EP2903707A1 - Anlage zum entalkoholisieren eines alkohol, insbesondere ethanol enthaltenden produkts - Google Patents

Anlage zum entalkoholisieren eines alkohol, insbesondere ethanol enthaltenden produkts

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Publication number
EP2903707A1
EP2903707A1 EP13774376.1A EP13774376A EP2903707A1 EP 2903707 A1 EP2903707 A1 EP 2903707A1 EP 13774376 A EP13774376 A EP 13774376A EP 2903707 A1 EP2903707 A1 EP 2903707A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
evaporator
product
stage
vapor compressor
vapors
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP13774376.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Christian Gerking
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
GEA Wiegand GmbH
Original Assignee
GEA Wiegand GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by GEA Wiegand GmbH filed Critical GEA Wiegand GmbH
Publication of EP2903707A1 publication Critical patent/EP2903707A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D1/00—Evaporating
    • B01D1/06—Evaporators with vertical tubes
    • B01D1/065—Evaporators with vertical tubes by film evaporating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D1/00—Evaporating
    • B01D1/28—Evaporating with vapour compression
    • B01D1/284—Special features relating to the compressed vapour
    • B01D1/2856—The compressed vapour is used for heating a reboiler or a heat exchanger outside an evaporator
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D3/00—Distillation or related exchange processes in which liquids are contacted with gaseous media, e.g. stripping
    • B01D3/001—Processes specially adapted for distillation or rectification of fermented solutions
    • B01D3/002—Processes specially adapted for distillation or rectification of fermented solutions by continuous methods
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12H—PASTEURISATION, STERILISATION, PRESERVATION, PURIFICATION, CLARIFICATION OR AGEING OF ALCOHOLIC BEVERAGES; METHODS FOR ALTERING THE ALCOHOL CONTENT OF FERMENTED SOLUTIONS OR ALCOHOLIC BEVERAGES
    • C12H3/00—Methods for reducing the alcohol content of fermented solutions or alcoholic beverage to obtain low alcohol or non-alcoholic beverages
    • C12H3/02—Methods for reducing the alcohol content of fermented solutions or alcoholic beverage to obtain low alcohol or non-alcoholic beverages by evaporating

Definitions

  • the invention relates to a system for dealcoholizing an alcohol, in particular ethanol-containing product, in particular beer, but also brewer's yeast, wine, sparkling wine, sparkling wine, cider or alcoholic plant extracts or the like.
  • Evaporator stages which passes through the product to be de-alcoholized in turn.
  • the evaporator stages work at different
  • the product vapors of a working at an average boiling temperature evaporator stage are brought to a temperature and pressure moderately higher energy level by means of a working according to the Venturi principle, thermal vapor compressor and for heating a working at a higher boiling temperature
  • Evaporator stage used.
  • the thermal vapor compressor is driven by live steam.
  • Boiling temperature working evaporator stage are in one Condenser condenses.
  • the heat content of the resulting in the evaporation in the evaporator stages vapors is therefore utilized for the heating of the vapors producing evaporator stage or other stages of the system. If the temperature and / or the pressure of the vapors be lower than the process temperature or the process pressure of the stage to be heated, it is known to increase the temperature or the pressure of the vapors by means of a vapor compressor to the desired level, so as possible ensure complete condensation of the vapors in the stage or system to be heated or heated. The degree of desired temperature increase determines the level of external
  • the abovementioned temperature differences of the vapor compressors are at the same time a measure of the ratio of the outlet pressure to the inlet pressure of the vapor compressor and determine the design of the heating surfaces of the vaporizer required for evaporation and thus the degree of condensation of the process vapors.
  • the condensation of the ethanol-water binary mixture has the consequence that with increasing condensation, the condensation temperature decreases, because first the higher-boiling and more easily condensable water condenses, whereby the concentration of ethanol in the remaining vapors increases. Due to the lower saturated steam pressure of the ethanol compared to water thereby reduces the condensation temperature of the vapor mixture the more, the more water condenses out. In contrast to the condensation of pure water vapors so the condensation temperature of the ethanol-water mixture of the vapors with the passage through the boiler room of the Evaporator with increasing water depletion of the vapors.
  • condensation of the vapors is also impossible due to the fact that the temperature difference between the product and the vapors driving the process can approach zero and thus can not be improved by larger heating surfaces.
  • the boiling temperature can not only because of the
  • the boiling temperature of the product may also increase during the passage of the product through the evaporator, since the ethanol content decreases and thus the boiling temperature is lowered
  • Influence of ethanol decreases. While evaporation of products containing only water as a solvent, the condensation temperature along the evaporator heating space is almost constant and increases the boiling temperature of the product along the boiler room only to the extent of increasing boiling point increase, vary in dealcoholization both the boiling temperature and the condensation temperature along the evaporator heating space and closer to each other compared to products containing water as a solvent, what the driving the process
  • the invention is based on a system for dealcoholizing an alcohol, in particular ethanol-containing product, comprising:
  • Preheater are supplied.
  • the evaporator arrangement which is preferably a
  • Downstream evaporator is, is divided in a conventional manner in a boiler room and a boiler room.
  • the compressed vapors are supplied to the boiler room for heating the boiler room, while in the
  • Preheater stage heated product is vaporized in the boil room.
  • a separator is arranged in a conventional manner, in which the product vapor to be supplied to the mechanical vapor compressor from the concentrate (here the dealcoholated product) are separated.
  • the condensed vapors supplied to the boiler room do not completely condense in the boiler room, they leave the boiler room uncondensed vapors withdrawn and fed in a bypass to the mechanical vapor compressor the preheater stage.
  • the alcohol-containing product vapors condense with it not only in the
  • the product may additionally be preheated before it reaches the preheater stage.
  • Preheater stage optionally forms the last link in a chain of heat exchangers heating the product.
  • the product to be heated flows through the preheater stage separated from a heating chamber receiving the heating product vapors.
  • the condensation pressure in the boiler room can improve the
  • Alcohol condensation can be increased by means of another arranged in the bypass vapor compressor, in particular a preferably driven with live steam thermal vapor compressor.
  • the further vapor compressor is an auxiliary unit, which is particularly advantageous if the product contains a higher proportion of inert gas, which can deplete the boiler room of the evaporator assembly when discharging the product vapors via the byway of condensable vapors.
  • the live steam used to drive the thermal vapor compressor compensates for the lack of condensable vapors and allows the energy balance of the plant to be closed. It is understood that can be dispensed with as the blowing agent of the thermal vapor compressor on the thermal vapor compressor and live steam, if to close the energy balance of the system to another
  • Plant according to the invention that the introduced by condensation of product vapors in the bedding room heat can be fed to the preheater stage again.
  • the mechanical vapor compressor can be designed for a comparatively low compression capacity, which reduces the operating costs of the system. While costly turbocompressors must be provided in conventional dealcoholization systems in order to sufficiently increase the product temperature, within the scope of the invention, temperature increases of a few degrees Kelvin, for example less than 8 ° K, in particular less than 6 ° K, suffice.
  • Such temperature increases can be achieved with simple and comparatively inexpensive fans, which are dimensioned for a ratio of outlet pressure to inlet pressure of less than 3, in particular less than 1, 6 and achieve this pressure increase compared with low-speed turbofan wheeled turbocompressors.
  • the fan is a radial fan operating on the centrifugal principle. Suitable fans are described in the standard EN ISO 13349 section 3.1 and have a specific production rate of less than 25 kJ / kg.
  • the thermal vapor compressor in the bypass to the mechanical vapor compressor increases the yield of condensable product vapors, in which the thermal vapor compressor increases the condensation pressure in the heating chamber of the preheater stage compared to the pressure in the heating chamber of the evaporator arrangement. As a result, inert gases can be withdrawn with less steam. It is understood that the thermal vapor compressor in the byway but can also be omitted, especially if the evaporator assembly and the preheater stage are equipped with very large heat exchange surfaces, but this increases the equipment cost of the system.
  • Some operating situations require the closing of the energy balance, the entry of live steam in the process system of the system, for example, with very large heat losses to a cold environment of the system or very high inert gas in the entalkohol avenueden product to carry too high vapor losses on the discharged from the preheater stage Product vapors lead.
  • the thermal vapor compressor reduces in this case due to the higher pressure in the boiler room of the preheater stage steam losses and thus a deterioration of Energy balance when discharging inert gases from the preheater stage.
  • the product to be de-alcoholated is fed to the preheater stage via a degassing stage.
