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Hügelwilli
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Re: Rechner

Beitrag von Hügelwilli »

uuund schon ist der nächste Rechner da!

Mischungsrechner

Mit ihm kann man Mischungen verschiedener alkoholischer Flüssigkeiten berechnen lassen. Also zum Beispiel wenn man drei Raubrände unterschiedlicher Größe und Alkoholstärke zusammenmischen möchte. Oder wenn man einen zu intensiven Angesetzten mit Neutralalk verdünnen möchte. Und vieles mehr.
Wie auch bei unseren Verdünnungsrechnern wird dabei die Kontraktion berücksichtigt.

Bei dem Mischungsrechner kann man, wie bei den Verdünnungsrechnern inzwischen auch, anstelle liter auch kg eingeben und berechnen lassen. Waagen sind oft nunmal wesentlich genauer als Messbecher.

Wenn man kleine Mengen, also zB kleine Gläschen mit nur so 20 ml oder gramm, addieren möchte, kann man anstelle 0.02 (liter oder kg) auch einfach 20 eingeben. Es macht für die Rechnung keinen Unterschied. Also wer ml anstelle liter eingibt, bekommt dann auch ml anstelle liter berechnet. Auch andere Einheiten, wie gal oder lbs, können direkt eingegeben werden ohne sie vorher umzurechnen.
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Re: Rechner

Beitrag von Hügelwilli »

Nach der Destillation will man ja oft wissen, wie viel Alkohol in der Destille war. Also zum Beispiel, wie viel Alkohol die Maische hatte. Hierbei hilft der neue Rechner:

vol% des Destilleninhalts

Zusätzlich wird auch die Menge und Alkoholstärke der verbleibenden Destillenflüssigkeit (Schlempe, Backset, Dunder) berechnet.
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Re: Rechner

Beitrag von Hügelwilli »

Wenn man beim Destillieren wissen möchte, welche vol% denn die angezeigten Dampftemperaturen genau bedeuten, kann man sich das zwar mit unserem Destillationsrechner anzeigen lassen, einfacher ist es aber mit einer Tabelle.
Wir haben deswegen nun einen Rechner, welcher pdfs mit Destillationsdaten erstellt:

Destillationstabellen-Generator

Nach Eingabe des Luftdrucks wird eine Tabelle mit der Dampftemperatur in 0.1°C-Schritten und den dazugehörien vol% im Destillat angezeigt. Diese kann auch als pdf abgespeichert und ausgedruckt werden.

Die Tabelle gilt für alle Destillen, auch für Refluxdestillen, wenn das Thermometer über der Packung, also nach der Rektifikation, angebracht ist.

Man beachte bitte die Anmerkung unter dem Rechner über das Herausfinden des Luftdrucks.
Diese Anmerkung und auch die dazugehörige Rechenweise sind neu und hat nun auch in dem Destillationsrechner und dem Destillationsrechner Molverhältnis die alte etwas fehlerhafte Rechenweise und Anmerkung ersetzt.
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Re: Rechner, die Rektifikationszahl

Beitrag von Hügelwilli »

Bei beiden Destillationssimulatoren kann man einen Wert für die Rektifikation eintragen. Ich schreibe hier ein bisschen darüber, was diese Angabe bedeutet, denn wir arbeiten gerade an einem neuen Rechner, einem unter anderem die Rektifikation berücksichtigenden Siedediagramm-Generator, welcher dafür eine genau Definition verlangt:

"0" bedeutet keine Rektifikation, also eine einfache Destillation.
"1" bedeutet, daß das Destillat in einem Durchgang zweimal destilliert wird. Und zwar genau zweimal. Nicht im Schnitt zweimal. Im Schnitt zweimal wäre von der Reinheit des Destillats niedriger als alles genau zweimal, da jede weitere Destillation nicht so viel bringt wie die vorige. Anders gesagt: 1 Teil einmal, 2 Teile zweimal und 1 Teil dreimal destilliert, also im Schnitt zweimal, endet bei niedrigeren vol% als alle 4 Teile zweimal destilliert.
Es ist eine reine Definitionsfrage. Wir haben uns für diese Definition vor allem entschieden, weil sie genau berechenbar ist.

"0.3" Rektifikation bedeutet bei uns, daß von 1kg Destillat 0.3kg zweifach und 0.7kg einfach destilliert wurden. Das haben wir vor kurzem nochmal ändern müssen. Also die Simulatoren zeigen jetzt bei Rektifikationszahlen mit Kommastellen ein bisschen andere Ergebnisse an. Aber so wird es jetzt hoffentlich bleiben.

Der einzige bisher bemerkte Nachteil unserer Definitionen:
Der Unterschied zum Beispiel zwischen 0.9 und 1.0 Rektifikation ist wesentlich größer als der Unterschied zwischen 1.0 und 1.1 Rektifikation. Das ist auf den erste Blick extrem unlogisch, erklärt sich aber durch unsere Definition:
0.9 Rektifikation bedeutet 9 Teile zweifach und 1 Teil einfach destilliert.
1.1 Rektifikation bedeutet 9 Teile zweifach und 1 Teil dreifach destilliert.
Der 1 Teil einfach bei 0.9 verursacht nun aber viel mehr Unreinheit, als der 1 Teil dreifach bei 1.1 mehr Reinheit bringt. Daher ist der Abstand zwischen 0.9 und 1.0 wesentlich größer, als der zwischen 1.0 und 1.1. ZB mit 10vol% in der Destille bedeuten:
0.8: 77.3vol% im Destillat
0.9: 79.8vol%
1.0: 82.3vol%
1.1: 83.0vol%
1.2: 83.6vol%
Man sieht, wie der Abstand der vol% von 1.0 auf 1.1 plötzlich kleiner ist.
Wäre unsere Definition "im Schnitt", wäre die Reinigungssteigerung pro 0.1 Rektifikation viel logischer. Das wäre ein Vorteil dieser Definition. Bei unserer Definition dagegen gibt es mehr oder weniger große Brüche nach jeder ganzen Zahl.

Im Endeffekt haben beide Simulatoren immer recht. Wenn nicht, war die Angabe der Rektifikationszahl halt falsch. Das hilft natürlich wenig... Der einzige Weg ist, die eigenen Vermutungen über die Rektifikationszahl immer wieder mit den Rechenergebnissen zu vergleichen und zu korrigieren und dadurch dazuzulernen.
Wenn man denn überhaupt an Berechnungen dieser Art interessiert ist. Guten Schnaps machen kann man durchaus auch ohne übrigens.
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Re: Rechner, Siedediagramm-Generator

Beitrag von Hügelwilli »

Ein neues Spielzeug ist da!

Siedediagramm-Generator

Nach Eingabe des Luftdrucks oder der Höhenmeter wird ein Diagramm erstellt. Für die, die nicht wissen, was es bedeutet, ist es hier erklärt.

Man kann auch die Rektifikation eingeben. Dann werden zusätzlich bunte Balken in die Siedelinse gezeichnet, an denen man die durch die Rektifikation erhöhte Destillationsleistung ablesen kann.

Dieses Diagramm ist interaktiv. Das heißt man kann den Cursor auf die Achsenlinien führen, dann werden Linien von dort zu den anderen Werten gezogen. Also zB:
1.png
Hier liegt der Cursor auf 95°C. Das ist die Temperatur in der Destille. Die Linien führen nach unten zu der Alkoholstärke in der Destille (6.1vol%), nach rechts oben zu der Alkohlstärke des Destillats (62.3vol%) und rechts zur Dampftemperatur (90°C).

