ITMI20101093A1 - Processo ed impianto per la preparazione di un concentrato liquido diluibile per l ottenimento di acqua destinata al consumo umano e presentante le caratteristiche di un acqua minerale, concentrato liquido e acqua destinata al consumo umano così otte - Google Patents
Processo ed impianto per la preparazione di un concentrato liquido diluibile per l ottenimento di acqua destinata al consumo umano e presentante le caratteristiche di un acqua minerale, concentrato liquido e acqua destinata al consumo umano così otte Download PDFInfo
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Description
DESCRIZIONE
La presente invenzione si riferisce ad un processo e ad un impianto per la preparazione di un concentrato liquido diluibile per l’ottenimento di acqua destinata al consumo umano e presentante le caratteristiche di un’acqua minerale naturale o anche non presente in natura, al concentrato liquido così ottenuto ed all’acqua destinata al consumo umano prodotta con il concentrato liquido così ottenuto.
Da un punto di vista chimico la preparazione di acque destinate al consumo umano ottenute per rimineralizzazione di un’acqua virtualmente priva di ioni à ̈ un problema complesso, specie qualora si sceglie per motivi di opportunità di partire da un concentrato liquido prodotto su scala industriale e successivamente venduto in dosi diluibili in loco a seconda della necessità per la produzione del prodotto finale.
Si osservi innanzitutto che nelle acque naturali gli ioni comunemente più diffusi sono essenzialmente Calcio, Magnesio, Bicarbonato, e, a seguire, Sodio, Potassio, Cloruro e Solfato. Inoltre la composizione chimica delle acque minerali naturali suggerisce che la specie più abbondante sia il Bicarbonato di Calcio (idrogenocarbonato di Calcio).
Il primo problema nell’ottenimento di un concentrato liquido diluibile per la produzione di acqua minerale “di sintesi†caratterizzata da un ragionevole equilibrio calco-carbonico à ̈ quindi che il Bicarbonato di Calcio (a differenza del Carbonato) non esiste allo stato solido, ma esclusivamente in soluzione acquosa.
Il secondo problema à ̈ che si deve anche tener conto della possibile precipitazione di sali proprio nel concentrato liquido, o all’atto della preparazione, o nel tempo, in conseguenza di variazioni di temperatura, esposizione ai raggi UV, ecc. In pratica, la criticità maggiore riguarda proprio la possibile precipitazione del Carbonato di Calcio.
Compito tecnico che si propone la presente invenzione à ̈, pertanto, quello di realizzare un processo ed impianto per la preparazione di un concentrato liquido diluibile per l’ottenimento di acqua destinata al consumo umano e presentante le caratteristiche di un’acqua minerale naturale o non presente in natura, un concentrato liquido e un’acqua destinata al consumo umano che consentano di eliminare gli inconvenienti tecnici lamentati della tecnica nota.
Nell’ambito di questo compito tecnico uno scopo dell’invenzione à ̈ quello di realizzare un processo per la preparazione di un concentrato liquido diluibile per l’ottenimento di acqua destinata al consumo umano e presentante le caratteristiche di un’acqua minerale naturale o non presente in natura, in cui il concentrato liquido prodotto presenti un ragionevole equilibrio calco-carbonico ed un quantitativo trascurabile o nullo di sali precipitati, particolarmente di Carbonato di Calcio.
Un altro scopo dell’invenzione à ̈ quello di realizzare un concentrato liquido diluibile per l’ottenimento di acqua destinata al consumo umano e presentante le caratteristiche di un’acqua minerale naturale o non presente in natura, il cui processo produttivo determini nel concentrato liquido un ragionevole equilibrio calco-carbonico ed un quantitativo trascurabile o nullo di sali precipitati, particolarmente di Carbonato di Calcio, pur risultando estremamente semplice, efficace e sicuro per il consumatore finale.
Il compito tecnico, nonché questi ed altri scopi, secondo la presente invenzione vengono raggiunti realizzando un processo per la preparazione di un concentrato liquido diluibile per l’ottenimento di acqua destinata al consumo umano e presentante le caratteristiche di un’acqua minerale naturale o non presente in natura, caratterizzato dal fatto di comprendere le fasi seguenti:
• saturazione con CO2di un primo quantitativo di acqua demineralizzata e sterilizzata
• arricchimento con Bicarbonato di Calcio di detto primo quantitativo di acqua saturata con CO2
• dissoluzione di altri sali minerali in detto primo quantitativo di acqua saturata con CO2
• diluizione del primo quantitativo di acqua saturata con CO2e presentante tutti i sali minerali desiderati compreso il Bicarbonato di Calcio con un secondo quantitativo di acqua demineralizzata e sterilizzata in modo tale da ottenere un concentrato liquido presentante una concentrazione di CO2almeno sufficiente a prevenire la precipitazione di Carbonato di Calcio dal Bicarbonato di Calcio Preferibilmente detto concentrato liquido prima del confezionamento finale à ̈ sterilizzato con raggi UV.