  • Degassing may be an evaporator, in particular a falling-film evaporator, in which the product to be de-alcoholated is partially evaporated, wherein a portion of the dissolved inert gas C0 2 expelled and fed directly to the condenser mentioned above for condensation. At least part of the inert gases is thus no longer supplied to the preheater stage and the evaporator arrangement, which reduces the inert gas caused by vapor losses or losses of condensable product vapors.
  • the product vapors discharged from the preheater stage are used to heat the evaporator of the degassing stage, whereby this evaporator on a lower pressure and
  • Temperature level works as the evaporator arrangement.
  • the degree of dealcoholization can be improved if the evaporator arrangement comprises at least two evaporator stages connected in series to the de-alcoholizing product, of which a first evaporator stage receives the preheated product from the preheater stage and delivers it to a second of the evaporator stages, the product vapor at least one of the mechanical vapor compressors two evaporator stages are supplied for compression and the compressed product vapors of one of the two evaporator stages, in particular the first evaporator stage are supplied to the heating thereof.
  • the two evaporator stages are preferably again in accordance with the above-explained, single-stage evaporator arrangement
  • Downdraft evaporator formed and product outlet side connected to a preferably common separator, so that the two evaporator stages on the product side to work at the same pressure level.
  • a common separator allows, as is provided in a preferred embodiment, the product vapor of the first and the second evaporator stage for compression supplied to the mechanical vapor compressor, wherein the compressed in the mechanical vapor compressor product vapors preferably exclusively the first evaporator stage to the
  • the product vapors supplied for heating to minimize the steam losses via the by-pass to the mechanical vapor compressor of the preheater stage lead from the first vaporizer stage via the second vaporizer stage to the preheater stage.
  • the preheater stage is used to heat them product vapors of the second evaporator stage via a first feed and the second evaporator stage to the
  • Heating product vapors supplied to the first evaporator stage via a second feed path are expediently fed to a heating chamber of the first evaporator stage, wherein the first feed path is connected to a heating chamber of the second evaporator stage and the second feed path is connected to the heating chamber of the first evaporator stage.
  • a thermal vapor compressor preferably driven by live steam may be arranged in the first feed path leading from the second evaporator stage to the preheater stage and additionally or alternatively in the second feed path leading from the first evaporator stage to the second evaporator stage.
  • a thermal vapor compressor preferably driven by live steam may be arranged in the first feed path leading from the second evaporator stage and additionally or alternatively in the second feed path leading from the first evaporator stage to the second evaporator stage.
  • the thermal vapor compressor arranged in the second feed path improves the alcohol reduction qualitatively, so that also products can be dealcoholated which contain significantly more alcohol than beer, such as wine, fruit wine or plant extracts.
  • the thermal vapor compressor disposed in the second supply path supports the compression capacity to be introduced into the system by the mechanical vapor compressor, so that the operating cost can be optimized and / or the life of the mechanical vapor compressor can be prolonged. This is especially true when the mechanical vapor compressor is designed as a fan. Such a fan can rotate slower as part of the compression work is taken over by the thermal vapor compressor.
  • the evaporator assembly comprises a multi-way evaporator stage or a plurality of multi-way evaporator stages connected in series for the preheated product, wherein the product passes through the paths of the multi-way evaporator stages serially and only once. This reduces the residence time of the entalkohol
  • Figure 1 shows an inventive embodiment of a system for
  • Figure 2 shows a variant of the dealcoholization
  • FIG. 3 shows a further variant of the dealcoholization system.
  • Figure 1 shows a schematic system diagram of a plant for dealcoholization of an ethanol-containing product, in particular a drink, such as beer, wine, sparkling wine but also brewer's yeast or alcoholic plant extracts with an evaporator arrangement in the form of a designed as a falling-film evaporator evaporator stage, the entalkohol is issued at 3 Product in optionally preheated form via a the evaporator stage 1 immediately upstream and thus the feed temperature of the product to the evaporator stage 1 determining preheater stage 5 is supplied.
  • a drink such as beer, wine, sparkling wine but also brewer's yeast or alcoholic plant extracts
  • an evaporator arrangement in the form of a designed as a falling-film evaporator evaporator stage
  • the product route leads in this case via a line 7 to the preheater stage 5 and from there via a line 9 to the head 1 1 of the evaporator stage, which distributes the product in a conventional manner to a bundle of tubes whose interiors form a fluidized bed 13 of the evaporator assembly 1.
  • the jacket space surrounding the tube bundle of the evaporator stage 1 forms a heating chamber 15, which is followed below in a lower part of the evaporator stage 1, a product space 17, in which the Siederaum 13 opens and from the funded by a feed pump 21 via a product line 19, the dealcoholated product as Concentrate withdrawn and dispensed at 23.
  • a separator 25 here a cyclone separator, connected, the product vapors flowing out of the fluid bed 13 separates from any entrained product concentrate.
  • the entrained product concentrate is fed via a line 29 to the product outlet 23, while the product vapors for heat recovery via a line 31 are fed to a mechanical vapor compressor 33, the compressed and thus increased in terms of their pressure or temperature product vapors via a line 35 on the head side End of the boiler room 15 the boiler room 15 for heating the
  • the mechanical vapor compressor 33 is a fan, in particular a fan of the radial type, ie a machine with blade-like rotor blades, which produce a continuous product vapor flow, wherein the specific conveying work (capacity per unit mass) is less than 25 kJ / kg.
  • Medium pressure fan for a fan pressure of less than 6 kPa Such a fan increases the condensation pressure corresponding temperature difference of the evaporator stage 1 by up to 8 ° K, preferably up to 6 ° K.
  • product vapors are additionally withdrawn from the lower region of the heating chamber 15 via a line 37, which are supplied in a bypass to the mechanical compressor 33 via a thermal compressor 39 to a heating chamber 41 of the preheater stage 5 for heating thereof , Since the entalkohol mustde product is fed via the line 7 of the preheater 5 at a temperature which is lower than the boiling point in the boiling chamber 13 of the evaporator stage 1, the product vapors supplied via the by-pass condense with delivery of their latent heat to the product to be supplied to the evaporator stage 1 , Out- On the output side, the heating chamber 41 of the preheater stage 5 is connected via a line 43 to a condenser 45, which condenses the product vapors supplied to it via the line 43, as far as they still contain condensable vapor.
  • Inert gases contained in the product vapors are discharged at 47, conveyed by a vacuum pump 49.
  • the vacuum pump 49 determines the operating pressure of the system, in this case in the evaporator stage 1, the preheater stage 5 and the condenser 45.
  • a cooling water system of the condenser 45 is indicated at 51.
  • resulting vapor condensate is fed via lines 53, 55 to a collecting tank 57 and conveyed by a feed pump 59 to a vapor condensate 61.
  • the thermal vapor compressor 39 is driven by live steam, which is supplied at 63, via a line 65, so that the thermal vapor compressor 39 increases the outlet pressure and / or the outlet temperature of the preheater stage 5. Via a line 67, the heating chamber 5 of the evaporator stage 1 is also supplied to close the energy balance live steam. It is understood that the thermal
  • the evaporator stage 1 is designed as a multi-way evaporator stage and comprises a plurality of paths or sections, which passes through the line 9 supplied preheated product serially and only once to keep the residence time and the thermal load of the product as low as possible.
  • Each section is the output side associated with a feed pump 69 and 71, which feeds the concentrated product from the product space 17 of the following section in the series section head side. It is understood that instead of the multi-way evaporator stage, one or more separate flows through the product in a single pass
  • Evaporator stage or stages or a product in the circulation that can be used recursively through the boiling room leading evaporator stage.
  • the above-mentioned system has the advantage that despite the with low operating cost operated mechanical vapor compressor 33 fan type the latent heat of the product vapors by im
  • Substantially complete condensation can be recovered and returned to the process, since not only the evaporator stage 1 is available for condensing the product vapors, but also the
  • Preheater 5 is used with.
  • Non-condensable inert gases in the product to be entalkohol reduce the proportion of traceable in the evaporation process heat of the product vapors.
  • inert gas content in the product to be entalkohol in the variant shown in Figure 2 is the
  • the expelled from the product inert gas is fed via a separator 85 of the evaporator stage 75 and a line 87 directly to the condenser 45a, so that it does not get into the respect to the inert gases energetically sensitive evaporator assembly 1a and the preheater stage 5a.
  • the degassing stage 73 thus reduces vapor losses on the line 43 a.
