021
• eBook-ISBN: 9783418009292
• Thema: Technik & Maschinenbau
• Thema: Bau- & Architekturtechnik

Der Brauprozess bzw. die Bierbereitung ist im Grunde genommen eine Aneinanderreihung von verfahrenstechnischen Grundoperationen unter Einbeziehung von langjähriger brautechnologischer Wissenschaft. Das erste Buch "Verfahrenstechnik im Brauprozess" hatte die Zielsetzung, diesen Zusammenhang aufzuarbeiten.Im folgenden Buch "Prozesstechnik und Technologie in der Brauerei" bleibt dieser Leitgedanke erhalten. Allerdings ergibt sich aufgrund von Entwicklungsarbeiten im Bereich der Sudhaustechnik der letzten 6 Jahre eine Schwerpunktverschiebung hin zur Technologie. Durch den somit zusätzlich gewonnenen Einfluss auf die stoffliche Zusammensetzung der Würze sind neue Stellschrauben verfügbar, die sich im ganzen Kaltbereich, von der Gärung angefangen über die Stabilisierung bis zum fertigen Produkt auswirken.Desweiteren werden die Kapitel zur Filtrations- und Stabilisierungstechnik aktualisiert.Das Buch wendet sich gleichermaßen an die Studierenden des Brauwesens wie an die Praktiker in Brauereien und Zulieferindustrie und soll als kompaktes Nachschlagewerk dienen. Neben der verfahrenstechnischen Betrachtung werden auch grundlegende hydrodynamische, thermodynamische, physikalisch-chemische und technologische Zusammenhänge aufgegriffen. Die Optimierung der Qualität des Endprodukts Bier steht dabei stets im Vordergrund.

1ZERKLEINERN – SCHROTEN

1.1ALLGEMEINES

Zerkleinerungsprozesse spielen bei der Verarbeitung von festen Stoffen in zahlreichen Industriebereichen (Baustoffindustrie, Bergbau, chemische und pharmazeutische Industrie, Lebensmittelindustrie usw.) eine maßgebliche Rolle. Der Vorgang des Zerkleinerns ist Bestandteil des Produktionsablaufs. Er liefert die Basis für weitere verfahrenstechnische Schritte (z. B. Sortieren, Mischen, Agglomerieren) und thermische und/oder chemische Umsetzungen. Man definiert die Zerkleinerung als das Zerteilen eines Feststoffgefüges in Teilstücke unter der Wirkung mechanischer Kräfte [1.1]. Damit ist eine Vergrößerung der spezifischen Oberfläche des zu zerkleinernden Guts, eine Verringerung der Korngrößen bzw. eine Veränderung der Korngrößenverteilung verbunden. Der neue Dispersitätszustand beeinflusst die nachfolgenden Prozesse (z. B. Maischen, Läutern). Infolge der vergrößerten Oberfläche können physikalische und chemische Reaktionen schneller ablaufen. Ob dies bei der Würzebereitung zutrifft, wird an späterer Stelle brautechnologisch diskutiert. Weiterhin tritt durch die Zerkleinerung u. a. eine Veränderung der Fließfähigkeit und Mischbarkeit sowie bestimmter Austauschvorgänge ein.

1.2BRUCHMECHANISCHE GRUNDLAGEN

Als Bruch wird die zum Verlust der Tragfähigkeit eines Festköpers führende Stofftrennung im makroskopischen Bereich definiert, bei dem durch äußere oder innere mechanische Spannungen die atomaren bzw. molekularen Bindungen aufgehoben werden [1.2]. Jedem Bruch geht eine Deformation in der beanspruchten Zone voraus. Damit ist die zur Zerkleinerung erforderliche Energie von der Größe des deformierten Bereichs, von den elastischen Eigenschaften des beanspruchten Festkörpers und von der Beanspruchungsart abhängig. Der Bruchvorgang basiert unter Annahme idealer Bedingungen auf folgender Vorstellung [1.2, 1.3]:

