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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Destillationsvorrichtung.
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Im
Zuge einer Destillation wird ein flüssiges Gemisch verschiedener
ineinander löslicher
Stoffe erwärmt
und der dabei entstehende Dampf über
einen Kühler
in ein Kondensat überführt. Aufgrund
der unterschiedlichen Zusammensetzung des Gemisches entsteht beim
Erwärmen
Dampf, der je nach Temperatur eine ebenfalls unterschiedliche Zusammensetzung
aufweist, sofern sich die Siedetemperaturen der einzelnen Komponenten
des Gemisches voneinander unterscheiden. üblicherweise wird eine Destillation
beim Brennen von Alkohol, beim Verarbeiten von Erdöl in der
Raffinerie und bei der Herstellung sonstiger organischer Verbindungen
eingesetzt.
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Bei
der Destillation wird zunächst
das Ausgangsgemisch zum Sieden gebracht. Der entstehende Dampf,
der sich aus den verschiedenen Komponenten der zu trennenden Lösung zusammensetzt, wird
in einem Kondensator (z. B. Röhrenkühler) kondensiert.
Im Anschluss wird das flüssige
Kondensat aufgefangen.
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Es
hat sich in der Praxis herausgestellt, dass in der Regel beim Kondensieren
des Dampfes nicht der gesamte Dampf in Kondensat umgewandelt wird und
ein Restdampf ungenützt
bleibt, der gegebenenfalls an die Umgebung abgegeben werden kann.
Dieser Restdampf kann höhersiedende
Bestandteile des Ausgangsgemisches enthalten. Diese höhersiedenden
Bestandteile können,
beispielsweise bei der Destillation von Obstbränden, für die Qualität des zu
gewinnenden Destillats von entscheidender Bedeutung sein.
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung und ein
Verfahren unter Verwendung dieser Vorrichtung zur Verfügung zu
stellen, bei der der beim Kondensieren entstehende Restdampf gewonnen
wird.
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Die
vorliegende Anmeldung betrifft eine Vorrichtung zur Destillation
einer Flüssigkeit
zu einem Destillat mit einem Verdampfer zum überführen der Flüssigkeit von der flüssigen Phase
in die Dampfphase und mit einem dem Verdampfer nachgeschalteten Kondensator
zur Kondensation der Dampfphase zu einem Destillat, wobei der Kondensator
mindestens eine Dampfzuleitung vom Verdampfer und mindestens eine
Kondensatableitung aufweist, wobei an der Kondensatableitung mindestens
ein Auffangbehältnis für das Destillat
angeordnet ist, wobei die Kondensatableitung und/oder das mindestens
eine Auffangbehältnis
eine Dampfableitung für
Restdampf aufweist, wobei die Dampfableitung über den Kondensator zum mindestens
einen Auffangbehältnis oder
zu einem weiteren Auffangbehältnis
geführt wird.
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Mit
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
wird der bei einer Destillation nach dem Kondensator anfallende
Restdampf über
eine Dampfableitung wieder über
den Kondensator geleitet, wodurch das Kondensat des Restdampfes
gewonnen werden kann. Durch das Durchleiten des Restdampfes über den
für die
Destillation verwendeten Kondensator wird ein weiterer zusätzlicher
Kondensator oder eine Kühlfalle
eingespart, was u. a. zu einer Kostenreduktion und Effizienzsteigerung
der Destillatproduktion führt.
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Durch
das Kondensieren des Restdampfes wird zudem verhindert, dass für das Endprodukt wichtige
Bestandteile im Zuge der Destillation verloren gehen und dass Restdampf
an die Umgebung abgegeben wird. Beispielsweise kann damit bei der Herstellung
von Edelbränden
verhindert werden, dass Aromen verloren gehen.
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Der
erfindungsgemäße Kondensator
weist somit eine Primärkühlung und
eine Sekundärkühlung auf.
Im Zuge der Primärkühlung wird
der vom Verdampfer erzeugte Dampf als Kondensat gewonnen. In der
Sekundärkühlung wird
der Restdampf, der nicht durch die Primärkühlung kondensiert wurde, als Kondensat
gewonnen. Durch die Kondensation des Dampfes (z. B. beträgt das Volumenverhältnis von
Alkohol (Ethanol) zwischen flüssigem
und gasförmigem
Zustand ca. 1:2000 cm3) entsteht ein Druckgefälle und
infolgedessen eine Strömung,
so dass der Restdampf durch die Dampfableitung über den Kondensator geleitet
wird. Dadurch ist es nicht nötig,
weitere technische Hilfsmittel zum Transport des Restdampfes durch
den Kondensator vorzusehen. Jedoch kann hilfsweise beispielsweise
eine zusätzliche Pumpe
vorgesehen sein.