Preferibilmente la fase di diluizione à ̈ realizzata in un miscelatore ermeticamente chiuso, in cui sopra la soluzione à ̈ creato un leggero battente di CO2.
In un primo modo preferito di realizzare l’invenzione, per l’arricchimento in Bicarbonato di Calcio si aggiungono nel primo quantitativo di acqua saturata con CO2Bicarbonati di Sodio e/o Potassio successivamente all’aggiunta di sali di Calcio.
In un secondo modo preferito di realizzare l’invenzione, per l’arricchimento in Bicarbonato di Calcio si utilizza un processo di percolazione del primo quantitativo di acqua saturata con CO2attraverso un letto di Carbonato di Calcio opportunamente attivato. Preferibilmente per il calcolo del quantitativo minimo di CO2necessario a prevenire la precipitazione del Carbonato di Calcio si stabilisce a priori la concentrazione dello ione Calcio che si vuole solubilizzare, si valutano analiticamente gli equilibri di prima e seconda dissociazione dell’acido carbonico, del prodotto ionico dell’acqua e del prodotto di solubilità del CaCO3, si impostano i bilanci di massa e di carica del sistema, si determinano la forza ionica totale del concentrato che si vuol preparare e si procede alla stima, secondo un opportuno modello, dei coefficienti di attività di tutte le specie ioniche coinvolte, e con metodo iterativo, si calcola, al variare del contenuto di CO2, l’attività corrispondente dello ione idrogeno, e da questa la distribuzione delle specie libere carbonato, idrogenocarbonato e anidride carbonica.
La presente invenzione rivela anche un concentrato liquido diluibile per l’ottenimento di acqua destinata al consumo umano e presentante le caratteristiche di un’acqua minerale naturale o non presente in natura, e un’acqua minerale destinata al consumo umano realizzata tramite diluizione con acqua demineralizzata di tale concentrato liquido.
Preferibilmente il rapporto di diluizione del concentrato liquido per la creazione dell’acqua minerale pronta al consumo à ̈ compreso in un intervallo tra 1:10 e 1:60.
La presente invenzione rivela infine un impianto di produzione di un concentrato liquido diluibile per l’ottenimento di acqua destinata al consumo umano e presentante le caratteristiche di un’acqua minerale naturale o non presente in natura, caratterizzato dal fatto di comprendere, un demineralizzatore ad osmosi inversa per la preparazione di acqua demineralizzata, mezzi di sterilizzazione dell’acqua demineralizzata collegati in cascata a detto demineralizzatore, primi e secondi mezzi di stoccaggio di acqua demineralizzata sterilizzata collegati in cascata a detti mezzi di sterilizzazione, mezzi di saturazione con CO2di detta acqua sterilizzata presente in detti primi mezzi di stoccaggio, un miscelatore a chiusura ermetica collegato in cascata a detti primi e secondi mezzi di stoccaggio, mezzi per la creazione di un battente di CO2al di sopra della soluzione salina presente all’interno di detto miscelatore ermeticamente chiuso, e mezzi di confezionamento del concentrato liquido collegati in cascata a detto miscelatore.
Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell’invenzione risulteranno maggiormente evidenti dalla descrizione di una forma di esecuzione preferita ma non esclusiva del processo ed impianto per la preparazione di un concentrato liquido diluibile per l’ottenimento di acqua destinata al consumo umano e presentante le caratteristiche di un’acqua minerale naturale o non presente in natura, secondo il trovato, illustrati a titolo indicativo e non limitativo nei disegni allegati, in cui:
la figura 1 mostra uno schema a blocchi di un primo modo preferito di realizzazione del processo produttivo del concentrato liquido; e
la figura 2 mostra uno schema a blocchi di un secondo modo preferito di realizzazione del processo produttivo del concentrato liquido.
Il processo per la preparazione del concentrato liquido diluibile per l’ottenimento di acqua destinata al consumo umano e presentante le caratteristiche di un’acqua minerale naturale o non presente in natura à ̈ il seguente:
Si prepara un’acqua demineralizzata mediante un opportuno demineralizzatore ad osmosi inversa.
