Handout Spirituosen - Grundlagen der Destillation WS 2024-2025 PDF

Grundlagen der Destillation Vorlesung Philipp Schwarz Ethanol Farblos leicht bewegliche Flüssigkeit. Verbrennt mit blauer Flamme Heizwert 21,3KJ/ml ~ 5,1 kcal/ml oder 26,9 kJ/g ~ /g Siedepunkt 78,3 °C, Schmelzpunkt -114 °C Alkohol-Luft-Gemische sind explosionsfähig 3,1-19 % vol. F...

Grundlagen der Destillation Vorlesung Philipp Schwarz Ethanol Farblos leicht bewegliche Flüssigkeit. Verbrennt mit blauer Flamme Heizwert 21,3KJ/ml ~ 5,1 kcal/ml oder 26,9 kJ/g ~ /g Siedepunkt 78,3 °C, Schmelzpunkt -114 °C Alkohol-Luft-Gemische sind explosionsfähig 3,1-19 % vol. Flammpunkt von 95 % Ethanol beträgt 16 °C ( Der Flammpunkt ist die niedrigste Temperatur, bei der sich die Dämpfe brennbarer Flüssigkeiten entzünden lassen) Zündtemperatur 425 °C Dichte 0,7893 g/cm³ bei 20°C Brennereitechnologie - © Philipp Schwarz – WS 2024-2025 Siedepunkt Temperatur, bei der eine Flüssigkeit unter Normaldruck (1,013 bar) siedet Am Siedepunkt gehen gleich viele Teilchen in die Dampfphase wie in die Flüssigphase (in Lösung) zurück Am Siedepunkt ist der Dampfdruck der Flüssigkeit gleich dem äußeren Druck Wassermoleküle haben die Tendenz sich anzuziehen → Wasserstoffbrückenbindung Alkoholmoleküle ziehen sich nicht so stark an → mehr Alkoholmoleküle im Dampf (Anreicherung) Dampfdruck über der Flüssigkeit ist abhängig von der Temperatur, verläuft aber nicht linear Alkohol hat in einer AWM bei gleicher Temperatur immer einen höheren Dampfdruck als Wasser Brennereitechnologie - © Philipp Schwarz – WS 2024-2025 Siedepunkte verschiedener Alkoholgehalte AWM Alkoholgehalt % vol Siedepunkt °C 0 100 1 99 3 97,3 5 95,8 10 92,6 20 88,4 40 84,1 80 79,9 100 78,3 Brennereitechnologie - © Philipp Schwarz – WS 2024-2025 Destillation Trennung eines Flüssigkeitsgemisch durch Teilverdampfung des Gemisch und anschließender Kondensation Brennereitechnologie - © Philipp Schwarz – WS 2024-2025 Rektifikation Anreicherung der leichter siedenden Komponenten im Gemischdampf und der schwerer siedenden Komponenten in der Flüssigkeit durch einen Gegenstrom von Dampf und Kondensat in einer vertikalen Austauschsäule Gegenstromdestillation Brennereitechnologie - © Philipp Schwarz – WS 2024-2025 Roh- und Feinbrand ohne Verstärkerkolonne Rohbrand Langsames aufheizen der Maische Destilliergeschwindigkeit von 10l/h Destillat ( bezogen auf 150L Brennblase) nicht überschreiten. Beenden der Destillation bei einem Alkoholgehalt an der Vorlage von 5-10% vol. Für einen Feinbrand sollten ca. 3 Rohbrände destilliert werden Brennereitechnologie - © Philipp Schwarz – WS 2024-2025 Roh- und Feinbrand ohne Verstärkerkolonne Feinbrand Langsames aufheizen der Brennblase Destilliergeschwindigkeit einer 150 Liter Brennblase sollte um die 6l/ h Destillatfluss liegen. Fraktionierung in Vor- Mittel- und Nachlauf sollte sensorisch erfolgen. Für ungeübte Brenner gibt es die Möglichkeit auf den Vorlaufabtrennungstest zurück zugreifen. Der Vorlaufabtrennungstest testet auf die Leitsubstanz Acetaldehyd → gibt nur Aufschluss ob der Acetaldehydgehalt unter 50mg/l liegt. Andere Vorlaufkomponenten wie der Essigsäurethylester werden nicht berücksichtigt. Der Test dient lediglich als Orientierung. Brennereitechnologie - © Philipp Schwarz – WS 2024-2025 Destillation mit Verstärkerkolonne Die Destillation kann in einem Brennvorgang erfolgen Von der Maische zum Destillat in einem Arbeitsschritt