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Die
Auffangbehältnisse,
in denen das Kondensat der Primär-
und Sekundärkühlung aufgefangen
wird, können – wenn diese
ohnehin nicht ident sind – miteinander
verbunden sein.
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Das
Kondensat des Restdampfes wird in ein Auffangbehältnis überführt, in welchem das Kondensat
der Kondensatableitung aus dem Kondensator gesammelt wird.
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Das
Auffangbehältnis
kann in Form eines Verteilergefäßes ausgestaltet
sein. Das Verteilergefäß eignet
sich zur Trennung des Destillats und des Restdampfes.
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Das
mindestens eine Auffangbehältnis
weist vorzugsweise die Form eines Siphons auf.
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Der
Siphon füllt
sich im Laufe der Destillation mit Kondensat, welches als Dampfsperre
zwischen der mindestens einen Dampfableitung und dem Zulauf des
Kondensat des Restdampfes zum Auffangbehältnis dient.
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Nach
abgeschlossener Destillation wird das Destillat aus dem Auffangbehältnis abgelassen.
Daher ist vorzugsweise am mindestens einem Auffangbehältnis ein
Ablassventil vorgesehen. Das Ablassventil kann von jeglicher Gestalt
sein und kann pneumatisch oder manuell betätigt werden.
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In
bisherigen Destillationsverfahren zur Herstellung von Obstbränden wird
beispielsweise die Siedetemperatur der Obstmaische auf die physikalischen
Rahmenbedingungen beschränkt,
welche durch den natürlichen
Luftdruck definiert sind.
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Die
Nachteile dieser Verfahren bestehen darin, dass die hohe Siedetemperatur
und die Dauer der Destillation, die – je nach Fassungsvermögen der Brennblase – mehrere
Stunden dauern kann, zur Zerstörung
temperaturempfindlicher Aromen führt.
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Um
diese Nachteile zu überwinden,
kann die erfindungsgemäße Vorrichtung
unter Unterdruck (d. h. einem im Verhältnis zum Umgebungsdruck reduzierten
Druck) gesetzt werden. Dadurch kann die Siedetemperatur der Destillationsvorlage
(z. B. Obstmaische bei Obstdestillaten) reduziert werden. Daher
ist vorzugsweise am ersten oder zweiten Auffangbehältnis eine
Vakuumpumpe angeordnet. Am meisten bevorzugt ist die Vakuumpumpe
an jenem Auffangbehältnis
angeordnet, an dem das Destillat des Restdampfes gewonnen wird (nach
der Sekundärkühlung).
Dadurch wird verhindert, dass der Restdampf über die Vakuumpumpe aus der
Vorrichtung ungenutzt abgezogen wird.
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Um
zu verhindern, dass in der erfindungsgemäßen Vorrichtung erzeugtes Kondensat
aus der Vorrichtung entfernt wird, ist, wenn die Vorrichtung mehr
als ein Auffangbehältnis
aufweist, vorzugsweise zwischen dem ersten und dem zweiten Auffangbehältnis ein
Ventil, vorzugsweise ein Rückschlagventil, vorgesehen.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung ist an dem mindestens einen Auffangbehältnis ein
Aräometer
angeordnet.
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Mit
Hilfe des Aräometers
kann im Laufe der Destillation der Alkoholgehalt des Destillats überprüft werden.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist der Kondensator ausgewählt aus
Röhrenkühler, Tellerkühler und
Zargenkühler.
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Der
in der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehene
Kondensator ist ein beliebiger Kühler, wie
diese in allgemein üblichen
Destillationsvorrichtungen eingesetzt werden. Besonders bevorzugt
wird ein Röhrenkühler eingesetzt.
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Ein
weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft die Verwendung
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
zur Destillation von Alkohol, insbesondere zur Destillation von
Obstbränden.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
kann zur Destillation verschiedener flüssiger Gemische eingesetzt
werden.
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Ein
noch weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren
zur Herstellung von Obstbränden
bzw. Obstdestillaten, bei dem ein Destillat unter Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung
aus einer Obstmaische gewonnen wird.
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Mit
Hilfe dieses Verfahrens, insbesondere bei Einsatz einer Vakuumpumpe
zur Reduktion des Drucks in der Vorrichtung, kann die Siedetemperatur der
Obstmaische auf ca. 35°C
gesenkt werden, wodurch die Aromen der Obstmaische authentisch in das
Destillat überführt werden.