Si sterilizza l’acqua demineralizzata mediante opportuni mezzi di sterilizzazione.
Si predispone in appositi primi mezzi di stoccaggio un primo quantitativo dell’acqua demineralizzata sterilizzata, ed in appositi secondi mezzi di stoccaggio l’altra parte dell’acqua demineralizzata sterilizzata.
Si satura con CO2, mediante appositi mezzi di saturazione con CO2, il primo quantitativo di acqua.
Si arricchisce in Bicarbonato di Calcio il primo quantitativo di acqua saturata con CO2 .
Si disciolgono nel primo quantitativo di acqua saturata con CO2gli altri sali minerali presenti nell’acqua minerale che si vuole ricreare.
In un miscelatore ermeticamente chiuso si diluisce il primo quantitativo di acqua saturata con CO2e presentante i vari sali minerali con un secondo quantitativo di acqua demineralizzata sterilizzata proveniente dai secondi mezzi di stoccaggio.
La diluizione del primo quantitativo di acqua con il secondo quantitativo di acqua consente di ottenere le concentrazioni ioniche desiderate.
Il contenuto di CO2desiderato à ̈ ottenuto variando il rapporto tra il primo e secondo quantitativo di acqua.
Inoltre, dopo aver aggiunto i sali al primo quantitativo di acqua saturata con CO2, e dopo che questo à ̈ stato diluito con il secondo quantitativo di acqua, viene creato nel miscelatore ermeticamente chiuso, mediante appositi mezzi di alimentazione di CO2, un leggero battente di CO2al di sopra della soluzione salina.
Il leggero battente di CO2nel miscelatore ermeticamente chiuso ha numerosi vantaggi: permette di compensare eventuali perdite di CO2subite dal primo quantitativo di acqua saturata con CO2durante l’aggiunta dei sali; la leggera sovrappressione creata all’interno del miscelatore ermeticamente chiuso inoltre evita l’ingresso di contaminanti e favorisce il deflusso del concentrato liquido verso i mezzi di confezionamento collegati in cascata al miscelatore.
In un primo modo di esecuzione preferita del processo, si sciolgono nel miscelatore munito di agitatore i sali minerali, preventivamente pesati in modo accurato, e si introducono indipendentemente le specie Calcio e Bicarbonato, il primo ad esempio come Solfato o come Cloruro o anche come Idrossido, ed il secondo come Bicarbonato di Sodio e/o di Potassio, avendo cura di aggiungere nella miscela per ultimi i Bicarbonati di Sodio e/o Potassio. Quest’ultima indicazione consente di evitare la formazione di concentrazioni locali di ione Ca<2+>in un ambiente carbonatico che potrebbe innescare la precipitazione di CaCO3, possibile se si aggiungono per ultimi i sali di Calcio.
In alternativa alla procedura sopradescritta si può raggiungere l’equilibrio calco-carbonico nel concentrato realizzando nel contempo la concentrazione formale desiderata di bicarbonato di Calcio, mediante un processo di percolazione, attraverso un letto di carbonato di Calcio opportunamente attivato, del primo quantitativo di acqua saturata con CO2. In questo caso si prevede di allestire un impianto a ricircolo in cui il primo quantitativo di acqua viene saturata con CO2, quindi inviata ad una colonna di percolazione in cui parte del Carbonato di Calcio si trasforma in bicarbonato per effetto dell’anidride carbonica e quindi si scioglie. A questo punto il primo quantitativo di acqua torna al saturatore e quindi nuovamente alla colonna realizzando un progressivo arricchimento in Bicarbonato di Calcio. Il processo può essere interrotto o quando il valore di concentrazione bicarbonato calcica desiderato à ̈ stato raggiunto, oppure quando si à ̈ giunti alla saturazione. In questo secondo caso si dovrà poi diluire opportunamente la soluzione satura fino a raggiungere la concentrazione desiderata. Il primo quantitativo di acqua saturata con CO2ed arricchita in Bicarbonato di Calcio à ̈ quindi inviata al miscelatore munito di agitatore dove sono caricati anche gli altri sali preventivamente pesati in modo accurato.
Il processo di produzione del concentrato liquido consente di ottenere tenori di Calcio soddisfacenti senza che la concentrazione di Cloruro e Solfato risulti troppo elevata (Cloruri e soprattutto Solfati conferiscono sapore amaro all’acqua), e di ottenere livelli adeguati di Bicarbonato mantenendo a livelli accettabili le concentrazioni di Sodio e Potassio.