  • the line 43 a is connected to the boiler room of the evaporator stage 75, whereby the by Reduction of the vapor losses resulting excess vapors are used to heat the evaporator stage 75, wherein the product space 83 is operated at a lower pressure and temperature level than the evaporator assembly 1 a.
  • the separator 85 of the evaporator stage 75 is connected via a condensate line 89 to the collecting container 57 a.
  • the thermal vapor compressor 39 a arranged in the line 37 a supplying the product vapors to the preheater stage 5 may be omitted.
  • the components 1 to 65 and 69 to 71 of the system according to FIG. 1 are also provided in the system according to FIG. It is understood that even in the system according to FIG. 2, a live steam can be provided to the evaporator arrangement a supplying line similar to the line 67 in FIG.
  • the mechanical vapor compressor 33a is designed as a fan.
  • FIG. 3 shows a dealcoholization unit which differs from the system of FIG. 2 essentially only in that the evaporator arrangement 1b is constructed in two stages and two evaporator stages 1b 'and 1b operating according to the falling-stream evaporator principle are connected in series for the product to be entalkohol allocatede
  • the two evaporator stages 1 b 'and 1 b "correspond to the multi-way evaporator arrangement of FIG. 1, so that reference is made to the description of FIG. 1 for the description of the function and mode of action with respect to each of these two evaporator stages.
  • the product to be entalkohol thede is supplied in the illustrated embodiment via the line 9b the head space 11b of the first evaporator stage 1 b 'and supplied from the product space 17b on the output side by means of a feed pump 91 and a line 93 to the head space 1 1 b of the second evaporator stage 1 b ".
  • the dealcoholized product available at 23b is withdrawn via the line 19b from the product space 17b of the second evaporator stage 1b ".
  • the separator 25b is the product spaces 17b of the two evaporator stage 1 b 'and 1b "assigned together and via the line 3 b connected to the again designed as a fan mechanical vapor compressor 33b.
  • the compressed product vapors are fed via the line 35b in the illustrated embodiment of the first evaporator stage 1 b '. It is understood that the two evaporator stages 16 'and 16 "may optionally also be assigned separate separators instead of the common separator 25b.
  • the by-pass to the mechanical vapor compressor 33b which supplies the uncondensed product vapors to the preheater stage 5b for heating them, leads from the first product receiving the compressed product vapors of the mechanical vapor compressor 33b via the conduit 35b
  • Brüdenver emphasizer 39b is in this case arranged in a formed by the line 37b first Zu manufacturedweg and is driven via line 65b with live steam. Moreover, uncondensed product vapors for heating are supplied to the heating chamber 15b of the second evaporator stage 1b "from the heating chamber 15b of the first evaporator stage 1b 'via a line 95 forming a second feed path Line 99 is driven with live steam.
  • the thermal vapor compressor 97 increases the condensation pressure in the evaporator stage 1 b ", which reduces vapor losses which may occur during the discharge of the non-condensable inert gases
  • the thermal vapor compressor 97 is the stronger increase in the boiling temperature of the second during the dealcoholization process
  • FIG. 3 corresponds to the system according to FIG. 2 and comprises the components explained there.
  • FIG. 3 reference is additionally made to the explanations of FIG. It is understood that the product to be de-alcoholated in the

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Abstract

Es wird eine Anlage zum Entalkoholisieren eines Ethanol enthaltenden Produkts, beispielsweise Bier oder Wein vorgeschlagen, die eine das Produkt erwärmende Vorwärmerstufe (5) und eine Produktbrüden aus dem in der Vorwärmerstufe (5) erwärmten Produkt abziehende, das entalkoholisierte Produkt abgebende Verdampferanordnung (1) umfasst. Ein mechanischer Brüdenverdichter (33) verdichtet die Produktbrüden der Verdampferanordnung (1) und führt die verdichteten Produktbrüden der Verdampferanordnung (1) zu deren Beheizung zu. Zur Erwärmung der Vorwärmerstufe (5) werden der Vorwärmerstufe (5) Produktbrüden der Verdampferanordnung (1) in einem Nebenweg (37, 39) zum mechanischen Brüdenverdichter (33) unter Kondensation zumindest eines Teils der Produktbrüden durch die Vorwärmerstufe (5) zugeführt. Der Nebenweg enthält bevorzugt einen thermischen Brüdenverdichter (39).

Description

Anlage zum Entalkoholisieren eines Alkohol, insbesondere Ethanol enthaltenden Produkts
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Anlage zum Entalkoholisieren eines Alkohol, insbesondere Ethanol enthaltenden Produkts, insbesondere Bier, aber auch Bierhefe, Wein, Sekt, Schaumwein, Apfelwein oder alkoholwässriger Pflanzenextrakte oder dergleichen.
Beim Entfernen von Alkohol, insbesondere Gärungsalkohol aus Nahrungsmitteln oder nahrungsmittelähnlichen Produkten, wie zum Beispiel Bier, Bierhefe, Wein, Fruchtwein wie zum Beispiel Apfelwein, aber auch alkohol- wässrigen Pflanzenextrakten kommt es auf eine möglichst schonende Behandlung des Produkts an, um dessen Aromastoffe nicht durch Wärmeeinwirkung oder dergleichen zu beeinträchtigen. So ist es zum Beispiel aus EP 0 193 206 A1 bekannt, den Alkohol (Ethanol) im Vakuum bei vergleichsweise niedriger Prozesstemperatur und damit schonender Behandlung des Produkts in einer gegebenenfalls mehrere Verdampferstufen umfassenden Verdampferanordnung abzudampfen. Die bekannte Entalkoholisierungs- anlage umfasst drei als Fallstromverdampfer ausgebildete
Verdampferstufen, die das zu entalkoholisierende Produkt der Reihe nach durchläuft. Die Verdampferstufen arbeiten bei unterschiedlichen
Siedetemperaturen und werden durch Produktbrüden jeweils anderer Verdampferstufen der Anlage beheizt. Die Produktbrüden einer bei einer mittleren Siedetemperatur arbeitenden Verdampferstufe werden mittels eines nach dem Venturi-Prinzip arbeitenden, thermischen Brüdenverdichters auf ein temperatur- und druckmäßig höheres Energieniveau gebracht und zur Beheizung einer bei höherer Siedetemperatur arbeitenden
Verdampferstufe genutzt. Der thermische Brüdenverdichter wird durch Frischdampf getrieben. Die Produktbrüden der auf niedrigster
Siedetemperatur arbeitenden Verdampferstufe werden in einem Kondensator kondensiert.
Bei Verdampferanlagen kommt es generell darauf an, den Anteil von außen zuzuführender Energie für den Verdampfungsprozess möglichst gering zu halten. Der Wärmeinhalt der bei der Verdampfung in den Verdampferstufen entstehenden Brüden wird deshalb für die Beheizung der die Brüden erzeugenden Verdampferstufe oder anderer Stufen der Anlage ausgenutzt. Sollte die Temperatur und/oder der Druck der Brüden niedriger als die Prozesstemperatur bzw. der Prozessdruck der zu erwärmenden Stufe sein, ist es bekannt, die Temperatur bzw. den Druck der Brüden mittels eines Brüdenverdichters auf das gewünschte Maß zu erhöhen, um so eine möglichst vollständige Kondensation der Brüden in der zu erwärmenden bzw. zu beheizenden Stufe bzw. Anlage sicherzustellen. Der Grad der gewünschten Temperaturerhöhung bestimmt das Maß der extern
zuzuführenden Energie. Mit Hilfe eines thermischen Brüdenverdichters kann die Brüdentemperatur abhängig vom Treibdampfdruck um 10 bis 15° K (Kelvin) mit vergleichsweise geringem apparativen Aufwand erhöht werden, wobei allerdings die Kosten für die Erzeugung des Treibdampfs
beispielsweise in Form von Frischdampf vergleichsweise hoch sind. Anstelle eines thermischen Brüdenverdichters kann auch ein elektromotorisch oder per Dampfturbine betriebener mechanischer Brüdenverdichter eingesetzt werden, bei welchem die Betriebskosten vergleichsweise niedrig sind, jedoch ein vergleichsweise hoher apparativer Aufwand gegenüber steht.
Herkömmliche mechanische Brüdenverdichter sind als Turboverdichter ausgebildet, die eine Temperaturerhöhung der verdichteten Prozessbrüden um bis zu 30° K allerdings bei vergleichsweise hohen Investitionskosten ermöglichen.