Ein fester Körper setzt sich aus einer Vielzahl kleinster Elementarteile zusammen z. B. Ionen, Atome, Moleküle, Kristalle. Seine Elastizität wird durch die Kraftwirkungen zwischen den Elementarteilen, den inneren Kräften (Gitterkräfte) bestimmt. Als mögliche Bindungsart unterscheidet man kovalente Bindungen, Ionenbindungen, metallische Bindungen und Van-der-Waals-Bindungen. Die aus der Deformation der inneren Elektronenschalen resultierenden abstoßenden Kräfte F_S und die aus der Massewirkung resultierenden anziehenden Kräfte F_Z wirken als innere Kräfte. Wenn auf den Feststoffkörper keine äußeren Kräfte einwirken, stehen die inneren Kräfte im Gleichgewicht. Die Elementarteilchen nehmen dann einen bestimmten Abstand r₀ zueinander ein (Abb. 1.1).

Abb. 1.1:Schematische Darstellung der Kraftwirkungen zwischen benachbarten Elementarteilchen eines Feststoffkörpers [1.2]

Der Bruch tritt ein, wenn die Wechselwirkungskraft F_max bei r_max überwunden wird. Die inneren Kräfte stehen nun nicht mehr im Gleichgewicht zueinander. Die Einwirkung von äußeren Kräften in Form von Zug- oder Schubspannungen (Abb. 1.2) führt zwischen den Elementarteilchen zu einer Abstandsvergrößerung r > r_max. Zur Einleitung des Bruchs muss einem Feststoffteilchen die nach Gleichung (1.1) ermittelte Bruchenergie zugeführt werden.

WBr =	Bruchenergie
r =	Abstand zwischen den Elementarteilchen
r0 =	Abstand zwischen den Elementarteilchen im Ruhezustand
rmax =	Abstand zwischen den Elementarteilchen beim Einsetzen der Rissbildung
F =	Kraft

Abb. 1.2:Bruchverhalten (Trennbruch, Gleitbruch)

Der Zerkleinerungsvorgang kann in zwei Abschnitte unterteilt werden. Zuerst erfolgt die elastische Deformation in der Bruchzone, wodurch die zum Bruch erforderlichen Spannungen aufgebaut werden. Darauf folgt der eigentliche Bruchvorgang, der neue Grenzflächen schafft.

Abb. 1.3:Linear-elastisches Materialverhalten nach [1.4]

Man unterscheidet drei verschiedene Arten des Materialverhaltens von festen Stoffen: linear-elastisches, elastisch-plastisches und visko-elastisches Verhalten. Beim linear-elastischen Materialverhalten (Abb. 1.3) besteht eine Proportionalität zwischen der Dehnung ε und der Spannung σ.

σ =	Bruchspannung
E =	Elastizitätsmodul
Δx =	Längenänderung unter Krafteinwirkung
x =	charakteristische Abmessung

Spröde Stoffe haben ein hohes Elastizitätsmodul E (Stoffwert). Dem Sprödbruch geht nur eine geringe Verformung voraus. Nach einem kurzen Verformungsweg (Dehnung ε_B) baut sich eine hohe Spannung auf, was beim Erreichen der Bruchspannung σ_B einen Materialbruch zur Folge hat. Gummielastische Stoffe dagegen erfahren bereits durch kleine Spannungen eine deutliche Verformung, die Rissausbreitung schreitet langsam voran [1.4]. Die jeweils eingezeichnete Fläche unter σ-ε stellt die auf die Volumeneinheit bezogene eingebrachte Energie (erforderliche Zerkleinerungsarbeit bis zum Erreichen des Bruchs) dar.

Malz erfordert, bedingt durch seine spröden Eigenscha...

Inhaltsverzeichnis

• Cover
• Titel
• Impressum
• Vorwort
• Inhalt
• 1 Zerkleinern – Schroten
• 2 Maischen
• 3 Rühren
• 4 Kontinuierliches Maischen
• 5 Abläutern
• 6 Würzekochung
• 7 Heißtrubentfernung
• 8 Würzekühlung
• 9 Belüftung
• 10 Kühltrubentfernung
• 11 Gärung und Reifung
• 12 Filtration
• 13 Stabilisierung
• 14 Probennahme
• 15 Anhang
• Register