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Verfahren und Anlage mit doppeltem Dampfeffekt zum unmittelbaren vereinigten
Destillieren und Rektifizieren von Wein und anderen alkoholischen Gärungsprodukten
Um die unmittelbare vereinigte Destillation und Rektifikation von alkoholischen
Gärungsprodukten mit doppeltem Dampfeffekt durchzuführen, nimmt man allgemein die
Destillation, z. B. des Weins, unter atmosphärischem Druck vor und benutzt den so
in dampfförmigem Zustande frei gemachten Lutter zur Beheizung der Rektifikationskolonne.
Zu diesem Zweck rektifiziert man unter genügend hohem Vakuum und erzielt hierdurch
leicht eine Senkung um etwa 40 ' C für die Siedetemperaturen der verschiedenen Stufen
der Rektifikationskolonne mit Einschluß des unteren Teils der Kolonne. Daraus ergibt
sich eine mehr als ausreichende Temperaturspanne, um den alkoholischen, in dampfförmigem
Zustand befindlichen Lutter an Stelle des gewöhnlichen Kesseldampfes zur Beheizung
der Rektifikationskolonne auszunutzen.
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Dies bedeutet eine große Dampfersparnis, denn wenn die zu destillierenden
alkoholischen Gärungsprodukte, wie z. B. Wein, nicht über 5 ° Alkohol haben, dann
ist eine ausreichende Wärmemenge vorhanden, um die Rektifikation unter guten Bedingungen
durchzuführen; jedoch gibt es dabei eine ziemlich lästige Unbequemlichkeit, denn
infolge des Vakuums vermag man Auszüge von nichtpasteurisiertem Alkohol, pasteurisiertem
Alkohol, hochsiedenden Ölen, Fuselölen und Rückstandwasser nicht ohne Anwendung
einer Spezialpumpe für jeden der genannten Auszüge zu gewinnen; jedoch bedingen
diese Pumpen eine peinlich genaue Betriebsführung.
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Mittels der vorliegenden Erfindung werden diese genannten Schwierigkeiten
dadurch überwunden, daß man die Reihenfolge umkehrt, in welcher der doppelte Dampfeffekt
zur Wirkung kommt, d. h. daß man die Rektifikationskolonne mit allen ihren Abscheidungsvorgängen
unter atmosphärischem Druck arbeiten läßt, während die Destillationskolonne unter
Vakuum arbeitet. Der Dampf von reinem Alkohol vom spez. Gewicht o,81 aus der Rektifikationskolonne
bewirkt die Erschöpfung des Weins an Alkohol.
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In den beiden genannten Fällen ist die Dampfersparnis optimal, wenn
für jeden der beiden Arbeitsvorgänge etwa gleich viel Kaloriew aufzuwenden sind.
Dies ist namentlich der Fall für alkoholreiche Maischen der Korn-und Melassebrennerei
oder Traubenweine.
Nun bietet aber, besonders wenn es sich um Traubenweine
handelt, die Umkehrung- der Reihenfolge der beiden Arbeitsvorgänge andere, keineswegs
zu vernachlässigende Vorteile.
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Unter den in den Alkoholen vorkommenden Verunreinigungen sind die
Ester tatsächlich am schwierigsten zu entfernen. Wenn sie auch in dem Lutter in
sehr viel geringerem Verhältnis vorkommen als die höheren Alkohole, so kann man
zwar die letzteren vollständig zum Verschwinden bringen, dabei befinden sich aber
immer noch einige Gramm Ester im Hektoliter rektifizierten Alkohols.
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Nun wird durch die gewöhnliche Destillation unter atmosphärischem
Druck die W:rllidung eines kleinen Teiles des Alkohols mit den Säuren des Weines.hervorgerufen,
so daß sich Ester bilden, die vorher nicht vorhanden waren. Demgegenüber findet
unter einem Vakuum, bei dem die Siedetemperatur unter 6o' C liegt, diese Bildung
von Ester nicht- mehr statt. Die stichigen oder die geschwefelten Weine werden daher
nicht mehr Äthylacetat oder Äthylsulfit ergeben: Es entfällt daher die Notwendigkeit,
derartige Stoffe durch Rektifikation zu entfernen.
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Ein anderer Vorteil besteht darin, da:ß das Volumen der in die Destillationskolonne
eintretenden Flüssigkeiten fünf- bis sechsmal größer ist als das Flüssigkeitsvolumen
für die Rektifikationskolonne. Außerdem haben diese Flüssigkeiten eine merklich
höhere spezifische"-Wärme als Wasser. Es ist daher offenbar wirtschaftlich, die
Weine infolge des Vakuums nur auf etwa 4o' C zu erhitzen.