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Außerdem kann
damit das Angebot an Obstbränden
um jene Früchte
erweitert werden, welche bekannter Weise derart empfindliche Aromen
beinhalten, dass diese durch herkömmliche Destillationsverfahren
nicht in befriedigender Qualität
hergestellt werden können.
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Mit
der Kondensation des bei der Destillation üblicherweise erzeugten nicht
kondensierten Restdampfes kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
bzw. mit der Vorrichtung eine gegenüber dem herkömmlichen
Destillieren höhere
Edelbrand-Ausbeute
erzielt werden.
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Bei
Anlegen eines Unterdrucks im Zuge der Destillation kann die Brenntemperatur
auf ca. 35°C bis
40°C reduziert
werden, was eine entsprechend geringere Oxidation zur Folge hat,
wodurch auch die Brennblasen-Reinigung reduziert werden kann, womit
an Reinigungsmittel- und Arbeitszeitaufwand bzw. Kosten etwa zwei
Drittel eingespart werden.
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Aufgrund
der bereits beim Brennvorgang bzw. unmittelbar danach, erreichten
hohen Qualitätsmerkmale
bzw. einer weit rascheren Vervollkommnung der Brände kann auf längere Lagerzeiten
verzichtet werden bzw. eine entsprechend frühere Vermarktung erfolgen.
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Durch
die bei Verwendung einer Vakuumpumpe reduzierte erforderliche Heiztemperatur
von unter 50°C
kann die nötige
Heizleistung signifikant reduziert werden, wodurch auch die Energiekosten entsprechend
reduziert werden. Unter Verwendung einer Wärmetauschpumpe (Wärme-Rückgewinnung aus
dem Kondensator) kann die so gewonnene Wärme ebenso Energie einsparend
zum Vorheizen der Maischen genutzt werden.
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War
das Destillieren von Obstmaischen bisher meist mit 150 Liter Brennblasen
begrenzt, um durch ein langes Destillieren nicht zusätzlich Aromen und
Geschmack zu verlieren, wird jetzt die Aromen- und Geschmacksqualität mit großen Brennblasen (500,
1000 und mehr Liter) bzw. mit weit längeren Destillationszeiten
in keiner Weise beeinträchtigt.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung kann die hierin beschriebene Vorrichtung zur Destillation
von Flüssigkeiten,
vorzugsweise Alkohol, insbesondere zur Destillation von Obstbränden eingesetzt
werden, wobei ein derartiges Verfahren die Schritte umfassen kann:
- a) Erwärmen
eines flüssigen,
gegebenenfalls alkoholhaltigen, Ausgangsmaterials in einem Verdampfer,
- b) Überführen des
in Schritt a) gebildeten Dampfes in einen Kondensator zum Erzeugen
eines Kondensates,
- c) Sammeln des Kondensates in einem Auffangbehältnis,
- d) Rücküberführen des
bei der Kondensation anfallenden Restdampfes in den Kondensator
aus Schritt b) über
eine Dampfableitung, welche am Auffangbehältnis und/oder Kondensatableitung des
Kondensators angeordnet ist, und
- e) Gewinnen des Restdampfkondensats.
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Bei
diesem Verfahren wird der Restdampf, das ist jener Anteil des Dampfes,
welcher bei der Kondensation eines Dampfes („Primärdampf”) nicht kondensiert, über den
Kondensator geführt,
so dass auch der Restdampf kondensiert. Dadurch lassen sich leichter
flüchtige
Substanzen rückgewinnen
und dem Kondensat aus dem Primärdampf
zuführen.
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Um
die Bestandteile des Ausgangsprodukts zu schonen ist es von Vorteil
vor Schritt a) den Druck in der Destilliervorrichtung im Verhältnis zum
Umgebungsdruck zu reduzieren. Durch eine Reduktion des Druckes in
der Destilliervorrichtung wird die Siedetemperatur der flüchtigen
Bestandteile des Ausgangsprodukts reduziert.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform wird
der Druck in der Destilliervorrichtung vor Schritt a) auf unter
500 mbar, vorzugsweise unter 250 mbar, noch mehr bevorzugt auf unter
150 mbar, am meisten bevorzugt auf unter 100 mbar, insbesondere
auf ungefähr
80 mbar, gesenkt.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
umfasst der Kondensator ein Kühlmittel, welches
vorzugsweise auf eine Temperatur von –20°C bis +5°C, noch mehr bevorzugt von –10°C bis 0°C, eingestellt
werden kann. Durch die Verwendung eines Kondensators, der in der
Lage ist an der Kontaktfläche
mit dem Dampf diese Temperaturen zu erzielen, können die im Dampf befindlichen
flüchtigen Substanzen
im wesentlichen vollständig
kondensiert werden. Wird der Druck in der Destilliervorrichtung reduziert
empfiehlt es sich auch die Temperatur im Kondensator zu reduzieren.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
kann nicht nur zur Destillation von Alkohol verwendet werden, sondern
auch für
sonstige flüchtige
Substanzen wie flüchtige
Ester oder flüchtige
Säuren.