Bessere Trennung von Vor-Mittel- und Nachlaufkomponenten Deutlich höhere Mittellaufausbeute Mittellauf ist freier von Fuselalkoholen Sauberes destillieren ist möglich → Rückfluss Destillateur kann besser in den Destillationsprozess eingreifen Brennereitechnologie - © Philipp Schwarz – WS 2024-2025 Destillation vs. Rektifikation Destillation: Bei der Destillation erfolgt die Trennung allein aufgrund des Siedegleichgewichtes, nach dem der Dampf mehr leichtersiedende Komponenten enthält als das Gemisch selbst. Rektifikation: Bei der Rektifikation wird der Dampf zusätzlich noch einem Wärme- und Stoffaustausch mit der entgegenströmenden „Rücklaufflüssigkeit“ unterworfen. Die durch den Stoffaustausch stark verbesserte Trennwirkung hat jedoch einen höheren Energiebedarf. Die wichtigsten Bauteile sind die Glocken- und oder Siebböden in der Rektifizierkolonne inkl. des Dephlegmators (Ohne „Kühler“ kein Rückfluss) Brennereitechnologie - © Philipp Schwarz – WS 2024-2025 Einfache und Mehrfache Destillation Brennereitechnologie - © Philipp Schwarz – WS 2024-2025 Verstärkungsverhältnisse ←Azetrop Brennereitechnologie - © Philipp Schwarz – WS 2024-2025 Azetrop Ein Azetrop ist ein Gemisch, bei der der Dampf die gleiche Zusammensetzung hat wie die Ausgangflüssigkeit Trennung durch Destillation nicht möglich Alkohol-Wasser-Gemisch mit 95,57 % mas. (97,2 % vol.), Siedepunkt 78,15 °C ( reiner Alkohol 78,3 °C) Azetropisches Verhalten, Dampfphase gleich Flüssigkeitsphase, was eine Aufkonzentrierung des Alkoholgehalts im Dampf verhindert. Höherer Alkoholgehalt als 95,57 % mas. nur möglich mittels: Wasserbindende Chemikalien Zusatz eines Schleppmittels Membrantrennverfahren Brennereitechnologie - © Philipp Schwarz – WS 2024-2025 Rückflussverhältnis Rückflussverhältnis Je höher das Rückflussverhältnis desto stärker die Verstärkung Destillatabnahme sinkt und Energieverbraucht steigt Bei 100 % Rückfluss → keine Destillatabnahme →∞ Destillation Brennereitechnologie - © Philipp Schwarz – WS 2024-2025 Dephlegmation Dephlegmation ist die Verstärkung der leichtersiedenen / schwerer kondensierbaren Komponenten in der Dampfphase durch Teilkondensation des Dampfgemisches → Verstärkung des Alkohols Partielle Kondensation mit Verstärkung Umkehrung der Destillation Brennereitechnologie - © Philipp Schwarz – WS 2024-2025 Destillationsgeschwindigkeit 90 80 70 % vol A 60 50 üblich 40 langsam schnell 30 Fraktionen 0 10 20 30 40 50 Je langsamer die Destillationsgeschwindigkeit, desto besser die Trennung und so höher die Ausbeute der Destillation. Brennereitechnologie - © Philipp Schwarz – WS 2024-2025 Dampfkesselanlage Quelle: https://www.energiemanagement-und-energieeffizienz.de/energie-lexikon/dampftechnik/ Bauteile in der Kolonne Verstärkerböden Die Bekanntesten Verstärkerboden sind der Glockenböden und Siebböden Neben dem Glocken- und Siebboden gibt es noch Verstärkersysteme wie: Ventilböden Disc-Donuts-Böden Brennereitechnologie - © Philipp Schwarz – WS 2024-2025 Glockenboden Brennereitechnologie - © Philipp Schwarz – WS 2024-2025 Siebboden Ventilboden Wenn Ventilböden verkrusten können diese nicht mehr richtig öffnen und schließen und sind in Ihrer Funktion eingeschränkt. Disc-Donut-Boden Dephlegmatoren Quelle: Buch: Obstbrennen von Hagmann & Essisch 2. Auflage Röhrendephlegmator Wasserkasten-Dephlegmator Figure 20: Mash Distillation Column, Mash and Water Dephlegmator Figure 21: Mash