Die vorstehend erwähnten Temperaturdifferenzen der Brüdenverdichter sind zugleich ein Maß für das Verhältnis des Ausgangsdrucks zum Eingangsdruck des Brüdenverdichters und bestimmen die Bemessung der für die Verdampfung erforderlichen Heizflächen des Verdampfers und damit den Kondensationsgrad der Prozessbrüden. Je höher die Kompressionsfähigkeit des Brüdenverdichters ist, desto besser lässt sich die Wärme der Prozessbrüden zurückgewinnen. Für einen niedrigen Energieverbrauch und damit geringere Betriebskosten soll jedoch die Kompression des Brüdenverdichters gering sein.
Allerdings gelangen bei der Entalkoholisierung von Alkohol, insbesondere Ethanol enthaltenden Produkten, wie zum Beispiel Bier oder dergleichen, neben Luft als Inertgas auch Kohlendioxid und das gegenüber Wasser schwerer kondensierbare Ethanol in die Gasphase, was bei herkömmlichen Verdampferanlagen das vollständige Auskondensieren der aus einem Inertgas-Ethanol-Wasser-Gemisch bestehenden Brüden verhindert hat, wenn Brüdenverdichter mit Betriebskosten günstiger geringer Kompression eingesetzt werden sollten.
Zum Einen sind Luft und C02 bei dem Prozessdruck der zur
Entalkoholisierung eingesetzten Verdampferanlage als nicht kondensierbare Inertgase anzusehen. Diese Inertgase verlassen den Heizraum eines Verdampfers nicht trocken, sondern sind mehr oder weniger mit Wasser und Alkoholdampf gesättigt. Diese mit Inertgasen abgezogenen Dämpfe fehlen jedoch bei herkömmlichen Entalkoholisierungsanlagen mit mechanischem Brüdenverdichter im Wärmerückgewinnungsprozess, was zu einer unwirtschaftlichen Betriebsweise führen kann.
Zum Anderen hat die Kondensierung des Ethanol-Wasser-Zweistoffge- misches zur Folge, dass mit zunehmender Kondensierung die Kondensationstemperatur abnimmt, weil zuerst das höher siedende und leichter kondensierbare Wasser kondensiert, wodurch sich die Konzentration des Ethanols in der verbleibenden Brüdenmenge erhöht. Aufgrund des geringeren Sattdampfdrucks des Ethanols gegenüber Wasser reduziert sich dadurch die Kondensationstemperatur des Brüdengemisches um so mehr, je mehr Wasser auskondensiert. Im Gegensatz zur Kondensation von reinen Wasserdämpfen nimmt also die Kondensationstemperatur des Ethanol- Wasser-Gemisches der Brüden mit der Passage durch den Heizraum des Verdampfers mit zunehmender Wasserverarmung der Brüden ab.
Darüber hinaus führt die Anwesenheit von Inertgasen, wie zum Beispiel C02, in den Brüden zu einer Verringerung der Kondensationstemperatur der kondensierbaren Gase, da die Inertgase eine Partialdruckverminderung der kondensierbaren Gase bewirken. Die abnehmende Kondensationstemperatur resultiert in geringeren Temperaturdifferenzen zu dem zu
verdampfenden Produkt und führt dementsprechend zu höheren
Anlagekosten, da Verdampfer mir größeren Heizflächen bereitgestellt werden müssen.
Problematisch ist unter Umständen auch, dass eine Auskondensation der Brüden unter Umständen auch dadurch unmöglich wird, dass die den Prozess treibende Temperaturdifferenz zwischen Produkt und Brüden gegen Null gehen kann und damit auch nicht durch größere Heizflächen verbessert werden kann. Die Siedetemperatur kann nicht nur wegen der beim
Aufkonzentrieren des Produkts ansteigenden Siedepunktserhöhung zunehmen, vielmehr kann die Siedetemperatur des Produkts auch während des Durchgangs des Produkts durch den Verdampfer ansteigen, da der Ethanolgehalt sinkt und damit der die Siedetemperatur erniedrigende
Einfluss des Ethanols abnimmt. Während beim Verdampfen von Produkten, die nur Wasser als Lösungsmittel enthalten, die Kondensationstemperatur entlang des Heizraums des Verdampfers nahezu konstant ist und sich die Siedetemperatur des Produkts entlang des Heizraums lediglich im Maße der sich stetig vergrößernden Siedepunktserhöhung erhöht, variieren bei Entalkoholisierungsprozessen sowohl die Siedetemperatur als auch die Kondensationstemperatur entlang des Heizraums des Verdampfers und nähern sich verglichen mit Produkten, die Wasser als Lösungsmittel enthalten stärker aneinander an, was die den Prozess treibenden
Temperaturdifferenz zwischen Produkt und Brüden in unerwünschter Weise verringert.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Anlage zum Entalkoholisieren eines Alkohol, insbesondere Ethanol enthaltenden Produkts zu schaffen, die bei vergleichsweise geringen Betriebskosten eine möglichst weitgehende Kondensation von bei der Verdampfung entstehenden Produktbrüden für die Energierückgewinnung erlaubt.
Die Erfindung geht aus von einer Anlage zum Entalkoholisieren eines Alkohol, insbesondere Ethanol enthaltenden Produkts, umfassend:
eine das Produkt erwärmende Vorwärmerstufe,
eine Produktbrüden aus dem in der Vorwärmerstufe erwärmten Produkt abziehende, das entalkoholisierte Produkt abgebende Verdampferanordnung,
einen Produktbrüden der Verdampferanordnung verdichtenden und der Verdampferanordnung zur Beheizung zuführenden Brüdenverdichter und
einen Produktbrüden kondensierenden Kondensator.
Die erfindungsgemäße Verbesserung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Brüdenverdichter ein mechanischer Brüdenverdichter ist und dass der Vorwärmerstufe zu deren Erwärmung Produktbrüden der Verdampferanordnung in einem Nebenweg zum mechanischen Brüdenverdichter unter
Kondensation zumindest eines Teils dieser Produktbrüden durch die
Vorwärmerstufe zugeführt sind.
Die Verdampferanordnung, bei der es sich bevorzugt um einen
Fallstromverdampfer handelt, ist in üblicher Weise in einen Heizraum und einen Siederaum unterteilt. Die verdichteten Brüden werden dem Heizraum zur Beheizung des Siederaums zugeführt, während das in der
Vorwärmerstufe erwärmte Produkt im Siederaum verdampft wird.
Ausgangsseitig des Siederaums ist in üblicher Weise ein Abscheider angeordnet, in welchem dem mechanischen Brüdenverdichter zuzuführende Produktbrüden vom Konzentrat (hier dem entalkoholisierten Produkt) getrennt werden. Da die dem Heizraum zugeführten verdichteten Brüden in dem Heizraum nicht vollständig kondensieren, werden aus dem Heizraum nicht kondensierte Brüden abgezogen und in einem Nebenweg zum mechanischen Brüdenverdichter der Vorwärmerstufe zugeführt. Die alkoholhaltigen Produktbrüden kondensieren damit nicht nur in der
Verdampferanordnung, sondern unter Erwärmung des zu
entalkoholisierenden Produkts auch in der Vorwärmerstufe. Die latente Wärme der Produktbrüden kann auf diese Weise besser genutzt bzw.
zurückgewonnen werden. Es versteht sich, dass das Produkt zusätzlich vorerwärmt werden kann, bevor es die Vorwärmerstufe erreicht. Die
Vorwärmerstufe bildet gegebenenfalls das letzte Glied in einer Kette von das Produkt erwärmenden Wärmetauschern.