Hier das gleiche mit 0 Rektifikation:
2.png
Weil nicht rektifiziert wird, werden nur 42.7vol% erreicht und die Dampftemperatur entspricht der Siedetemperatur.

Man kann das Diagramm auch als pdf herunterladen und ausdrucken. Ohne die interaktiven Linien.


Was kann man von den Diagrammen lernen?

Zum Beispiel, daß es bei hoher Rektifikation so gut wie egal ist, wie viel Alkohol man im Kessel hat. Zumindest bezogen auf die erreichten vol% im Destillat. Hier 700 hPa und Rektifikation 9, also eine zehnfache Destillation. 50vol% im Kessel ergeben etwa 96.6vol% im Destillat:
3.png
Nur 0.5vol% im Kessel ergeben etwa 96.1vol% im Destillat:
4.png
Die hundertfache Alkoholkonzentration in der Destille bringt also nur 0.5vol% mehr im Destillat.
Das Diagramm erklärt also den Sachverhalt, daß bei einer Refluxdestille die vol% ewig oben bleiben und erst absacken, wenn kein Alkohol mehr da ist.

Auch bei niedriger Rektifikation ist das im Prinzip schon sichtbar: Zum Beispiel bei 0.5 Rektifikation, also einer langsam laufende Potstill mit langem gefüllten Steigrohr:
5.png
Wenn man nun mit dem Cursor unten bei 30 oder 40vol% in der Destille anfängt (also wie bei einem Feinbrand) und ihn langsam und gleichmäßig Richtung 0vol% bewegt, erkennt man wie sich die beiden blauen Linien des Destillats (rechts oben) anfangs nur wenig bewegen und dann aber immer schneller.
Das Diagramm stellt also das typische Potstillverhalten beim Feinbrand da. Nämlich, daß die vol% recht lange stabil im oberen Bereich bleiben, dann aber immer schneller absacken.
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Re: Rechner, McCabe-Thiele-Verfahren

Beitrag von Hügelwilli »

Ein neuer Rechner ist da. Oder besser gesagt: Ein Package aus sechs! neuen Rechnern für Refluxdestillationen.
Bei allen geht es um das McCabe-Thiele-Verfahren.

Mit diesem kann man den Zusammenhang von vier Parametern berechnen. Von:
1. der Alkoholstärke in der Destille,
2. der Alkoholstärke im Destillat,
3. der Anzahl der theoretischen Böden und
4. dem Rückflussverhältnis.

Sind drei der vier Werte bekannt, lässt sich der vierte ermitteln.

Genau dies macht der McCabe-Thiele-Verfahren-Hauptrechner.

Zusätzlich berechnet er, wie viele theoretische Destillationen dabei stattfinden, bzw die Zahl "Rektifikation", welche bei unseren beiden Destillationssimulatoren angegeben werden muss.

Das Interessante an diesem Verfahren ist, daß es Berechnungen mit dem eingestellten Rückflussverhältnis und des nötigen Rückflussverhältnisses ermöglicht, was wir bisher noch nicht konnten. Das eröffnet uns auch neue Möglichkeiten.

Von dem Hauptrechner kommt man zu vier "praxisbezogenen Rechnervarianten". Diese machen das gleiche wie der Hauptrechner, sind aber für den jeweiligen Zweck (welcher der vier Parameter berechnet werden soll) benutzerfreundlicher gestaltet.

Und man kommt noch zu "McCabe-Thiele-Diagramme", wo man sich leere McCabe-Thiele-Diagramme anschauen und als pdf herunterladen kann. Drei Diagramme: Bezogen auf vol%, gew% und Molanteil. Dieses Verfahren ist nämlich ein graphisches, erklärt sich visualisiert also am besten.
So kann ein ausgefülltes Diagramm ausschauen:
Diagramm.png
Eine kurze Erklärung dazu:
Die senkrechte blaue Gerade links ist die Alkoholstärke in der Destille (ca. 7gew%), die blaue senkrechte weiter rechts die Alkoholstärke im Destillat (85gew%), die Steigung der grünen "Arbeitsgerade" ist das Rückflussverhältnis (wäre sie waagrecht, würde das 0% Reflux bedeuten, wäre sie 45°, also würde sie auf der schwarzen schrägen Gerade liegen, würde das 100% Reflux bedeuten) und die Anzahl der Treppenstufen die Anzahl der theoretischen Böden (vier).

Genauere Erklärungen finden sich sehr viele im Netz, da dieses Verfahren sehr wichtig für die Industrie ist. Meist geht es aber um kontinuierliche Destillation. Um dieses Verfahren für unsere nicht-kontinuierlichen Destillen erklärt zu bekommen, muss man nach "batch distillation McCabe Thiele method" suchen.
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Re: Rechner, Kolonnensimulator

Beitrag von Hügelwilli »

Wir haben nun einen Kolonnensimulator!

Im Endeffekt beruht er auf dem MacCabe-Thiele-Rechner. Er ist aber besser bedienbar(Drehregler) und vor allem wird die ganze Kolonne -also alle Böden- berechnet und graphisch dargestellt. Angegeben werden muss die Alkoholstärke im Kessel, die Anzahl der Böden und wie viel Prozent des Dampfes als Produkt abgezogen werden. Zusätzlich der Luftdruck (bitte Anmerkungen unter dem Rechner beachten).
Macht Spaß das Spielzeug. Aber nicht nur das. Phänomene, wie zum Beispiel das urplötzliche Absacken des Alkoholgehalts am Ende der Reflux-Destillation bei sehr tief gesunkenen vol% im Kessel, sind sichtbar. Mit Herumspielen an den Reglern kann man doch einiges lernen.

Zum Beispiel hier ist noch alles in Ordnung:
Screenshot (38).png
Obwohl nur noch 1.3vol% im Kessel sind, erreicht man oben noch 96vol% bei immerhin 10% Entnahme des Dampfes.

Nun aber sind nur noch 1vol% im Kessel und oben sackt die Alkoholstärke auf 81.6vol% ab:
Screenshot (36).png

Aber schon ein bisschen weniger Produkt entnehmen (8 anstelle 10% der Dampfmenge) und schon steigt die Alkoholstärke oben wieder auf 96vol%:
Screenshot (37).png



Der McCabe-Thiele-Rechner ist nun in den praxisfernen Bereich verschoben.
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Re: Rechner, Thermometerfehler, Luftdruck

Beitrag von Hügelwilli »

Ein neuer Rechner ist da! Er heißt Thermometerfehler

Da ja die meisten hier kein Thermometer haben, welches auf 0.1°C genau anzeigt, haben wir ein kleines Tool gebastelt, wo man den Luftdruck und die angezeigte Dampftemperatur bei einer Destillation von Wasser eingeben kann. Berechnet wird dann, wie viel das Thermometer zu tief oder zu hoch anzeigt.

Diesen Wert kann man nun in manche unserer Rechner eingeben, er wird dann bei der Berechnung berücksichtigt. Sowohl bei der Berechnung von Temperaturen als auch bei der Eingabe dieser. Ausgegeben werden dann also nicht mehr die realen Temperaturen, sondern die auf dem Thermometer angezeigten, sobald ein Thermometerfehler angegeben wird.