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Schließlich wird man; falls die Destillationskolonne etwas mehr an
Kalorien erfordert als die Rektifikationskolonne, gut daran tun, den unerläßlichen
Dampfzusatz nicht- in der Destillationskolonne, sondern vielmehr in. dem unteren
Teil - der Rektifikationskolonne vorzunehmen. Dieses bietet den Vorteil, . daß man
erheblich mehr Rückflußmenge und infolgedessen einen Alkohol erhält, der bedeutend
grädiger und besser raffiniert ist.
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Bei reinen Eindampfungsanlagen mit Mehrfacheffekt ist es bekannt,
das Destilliergut und den Heizdampf im Gegenstrom zu führen und den Druck in der
Richtung, in der das Destilliergut geführt wird, ansteigen zu lassen. Für reine
Destillationsanlagen kommen jedoch die mit der Erfindung verfolgten Zwecke und erreichten
Vorteile in ihrer Kombination nicht in Betracht.
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DieVorrichtung zur Durchführung des beschriebenen Destillierverfahrens
mit doppeltem Dampfeffekt ist in der Zeichnung veranschaulicht.
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Abb. i zeigt - den kontinuierlichen Lutterreiniger A mit seinem
Kondensator B und die kontinuierliche Rektifikationskolonne C, Cl mit ihrem
Kondensatorkühler E, ferner den Pasteurisierkühler F, den Dampfregler G, den Dekantierwäscher
H für die Öle und den Wärmeaustauscher J. Alle diese Apparate sind von üblicher
Durchschnittsbauart und 'haben die gewöhnliche Wirkung.
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Gemäß der Erfindung ist aber zwischen dem oberen Teil Cl der Rektifikationskolonne
und dem Kondensator E der Röhrenkörper D eingeschaltet, und dieser bildet den Erhitzer
für doppelten Dampfeffekt mit der Aufgabe, die Destillationskolonne K mit der ganzen
für sie benötigten Wärme zu versorgen.
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Für die Kolonne K benötigt man nicht ein sehr hoch getriebenes Vakuum.
Eine sehr leicht erreichbare absolute Spannung von i2o mm Quecksilbersäule dürfte
genügen, um den Wein im oberen Teil der Kolonne bei etwa 5i ° C sieden zu lassen.
Im unteren Teil der Kolonne ist die Siedetemperatur 46' C, wenn der Rückstand an
Alkohol erschöpft ist, da hier die absolute Spannung- etwa 18o mm Quecksilbersäule
beträgt. Da die alkoholischen Dämpfe aus dem oberen Teil der Rektifikationskolonne
79' C haben, besteht zwischen diesen beiden Temperaturpunkten eine Differenz
von i5', und diese genügt reichlich, um ein ordnungsgemäßes Sieden hervorzurufen,
sofern die Wärmeübertragungsfläche gut berechnet ist.
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Die Rückstände der Kolonne fließen durch die Leitung i-2 ab und werden
von der Schleuderpumpe V durch die Leitung 3-4 in den unteren Teil des Erhitzers
D gedrückt. Letzterer ist vorzugsweise ein Röhrenkörper. Wenn die Rückstände in
den von 79'C heißem Dampf umströmten Röhren hochsteigen, kommen sie sofort
zum Sieden und liefern einen Wasserdampf von 64'C, der durch die Leitung 5-6 zum
unteren Teil der Kolonne .Zurückströmt und dieser die ganze erforderliche D.estillationswärme
liefert. ' Der vom oberen Teil der Kolonne K mit 51' C abgehende Lutterdampf wäre
imstande, unter Zuhilfenahme eines Weinerhitzers den Wein bis auf etwa 42'C zu erwärmen.
Man verfügt aber über eine bessere Erwärmungsquelle in den Rückständen selbst, welche
die Kolonne mit 64'C verlassen und den Mein auf seinen Siedepunkt von etwa 51' C
zu erhitzen vermögen. L ist der betreffende Wärmeaustäuscher.
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Es ist jedoch zusätzlich noch ein kleiner Schlußerhitzer M vorgesehen,
der aus einer mit Frischdampf beheizten Rohrschlange besteht, um dem Wein noch mehr
Wärmemengen zuführen zu können. Unter diesen Umständen entwickelt sich die Kohlensäure
plötzlich infolge der Entspannung, und man vermeidet Schaumbildung in der Kolonne.