Das zu erwärmende Produkt durchströmt die Vorwärmerstufe getrennt von einem die erwärmenden Produktbrüden aufnehmenden Heizraum. Der Kondensationsdruck in dem Heizraum kann zur Verbesserung der
Alkoholkondensation mittels eines weiteren im Nebenweg angeordneten Brüdenverdichters, insbesondere eines vorzugsweise mit Frischdampf getriebenen thermischen Brüdenverdichters erhöht werden. Bei dem weiteren Brüdenverdichter handelt es sich um ein Hilfsaggregat, das von besonderem Vorteil ist, wenn das Produkt einen höheren Anteil an Inertgas enthält, der den Heizraum der Verdampferanordnung beim Austragen der Produktbrüden über den Nebenweg an kondensierbaren Dämpfen verarmen lässt. Der zum Treiben des thermischen Brüdenverdichters eingesetzte Frischdampf kompensiert den Mangel an kondensierbaren Dämpfen und ermöglicht das Schließen der Energiebilanz der Anlage. Es versteht sich, dass auf dem thermischen Brüdenverdichter und Frischdampf als Treibmittel des thermischen Brüdenverdichters verzichtet werden kann, wenn zum Schließen der Energiebilanz der Anlage auf einen anderweitigen
Energieeintrag zurückgegriffen werden kann. Dies ist insbesondere dann möglich, wenn der Anteil an gelöstem Kohlendioxid in dem Produkt gering ist. Es versteht sich ferner, dass auch der Verdampferanordnung zum
Schließen der Energiebilanz gegebenenfalls Frischdampf zugeführt werden kann. Die über den Nebenweg in die Vorwärmerstufe eingebrachte Wärme wird zusammen mit dem Produkt in den Siederaum der Verdampferanordnung geführt, wo sie die Bildung kondensationsfähiger Produktbrüden begünstigt. Diese zusätzlich erzeugten Produktbrüden werden im mechanischen
Brüdenverdichter verdichtet und erneut dem Heizraum der Verdampferanordnung zugeführt, wodurch sich eine Art Rückkopplungseffekt ergibt, der der Vorwärmerstufe zusätzliche Produktbrüden zur Kondensation zur Verfügung stellt. Mit anderen Worten ausgedrückt, erlaubt die
erfindungsgemäße Anlage, dass die durch Kondensation von Produktbrüden in den Siederaum eingebrachte Wärme erneut der Vorwärmerstufe zugeführt werden kann.
Da erfindungsgemäß ein Teil der anfallenden Produktbrüden nicht in der Verdampferanordnung kondensiert, sondern in der das Produkt erwärmenden Vorwärmerstufe, kann der mechanische Brüdenverdichter für eine vergleichsweise geringe Verdichtungsleistung ausgelegt sein, was die Betriebskosten der Anlage mindert. Während bei herkömmlichen Entalkoholisie- rungsanlagen aufwändige Turboverdichter vorgesehen sein müssen, um die Produkttemperatur hinreichend stark zu erhöhen, reichen im Rahmen der Erfindung Temperaturerhöhungen von wenigen Grad Kelvin, zum Beispiel weniger als 8° K, insbesondere weniger als 6° K aus. Derartige Temperaturerhöhungen lassen sich mit simplen und vergleichsweise kostengünstigen Ventilatoren erreichen, die für ein Verhältnis von Ausgangsdruck zu Eingangsdruck von weniger als 3, insbesondere weniger als 1 ,6 bemessen sind und diese Druckerhöhung bei verglichen mit Turboverdichtern geringer Schaufelraddrehzahl erreichen. Zweckmäßigerweise handelt es sich bei dem Ventilator um einen nach dem Zentrifugalprinzip arbeitenden Radialventilator. Geeignete Ventilatoren sind in der Norm EN ISO 13349 Abschnitt 3.1 beschrieben und haben eine spezifische Förderarbeit von weniger als 25 kJ/kg.
Eine obere Grenze des vorstehend erläuterten Effekts bedingt die Wärmeaustauschfläche der Vorwärmerstufe, die hinreichend groß sein muss, sowie der Umstand dass aus der Vorwärmerstufe gegebenenfalls abgeführte, noch nicht kondensierte Produktbrüden dem vorstehend erläuterten System aus Verdampferanordnung, Vorwärmerstufe und mechanischem Brüdenverdichter zusammen mit den unvermeidlich anfallenden und auszutragenden Inertgasen auch kondensierbare Dämpfe entzogen werden. Damit existiert eine thermodynamische Grenze, die durch die Temperatur, mit der das zu entalkoholisierende Produkt der Vorwärmerstufe zugeführt wird bestimmt ist. Selbst bei sehr großer Wärmetauschfläche der Vorwärmerstufe bestimmt diese Zulauftemperatur des Produkts diejenige Temperatur, die eventuell noch nicht kondensierte, von der Vorwärmerstufe wieder abgegebene Produktbrüden bzw. Dampf als tiefste Temperatur bekommen könnten. Bei dieser tiefsten Temperatur kann es also immer noch zu Wärme Verlusten in Form von ausgetragenen Dämpfen (latenter Wärme) kommen. Der thermische Brüdenverdichter im Nebenweg zum mechanischen Brüdenverdichter erhöht jedoch die Ausbeute an kondensationfähigen Produktbrüden, in dem der thermische Brüdenverdichter den Kondensationsdruck im Heizraum der Vorwärmerstufe gegenüber dem Druck im Heizraum der Verdampferanordnung erhöht. Hierdurch können Inertgase dampfärmer abgezogen werden. Es versteht sich, dass der thermische Brüdenverdichter in dem Nebenweg aber auch entfallen kann, insbesondere wenn die Verdampferanordnung und die Vorwärmerstufe mit sehr großen Wärmetauschflächen ausgestattet werden, wobei dies aber den apparativen Aufwand der Anlage erhöht.
Manche Betriebssituationen erfordern zum Schließen der Energiebilanz das Eintragen von Frischdampf in das Prozesssystem der Anlage, zum Beispiel bei sehr großen Wärmeverlusten an eine kalte Umgebung der Anlage oder bei sehr hohen Inertgasanteilen in dem zu entalkoholisierenden Produkt, die zu hohen Dampfverlusten über die aus der Vorwärmerstufe auszutragenden Produktbrüden führen. In diesen Betriebssituationen kann es vorteilhaft sein, zusätzlich zu dem Frischdampf, den der thermische Brüdenverdichter in die Vorwärmerstufe einführt, Frischdampf auch direkt in den Heizraum der Verdampferanordnung einzutragen. Der thermische Brüdenverdichter mindert in diesem Fall aufgrund des höheren Drucks im Heizraum der Vorwärmerstufe Dampfverluste und damit eine Verschlechterung der Energiebilanz beim Austragen von Inertgasen aus der Vorwärmerstufe.
In einer bevorzugten Ausgestaltung wird das zu entalkoholisierende Produkt der Vorwärmerstufe über eine Entgasungsstufe zugeführt. Bei der
Entgasungsstufe kann es sich um einen Verdampfer, insbesondere einen Fallstromverdampfer handeln, in dem das zu entalkoholisierende Produkt teilweise eingedampft wird, wobei ein Teil des gelösten Inertgases C02 ausgetrieben und direkt zur Kondensation dem vorstehend erwähnten Kondensator zugeführt wird. Zumindest ein Teil der Inertgase wird damit nicht mehr der Vorwärmerstufe und der Verdampferanordnung zugeführt, was die durch Inertgase bedingten Dampfverluste bzw. Verluste an kondensierbaren Produktbrüden vermindert.
Zweckmäßigerweise werden die von der Vorwärmerstufe abgegebenen Produktbrüden zur Beheizung des Verdampfers der Entgasungsstufe genutzt, womit dieser Verdampfer auf einem tieferen Druck- und
Temperaturniveau arbeitet als die Verdampferanordnung.
Der Entalkoholisierungsgrad kann verbessert werden, wenn die Verdampferanordnung wenigstens zwei für das zur entalkoholisierende Produkt in Reihe geschaltete Verdampferstufen aufweist, von denen eine erste Verdampferstufe das vorerwärmte Produkt aus der Vorwärmerstufe aufnimmt und an eine zweite der Verdampferstufen abgibt, wobei dem mechanischen Brüdenverdichter Produktbrüden zumindest einer der beiden Verdampferstufen zur Verdichtung zugeführt sind und die verdichteten Produktbrüden einer der beiden Verdampferstufen, insbesondere der ersten Verdampferstufe zu deren Beheizung zugeführt werden.
Die beiden Verdampferstufen sind entsprechend der vorangegangen erläuterten, einstufigen Verdampferanordnung bevorzugt wiederum als
Fallstromverdampfer ausgebildet und produktausgangsseitig mit einem vorzugsweise gemeinsamen Abscheider verbunden, so dass die beiden Verdampferstufen produktseitig auf dem selben Druckniveau arbeiten. Der gemeinsame Abscheider erlaubt es, wie in einer bevorzugten Ausgestaltung vorgesehen ist, dem mechanischen Brüdenverdichter Produktbrüden der ersten und der zweiten Verdampferstufe zur Verdichtung zuzuführen, wobei die in dem mechanischen Brüdenverdichter verdichteten Produktbrüden vorzugsweise ausschließlich der ersten Verdampferstufe zu deren
Beheizung zugeführt werden.