Und wir haben ein paar Rechner überarbeitet:

Einige Rechner erlauben ja die Berücksichtigung des Luftdrucks. Dafür kann man entweder direkt den absoluten Lufdruck eingeben oder die Höhenmeter, Außentemperatur und den relativen Luftdruck.
Die Berücksichtigung des Drucks ist jetzt in weiteren Rechnern eingebaut.
Damit es nicht unübersichtlich wird, ist aber nur noch die Eingabe des absoluten Luftdrucks möglich. Die Berechnung des absoluten Luftdrucks aus den Höhenmetern, dem rel. Luftdruck und der Außentemperatur ist meist nicht nötig, da die meisten ein Smartphone haben, mit dem man sich den absoluten Luftdruck anzeigen lassen kann. Falls jemand diese Berechnung trotzdem braucht, haben wir sie in einen eigenen Rechner verschoben: Luftdruck
Er verwendet eine andere Formel als die Rechner bisher. Die bisherige Formel war zwar nicht schlechter, aber die neue ist die, welche die Wetterdienste verwenden. Das bedeutet, bei Angabe der Höhenmeter mit zusätzlicher Angabe eines relativen Luftdrucks (bezogen von Wetterdiensten) bekommt man rechnerisch genau den Messwert zurück, also den gemessenen absoluten Luftdruck. Anders gesagt, Unzulänglichkeiten der Formel (damit ist vor allem gemeint, daß diese Formeln nicht die ganze Wirklichkeit abbilden, also immer etwas ungenau sein können) heben sich auf, da sie vom Wetterdienst vorwärts und von uns dann rückwärts eingesetzt wurde. Ungenauigkeiten können also nur noch vom Druckmessgerät kommen oder von ungenauen Höhen- oder Temperaturangaben.
Im Endeffekt berechnet die neue Formel eine etwas kleinere Beeinflussung des Luftdrucks durch die Höhenmeter. Macht aber in normalen Höhenlagen kaum was aus.


Was alles geändert wurde:

Destillationsrechner, Destillationsrechner Molverhältnis und Destillationssimulator 2: Berücksichtigung des Drucks und des Thermometerfehlers.
Destillationssimulator 1: Berechnung der Temperaturspannen der Abschnitte und die Möglichkeit der Angabe von Temperaturen als Schnittpunkte. Berücksichtigung des Drucks und des Thermometerfehlers. Außerdem ist er nun etwas besser abgesichert, wenn unmögliche Vorgaben eingegeben werden.
Kolonnensimulator, Destillationstabellen-Generator und Siedediagramm-Generator: Eingabe des Thermometerfehlers.
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Re: Rechner, Thermometerfehler

Beitrag von Hügelwilli »

Den Rechner Thermometerfehler ist überarbeitet und erweitert.

Bisher hat er aus den eingegebenen Daten berechnet, welchen Fehler das Thermometer bei Wasserdampf anzeigt. Die "thermometerfähigen" Rechner, also die, wo man einen Thermometerfehler eingeben kann, gehen dann davon aus, daß dieser Fehler für alle Temperaturen gilt; daß also ein Thermometer, welches bei Wasserdampf 101°C anstelle 100°C anzeigt, dann 1°C bei 0°C anzeigt.
Das ist aber natürlich nicht unbedingt so. Deshalb kann man im neuen Thermometerfehlerrechner nun mit einer Eiswassermessung den Fehler auch für 0°C berechnen. Andere Temperaturen können dann von den entsprechenden Rechnern linear interpoliert werden. Also ein Thermometer, welches bei 0°C 1°C zu viel anzeigt und bei 100°C 1°C zu wenig, zeigt bei 50°C genau richtig an. Das ist mit großer Wahrscheinlichkeit sehr exakt. Der Rechner ersetzt also eine Zweipunktkalibrierung, welche bei unseren Thermometern normalerweise leider nicht möglich ist.
Der neue Thermometerfehler besteht daher nun aus zwei Zahlen, dem Fehler bei 0°C und dem bei 100°C, durch ein Leerzeichen getrennt. Zum Beispiel bedeutet "0.5 -1", daß das Thermometer 0.5°C bei 0°C und 99°C bei 100°C anzeigt.
Wenn man nur eine Zahl eingibt, funktionieren die Rechner aber so wie bisher. Also dieser eine Fehler gilt dann für alle Temperaturen, egal ob er mit Eiswasser oder Wasserdampf ermittelt wurde.

Zusätzlich ist im Thermometerfehlerrechner weiter unten ein kleines Tool, mit dem man anhand des Thermometerfehlers eingegebene Temperaturen korrigieren oder für gewünschte Temperaturen den erforderten Anzeigewert des Thermometers berechnen kann. Dies ist sinnvoll zum Beispiel bei der Benutzung eines Alkoholmeters.


Zur Eiswassermessung gibt es viele Anleitungen im Internet.
Wenn man es auf 0.1°C genau haben möchte, sollte man einige Dinge wirklich ernst nehmen:

- das Eis muss zerkleinert sein.
- das in den Anleitungen beschriebene Verhältnis von Eis zu Wasser halbwegs beachten.
- als Behälter braucht man eine Thermoskanne.
- destilliertes oder demineralisiertes Wasser bzw. Eis nehmen. Weiches Leitungswasser ist vielleicht auch in Ordnung.
- das Eiswasser muss erstmal in der verschlossenen Thermoskanne 30min vorbereitet werden, damit das Wasser 0°C erreicht. Währenddessen immer mal schütteln.
- das Thermometer braucht dann ein paar Minuten im Eiswasser, bis sich die Temperatur nicht mehr ändert.

Zusätzlich könnte man überlegen:
- Rühren oder nicht rühren beim Messen? Da sind wir uns nicht sicher.
- der Sensor soll kein Eis berühren, sondern nur Wasser.
- kein "unterkühltes" Eis nehmen. Also zum Beispiel das Eis vorher bei nur -2°C lagern, wenn das möglich ist. Oder erst gerade frisch eingefrorene Eiswürfel nehmen, welche innen noch flüssig sind. Und zum Ausgleich das Wasser vorkühlen oder weniger Wasser nehmen.


Zur Wasserdampfdestillation bitte diese Hinweise beachten: Thermometer / Position/ Eintauchtiefe
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Re: Rechner, Refraktometer Temperaturkorrektur

Beitrag von Hügelwilli »

Drei neue Rechner sind da!

Refraktometer Temperaturkorrektur Zuckerlösungen
Refraktometer Temperaturkorrektur Alkohollösungen
Refraktometer Justierung