Distillation Column, Pure Mash Dephlegmator (J.Carl, (KREIPE, 1981) D-73002 Göppingen) Ethanolic Vapour Water Dephlegmator Ethanolic Vapour Mash Dephlegmator Water Mash Dephlegmator Water Mash Water Enriching Section Mash Cooler Enriching Section Cooler Water Mash Column Mash Column Receiver Steam Raw Spirit Receiver Stillage Steam Water Water Mash Pump Mash Pump Stillage Raw Spirit Steam Dephlegmatoren Großbrennereien Katalysator Einbau zwischen Dephlegmator und Kühler Dient zur Erhöhung der reaktiven Kupferoberfläch im Brenngerät Die reaktive Kupferoberfläche bindet: Cyanide (Blausäure) Schwefelverbindungen Sowie andere ungewollte Inhaltstoffe Eine regelmäßige Reinigung des Katalysators mit Zitronensäure ist sinnvoll Brennereitechnologie - © Philipp Schwarz – WS 2024-2025 Ethylcarbamat Amygdalin im Keimling des Steins zerfällt zu: Glucose Cyaniden (Blausäure) Benzaldehyd Ethylcarbamat wird aus Blausäure und Ethanol unter Lichteinwirkung gebildet. Effektivster Weg der Vermeidung von EC ist das senken des Cyanidgehalts in der Maische bzw. Mazerat und des resultierenden Destillats. Brennereitechnologie - © Philipp Schwarz – WS 2024-2025 Abfindungsbrennerei Seit 2018 darf jeder der die Voraussetzungen erfüllt und steuerlich Vertrauenswürdig ist eine Abfindungs-Brennerlaubnis beantragen. Min 3ha Land oder 1,5ha Intensiv-Obstbau Es wird die Maische versteuert (Ausbeutesätze) Die Rohstoffliste gibt vor was gebrannt werden darf (z.B. Rum ist nicht erlaubt) Begrenzt auf 300 lA pro Jahr (bezogen auf die Ausbeutesätze) Jeder Brand, sogar das erwärmen des Brenngeräts, muss dem Zoll vorab mitgeteilt und genehmigt werden, sowie die Brennzeiten Eine Person darf keine Abfindung und Verschlussbrennerei haben Brennereitechnologie - © Philipp Schwarz – WS 2024-2025 Verschlussbrennerei Die Herstellungsmenge ist nicht begrenzt Es darf jeder Rohstoff gebrannt werden (beachte: die Lebensmittelrechtlichen Bestimmungen) Destillatmenge wird erfasst und bei Entnahme aus dem Steuerlager mit dem Regelsteuersatz von 13,03€/lA versteuert. Anlage muss Verschlusssicher sein, sodass jeder Tropfen Destillat über eine Alkoholuhr oder Sammelgefäß erfasst wird. → jährliche Verschlussprüfungen vom Zoll In der Regel verfügt jede Verschlussbrennerei über ein Alkoholsteuerlager Möglichkeiten der Alkoholerfassung sind geeichte Sammelgefäße oder auf Antrag und Zustimmung des Zolls, sogenannte Alkoholuhren oder Weingeistzähler. Amtliche Alkoholabnahmen erfolgen durch den Zoll [oder je nach Regelung und Gestaltung des Betriebs einer vereidigten Steuerhilfsperson] Möglichkeit der Kleinverschlussbrennerei mit einer Erzeugungsgrenze von 400 lA im Betriebsjahr für 7,30€/lA Brennereitechnologie - © Philipp Schwarz – WS 2024-2025 Trinkbranntweinhersteller Alternative für Hersteller die in einem Destilliergerät und Vergeisten möchten ist der Trinkbranntweinhersteller. Anmeldung beim Zoll als Trinkbranntweinhersteller Verarbeitung von versteuertem Alkohol möglich Durch Genehmigung vom Zoll auch das errichten eines Alkoholsteuerlagers möglich Auf dem Destilliergerät dürfen nur Geiste und Ansätze auf versteuertem oder steuerlich erfasstem Alkohol hergestellt werden Das Destillieren von Maischen und herstellen von Bränden ist strickt untersagt! → sonst rechtliche Konsequenzen Zoll schriebt vor wie die Anmeldungen der geplanten Destillationen erfolgen muss. Brennereitechnologie - © Philipp Schwarz – WS 2024-2025 