Die zur Minimierung der Dampfverluste über den Nebenweg zum mechanischen Brüdenverdichter der Vorwärmerstufe zur Erwärmung zugeführten Produktbrüden führen von der ersten Verdampferstufe über die zweite Verdampferstufe zu der Vorwärmerstufe. Der Vorwärmerstufe werden zu deren Erwärmung damit Produktbrüden der zweiten Verdampferstufe über einen ersten Zuführweg und der zweiten Verdampferstufe zu deren
Beheizung Produktbrüden der ersten Verdampferstufe über einen zweiten Zuführweg zugeführt. Die durch den mechanischen Brüdenverdichter verdichteten Produktbrüden werden hierbei zweckmäßigerweise einem Heizraum der ersten Verdampferstufe zugeführt, wobei der erste Zuführweg mit einem Heizraum der zweiten Verdampferstufe und der zweite Zuführweg mit dem Heizraum der ersten Verdampferstufe verbunden ist.
Zur Minimierung der Verluste an kondensierbarem Dampf kann entsprechend den vorangegangen erläuterten Ausführungsformen in dem von der zweiten Verdampferstufe zur Vorwärmerstufe führenden ersten Zuführweg und zusätzlich oder alternativ in dem von der ersten Verdampferstufe zur zweiten Verdampferstufe führenden zweiten Zuführweg ein vorzugsweise mit Frischdampf getriebener thermischer Brüdenverdichter angeordnet sein, der den Kondensationsdruck in der Vorwärmerstufe bzw. der zweiten Verdampferstufe erhöht. Wie bereits vorangegangen erläutert, führt der Entalkoholisierungsvorgang zu einer stärkeren Zunahme der
Siedetemperatur als dies aufgrund der Siedepunktserhöhung des
zunehmend konzentrierteren Produkts anzunehmen wäre, da das anfänglich in dem zu entalkoholisierenden Produkt enthaltene Ethanol die
Siedetemperatur drückt. Heizraumseitig sinkt jedoch die Kondensationstemperatur beim Durchgang der Produktbrüden durch den Heizraum einer jeden Stufe, da zunächst Wasser verstärkt kondensiert und sich dementsprechend der Ethanolgehalt erhöht, wobei zu berücksichtigen ist, dass ethanolreichere Dämpfe der Produktbrüden bei tieferen
Temperaturen kondensieren. Insbesondere in Ausführungsformen mit einem in seiner Kompressionsfähigkeit begrenzten Ventilator als mechanischen Brüdenverdichter verbessert der im zweiten Zuführweg angeordnete thermische Brüdenverdichter die Alkoholreduktion qualitativ, so dass auch Produkte entalkoholisiert werden können, die deutlich mehr Alkohol enthalten als Bier, wie zum Beispiel Wein, Fruchtwein oder Pflanzenextrakte. Andererseits unterstützt der im zweiten Zuführweg angeordnete thermische Brüdenverdichter die durch den mechanischen Brüdenverdichter in das System einzubringende Kompressionsleistung, so dass die Betriebskosten optimiert werden können und/oder die Lebensdauer des mechanischen Brüdenverdichters verlängert werden kann. Dies gilt insbesondere wenn der mechanische Brüdenverdichter als Ventilator ausgebildet ist. Ein solcher Ventilator kann langsamer drehen, da ein Teil der Kompressionsarbeit durch den thermischen Brüdenverdichter übernommen wird.
Es versteht sich, dass das zu entalkoholisierende Produkt auch zuerst der zweiten Verdampferstufe und dann der ersten Verdampferstufe zur
Entalkoholisierung zugeführt werden kann.
In einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst die Verdampferanordnung eine Mehrwege-Verdampferstufe oder mehrere für das vorgewärmte Produkt in Reihe geschaltete Mehrwege-Verdampferstufen, wobei das Produkt die Wege der Mehrwege-Verdampferstufen seriell und nur ein einziges Mal durchläuft. Dies verringert die Verweilzeit der zu entalkoholisierenden
Produkts in der Verdampferanordnung und erlaubt eine schonende
Behandlung des Produkts, was insbesondere für Nahrungsmittel, deren Aromastoffe erhalten bleiben sollen, von Bedeutung ist. Es versteht sich, dass die Verdampferanordnung jedoch auch herkömmliche mit Rezirkulation des Produkts arbeitende Verdampferstufen nutzen kann. lm Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigt:
Figur 1 ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel einer Anlage zur
Entalkoholisierung eines Ethanol enthaltenden Produkts, insbesondere eines Getränks;
Figur 2 eine Variante der Entalkoholisierungsanlage und
Figur 3 eine weitere Variante der Entalkoholisierungsanlage.
Figur 1 zeigt ein schematisches Anlagenschema einer Anlage zur Entalkoholisierung eines Ethanol enthaltenden Produkts, insbesondere eines Getränks, wie zum Beispiel Bier, Wein, Sekt aber auch Bierhefe oder alkoholwässriger Pflanzenextrakte mit einer Verdampferanordnung in Form einer als Fallstromverdampfer ausgebildeten Verdampferstufe , der bei 3 das zu entalkoholisierende Produkt in gegebenenfalls vorgewärmter Form über eine der Verdampferstufe 1 unmittelbar vorgeschaltete und damit die Zuführtemperatur des Produkts zur Verdampferstufe 1 bestimmende Vorwärmerstufe 5 zugeführt wird. Der Produktweg führt hierbei über eine Leitung 7 zur Vorwärmerstufe 5 und von dort über eine Leitung 9 zum Kopf 1 1 der Verdampferstufe , die das Produkt in an sich bekannter Weise auf ein Bündel von Rohren verteilt, deren Innenräume einen Siederaum 13 der Verdampferanordnung 1 bilden. Der das Rohrbündel umschließende Mantelraum der Verdampferstufe 1 bildet einen Heizraum 15, an dem sich unterhalb in einem Unterteil der Verdampferstufe 1 ein Produktraum 17 anschließt, in den der Siederaum 13 mündet und aus dem gefördert von einer Förderpumpe 21 über eine Produktleitung 19 das entalkoholisierte Produkt als Konzentrat abgezogen und bei 23 abgegeben wird.
An dem Produktraum 17 ist ein Abscheider 25, hier ein Zyklonabscheider, angeschlossen, der aus dem Siederaum 13 abströmende Produktbrüden von eventuell mitgerissenem Produktkonzentrat trennt. Das mitgerissene Produktkonzentrat wird über eine Leitung 29 dem Produktausgang 23 zugeführt, während die Produktbrüden für die Wärmerückgewinnung über eine Leitung 31 einem mechanischen Brüdenverdichter 33 zugeführt werden, der die verdichteten und damit hinsichtlich ihres Drucks bzw. ihrer Temperatur erhöhten Produktbrüden über eine Leitung 35 am kopfseitigen Ende des Heizraums 15 dem Heizraum 15 zur Beheizung der
Verdampferstufe 1 zuführt. Bei dem mechanischen Brüdenverdichter 33 handelt es sich um einen Ventilator, insbesondere einen Ventilator vom Radialtyp, also eine Maschine mit schaufelartigen Rotorblättern, die einen kontinuierlichen Produktbrüdenstrom erzeugen, wobei die spezifische Förderarbeit (Förderleistung je Masseneinheit) unter 25 kJ/kg liegt.
Bevorzugt handelt es sich um einen Niederdruckventilator oder
Mitteldruckventilator für einen Ventilatordruck von weniger als 6 kPa. Ein solcher Ventilator erhöht die den Kondensationsdrücken entsprechende Temperaturdifferenz der Verdampferstufe 1 um bis zu 8° K, vorzugsweise bis 6° K.
