DE4105834A1 - Verfahren und vorrichtung zur abtrennung von alkohol aus fluessigkeiten, insbesondere aus getraenken - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zur abtrennung von alkohol aus fluessigkeiten, insbesondere aus getraenkenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur
Abtrennung von Alkohol aus Flüssigkeiten, insbesondere Ge
tränken, durch ein Membranverfahren.
Es sind heutzutage Filtermembranen herstellbar, die den
weiten Bereich der Umkehrosmose, Ultrafiltration und Mikro
filtration überdecken, um Moleküle unterschiedlicher Größe in
Fluiden oder Feststoffteilchen von Fluiden abzutrennen (Chem.
Techn. 41 (1989) 12, S. 506 . . 510). Dabei ist zu beachten,
daß entgegen einer rein mechanistischen Vorstellung vom Sieb
nicht nur die Porengröße ("Maschenweite"), sondern auch die
mittlere freie Weglänge in größeren Poren eines Membran--
Trägerkörpers als Verfahrensparameter zu beachten sind (Chem.
Techn. 41 (1989) 9, S. 369 . . 379, insbesondere S. 370). Bei
Beachtung aller dieser Einflußgrößen bleibt die Trennung der
Hauptbestandteile alkoholischer Getränke, nämlich Alkohol und
Wasser, wenig wirksam, weil sich die Molekülgröße der beiden
Stoffe nur wenig unterscheidet. Für einen wirtschaftlichen
Einsatz sollen sich die Molmassen etwa um den Faktor 10
unterscheiden (Chem.-Ing.-Tech. 59 (1987) 11, S. 844-850,
insbesondere S. 845).
Praktisch durchgesetzt haben sich zur Alkoholabtrennung die
Dialyse (Diafiltration) und die Pervaporation (Chem. Techn.
41 (1989) 9, S. 369 . . 379; insbesondere S. 373). Nachteilig
ist beim erstgenannten Verfahren, daß große Mengen "Spül
wasser" erforderlich sind. Auch lassen sich die Dialyse
röhrchen aus speziellen Polymaren kaum sterilisieren. Beim
zweitgenannten sind Qualitätsbeeinträchtigungen der Getränke
durch Vakuum- und/oder Temperatureinwirkungen zu erwarten.
Es ist schließlich bekannt, keramische Engoben als Membranen
für die Umkehrosmose, Ultrafiltration und Mikrofiltration
einzusetzen und die Porendurchmesser durch vergleichsweise
niedrige Einbrenntemperaturen von 560°C an aufwärts zu
steuern (EP 01 36 937). Eine Anwendung zur Alkoholabtrennung
ist dort weder erwähnt noch nahegelegt. Auch erfordert das
dort offenbarte Herstellungsverfahren den Einsatz
hochspezieller und teurer Chemikalien.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Alkohol aus
Flüssigkeiten, insbesondere aus Getränken unter Schonung der
Inhaltsstoffe derselben mit einer einfach und billig herzu
stellenden Vorrichtung zu entfernen.
Diese Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Verfahren nach
Anspruch 1 und die erfindungsgemäße Vorrichtung nach Anspruch
2 gelöst. Damit ist ein wirksames Verfahren unter Anwendung
einer einfach und preiswert herzustellenden Vorrichtung
geschaffen. Durch das Prinzip der Querströmung wird der allen
Membranen für Umkehrosmose, Ultrafiltration usw. zwangsläufig
anhaftende Nachteil eines hohen Strömungswiderstandes durch
einen großen Strömungsquerschnitt auf engem Raum kompensiert,
insbesondere wenn man einen nicht extrem dicht gebrannten
Wabenkörper mit abwechselnd an beiden Enden verschlossenen
Kanälen als längs durchbohrten Keramikkörper im Sinne der
Erfindung benutzt. Auch kann man einen solchen Keramikkörper
sehr leicht nach Art eines Rohrbündelwärmetauschers durch
Garnieren herstellen. Das hitzebeständige Keramikmaterial
läßt sich sehr leicht durch Heißdampf sterilisieren, was bei
jeglichen Ausrüstungen, die mit Lebensmitteln in Berührung
kommen, unabdingbar ist.
