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 C0 ₂ 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 C0 ₂ , 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 C0 ₂ 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 C0 ₂ 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.