Da die Verdichterleistung des als mechanischer Brüdenverdichter 33 vorgesehenen Ventilators verglichen mit einem Turboverdichter vergleichsweise gering ist, enthalten die über den Abscheider 25 abgezogenen Produktbrüden noch vergleichsweise viel kondensierbaren Dampf, der die Energiebilanz der Anlage verschlechtern würde, falls ihr Energieinhalt nicht rückgeführt würde. Um den kondensierbaren Dampf der Produktbrüden vollständiger zu kondensieren, werden aus dem unteren Bereich des Heizraums 15 über eine Leitung 37 Produktbrüden zusätzlich abgezogen, die in einem Nebenweg zum mechanischen Verdichter 33 über einen thermischen Verdichter 39 einem Heizraum 41 der Vorwärmerstufe 5 zu deren Erwärmung zugeführt werden. Da das zu entalkoholisierende Produkt über die Leitung 7 der Vorwärmerstufe 5 bei einer Temperatur zugeführt wird, die kleiner ist als die Siedetemperatur im Siederaum 13 der Verdampferstufe 1 , kondensieren die über den Nebenweg zugeführten Produktbrüden unter Abgabe ihrer latenten Wärme an das der Verdampferstufe 1 zuzuführende Produkt. Aus- gangsseitig ist der Heizraum 41 der Vorwärmerstufe 5 über eine Leitung 43 an einen Kondensator 45 angeschlossen, der die ihm über die Leitung 43 zugeführten Produktbrüden kondensiert, soweit sie noch kondensierbaren Dampf enthalten. In den Produktbrüden enthaltene Inertgase werden bei 47, gefördert von einer Vakuumpumpe 49, abgegeben. Die Vakuumpumpe 49 bestimmt zugleich den Betriebsdruck der Anlage, hier also in der Verdampferstufe 1 , der Vorwärmerstufe 5 und dem Kondensator 45. Ein Kühlwassersystem des Kondensators 45 ist bei 51 angedeutet. In der Verdampferstufe 1 und dem Kondensator 45 anfallendes Brüdenkondensat wird über Leitungen 53, 55 einem Sammelbehälter 57 zugeführt und von einer Förderpumpe 59 zu einem Brüdenkondensatausgang 61 gefördert.
Der thermische Brüdenverdichter 39 wird von Frischdampf, der bei 63 zugeführt wird, über eine Leitung 65 getrieben, so dass der thermische Brüdenverdichter 39 den Ausgangsdruck und/oder die Ausgangstemperatur der Vorwärmerstufe 5 erhöht. Über eine Leitung 67 wird darüber hinaus dem Heizraum 5 der Verdampferstufe 1 zum Schließen der Energiebilanz Frischdampf zugeführt. Es versteht sich, dass der thermische
Brüdenverdichter 39 und/oder die Frischdampfzufuhr über die Leitung 67 gegebenenfalls entfallen kann.
Die Verdampferstufe 1 ist als Mehrwege-Verdampferstufe ausgebildet und umfasst mehrere Wege bzw. Sektionen, die das über die Leitung 9 zugeführte vorgewärmte Produkt seriell und nur ein einziges Mal durchläuft, um die Verweilzeit und die thermische Belastung des Produkts möglichst gering zu halten. Jeder Sektion ist ausgangsseitig eine Förderpumpe 69 bzw. 71 zugeordnet, die das aufkonzentrierte Produkt aus dem Produktraum 17 der im Serienweg nachfolgenden Sektion kopfseitig zuführt. Es versteht sich, dass anstelle der Mehrwege-Verdampferstufe auch eine oder mehrere gesonderte in einem einzigen Durchlauf vom Produkt durchflossene
Verdampferstufe bzw. -stufen oder aber eine das Produkt im Kreislauf, d.h. rekursiv durch den Siederaum führende Verdampferstufe eingesetzt werden kann. Die vorstehend erläuterte Anlage hat den Vorteil, dass trotz des mit geringen Betriebskosten betreibbaren mechanischen Brüdenverdichters 33 vom Ventilatortyp die latente Wärme der Produktbrüden durch im
Wesentlichen vollständige Kondensation wiedergewonnen und dem Prozess rückgeführt werden kann, da zur Kondensation der Produktbrüden nicht nur die Verdampferstufe 1 zur Verfügung steht, sondern auch die
Vorwärmerstufe 5 mit ausgenutzt wird.
Im Folgenden werden Varianten der Entalkoholisierungsanlage erläutert. Gleichwirkende Komponenten sind mit den Bezugszahlen der Figur 1 versehen und zur Unterscheidung mit einem Buchstaben ergänzt. Für die Erläuterung des Aufbaus und der Wirkungsweise der Varianten wird auf die vorangegangene Beschreibung Bezug genommen. Die Erläuterungen beziehen sich, soweit nicht anders angegeben, auch auf die Varianten der Anlage.
Nicht kondensierbare Inertgase in dem zu entalkoholisierenden Produkt mindern den Anteil der in dem Verdampfungsprozess rückführbaren Wärme der Produktbrüden. Um den Inertgasanteil in dem zu entalkoholisierenden Produkt zu mindern, ist in der in Figur 2 dargestellten Variante der
Entalkoholisierungsanlage der Vorwärmerstufe 5a eine Entgasungsstufe 73 in Form eines Fallstromverdampfers 75 vorgeschaltet, dessen Kopfraum 77 das zu entalkoholisierende Produkt über die Leitung 7a zugeführt wird. In der Entgasungsstufe 73 wird das gegebenenfalls bereits vorangegangen allgemeine vorgewärmte Produkt eingedampft, wobei ein Teil des gelösten Inertgases C02 ausgetrieben wird. Eine Förderpumpe 79 fördert das bereits teilweise eingedampfte Produkt über eine Leitung 81 vom Produktraum 83 der Verdampferstufe 75 zur Vorwärmerstufe 5a. Das aus dem Produkt ausgetriebene Inertgas wird über einen Abscheider 85 der Verdampferstufe 75 und eine Leitung 87 direkt dem Kondensator 45a zugeführt, so dass es nicht in die hinsichtlich der Inertgase energetisch empfindliche Verdampferanordnung 1a sowie die Vorwärmerstufe 5a gelangt. Die Entgasungsstufe 73 mindert damit Dampfverluste auf der Leitung 43a. Die Leitung 43a ist mit dem Heizraum der Verdampferstufe 75 verbunden, womit die durch die Minderung der Dampfverluste sich ergebenden Überschussdämpfe zum Heizen der Verdampferstufe 75 genutzt werden, wobei der Produktraum 83 auf einem tieferen Druck- und Temperaturniveau betrieben wird als die Verdampferanordnung 1 a. Der Abscheider 85 der Verdampferstufe 75 ist über eine Kondensatleitung 89 mit dem Sammelbehälter 57a verbunden.
Die Vorerwärmung des entgasten Produkts erfolgt, wie anhand von Figur 1 beschrieben, in der Vorwärmerstufe 5a und auch hier kann der in der die Produktbrüden der Vorwärmerstufe 5a zuführenden Leitung 37a angeordnete thermische Brüdenverdichter 39a gegebenenfalls entfallen. Im Übrigen sind die Komponenten 1 bis 65 und 69 bis 71 der Anlage gemäß Figur 1 auch bei der Anlage gemäß Figur 2 vorgesehen. Es versteht sich, dass auch bei der Anlage gemäß Figur 2 eine Frischdampf der Verdampferanordnung a zuführende Leitung ähnlich der Leitung 67 in Figur 1 vorgesehen sein kann. Auch in der Variante der Figur 2 ist der mechanische Brüdenverdichter 33a als Ventilator ausgebildet.
Figur 3 zeigt eine Entalkoholisierungsanlage, die sich von der Anlage der Figur 2 im Wesentlichen nur dadurch unterscheidet, dass die Verdampferanordnung 1 b zweistufig aufgebaut ist und zwei für das zu entalkoholisierende Produkt in Serie geschaltete, nach dem Fallstromverdampferprinzip arbeitende Verdampferstufen 1 b' und 1 b" aufweist. Die beiden Verdampferstufen 1 b' und 1 b" entsprechen der Mehrwege-Verdampferanordnung der Figur 1 , so dass für die Beschreibung der Funktions- und Wirkungsweise bezüglich jeder dieser beiden Verdampferstufen auf die Beschreibung von Figur 1 zurückgegriffen wird. Das zu entalkoholisierende Produkt wird im dargestellten Ausführungsbeispiel über die Leitung 9b dem Kopfraum 11 b der ersten Verdampferstufe 1 b' zugeführt und von deren Produktraum 17b ausgangsseitig mittels einer Förderpumpe 91 und einer Leitung 93 dem Kopfraum 1 1 b der zweiten Verdampferstufe 1 b" zugeführt. Das bei 23b verfügbare entalkoholisierte Produkt wird über die Leitung 19b aus dem Produktraum 17b der zweiten Verdampferstufe 1 b" abgezogen. Der Abscheider 25b ist den Produkträumen 17b der beiden Verdampferstufe 1 b' und 1b" gemeinsam zugeordnet und über die Leitung 3 b mit dem wiederum als Ventilator ausgebildeten mechanischen Brüdenverdichter 33b verbunden. Die verdichteten Produktbrüden werden über die Leitung 35b im dargestellten Ausführungsbeispiel der ersten Verdampferstufe 1 b' zugeführt. Es versteht sich, dass den beiden Verdampferstufen 16' und 16" gegebenenfalls auch gesonderte Abscheider anstelle des gemeinsamen Abscheiders 25b zugeordnet sein können.