Ciò viene conseguito senza apprezzabile precipitazione di sali, in particolare del Carbonato di Calcio, proprio nel concentrato, o all’atto della preparazione, o nel tempo, in conseguenza di variazioni di temperatura, esposizione ai raggi UV, ecc.
Il problema à ̈ riconducibile all’ulteriore dissociazione dello ione idrogenocarbonato che si trasforma parzialmente in Carbonato. Anche una frazione di idrogenocarbonato pari allo 0,001 % che si trasforma in Carbonato può, in determinati casi, dar luogo alla precipitazione del Carbonato di Calcio. Il fenomeno viene contrastato abbassando il pH in modo da ridurre sostanzialmente l’ulteriore dissociazione del Bicarbonato a Carbonato. La modalità che abbiamo individuato, fra le diverse possibili, prevede vantaggiosamente l’aggiunta preventiva di CO2. La scelta della CO2à ̈ estremamente vantaggiosa sia perché à ̈ già presente in soluzione nella distribuzione delle specie formalmente derivanti dalla dissociazione dello ione idrogenocarbonato, sia perché non presenta alcun rischio di nocività né per l’operatore, in sede di preparazione del concentrato, né per il consumatore finale. Infatti, quand’anche il consumatore ingerisse accidentalmente il concentrato anziché il prodotto finale diluito, il contenuto di CO2non eccederebbe mai il limite di solubilità dell’anidride carbonica (quindi l’effetto sarebbe semplicemente quello di assumere acqua gassata) il che, in altri termini, significa dire che non esistono rischi da sovradosaggio. Effetti potenzialmente nocivi si avrebbero invece, nel caso di sovradosaggio, se si impiegasse per l’acidificazione un qualunque acido minerale acquoso come l’acido cloridrico (sempre nel caso di ingestione accidentale del concentrato), senza contare i rischi connessi con la manipolazione di sostanze pericolose da parte dell’operatore in sede di preparazione del concentrato. Per contro, l’uso di altri agenti acidificanti ampiamente usati nell’industria alimentare (come ad esempio l’acido citrico), ancorché di origine naturale, modificherebbe la natura dell’erogato finale assimilandolo non ad un’acqua minerale naturale ma piuttosto ad un’acqua minerale non presente in natura costituente un integratore alimentare.
Da un punto di vista chimico il calcolo del quantitativo esatto di CO2necessario a prevenire la precipitazione del Carbonato di Calcio richiede:
che si stabilisca a priori la concentrazione dello ione Calcio che si vuole solubilizzare;
che si valutino analiticamente gli equilibri seguenti:
prima e seconda dissociazione dell’acido carbonico;
prodotto ionico dell’acqua;
prodotto di solubilità del CaCO3;
che si impostino correttamente i bilanci di massa e di carica del sistema;
che si determini la forza ionica totale del concentrato che si vuol preparare e che si proceda alla stima, secondo un opportuno modello, dei coefficienti di attività di tutte le specie ioniche coinvolte.
A questo punto, con metodo iterativo, si può calcolare, al variare del contenuto di CO2, l’attività corrispondente dello ione idrogeno, e da questa la distribuzione delle specie libere carbonato, idrogenocarbonato e anidride carbonica, in modo da individuare quel contenuto minimo di CO2che previene appunto la formazione di un precipitato di Carbonato di Calcio.
Il metodo consente pertanto di stimare un contenuto minimo diverso di CO2per ciascuna tipologia di acqua che si vuol immettere sul mercato.
Il concentrato liquido prodotto nel miscelatore dopo sterilizzazione UV à ̈ confezionato in dosi, particolarmente in capsule o sacche, per essere utilizzato da apposita apparecchiatura direttamente nel sito in cui l’acqua minerale viene prodotta e consumata.
L’acqua minerale viene prodotta ed erogata dall’apposita apparecchiatura diluendo il concentrato liquido con acqua demineralizzata sterilizzata.
Il rapporto di diluizione à ̈ compreso tra 1:10 e 1:60, in particolare à ̈ pari a circa 1:20 per dosi in capsule e a circa 1: 50 per dosi in sacche.
Il processo per la preparazione di un concentrato liquido così concepito à ̈ suscettibile di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nell’ambito del concetto inventivo; inoltre tutti i dettagli sono sostituibili da elementi tecnicamente equivalenti.
In pratica i materiali utilizzati, nonché le dimensioni, potranno essere qualsiasi a secondo delle esigenze e dello stato della tecnica.