Es geht also diesmal um Refraktometer. Und zwar um die Temperaturabhängigkeit des Brechungsindex:
Wie auch bei einer Spindel ist der Messwert mit einem Refraktometer leider temperaturabhängig. Je höher die Temperatur, desto niedriger ist der Brechungsindex. Und damit ist auch die angezeigte Zucker- oder Akoholkonzentration zu niedrig. Der falsche Anzeigewert muss bei hohen Temperaturen also nach oben korrigiert werden.
Wahrscheinlich liegt das ganz einfach an der Änderung der Dichte. Jedenfalls ist diese Problematik bei Messungen mit dem Refraktometer ähnlich groß wie mit Spindeln oder anderen Dichtemessgeräten.
Und wie auch bei Spindeln ist dieses Verhalten bei Alkohollösungen viel stärker als bei Zuckerlösungen. Und zwar umso mehr, je höher die Alkoholkonzentration ist. Das bedeutet, daß Messungen von hohen Alkoholstärken, welche mit einem Refraktometer ja sowieso schon nicht einfach sind, da die vol%-Skalenstriche im hohen Bereich sehr nah beinander liegen, zusätzlich durch die hohe Temperaturabhängigkeit erschwert werden.
Bei Messungen des Alkoholgehalts muss daher sehr auf die Genauigkeit des Thermometers geachtet werden.
Aber selbst bei sehr genauen Instrumenten stellt sich die Frage, ob das Refraktometer für Alkohollösungen im Bereich 40-65vol% wirklich das geeignete Messinstrument ist, oder ob nicht doch besser eine (gute) Spindel verwendet werden sollte.
Die Rechner können bei Refraktometern mit eingebauter automatischer Temperaturkompensation (ATC) nicht verwendet werden. Diese korrigieren selber durch einen Bimetallstreifen, welcher sich je nach Temperatur krümmt und dadurch die Skala verschiebt. Die Korrektur ist prinzipiell linear (also pro °C recht ähnlich) und entspricht daher nicht den physikalischen Gegebenheiten, vor allem bei Alkoholmessungen, und sehr ungenau. Der korrigierbare Temperaturbereich umfasst auch nur wenige Grad. Wer also im Weinberg schnell mal messen möchte, kann eines mit ATC kaufen. Wer aber zu Hause möglichst genaue Messungen machen möchte, sollte eines ohne ATC nehmen und ein genaues Thermometer und den Rechner verwenden.
Wobei sich der Wunsch nach höherer Genauigkeit ab einem Punkt leider nur noch erfüllen lässt, indem man tiefer in die Tasche greift und zB ein professionelles Abbe-Refraktometer kauft. Oder sehr große Spindeln oder ein Pyknometer mit Feinwaage... (aus dem Nähkästchen: Pyknometer sind ein aktuelles Projekt von uns. Sie sind wahrscheinlich ein guter und günstiger Mittelweg zwischen Billigspindeln und den ganz teuren Spindelsets über 1000€.)

Die zwei Tropfen, die man in ein Refraktometer gibt, sind sehr schnell an die Temperatur des Refraktometers angeglichen. In die Rechner sollte also die Temperatur des Refraktometers, also der Raumluft, nicht die Temperatur der Flüssigkeit eingegeben werden. Und die Raumtemperatur sollte halbwegs konstant sein und das Refraktometer sich schon länger in dem Raum befinden.

Der Rechner für die Justierung richtet sich eher an professionelle Refraktometer, da zumindest bei Temperaturen über 20°C eine Skala mit Brechungsindex unter 1.333 benötigt wird. Bzw. Skalen unter 0 Brix, 1.000 SG oder 0 vol%.

Ich besitze seit kurzem ein altes selber renoviertes Abbe-Refraktometer von Zeiss. Es hat etwa 50€ gekostet und mit viel Glück musste ich keine Ersatzteile oder Spezialwerkzeug besorgen. Sonst wären die Gesamtkosten wohl auf bis zu 100€ gestiegen. Arbeit musste allerdings schon reingesteckt werden. Ich denke, die Genauigkeit ist zwei- bis dreifach im Vergleich zu einem Handgerät. Also schon deutlich besser, aber es ist auch kein Wunderinstrument.
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Re: Unsere Siedediagrammdaten

Beitrag von Hügelwilli »

Wir hatten vor einiger Zeit entdeckt, daß uns bei der Umrechnung unserer Siedediagrammdaten von mol% in vol% ein kleinen Fehler passiert war.
Das hatten wir zum Anlass genommen, uns die Daten und vor allem die Kurven, welche wir daraus gemacht hatten, also wie wir die Messdaten zu einem vernünftigen Verlauf geglättet hatten, nochmal vorzunehmen.

Beim Glätten von Daten kann man sehr nah beim Original bleiben oder sich aber sehr weit entfernen. Das hängt davon ab, was man für Hintergrundinformationen hat. Also vor allem, wie die Messdaten entstanden sind.

Folgende Fragen ergaben sich für uns:
- Wie schaute die Destillationsvorrichtung aus.
- Womit wurde der Alkoholgehalt gemessen? Über die Dichte (Spindel oder Pyknometer) oder über den Brechungsindex (Refraktometer)? Wenn Refraktometer, wie wurde das Problem des Brechungsindex bei hohen Alkoholstärken gelöst, durch Verdünnung zum Beispiel? Mit welchen Formeln oder Daten wurde aus der Dichte oder dem Brechungsindex die Alkoholstärke ermittelt?
- Nach welchen Daten oder Formeln wurden die Alkoholstärken für den Kessel zusammengemischt.

Und wir haben zu keiner dieser Fragen Antworten. Hätten wir welche, könnten wir abschätzen, wo es eher zu Messfehlern kommt und wo eher nicht. Und dann würden wir die Kurven vielleicht etwas anders zeichnen.

Wir wissen nur, daß diese Daten oft von wissenschaftlichen Publikationen zitiert werden und das sie mit Abstand am meisten Datenpunkte haben verglichen mit anderen Quellen. Es sind 125 Punkte, also 125 mal mol im Kessel, Siedetemperatur und mol im Destillat.

Ein Vergleich mit Computersimulationen wie Aspen Plus verlief enttäuschend. Entweder sind die Messdaten also extrem schlecht oder man kann ein Siedediagramm halt nicht so genau vorhersagen, wie wir es gerne hätten.
Wir denken jedenfalls, daß bei den Messungen so große Fehler nicht passieren können, welche nötig wären, um auf die Werte von Aspen zu kommen, und halten deswegen zu den Messwerten.

Hier ein Bild mit den Originaldaten in rot und unseren daraus gebildeten Kurven in grün:
BildSiedediagrammdaten.png
Es mag an manchen Stellen seltsam sein, wie wir uns von den Messdaten entfernen. In der Mitte der Kurve A zum Beispiel. Dazu sei gesagt, daß diese Stellen ihren Grund in der seltsamen Wellenform der Originaldaten rechts unten Kurve B haben. Wenn man diese korrigiert, verändern sich auch die anderen Kurven, da ja alles zusammenhängt. Bei der Glättung dieser Welle haben versucht, die dabei zwangsläufig entstehenden Abweichung auf die beiden anderen Kurven gleichmäßig zu verteilen.
Es ist allerdings nicht auszuschließen, daß diese Welle physikalische Ursachen hat, es also ein Fehler ist, sie zu glätten. Es gab unterschiedliche Meinungen darüber innerhalb des Rechnerteams.

Die nun richtigere Umrechnung von mol% in vol% hat vor allem bewirkt, daß wir nun der Meinung sind, daß das Azeotrop nicht bei 97.18 sondern bei 97.2vol% liegt.

Die Kurven A und B gehen rechts unten nun etwas spitzer aufeinander zu, was dazu führt, daß laut unserer Rechner nun für sehr hohe Alkoholstärken, also über 95vol%, mehr Böden bzw Rektifikation nötig sind, als bisher berechnet.

Den anfänglichen Anstieg Kurve C links unten haben wir etwas steiler gemacht, weil Daten aus anderen Quellen darauf hindeuten. Es ist optisch nicht stark sichtbar, hat aber auf die Rechner bei sehr niedrigen Alkoholstärken im Kessel merkbare Auswirkungen.

Jedenfalls sind diese neuen Daten nun in alle unsere Rechner eingebaut, wodurch die berechneten Ergebnisse jetzt geringfügig anders sind.

Unser Ziel ist es, irgendwann mal eigene Messungen zu machen. Aber das ist ganz ferne Zukunftsmusik.
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Re: Pyknometer

Beitrag von Hügelwilli »

Drei neue Rechner sind da.
Es geht um Dichtemessungen mit Pyknometern.