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Die
gegenständliche
Erfindung wird durch folgende Figuren näher illustriert, ohne jedoch
auf diese beschränkt
zu sein.
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1 zeigt
einen erfindungsgemäßen Kondensator.
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2 zeigt
eine bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, bei der der erfindungsgemäße Kondensator
in einer Vorrichtung zur Destillation von Alkohol unter Verwendung
einer Vakuumpumpe vorgesehen ist.
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Der
in 1 dargestellte Kühler verfügt über eine dem üblichen
Kühlsystem
nachgeordnete Sekundärkühlung, welche
eine fast vollständige
Kondensation des Restdampfes ermöglicht.
Neben der höheren
Ausbeute wird beispielsweise bei Destillation von Obstbränden auch – aufgrund
des überdurchschnittlichen
Gehalts an Alkohol und Aromen im Dampf – eine qualitative Verbesserung
der erzeugten Spirituose erreicht.
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Von
der Brennblase 1 strömt
Dampf durch das Geistrohr 2 in den Primärkühler (Röhren-, Teller- oder Zargenkühler) 3.
Das im Kühler 3 entstehende Kondensat
fließt
durch die Leitung 4 in den Siphon 30, welcher
im gefüllten
Zustand als Dampfsperre dient. Der Restdampf wird über Leitung 31 in
die Kühlschlange 18 gezwungen.
Der hier kondensierte Dampf fließt zusammen mit dem Kondensat
aus der Leitung 4 über
den Ablaufstutzen 32 in ein Auffanggefäß.
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Über die
Wasserleitung 24 und 25 wird die Kondensationsenergie
im Gegenstrom abgeführt. Der
Siphon 30 wird über
den Auslasshahn 33 entleert.
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In 2 ist
eine Destillationsvorrichtung dargestellt, welche den erfindungsggemäßen Kühler bzw.
Kondensator aufweist. Von der Brennblase 1 strömt Dampf
durch das Geistrohr 2 in den Primärkühler (Röhrenkühler) 3. Das im Kühler 3 entstehende
Kondensat fließt
durch die Leitung 4 in die Alkoholvorlage 5, weiter
durch die Leitung 6, wo es durch die Drei-Weg-Kugelhähne 7 und 8 auf
das Vorlaufgefäß 9,
das Mittellaufgefäß 10 sowie
das Nachlaufgefäß 11 verteilt
wird.
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Der
aktuelle Alkoholgehalt des Destillats kann durch das Schauglas 12 über den
Aräometer 13 abgelesen
werden.
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Der
Füllstand 14 – bedingt
durch die Alkoholvorlage 5 – verhindert zusammen mit Ventil 15 das Eindringen
von Restdampf in die Gefäße 9, 10 und 11.
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Die
Leitung 16 transportiert allfälligen Überdruck aus den Gefäßen 9, 10 und 11 über das
Ventil 15 in das Verteilergefäß 17, und von dort
aus gemeinsam mit dem Restdampf aus dem Primärkühler 3 in den Sekundärkühler 18.
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Das
Kondensat aus dem Kühler 18 fließt in die
Leitung 19, welche mit der Leitung 4 verbunden ist.
Das Rückschlagventil 20 verhindert
das Ansaugen des Kondensats bei Evakuierung der Anlage durch die
Vakuumpumpe 21.
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Die
Kondensationsenergie aus dem Primärkühler 3 und dem Sekundärkühler 18,
welche von einem isolierten Kühlmantel 22 umgeben
sind, wird durch den Umlaufkühler 23 abgeführt.
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Als
Kühlflüssigkeit
dient eine Glykol-Wassermischung, welche durch die Leitung 24 (Vorlauf)
und durch die Leitung 25 (Rücklauf) zirkuliert.
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Über die
Kugelhähne 26, 27, 28 und 29 wird die
Anlage nach erfolgtem Druckausgleich entleert.