Claims (10)
- RIVENDICAZIONI 1. Processo per la preparazione di un concentrato liquido diluibile per l’ottenimento di acqua destinata al consumo umano e presentante le caratteristiche di un’acqua minerale naturale o non presente in natura, caratterizzato dal fatto di comprendere le fasi seguenti: • saturazione con CO2di un primo quantitativo di acqua demineralizzata e sterilizzata • arricchimento con Bicarbonato di Calcio di detto primo quantitativo di acqua saturata con CO2 • dissoluzione di altri sali minerali in detto primo quantitativo di acqua saturata con CO2 • diluizione del primo quantitativo di acqua saturata con CO2e presentante tutti i sali minerali desiderati compreso il Bicarbonato di Calcio con un secondo quantitativo di acqua demineralizzata e sterilizzata in modo tale da ottenere un concentrato liquido presentante una concentrazione di CO2almeno sufficiente a prevenire la precipitazione di Carbonato di Calcio dal Bicarbonato di Calcio.
- 2. Processo per la preparazione di un concentrato liquido secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto concentrato liquido prima del confezionamento finale à ̈ sterilizzato con raggi UV.
- 3. Processo per la preparazione di un concentrato liquido secondo una qualunque rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che detta fase di diluizione à ̈ realizzata in un miscelatore ermeticamente chiuso in cui à ̈ creato un leggero battente di CO2al di sopra della soluzione.
- 4. Processo per la preparazione di un concentrato liquido secondo una qualunque rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che per l’arricchimento in Bicarbonato di Calcio si aggiungono nel detto primo quantitativo di acqua saturata con CO2sali di Calcio e solo successivamente Bicarbonati di Sodio e/o Potassio.
- 5. Processo per la preparazione di un concentrato liquido secondo una qualunque rivendicazione da 1 a 3, caratterizzato dal fatto che per l’arricchimento in Bicarbonato di Calcio si utilizza un processo di percolazione del detto primo quantitativo di acqua saturata con CO2attraverso un letto di Carbonato di Calcio opportunamente attivato.
- 6. Processo per la preparazione di un concentrato liquido secondo una qualunque rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che per il calcolo del quantitativo minimo di CO2necessario a prevenire la precipitazione del Carbonato di Calcio si stabilisce a priori la concentrazione dello ione Calcio che si vuole solubilizzare, si valutano analiticamente gli equilibri di prima e seconda dissociazione dell’acido carbonico, del prodotto ionico dell’acqua e del prodotto di solubilità del CaCO3, si impostano i bilanci di massa e di carica del sistema, si determinano la forza ionica totale del concentrato che si vuol preparare e si proceda alla stima, secondo un opportuno modello, dei coefficienti di attività di tutte le specie ioniche coinvolte, e con metodo iterativo, si calcola, al variare del contenuto di CO2, l’attività corrispondente dello ione idrogeno, e da questa la distribuzione delle specie libere carbonato, idrogenocarbonato e anidride carbonica.
- 7. Concentrato liquido diluibile per l’ottenimento di acqua destinata al consumo umano e presentante le caratteristiche di un’acqua minerale naturale o non presente in natura caratterizzato dal fatto di essere realizzato con un processo conforme ad una qualunque rivendicazione precedente.
- 8. Acqua minerale destinata al consumo umano caratterizzata dal fatto di essere realizzata tramite diluizione con acqua demineralizzata di un concentrato liquido conforme alla rivendicazione precedente.
- 9. Acqua minerale secondo la rivendicazione precedente, caratterizzata dal fatto che il rapporto di diluizione di detto concentrato liquido à ̈ compreso tra 1:10 e 1:60.
- 10. Impianto di produzione di un concentrato liquido diluibile per l’ottenimento di acqua destinata al consumo umano e presentante le caratteristiche di un’acqua minerale naturale o non presente in natura, caratterizzato dal fatto di comprendere un demineralizzatore ad osmosi inversa per la preparazione di acqua demineralizzata, mezzi di sterilizzazione dell’acqua demineralizzata collegati in cascata a detto demineralizzatore, primi e secondi mezzi di stoccaggio di acqua demineralizzata sterilizzata collegati in cascata a detti mezzi di sterilizzazione, mezzi di saturazione con CO2di detta acqua sterilizzata presente in detti primi mezzi di stoccaggio, un miscelatore a chiusura ermetica collegato in cascata a detti primi e secondi mezzi di stoccaggio, mezzi per la creazione di un battente di CO2al di sopra della soluzione salina presente all’interno di detto miscelatore ermeticamente chiuso, e mezzi di confezionamento del concentrato liquido collegati in cascata a detto miscelatore.
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