Pyknometer sind sehr praktische und exakte Messinstrumente für die Dichte von Flüssigkeiten und somit für den Zucker- oder Alkoholgehalt:
Pyknometer-Alkoholstärke
Pyknometer-Zuckerkonzentration

Pyknometer.jpg
Pyknometer.jpg (9.59 KiB) 1788 mal betrachtet
Ein Pyknometer ist eigentlich einfach nur ein sehr exaktes und exakt befüllbares Volumen. Man befüllt den Kolben mit der Flüssigkeit, setzt den Stopfen auf und durch die Kapillare im Stopfen entweicht nach oben überschüssige Flüssigkeit, welche abgewischt werden muss. Dann wird das Pyknometer gewogen. Aus dem Gewicht des gefüllten und des leeren Pyknometers und dessen Innenvolumen wird die Dichte berechnet. Die Gewichtsdifferenz geteilt durch das Volumen ergibt die Dichte.

Wenn man eine höhere Genauigkeit haben möchte als mit herkömmlichen Spindeln oder Refraktometern, sind die Formeln, um aus den Messwerten die Dichte zu berechnen, allerdings doch wesentlich komplexer. Genau dafür sind unsere neuen Rechner da. Zudem können auch Messergebnisse bei von 20°C abweichenden Temperaturen eingegeben werden. Diese werden automatisch korrigiert.

Dann braucht man aber auch eine sehr feine Waage und das Pyknometer muss gut in deren Messbereich passen. Gut zum Beispiel ist die Kombination eines Pyknometers mit 50ml Volumen und einer Waage, welche von 1mg bis 100g misst. Oder ein 25ml-Pyknometer mit einer Waage von 1mg-50g.

Die billigstmögliche Lösung, welche aber schon den Anspruch hat, wesentlich genauere Ergebnisse zu liefern als unsere üblichen Messgeräte, wäre sowas:

und sowas:
https://www.ebay.de/itm/100g-0-001g-Sch ... 22nhKEgCsg

Das vielleicht größte Problem bei solchen Billigwaagen ist die statische Aufladung des Pyknometers, welche hier nicht von dem Plastikgehäuse abgeleitet wird. Man sollte also zum Beispiel auf keinen Fall das Pyknometer vor dem Messen mit einem Synthetiktuch trockenreiben. Antistatik-Handschuhe sind überlegenswert.
Ehrlich gesagt habe wir aber noch zu wenig Erfahrung mit Feinwaagen. Wir fangen gerade an, uns mit alten, aber sehr hochwertigen, mechanischen Feinwaagen der Firma Mettler zu beschäftigen. Wir müssen erst schauen, wie groß mit etwas Erfahrung der Unterschied zu den elektronischen Billigwaagen ist.

Eine wichtige Sache haben wir aber herausgefunden: Es sind keine genauen und damit teuren Kalibriergewichte nötig. Diesen billigen elektronischen Waagen ist normalerweise ein Kalibriergewicht sehr niedriger Qualität beigegeben. Ein Kalibriergewicht ist auch nötig. Allerdings muss es nicht genau sein, wenn man sowohl bei der Volumenbestimmung als auch später immer die gleiche Waage mit demselben Kalibriergewicht verwendet. Die durch ein ungenaues Kalibriergewicht entstehenden Fehler bei der Volumenbestimmung und dann bei den Dichtebestimmungen heben sich nämlich gegenseitig exakt auf.
Deswegen und weil billige Pyknometer kein genaues Volumen eingraviert haben, haben wir auch ein Tool zur Volumenbestimmung mit einer Wasserwägung:
Pyknometer-Volumenbestimmung

Wir haben die Rechner eher wissenschaftlich ausgelegt: Zum Beispiel Konstanten wie der Volumenausdehnungskoeffizient des Glases oder die Dichte der Luft können abgeändert werden. Es macht die Rechner vielleicht unübersichtlich, aber sie sollen auch für höchstmögliche Präzision verwendbar sein, auch wenn vielleicht nur wenige die entsprechende Waage dafür haben, wo das dann interessant wird.

Übrigens werden auch höhere Erfordernisse an die Temperaturmessung nötig, je genauer man es haben möchte. Das ist bei Spindeln und Refraktometern aber auch so.
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Glasthermometer Fadenkorrektur

Beitrag von Hügelwilli »

Wir hatten die Überlegung, ob an unseren Destillen nicht vielleicht größer angelegte Glasthermometer besser sind als unsere elektronischen Sensoren. Es gibt sehr lange Glasthermometer, bei denen man sehr gut auf 0.1°C ablesen kann. Solche haben wir gekauft und damit etwas rumprobiert. Es sind dann aber vorher unterschätzte Probleme aufgetaucht. Das wichtigste davon ist der sogenannte Fadenfehler.

Dafür haben wir einen kleinen Rechner entwickelt:
Glasthermometer-Fadenkorrektur

Er berechnet die sogenannte "Fadenkorrektur".
Die Fadenkorrektur versucht den Einfluß der Eintauchtiefe zu kompensieren. Glasthermometer sind normalerweise "ganz eintauchend" justiert. Also daß der "Faden" (die Flüssigkeit in der Kapillare) die gleiche Temperatur hat wie die Kugel ganz unten.
Dies ist aber bei unseren Destillen nicht möglich. Daher ist der Faden kälter und das Thermometer zeigt immer eine etwas zu niedrige Temperatur an.

Ein Beispiel:
Ein Quecksilberthermometer, welches 90°C anzeigt, dabei bis zum Skalenstrich bei 0°C in den Dampf eingetaucht ist und dessen herausragender Faden im Mittel 40°C hat, zeigt 0.8°C zu wenig an. Wenn es ein Thermometer mit Petroleumfüllung ist, beträgt der Fehler allerdings stolze 4.1°C. Ein Quecksilberthermometer ist also schon mal grundsätzlich wesentlich besser als eines mit Petroleumfüllung. Die Thermometer bis 100 oder 150°C mit farbiger Füllung haben normalerweise eine solche Petroleumfüllung. Das bessere Abschneiden des Quecksilberthermometers liegt daran, daß das Volumen von Quecksilber viel weniger auf Temperaturveränderungen reagiert wie das von Petroleum. Das bedeutet, wenn man zwei Thermometer entwickelt, eines mit Quecksilber, eines mit Petroleum, aber sonst identisch (gleicher Messbereich, gleiche Länge, also Strichabstand), muss man beim Quecksilberthermometer eine viel größere Kugel dranmachen, also viel mehr Flüssigkeit verwenden. Und das hat zur Folge, daß der aus dem Destillationsdampf heraushängende Faden viel kleiner im Vergleich zum Gesamtvolumen ist, also nur ein viel kleinerer Anteil der Flüssigkeit der kühleren Temperatur außerhalb der Destille ausgesetzt ist.

Das schwierige dabei ist, die mittlere Fadentemperatur zu messen. Am Einfachsten geht das, indem man ein zweites Thermometer an das Hauptthermometer klemmt. Und zwar so, daß die Kugel bzw der Sensor bei der Mitte des heraushängenden Fadens des Hauptthermomters liegt. Es gibt aber auch noch andere, weitaus aufwändigere Methoden mit sogenannten "auxiliary stems" (den deutschen Begriff dafür habe ich nicht gefunden) oder mit sogenannten "Fadenthermometern".
Wer sich darin vertiefen will, dem sei diese pdf ans Herz gelegt:
THE CORRECTION FOR EMERGENT STEM OF THE MERCURIAL THERMOMETER

Es gibt auch Thermometer, die für eine bestimmte Eintauchtiefe justiert sind. Oft werden sie zusammen mit einer Laborglas-Destillierbrücke und einem Silikonstopfen verkauft. Bei diesen sind die physikalischen Gesetze natürlich aber nicht außer Kraft gesetzt. Die Skala wurde einfach nur korrigiert. Da die mittlere Fadentemperatur allerdings sehr von der Außentemperatur abhängig ist, und diese je nach Raumtemperatur und auch je nach Isolierung der Destille sehr unterschiedlich sein kann, ist das nicht sehr genau. Wenn es dann noch ein Petroleumthermometer ist, macht das dann auch viel aus. Und vor allem ist es dann auch anders als bei der vorigen Destillation, wenn sich die Außentemperatur geändert hat. Man kann also nicht merh gut mit älteren Messwerten vergleichen.