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N ist ein liegender, mit Wasser gekühlter Kondensatorkühler, in welchem
der Dampf mehrere Umläufe mit großer Geschwindigkeit
beschreibt,
wodurch die Kondensation ünd Kühlung erleichtert werden. An dem Austritt befindet
sich eine Scheideflasche 0. Der flüssige Lutter fließt abwärts durch die Leitung
7-8 zu der Pumpe P' und wird von dieser durch das Rohr- 9 in den Wärmeaustauscher
J und von hier durch die Leitung io-ii in den Lutterreiniger A gedrückt.
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Der gereinigte Lutter geht durch die Leitung 12-i3 in die Rektifikationskolonne
C, Cl.
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Die nicht kondensierten Gase werden andererseits aus der Flasche 0
durch die Leitung 1q.-15 von der Vakuumpumpe P angesaugt und durch die
-Leitung 16-17 in den Reiniger A gedrückt. Wie ersichtlich, kann auf diese
Weise kein Alkoholverlust, hervorgerufen durch die Vakuumpumpe, eintreten.
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Die Einrichtung ist sehr einfach und leicht zu betreiben. Übrigens
ist es sowohl bei Betriebsbeginn als auch für irgendeine beliebige Periode zulässig,
diese Gruppe in der üblichen Weise zu betreiben, d. h. also, die Kolonne K unter
Atmosphärendruck zu erhitzen.
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Für diesen Zweck ist im unteren Teil der Kolonne ein nicht dargestellter
Kocher zum Betrieb mit Frischdampf vorgesehen, um die unabhängige Erhitzung zu erreichen.
Man setzt sodann die Pumpe V still und öffnet den selbsttätigen Auslaß (Hahn S)
für die Rückstände ganz. Schließlich öffnet man den Hahn R und läßt durch diesen
die Kohlensäure in die Außenluft ab.
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Wie ersichtlich, läßt sich der etwaige Übergang von dem Betrieb mit
doppeltem Dampfeffekt zu dem unabhängigen Betrieb und umgekehrt sehr schnell vollführen.
Im Falle des unabhängigen Betriebes befindet sich der Erhitzer D nicht im Betrieb,
da man dann bei stillgesetzter Pumpe Y keine Rückstände mehr durch ihn hindurchgehen
läßt. Vielmehr leistet dann der Kondensatorkühler E die ganze Rückflußarbeit für
die Rektifikationskolonne, gerade als wenn ein doppelter Dampfeffekt nicht vorgesehen
wäre. Es ergibt sich daraus eine vollkommene Sicherheit.
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Wenn man die Destillation und Rektifikation von Weinniederschlägen
(Hefen) oder auch die Destillation aller anderen trüben oder dicken Flüssigkeiten,
wie Moste, auszuführen hat, dann kann das Verfahren noch mit einigen leichten Abänderungen
nutzbar- gemacht werden.
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In jedem Fall, in dem der gegorene Most dickflüssig ist, wird es tatsächlich
unzweckmäßig sein, die Rückstände des Mostes durch die Röhren des Erhitzers D für
doppelten. Dampfeffekt, so wie es in Abb. i dargestellt ist, hindurchgehen zu lassen;
denn Verstopfungen würden die Folge sein, die den Betrieb der Einrichtung hemmen
würden.
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Diese ganz spezielle Schwierigkeit läßt sich mit der Anordnung gemäß
Abb. 2 überwinden. In dieser Abbildung haben die nicht abgeänderten Organe die Bezugszeichen
gemäß Abb. i behalten.
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Die Menge des in dem unteren Teil der Rektifikationskolonne C aufgewendeten
Dampfes ist gleich der Menge des von der Destillationskolonne K benötigten Dampfes,
da die in der Rektifikationskolonne vorhandene Wärmemenge allein für das Sieden
in der Kolonne K genügt.
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Man muß daher, wie bereits gesagt ist, in dem unteren Teil der Rektifikationskolonne
C den erforderlichen Dampf erzeugen, der zum Betriebe der Rektifikation derart erforderlich
-ist, daß diese auch die Destillation herbeiführt. Es ist wiederholt zu betonen,
daß das Gewicht an Dampf, der im unteren Teil. der Rektifikationskolonne aufzuwenden
ist, in einem unmittelbaren Verhältnis zu dem Heizungsbedarf für die Kolonne K steht.
Abgesehen von den Verlusten infolge Strahlung und infolge der Wirkung des Kühlers
E sind diese beiden Wärmemengen fast vollkommen gleich.
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Es besteht mithin die Möglichkeit für die nachstehend beschriebene
Anordnung, um die dicken Rückstände nicht mehr durch den Erhitzer D hindurchgehen
zu lassen.
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Diese Anordnung besteht darin, daß man am unteren Teile der Rektifikationskolonne
Oberflächenerhitzung und nicht mehr das Kochen mit Dampf vorsieht, d. h. also entweder
eine Rohrschlange S oder einen Röhrenkörper anwendet.