Neutralalkohol Neutralalkohol ist Ethylalkohol landwirtschaftlichen Ursprungs, mit einem Alkoholgehalt von mindestens 96 % vol. und einem Höchstgehalt an Methanol von 30g/hl r.A (siehe EG VO 110/2008 Anhang 1). Der Ausgangsstoff ist in den meisten Fällen gar nicht bis kaum sensorisch zu erkennen. Neutralalkohol wird als Basis für Liköre und Geiste benötigt. Brennereitechnologie - © Philipp Schwarz – WS 2024-2025 Neutralalkohol (Primasprit) Neutralalkohol kann auf einer herkömmlichen Brennerei nicht hergestellt werden. Nur Wenige Brennereien verfügen über eine Rektifikationskolonne mit über 45 Destillierböden, um den Alkoholgehalt von 96% vol. zu erreichen geschweige denn in der Lage sind einen Methanolgehalt von 30g/hl r.A. zu unterschreiten. In der Regel muss der Brenner/ Destillateur den Neutralalkohol zu kaufen sofern er nicht über die Technische Einrichtung verfügt. Brennereitechnologie - © Philipp Schwarz – WS 2024-2025 Neutralalkoholqualitäten Neutralalkohol muss, sofern man über keine eigene Rektifizierkolonne mit über 45 Destillierböden verfügt, zugekauft werden. Die geläufigsten Qualitäten Sind: Primasprit EFF-Sprit Primasprit aus Kartoffeln Primaspritaus verschiedenen Getreidesorten, teilweise Sortenrein usw. Brennereitechnologie - © Philipp Schwarz – WS 2024-2025 Ethylalkohol landwirtschaftlichen Ursprungs (Primasprit) Ethylalkohol landwirtschaftlichen Ursprungs weist folgende Merkmale auf: a) sensorische Eigenschaften: kein feststellbarer Fremdgeschmack; b) Mindestalkoholgehalt: 96,0 % vol; c) Höchstwerte an Nebenbestandteilen: i) Gesamtsäuregehalt, ausgedrückt als Essigsäure in g/hl r. A.: 1,5, ii) Ester, ausgedrückt als Ethylacetat in g/hl r. A.: 1,3, iii) Aldehyde, ausgedrückt als Acetaldehyd in g/hl r. A.: 0,5, iv) höhere Alkohole, ausgedrückt als Methyl-2-Propanol-1 in g/hl r. A.: 0,5, v) Methanol, ausgedrückt in g/hl r. A.: 30, vi) Abdampfrückstand in g/hl r. A.: 1,5, vii) flüchtige Stickstoffbasen, ausgedrückt als Stickstoff in g/hl r. A.: 0,1, viii) Furfural: nicht nachweisbar. Brennereitechnologie - © Philipp Schwarz – WS 2024-2025 Wodka Ist neutral schmeckender hoch rektifizierter Ethanol aus: Kartoffeln Getreide Oder anderen landwirtschaftlichen Rohstoffen so destilliert und/oder rektifiziert wird, dass die sensorischen Eigenschaften der verwendeten Ausgangsstoffe und die bei der Gärung entstandenen Nebenerzeugnisse selektiv abgeschwächt werden Methanolgehalt höchstens 10 g/hl r. A. Der Mindestalkoholgehalt von Wodka beträgt 37,5 % vol Brennereitechnologie - © Philipp Schwarz – WS 2024-2025 Herstellung Neutralalkohol Brennereitechnologie - © Philipp Schwarz – WS 2024-2025 Quelle: https://www.vogelbusch-biocommodities.com/assets/1-Technology/1-Alcohol/1-blockdia-neutralalkohol-DE.gif Weiterführende Literatur: Stärkehaltige Rohstoffe in der Brennerei Stärkehaltige Rohstoffe wie Malz, Getreide und Co. sind Basis für die Herstellung aromatischer Destillate in der Brennerei. Dieses Buch bietet Kleinbrennern und Spirituoseninteressierten einen umfassenden Einblick in die Verarbeitung stärkehaltiger Rohstoffe. Von der Maischebereitung über Gärung und Destillation bis hin zur Fasslagerung und Fertigstellung des Destillats. Kompakte Getreideporträts zeigen die vielfältigen Möglichkeiten zur Herstellung edler und ausgefallener Brände. Ob Kartoffeldestillat als Basis für Spirituosen, Whisky mit Sherryfass-Finish oder Bierbrand im Kastanienholzfass.