Mein persönliches Fazit ist, daß ich doch lieber bei den elektronischen Thermometern bleibe.
Wenn jemand von euch mit Glasthermometern liebäugelt, bitte nehmt eines mit Quecksilberfüllung.
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Hügelwilli
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Begleitstoffesimulator

Beitrag von Hügelwilli »

Ein neuer Rechner ist da. Der Begleitstoffesimulator.
Er simuliert das Verhalten wichtiger Aromastoffe während der Destillation. Es ist das größte Projekt bisher. Schön, daß was daraus geworden ist. Groß wird nun auch der Beitrag dazu.

Wir haben von über 50 schnapstypischen Aromastoffen Flüchtigkeitsdaten gefunden.
Die Flüchtigkeit eines Stoffes ist definiert, wie groß der Anteil im Dampf im Vergleich zum Anteil in der Flüssigkeit ist. Eine Flüchtigkeit von 1 bedeutet also, im Dampf ist ein genauso großer Anteil dieses Stoffs wie in der Flüssigkeit.

Von vielen Stoffen haben wir mehrere Quellen gefunden, sodaß wir anhand der Übereinstimmung mit anderen Quellen deren Qualität einschätzen können. Einige Daten haben wir deswegen nicht verwendet.
Leider fehlen ein paar nicht unwichtige Daten: Vor allem Dimethylsulfid, Ethylcarbamat, Ethylbutyrat und Milchsäure hätten wir noch gerne gehabt.

Die Flüchtigkeit von Aromastoffen ist in Wasser immer wesentlich höher als in Alkohol. Alkohol hält die Aromastoffe vom Verdampfen ab. Das merkt man auch daran, daß unverdünnte Schnäpse immer viel weniger riechen als verdünnte. Und wenn manchmal empfohlen wird, Whisky ein paar Tropfen Wasser hinzuzufügen, bevor man ihn trinkt, hat das da seinen Ursprung.
Zwischen der höheren Flüchtigkeit in Wasser und der niedrigeren in Alkohol hängt die Kurve immer durch. Also eine typische Kurve der Flüchtigkeit (y-Achse) in Abhängigkeit zu den vol% (x-Achse) schaut so aus:
Eine unserer Quellen für Isobutanol. Die roten Punkte sind die Messwerte, die grüne Linie die von uns dazu gezogene Linie
Eine unserer Quellen für Isobutanol. Die roten Punkte sind die Messwerte, die grüne Linie die von uns dazu gezogene Linie
Isobutanol.png (8.1 KiB) 165 mal betrachtet

Obwohl diese Kurven also alle ähnlich sind, ergibt sich doch eine große Bandbreite an Verhaltensweisen, vor allem je nach dem, wo die Endpunkte der Kurve liegen, aber auch, wie stark die Kurve durchhängt.

Auch die Kurve von Ethanol schaut so aus. Die Flüchtigkeit ist bei (fast) 0vol% ca. 11 und beim Azeotrop 1.
Für unsere Überlegungen ist meist der Verlauf der relativen Flüchtigkeit zu der von Ethanol interessant. An ihm kann man das sehr unterschiedliche Verhalten der Stoffe erkennen. Also z.B. ob sie im Vorlauf oder Nachlauf landen.

Alleine anhand der Kurven, also ohne Simulation, kann man aber nur sehen, wie an einem bestimmten Startpunkt einer Destillation sich die Begleitstoffe verhalten werden. Nicht gut kann man spätere Zeitpunkte vorhersagen, da es schwer einzuschätzen ist, wie viel bei einem späteren Zeitpunkt bei dann höherer Flüchtigkeit, da der Alkoholgehalt gesunken ist, noch von dem Stoff in der Destille ist. Also einerseits hat man dann die höhere Flüchtigkeit andererseits aber nicht mehr den gleichen Anteil in der Destille. Es kann also durchaus sein, daß, obwohl die Flüchtigkeit steigt, immer weniger des Stoffs ins Destillat kommt. Bei allen typischen Vorlaufstoffen ist das so. Typische Vorlaufstoffe sind die, welche über den ganzen Bereich von 0-100vol% eine höhere Flüchtigkeit als Ethanol haben. Typische Nachlaufstoffe haben über den ganzen Bereich eine niedrigere Flüchtigkeit als Ethanol. Und Stoffe mit niedrigerer Flüchtigkeit als Wasser bleiben in der Destille zurück.
Die Destillation muss also in Kleinstschritten durchgerechnet werden. Und das kann nur ein Rechenprogramm.

Während der Arbeit an diesem Simulator ist uns einerseits dessen großes Potential aufgefallen, grundsätzliche Theorien zu bestätigen, zu widerlegen oder zu konkretisieren. Andererseits gibt es aber oft Unterschiede zwischen Theorie und Praxis, z.B. bei hoher Rektifikation. Über die Unterschiede zwischen Theorie und Praxis steht noch einiges in der Anmerkung direkt im Begleitstoffesimulator.

Hier möchte ich noch ein paar Beispiele zeigen, was der Simulator uns generell sagen kann:

Die berühmte Frage nach dem Methanol
Die meisten hier wissen, daß sich Methanol nicht im Vorlauf konzentriert. Hier kann man es nachprüfen:
5vol% in der Destille, 0 Rektifikation:
Methanol 1.png
Die Kurve von Methanol ist unter der von Ethanol. Methanol geht also langsamer ins Destillat als Ethanol. Wenn man ca. 5% (0.0495) des Alkohols als Vorlauf abtrennt, ist da nur 3.2% (0.0319) des Methanols drinnen.
Wenn man diesen Raubrand nach 25% des Destilleninhalts beendet:
Methanol 1b.png
Dann hat man 93.9% des Ethanols und 81.5% des Methanols gesammelt. das ist ein Ratio von 81.5/93.9=0.868.
Wenn man dagegen den Raubrand erst nach 33% des Destilleninhalts beendet:
Methanol 1c.png
Dann hat man 98.3% des Ethanols und 91.4% des Methanols gesammelt. Das ist ein Ratio von 0.93.
Das längere Sammeln hat also den Methanolanteil erhöht. Allerdings nur in geringem Umfang.

Bzw. in anderer Darstellungsweise:
Methanol 2.png
Alles Destillat, bevor man 13.7% des Destilleninhalts destilliert hat, erniedrigt schlussendlich im Schnapsglas den Methanolanteil, alles danach erhöht ihn wieder. Also Vorlauf abzutrennen erhöht den Methanolanteil etwas. Und weit runterbrennen erhöht den Methanolanteil ebenfalls etwas. Eine geringfügige Reduzierung des Methanols bekommt man in diesem Fall also, wenn man keinen Vorlauf abtrennt und nicht weit herunterbrennt.

Nun mit 40vol%:
Methanol 3.png
Methanol 3b.png
Im Endeffekt das gleiche. Nur verhält sich Methanol deutlich ähnlicher zu Ethanol, wodurch Abtrennen des Vor- oder Nachlaufs noch weniger Auswirkungen hat.

