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Verfahren zur Gewinnung von Brauwasser durch Ionenaustausch
Bei der
Verwendung von Wässern für Brauzwecke werden häufig ein zu hoher Carbonatgehalt
und vorhandene Magnesiahärte als störend angesehen, da beide den Geschmack des Bieres
nachteilig beeinflussen. Die bekannten Ionenaustauschverfah ren zur Wasseraufbereitung
liefern entweder ein enthärtetes, entsalztes oder teilentsalztes Wasser. Carbonathaltige
Rohwasser, die auf diese Weise aufbereitet worden sind, enthalten an Stelle der
Härtebildner Natriumsalze, keine Salze oder die Natriumsalze der Mineralsäuren.
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Für Brauzwecke besonders erwünscht ist jedoch ein relativ weiches,
von Magnesium und Carbonathärte möglichst freies Wasser, welches noch Härtebildner
enthält.
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Es wurde nun gefunden, daß man durch Ionenaustausch ein magnesiumfreies
Brauwasser unter gleichzeitiger Beseitigung der Carbonathärte und Erhaltung der
bleibenden Härte des Rohwassers erhält, wenn man mit Wasserstoffionen beladene Austauscher
neben mit Calciumionen beladenen Austauschern verwendet.
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Arbeitet man in einem Filter, so wird der Austauscher in der Weise
vorbehandelt, daß sowohl Calcium- als auch Wasserstoffionen auf dem Austauschermaterial
adsorbiert werden. Das Verhältnis wird dabei derart gewählt, daß die Carbonathärte
durch Umsetzung mit den Wasserstoffionen des Austauschers unter Bildung von freier
Kohlensäure aus dem Wasser entfernt wird. Die bleibende Härte
dagegen
bleibt im Wasser erhalten. Das Magnesium wird gleichzeitig gegen die äquivalente
Menge Calcium eingetauscht. Es läuft aus dem Filter ein Wasser ab, das die ursprüngliche
bleibende Härte in. Form von Ca O-Härte -neben freier Kohlensäure enthält. Die dabei
erzielte saure pH-Stufe ist für Bfauzwecke besonders vorteilhaft.
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Zur Yorliehandlung und Wiederbelebung des Austauschermaterials werden
z. B. Salzsäure und Calciumchlorid angewendet. Diese Regeneriermittel können getrennt
mit einer IZwischenwaschung oder auch gemeinsam in einer Lösung verwendet werden.
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Das Verhältnis von Calcium zu Wasserstoff richtet sich nach dem Verhältnis
der bleilbenden Härte zur Carbonathärte. Die Regeneriermittelmengen werden so gewählt,
daß, auf die aufgenommene Carbonathärte berechnet, 110 bis I:3aO/o der Theorie an
Salzsäure in 7- bis Ioo/oiger Lösung angewendet werden.
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Berechnet auf die bleibende Härte des durchgesetzten Wassers werden
600 bis 750 0/o der Theorie an Calciumchlorid in 8- bis Ioo/oiger Lösung benötigt.
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Das Verfahren kann sowohl mit Austauschermaterialien auf Kohle- als
auch auf Kunstharzbasis mit Erfolg durchgeführt werden. Ganz besonders eignen sich
dabei jedoch Kunstharzaustauscher geringes bis mittlerer Säurestärke, da man so
ein über die gesamte Laufzeit des Filters gleichmäßiges Wasser erhält, dessen Resthärte,
m-Wert und pn-Wert keine oder nur äußerst geringe Schwankungen aufweisen.
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Arbeitet man mit zwei Filtern, so wird zuerst ein Wasserstoffionenaustauscher,
dann ein Calciumionenaustauscher angewendet. Als Wasserstoffionenaustauscher kann
dabei grundsätzlich jede bekannte Art benutzt werden. Austauscher mit hoher Leistung,
insbesondere solche auf Kunstharzbasis, gewähren eine besonders lange Laufzeit der
Anlage.
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Als Calciumionenaustauscher ist dagegen wie beim Einfilterverfahren
ein Austauscher geringer bis mittlerer Säurestärke zu bevorzugen, welcher neben
den Calciumionen noch wenig Wassterstoffionen enthalten soll. Zweckmäßig wird daher
eine salzsaure Calciumchloridlösung zum. Vorbereiten bzw. Regenerieren des Austauschers
verwendet. Man kann jedoch auch erst mit einer Kochsalzlösung im Überschuß und anschließend
mit einer sauren Calciumchloridlösung oder auch zuerst mit einer sauren Kochsalzlösung
und dann mit einer neutralen Calciumchloridlösung arbeiten.