Der Nebenweg zum mechanischen Brüdenverdichter 33b, der die nicht kondensierten Produktbrüden der Vorwärmerstufe 5b zur deren Erwärmung zuführt, führt von der die verdichteten Produktbrüden des mechanischen Brüdenverdichters 33b über die Leitung 35b aufnehmenden ersten
Verdampferstufe 1 b' über den Heizraum 15b der zweiten Verdampferstufe 1 b" zum Heizraum 41 b der Vorwärmerstufe 5b. Der thermische
Brüdenverdichter 39b ist hierbei in einem durch die Leitung 37b gebildeten ersten Zuführweg angeordnet und wird über die Leitung 65b mit Frischdampf getrieben. Dem Heizraum 15b der zweiten Verdampferstufe 1 b" werden darüber hinaus aus dem Heizraum 15b der ersten Verdampferstufe 1 b' über eine einen zweiten Zuführweg bildende Leitung 95 nicht kondensierte Produktbrüden zur Beheizung zugeführt. Auch der zweite Zuführweg enthält einen thermischen Brüdenverdichter 97, der über eine Leitung 99 mit Frischdampf getrieben wird.
Der thermische Brüdenverdichter 97 erhöht den Kondensationsdruck in der Verdampferstufe 1 b", wodurch Dampfverluste, wie sie bei der Austragung der nicht kondensierbaren Inertgase auftreten können, verringert werden. Der thermische Brüdenverdichter 97 gleicht bei dem Entalkoholisierungs- vorgang die stärkere Zunahme der Siedetemperatur der zweiten
Verdampferstufe 1 b" aus. Heizseitig sinkt jedoch die Kondensationstemperatur beim Durchgang der Brüden durch den Heizraum einer jeden der beiden Verdampferstufen 1 b' und 1 b", weil zunächst Wasser verstärkt kondensiert und sich damit der Ethanolgehalt entsprechend erhöht, wobei zu
berücksichtigen ist, dass ethanolreichere Dämpfe bei tieferen Temperaturen kondensieren. Der zweistufige Aufbau der Verdampferanordnung 1 b' erlaubt auch die Entalkoholisierung von Produkten, die deutlich mehr Ethanol enthalten als Bier, wie zum Beispiel Wein oder alkoholhaltige
Pflanzenextrakte. Die Ausführungsform der Figur 3 entspricht im Übrigen der Anlage nach Figur 2 und umfasst die dort erläuterten Komponenten. Zur Erläuterung der Ausführungsform von Figur 3 wird zusätzlich auch auf die Erläuterungen der Figur 2 Bezug genommen. Es versteht sich, dass das zu entalkoholisierende Produkt in der
Reihenschaltung der Verdampferstufen 1 b' und 1 b" auch zuerst der zweiten Verdampferstufe 1 b" und von dort der ersten Verdampferstufe 1 b' zugeführt werden kann.

Claims

Ansprüche
1 . Anlage zum Entalkoholisieren eines Alkohol, insbesondere Ethanol enthaltenden Produkts, umfassend
- eine das Produkt erwärmende Vorwärmerstufe (5),
- eine Produktbrüden aus dem in der Vorwärmerstufe (5) erwärmten Produkt abziehende, das entalkoholisierte Produkt abgebende Verdampferanordnung (1),
- eine Produktbrüden der Verdampferanordnung (1) verdichtenden und der Verdampferanordnung (1 ) zur Beheizung zuführenden Brüdenverdichter (33) und
- einen Produktbrüden kondensierenden Kondensator (45),
dadurch gekennzeichnet, dass
der Brüdenverdichter ein mechanischer Brüdenverdichter (33) ist und dass der Vorwärmerstufe (5) zu deren Erwärmung Produktbrüden der Verdampferanordnung (1) in einem Nebenweg (37, 39) zum mechanischen Brüdenverdichter (33) unter Kondensation zumindest eines Teils der Produktbrüden durch die Vorwärmerstufe (5) zugeführt sind.
2. Anlage nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Nebenweg (37, 39) einen weiteren Brüdenverdichter, insbesondere einen vorzugsweise mit Frischdampf getriebenen Brüdenverdichter (33) enthält.
3. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdampferanordnung (1) und/oder der Vorwärmerstufe (5) Frischdampf zur Beheizung zuführbar ist.
4. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die verdichteten Produktbrüden einem Heizraum (15b) der Verdampferanordnung (1) zugeführt sind, der mechanische Brüdenverdichter (33) über einen Abscheider (25) an die Verdampferanordnung (1 ) angeschlossen ist und der Nebenweg (37, 39) mit dem Heizraum (15b) verbunden ist.
5. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der mechanische Brüdenverdichter (33) als Verdichter vom Ventilatortyp ausgebildet ist.
6. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das zu entalkoholisierende Produkt der Vorwärmerstufe (5a, b) über einer Entgasungsstufe (73; 73b) zugeführt ist.
7. Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Entgasungsstufe (73; 73b) als Verdampferstufe (75; 75b) ausgebildet ist, der zu deren Beheizung von der Vorwärmerstufe (5a, b) abgegebene Produktbrüden zugeführt sind.
3. Anlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass dem Kondensator (45a, b) von der Verdampferstufe (75, 75b) abgegebene Produktbrüden zur Kondensation zugeführt sind.
9. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdampferanordnung (1 b) wenigstens zwei für das zu entalkoholisierende Produkt in Reihe geschaltete Verdampferstufen (1 b', 1 b") aufweist, von denen eine erste Verdampferstufe (1 b') das vorerwärmte Produkt aus der Vorwärmerstufe (5b) aufnimmt und an eine zweite (1 b") der Verdampferstufen abgibt und dass dem mechanischen Brüdenverdichter (33b) Produktbrüden zumindest einer der beiden Verdampferstufen (1 b', 1 b") zur Verdichtung zugeführt sind und die verdichteten Produktbrüden einer der beiden Verdampferstufen (1 b1, 1 b"), insbesondere der ersten Verdampferstufe ( b') zu deren Beheizung zugeführt sind.
10. Anspruch nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass dem mechanischen Brüdenverdichter (33b) Produktbrüden der ersten (1 b') und der zweiten ( b") Verdampferstufe zur Verdichtung zugeführt sind und die verdichteten Produktbrüden ausschließlich der ersten Verdampferstufe (1 b') zu deren Erwärmung zugeführt sind.
1 1. Anlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der mechanische Brüdenverdichter (33b) mit einem der ersten (1 b1) und der zweiten (1 b") Verdampferstufe gemeinsamen Abscheider (25b) für Produktbrüden verbunden ist.
12. Anlage nach einem der Ansprüche 9 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in dem Nebenweg zum mechanischen Brüdenverdichter (33b) der Vorwärmerstufe (5b) zu deren Erwärmung Produktbrüden der zweiten Verdampferstufe (1 b") über einen ersten Zuführweg (37b, 39b) und der zweiten Verdampferstufe (1 b") zu deren Beheizung Produktbrüden der ersten Verdampferstufen (1 b') über einen zweiten Zuführweg (95, 97) zuführbar sind.
13. Anlage nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der erste (37b, 39b) und/oder der zweite (95, 97) Zuführweg einen insbesondere mit Frischdampf getriebenen thermischen Brüdenverdichter (39b, 97) enthalten.
14. Anlage nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die in dem mechanischen Brüdenverdichter (33b) verdichteten Produktbrüden einem Heizraum (15b) der ersten Verdampferstufe (1 b') zugeführt sind, und dass der erste Zuführweg (37b, 39b) mit einem Heizraum (15b) der zweiten Verdampferstufe (1 b") und der zweite Zuführweg (95, 97) mit dem Heizraum (15b) der ersten Verdampferstufe (1 b') verbunden sind. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdampferanordnung (1) eine Mehrwege-Verdampferstufe oder mehrere für das vorgewärmte Produkt in Reihe geschaltete Mehrwege-Verdampferstufen umfasst, wobei das Produkt die Wege der Mehrwege-Verdampferstufen seriell und nur ein einziges Mal durchläuft.
EP13774376.1A 2012-10-01 2013-09-25 Anlage zum entalkoholisieren eines alkohol, insbesondere ethanol enthaltenden produkts Withdrawn EP2903707A1 (de)

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