Nun mit Rektifikation:
5vol%, Rektifikation 5, Zoom x 10:
Methanol 4.png
Durch die Rektifikation konzentriert sich das Ethanol etwas im Vorlauf. Wenn man 5% (0.05) des Alkohols als Vorlauf abtrennt, ist man trotzdem nur 12.3% (0.123) des Methanols losgeworden.

Nun 40vol%, Rektifikation 5, Zoom x 10:
Methanol 5.png
Hier wird man mit dem Vorlaufschnitt nach 5% des Alkohols 27.8% des Methanols los.

Es ist also nicht wirklich effektiv alles. Man bekommt auch mit einer kleineren Refluxdestille das meiste nicht los. Wenn man nun noch höhere Prozente in die Destille füllt und mehr Rektifikation einsetzt, behauptet der Rechner, kann man das Methanol relativ schnell ziemlich komplett abtrennen.
95vol%, Rektifikation 10, Zoom x 10:
Methanol 6.png
Und so macht es auch die Industrie. Nicht die Schnapsindustrie, sondern die für Industriealkohol.
Wir können das im Prinzip auch. In der Praxis wird es allerdings weniger gut klappen, da die richtigen Vorlaufstoffe (welche zum Teil sehr gute Aromastoffe sind) sich "vordrängeln" werden und dann der Effekt ins Spiel kommt, daß sich die Moleküle der Stoffe sich gegenseitig beeinflussen.
Außerdem entsteht Methanol ja eigentlich nur bei der Vergärung von pektinhaltigem Obst. Und das möchte man ja meist ohne oder mit nur wenig Rektifikation brennen. Die Beispiele hier mit Rektifikation sind also nur praxisrelevant, wenn man aus Obst Neutralalkohol machen möchte.

Sind die höheren Alkohole im Nachlauf?
Höhere Alkohole (oft auch Fuselalkohole genannt) werden meist als Nachlaufstoffe bezeichnet. Das ist aber nur teilweise richtig.
5vol%, 0 Rektifikation, kein Zoom:
höhere Alkohole 1.png
Die typischen und meisten höheren Alkohol gehen alle schneller ins Destillat über als Ethanol. Es gibt dadurch eine geringfügige Anreicherung im Vorlauf.
Andere Darstellung:
höhere Alkohole 1b.png
Anfangs bekommt man verglichen mit Ethanol mehr der höheren Alkohole ins Destillat, nach ca. 7% der liter weniger.

40vol%, 0 Rektifikation, kein Zoom:
höhere Alkohole 2.png
Einige Kurven sind ein wenig unterhalb der von Ethanol, andere ein wenig über Ethanol. Es gibt also kaum Konzentrierungen oder Zurückhaltungen.
Andere Darstellung:
höhere Alkohole 2b.png
Hier sieht man dasselbe.
Der Abfall der Kurven rechts kommt daher, daß sich die Stoffe insgesamt etwas schneller aufgebraucht haben als Ethanol. Bei dem Abfall der Kurve ist die Konzentartion der Stoffe in der Destille fast 0, aber Ethanol ist noch vorhanden.

Nun mit Rektifikation:
5vol%, 5 Rektifikation, Zoom x 10:
höhere Alkohole 3.png
Die typischen und meisten höheren Alkohole werden im Kessel zurückgehalten und schießen, sobald der Alkoholgehalt im Kessel gesunken ist, steil nach oben. Die Rektifikation reduziert also, daß höhere Akohole in den Vor- und Mittellauf gelangen.
Andere Darstellung:
höhere Alkohole 3b.png
Hier sieht man exemplarisch an der roten Kurve, daß die aktuelle Menge des höheren Alkohols, kurz bevor der Alkoholgehalt im Dampf absackt, in die Höhe schießt. Daß sie danach gleich wieder abfällt, liegt daran, daß der Stoff sich aufgebraucht hat, also innerhalb kürzester Zeit fast komplett im Destillat gelandet ist.

40vol%, 5 Rektifikation, kein Zoom:
höhere Alkohole 4.png
höhere Alkohole 4b.png
Das gleiche Verhalten, nur etwas extremer. Und der Zeitpunkt, an dem der Ethanolgehalt absackt, ist natürlich später.

Mit höherer Rektifikation kann man die höheren Alkohole noch wesentlich stärker zurückhalten, sowohl in der Theorie als auch in der Praxis. Das hochschießen der höheren Alkohole, sobald das Ethanol rüberdestilliert ist, ist aber nicht so extrem, wie es der Simulator berechnet, da sich die Begleitstoffmoleküle gegenseitig beeinflussen, es also quasi einen "Stau" gibt.

Fazit: Daß die höheren Alkohole Nachlaufstoffe sind, stimmt also nur für Refluxdestillen.

Vorlauf abtrennen auch beim Raubrand?
Dies ist eine bisher unbeantwortete Frage. Natürlich gibt es Meinungen, aber diese sind bisher durch nichts untermauert.
Zuerst die Frage, was effizienter ist, also ob man beim Rau- oder beim Feinbrand den Vorlauf effizienter abtrennen kann. Die wichtigsten Vorlaufstoffe sind Acetaldehyd und Ethylacetat:
5vol%, 0.3 Rektifikation, Zoom x 10:
Vorlauf 1.png
Wenn man 5% des Ethanols als Vorlauf abtrennt, hat man 51.9% des Acetaldehyds und 74% des Ethylacetats entfernt.

Nun 40vol%:
Vorlauf 2.png
Wenn man 5% des Ethanols als Vorlauf abtrennt, hat man 54.5% des Acetaldehyds (also etwa gleich viel wie bei 5vol%) und 36.7% (also nur die Hälfte) des Ethylacetats entfernt.

Das Entfernen des Vorlaufs ist also beim Raubrand effizienter als beim Feinbrand.

Zwei Punkte relativieren dieses Ergebnis allerdings:
- Nach dem Raubrand kann neuer Vorlauf entstehen. Also ein Abtrennen beim Feinbrand muss meist trotzdem gemacht werden.
- Wird der Feinbrand mit einer Refluxdestille gemacht, ist das Abtrennen natürlich wesentlich effizienter:
40vol%, 5 Rektifikation, Zoom x 10:
Vorlauf 3.png
Schon nach 1% des Ethanols sind beide Vorlaufstoffe so gut wie vollständig entfernt. Ob das wirklich ganz so komplett und schnell auch in der Praxis passiert, ist allerdings nicht sicher. Aber am allgemeinen Ergebnis ändert das nichts.