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Beispiel I 100 1 eines Carbonsäuregruppen tragenden Kunstharzaustauschers
werden mit Io°/oiger Salzsäure behandelt, und nach dem Auswaschen der Säure wird
eine Lösung von 8kg Ca C12 in I cbm Wasser iiber den Austauscher geführt und wiederum
ausgewaschen. Der Austauscher ist somit mit Calcium-und wenig Wasserstoffionen beladen.
Nunmehr wird ein Wasser von 100 d. H. Carbonathärte und 40 d. H. bleibender- Härte,
welches 3a d. H. als Mg enthält, über den Austauscher geführt. Die Analysen der
Pkbläufe zeigen folgende Werte:
| Ablauf- hl ° der Härte M |
| Nr. Wasser pEl m-Wert Resthärte g |
| I 10 2,9 -0,7 3,2 - |
| 2 20 2,9 -0,7 3,2 - |
| 3 30 2,9 -0,7 3,2 - |
| 4 40 2,96 -o,6 3,3 - |
| 5 50 2,96 -o,6 3,3 |
| 6 60 2,96 -0,5 3,3 - |
| 7 70 3,0 -0,5 3,3 - |
| 8 80 3,0 -0,5 3,4 - |
| 9 90 3,0 -0,5 3,4 - |
| 10 100 3,0 -0,4 3,4 - |
| II I20 3,0 -0,4 4,4 - |
| 12 I30 4,8 +o,8 6,5 |
| 13 I40 5,05 +I,I 6,9 + |
Beispiel 2 Die Vorbehandlung des Austauschers gemäß Beispiel I wird in der Weise
abgeändert, daß an Stelle des Calciumchlori'ls I,8kg Calciumacetat in Iool Wasser
zur Umwandlung des H-Austauschers in den Ca-Austauscher verwendet werden. Auch nach
dieser Behandlung enthält der Austauscher noch Wasserstoffionen. Beim Überleiten
eines Wassers mit 10,4° d.H. Carbonathärte und 4,7° d.H. bleibender Härte, welches
20 d. H. als Mg enthält, wird ein magnesiumfreies Wasser mit einer durchschnittlichen
Resthärte von etwa 4,20d. H. erhalten.
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Beispiel 3 Bei dem Zweifilterverfahren werden der Wasserstoffionen-
und der Calciumionenaustausch getrennt in zwei Filtern durchgeführt. Die Filter
werden in folgender Weise vorbereitet: Filter I. 100 1 eines Kationenaustauschers
auf Kunstharzbasis mit Kernsulfonsäuregruppen als aktiven Komponenten werden mit
7- bis 80/oiger Salzsäure in bekannter Weise regeneriert und ausgewaschen.
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Filter 2. 100 1 eines Kationenaustauschers geringer bis mittlerer
Säurestärke, beispielsweise ein Kunstharzaustauscher mit Carbonsäuregruppen als
aktiven Komponenten, werden mit Kochsalzlösung behandelt, ausgewaschen und anschließend
mit saurer Calciumchloridlösung von 5 ele Ca CaC12, die in bezug auf Salzsäure 0,0I5
normal ist, im Überschuß beladen und so in den Ca-Austauscher übergeführt, welcher
jetzt noch Wasserstoffionen enthält.
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Die Vorbereitung des Austauschers kann auch in der Weise erfolgen,
daß nach Regenerierung mit Säure und Auswaschen eine 50/oige Lösung von CaCl2, die
mit Ca(O H)2 gesättigt ist, über den Austauscher geführt wird.
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Beim Überführen eines Wassers mit Io,40 d.H.
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Garbonathärte und 4,9° d. H bleibender Härte, welches 40 d. H. in
Form von Magnesium enthält, über Filter I und anschließend über Filter 2 werden
340 bis 360 hl magnesiumfreies Wasser mit durchschnittlich 4,5 bis 50 Resthärte
erhalten. Der pH-Wert beträgt etwa 3 bis 3,3, der m-Wert etwa 0,5 bis 0,7.
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Beide Werte sind über die gesamte Laufzeit der Filter konstant und
steigen erst nach dem Durch-
bruch des Magnesiums und dem Ansteigen
der restlichen Härte.
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Durch Mischen von beispielsweise 8 Teilen des in der vorbeschriebenen
Weise aufbereiteten Brauwassers mit 2 Teilen Originalwasser kann beispielsweise
auch ein Wasser mit etwa 5° bleibender Härte und 20 Carbonathärte erhalten werden.
Allerdings enthält dieses Mischwasser dann noch 0,80 d.H. in Form von MgO.
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PATENTANSPROCHE: I. Verfahren zur Gewinnung von magnesiumfreiem Brauwasser
durch Ionenaustausch unter gleichzeitiger Beseitigung der Carbonathärte und Erhaltung
der bleibenden Härte des Rohwassers, gekennzeichnet durch die Verwendung von mit
Wasserstoffionen beladenen Austauschern neben mit Calciumionen beladenen Austauschern.