Die Engoben aus Porzellanglasur, Majolikaglasur oder aus sehr
feingemahlenen Stoffen des Keramikkörpers selbst nach den
Ansprüchen 3, 4 und 10 bis 13 haben sich als besonders
preiswert; diejenigen mit Zeolithen nach den Ansprüchen 5 bis
7 als besonders gut steuerbar in ihrer Selektivität auch für
eventuelle weitere unerwünschte Stoffe im Getränk und die
jenigen mit Zirkonkeramik-Engoben nach Anspruch 8 und 9 als
besonders günstig hinsichtlich Strömungswiderstand bzw.
Permeatzahl erwiesen.
Die Erfindung wird nachstehend an zwei Ausführungsbeispielen
näher beschrieben, wobei das erste eine besonders einfache
und das zweite eine bezogen auf das Gesamtvolumen besonders
wirksame Ausführungsform darstellen:
Ein prismatischer Tonkörper von 30 mm Durchmesser und 200 mm
Länge ist von neun gleichmäßig angeordneten Längsbohrungen
von jeweils 4 mm Durchmesser durchzogen, die mit einer bei
nur 800°C eingebrannten Majolikaglasur bedeckt sind. Durch
diese Bohrungen fließt das Rententat, außen fließt das stark
alkoholhaltige Permeat ab. Die Porositäöt des Tonkörpers
beträgt 70%, die Dicke der Majolikaglasur 0,04 mm.
Beim zweiten Beispiel handelt es sich um einen Wabenkörper
aus Cordierit mit einem Wabendurchmesser von 1,6 mm und
Wandstärken von 0,3 mm, die eine Porosität von 80% aufweisen.
Durch Tauchen wurden die Volumenflächen der Waben mit feinst
gemahlenen Zirkonoxid- und anschließend Zirkonsilikat
schlioker überzogen und diese Schicht bei 900°C gesintert.
Anschließend wurden die Wabenöffnungen abwechselnd an einem
und anderem Ende verschlossen, wobei man sich photolitho
graphischer Methoden aus der Mikroelektronik bedienen kann.
Die resultierende Dicke der Engobe beträgt 0,03 mm.
Maximal werden die anwendbaren Engoben erfindungsgemäß bei
1050°C gesintert.
Das Verfahren funktioniert in der beschriebenen Art, wenn die
zu behandelnde Flüssigkeit mit Druckimpulsen von 200 kPa,
einer Impulsfrequenz von 0,5 Hz und einem Tastverhältnis von
0,25 beaufschlagt wird. Man muß mit bekannten technischen
Maßnahmen für einen dichten Abschluß sämtlicher Armaturen und
im Falle des ersten Beispiels eines Auffangmantels nach Art
eines Mantelkühlers sorgen. Die erfindungswesentlichen Druck
impulse realisiert man am vorteilhaftesten durch eine elek
trisch betriebene Membranpumpe in Verbindung mit einem
Überdruckventil am Retentatauslaß.
Claims (13)
1. Verfahren zur Abtrennung von Alkohol aus Flüssigkeiten,
insbesondere aus Getränken, durch ein Membranverfahren,
dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit pulsierend
quer durch die Wandungen längs durchbohrter Keramikkörper
von oder zu den Bohrungen gedrückt wird, wobei der
Alkohol als Retentat und Wasser mit der Mehrzahl der
anderen Inhaltsstoffe als Permeat anfallen.
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch
1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Keramikkörper mit mehr
als 70% Porosität auf der Retentatseite mit einer unter
halb der Dichtbrenntemperatur gesinterten keramischen
Engobe als Membran bedeckt ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die Engobe eine Porzellanglasur ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
Engobe eine Majolikaglasur ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die Engobe Zeolith enthält.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
die Engobe einen nicht separierten Na-Zeolith enthält.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
die Engobe einen nicht separierten Ca-Zeolith enthält.
8. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die Engobe Zirkoniumverbindungen enthält.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß
die Engobe aus einer Zirkonsilikatschicht auf einer
Zirkonoxidschicht besteht.
10. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die Engobe aus einer wesentlich feineren Aufmahlung des
Keramikwerkstoffs hergestellt ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß
der Keramikkörperwerkstoff Aluminiumoxid ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß
der Keramikkörperwerkstoff Cordierit ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß
der Keramikkörperwerkstoff Spinell ist.
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