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Indem der Frischdampf seine Kalorien an die Rektifikationskolonne
abgibt, kondensiert er sich; man muß daher das aus reinem, destilliertem Wasser
bestehende Wasserkondensat abführen. Zu diesem Zweck, schaltet man einen selbsttätigen
Abzug d ein. Infolge des starken, in der Rohrschlange S herrschenden Druckes kann
das Wasser aus dem Abzug d sehr leicht bis zur oberen Stufe der Destillations= kolonne
hochsteigen, und dies mit um so größerer Leichtigkeit, da es in den Erhitzer D gedrückt
wird und dieser unter Vakuum arbeitet. Man wird daher nicht zu pumpen und keine
Regelung vorzusehen brauchen, weil ja doch alles kondensierte Wasser in dem Erhitzer
D wieder verdampft werden muß, um die Destillation in der Destillationskolonne E
herbeizuführen.
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Es ist somit verständlich, daß das Verfahren sich nicht dadurch ändert,
daß man anstatt der 'Rückstände der Destillationskolonne vielmehr reines Wasser
zum Sieden bringt. Die Verdampfung wird nach Wert und Menge übereinstimmend sein,
und folglich wird bezüglich des Betriebes der Destillationskolonne K keine Veränderung
eintreten. .
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Zwischen den Anordnungen gemäß Abb. i und 2 bestehen noch einige weitere
nebensächlichere Unterschiede.
Weil es sich um äußerst dickflüssige
Maischen handelt, ist es nicht möglich, die Kalorien der erschöpften Rückstände
so wie bei L in Abb. i zum Wärmeaustausch heranzuziehen, denn ein solcher Austauscher
würde sich sofort verstopfen. Man muß daher auf das altbewährte Verfahren zurückgreifen,
die Maische durch einen Weinerhitzer NI vorzuwärmen, d. h. die latente Wärme der
alkoholischen Dämpfe auszunutzen, die im oberen Teil der Kolonne. K frei werden.
Hinter dem Weinvorwärmer befindet sich, wie üblich, ein Kühler N2.
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Gemäß einer noch weiteren Abänderung ist die Pumpe, die zur Herstellung
des Vakuums oben in der Kolonne K bestimmt ist, durch einen einfachen Dampfejektor
P2 ersetzt. Die heute gebauten Ejektoren arbeiten mit vollkommener Regelmäßigkeit,
und da man nicht auf die Erzeugung eines hohen Vakuums angewiesen ist, entsprechen
sie dem tatsächlichen Bedarf sehr gut.
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Der Ejektor P2 bietet den großen Vorteil, daß die Mischung von entspanntem
Dampf und durch diesen Dampf angesaugtem Gas noch fast alle Kalorien der latenten
Dampfwärme enthält und daß diese Kalorien hervorragend ausnutzbar sind.
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Hierfür besteht unter anderem .die sehr einfache Ausnutzungsmöglichkeit,
daß man die Maische vor ihrem Eintritt in die Kolonne K überhitzt. Tatsächlich haben
gerade infolge des Vakuums die aus der Kolonne K abgehenden Dämpfe nicht mehr als
ungefähr 55'C, und hierdurch kann die Maische nicht über etwa 45'C hinaus erhitzt
werden.
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Wenn man aber den Most beim Austritt aus der Rohrschlange des Weinvorwärmers
NI
durch eine zweite Rohrschlange Q abwärts strömen läßt, die ihrerseits von
den aus dem Ejektor kommenden Dämpfen umströmt wird, dann wird man dem Wein infolge
der dadurch stark erhöhten Temperaturdifferenz eine Temperatur geben können, die
unzweifelhaft über seinem Siedepunkt in dem Vakuum liegt. Dieser letztere Umstand
ist sehr günstig, weil der Wein bei seinem Eintritt in die Kolonne K sofort alle
seine Kohlensäure verliert und daher auf den oberen Kochplatten viel weniger Schaumbildung
erfolgt. Die in dem Erhitzer Q kondensierte Flüssigkeit ist leicht alkoholisch und
nicht gereinigt. Eine Leitung 18-i9, die einen Flüssigkeitsverschluß bildet, führt
die betreffende Flüssigkeit dem kontinuierlichen Reiniger A zu. Bezüglich der wie
vorstehend abgeänderten Einrichtung läßt sich sagen, daß diese nicht nur zur Destillation
und Rektifikation für dickflüssige Moste aus Weinniederschlägen (Hefen), aus Korn
oder von sonstiger Herkunft, sondern auch von allen klaren Weinen dienen kann.