Meist geht es aber nicht darum, möglichst wenig Ethanol beim Vorlaufabtrennen zu verlieren, sondern man möchte das geschmacklich beste Ergebnis haben. Man möchte beim Vorlaufabtrennen möglichst viele schlechte Aromen abtrennen, aber möglichst ohne, daß dabei auch viele gute Aromen abgetrennt werden.
Und bei dieser Frage kann der Simulator durch seine vergleichende Darstellungen Antworten liefern, indem er darstellt, wie sich innerhalb einer Stoffgruppe die eher guten und die eher schlechten Aromastoffe zueinander verhalten. Die eher schlechten Stoffe sind die mit den niedrigen Molmassen und die eher guten die mit hohen Molmassen. Und nach Molmasse sind die Stoffe im Simulator geordnet. Also das schlechteste (und gleichzeitig häufigste) Aldehyd ist Acetalehyd.
5vol%, 0.3 Rektifikation, Zoom x 10 (nur von der Molekularstruktur bzw. Summenformel typische Aldehyde bzw. mit Acetaldehyd vergleichbare Aldehyde sind dargestellt):
Vorlauf 4.png
Acetaldehyd (siehe Pfeil) konzentriert sich am wenigsten. Beim Vorlaufabtrennen reduziert man also in diesem Fall mehr die guten als die schlechten Aromen.
Andere Darstellung:
Vorlauf 5.png
Alle Kurven beginnen über der 1, also über der Kurve von Acetaldehyd.

nun 40vol%:
Vorlauf 6.png
Bei höherem Alkoholgehalt konzentriert sich Acetaldehyd (Pfeil) besser als fast alle anderen (besseren) Aldehyde.
Andere Ansicht:
Vorlauf 7.png
Fast alle Kurven beginnen unter der 1.
Das klappt aber nur mit etwas Rektifikation (0.3). Rektifikation ist aber bei jeder Destille beim Vorlauf vorhanden. Ohne Rektifikation:
Vorlauf 7b.png
Hier nun sind die meisten Aldehyde leider über Acetaldehyd. Das bedeutet, zumindest bezüglich der Aldehyde ist eine gewisse Menge an Rektifikation beim Vorlauf aromaverbessernd. Die Rektifikation erhöht man durch langames abdestillieren des Vorlaufs. Womit auch eine theoretische Begründung erbracht wäre, warum man den Vorlauf langsam abdestillieren soll.

Bezüglich der Aldehyde ist ein Vorlaufabtrennen beim Raubrand also aromaschädigend.

Nun die Ester:
5vol%, 0.3 Rektifikation, Zoom x 10 (nur von der Molekularstruktur bzw. Summenformel typische Ester bzw. mit Ethylacetat vergleichbare Ester sind dargestellt):
Vorlauf 8.png
Fast alle Stoffe konzentieren sich mehr im Vorlauf als Ethylacetat (siehe Pfeil). Beim Vorlaufabtrennen reduziert man in diesem Fall also mehr die guten als die schlechten Aromen.
Andere Darstellung:
Vorlauf 9.png
Alle Kurven beginnen über der 1, also über der Kurve von Ethylacetat.

nun 40vol%, Zoom x 3:
Vorlauf 10.png
Bei höherem Alkoholgehalt konzentriert sich Ethylacetat (Pfeil) besser als alle anderen (besseren) Ester.
Andere Darstellung:
Vorlauf 11.png
Alle Kurven beginnen unter der 1.

Bezüglich der Ester ist ein Vorlaufabtrennen beim Raubrand also ebenfalls aromaschädigend.

Vorlauf bei Aromabränden mit oder ohne Rektifikation abtrennen?
Daß das mit Rektifikation effektiver ist, also daß man so weniger Ethanol verliert, steht außer Frage. Aber kann es vielleicht sein, daß man auf diese Weise mehr von den schlechten Vorlaufstoffen verliert und weniger von den guten? Die Ergebnisse bei dem Vergleich 0 und 0.3 Rektifikation weisen ja darauf hin.
40vol%, 0 Rektifikation, Zoom x 10:
Vorlauf 12.png
Die Werte unter den Stoffen sind an dem Punkt, wo mindestens 50% sowohl von Acetaldehyd als auch Ethylacetat abgetrennt sind. Man sieht, wie auch von wertvollen Stoffen schon viel ins Destillat, also in den Vorlauf, gekommen ist.
nun mit 5 Rektifikation:
Vorlauf 12b.png
Die Werte sind da, wo die gleiche Menge an Ethylacetat entfernt wurde wie ohne Rektifikation. Schlechte Stoffe wie Acrolein oder Aceton werden nun viel effektiver mit dem Vorlauf abgetrennt. Wertvolle Stoffe wie die großen Aldehyde, die großen Ester und die Zitrusketone und -terpene (und damit wahrscheinlich auch andere wertvolle Ketone und Terpene, von denen wir leider keine Daten haben) in der untersten Reihe rechts werden geschohnt.
Der Übersichtlichkeit halber habe ich die Säuren nicht dargestellt. Denn diese haben mit dem Vorlauf in jedem Fall nichts zu tun.
Ebenfalls nicht dargestellt werden die höheren Alkohole. Ich habe es aber nachgeprüft, diese würden in diesem Fall ohne Rektifikation im Schnitt zu 15% abgetrennt werden und mit Rektifikation so gut wie gar nicht. Hier ist ein kleiner Vorteil des Vorlaufabtrennens ohne Reflux.
Insgesamt ist aber ganz klar ersichtlich, daß ein Vorlaufabtrennen mit Reflux nicht nur effektiver ist sondern auch qualitativ besser.

Wie weit den Raubrand herunterbrennen?
Schuld am schechten Geruch und Geschmack von Nachlauf sind vor allem Carbonsäuren. Sie sind etwas, was man eigentlich möglichst wenig im Schnapsglas haben möchte. Andererseits sind sie Vorläufer von Estern. Und je größer die Säuremoleküle, desto besser die Ester. Also auch hier gilt, daß die Säuren, welche im Simulator weiter rechts stehen, die wertvolleren sind. Ganz links die Ameisensäure kommt recht wenig vor, die zweite, die Essigsäure, ist bei weitem die häufigste. Diese beiden linken definiere ich jetzt mal als die schlechten. Die weiter rechts als die guten. Wenn Säuren irgendwann zwischen dem Rau- und Feinbrand oder während des Feinbrands verestern, landen diese Ester größtenteils im Vorlauf und im Mittellauf. Und die Säuren, welche nicht verestern, werden beim Feinbrand dann möglichst vollständig als Nachlauf abgetrennt.
Zuerst eine schwache Maische mit 5vol%, 0 Rektifikaton, kein Zoom:
Säuren 1.png
Das schaut schonmal gut aus. Die Ameisensäure und die Essigsäure (Pfeile) gehen als letzte ins Destillat.
Andere Darstellung:
Säuren 1b.png
Hier sieht man nun sehr gut, daß, wenn man sehr lange raubrennt, also bei 5vol% anfangs ist 40% des Kesselinhalts rauzubrennen sehr lange, immer noch mehr bessere Säuren als schlechtere Säuren ins Destillat gehen. Erst je nach Begleitstoff bei zwischen 50 und 70% des Destilleninhalts würde sich das umkehren.
Noch eine andere Darstellung:
Säuren 1c.png
Ameisen- und Essigsäure (siehe Pfeile) haben ihren Peak erst ganz am Ende. Die anderen Säuren dagegen je nach Säure bei zwischen 12 und 37% der liter.

Nun eine starke Maische mit 18vol%:
Säuren 2.png
Das schaut ähnlich wie bei 5vol% aus.
Andere Darstellung:
Säuren 2b.png
Bei 18vol% im Kessel würde extrem weit runterbrennen vielleicht so bis 60% des Destilleninhalts bedeuten. Alle bis auf eine der "guten" Säuren, sind da noch über 1, gehen also mehr ins Destillat über als die Essigsäure.
Noch eine andere Darstellung:
Säuren 2c.png
Die Peaks der guten Säuren sind je nach Säure bei so zwischen 35 und 53% der liter. Ameisen- und Essigsäure (Pfeile) haben den Peak erst ganz am Ende.

Sowohl bei niedrigprozentigen als auch hochprozentigen Maischen scheint ein weit Herunterbrennen bezüglich der Säuren also sinnvoll, zumindest wenn man es auf die Erzeugung von Aromen abzielt. Denn man holt immer anteilig mehr von den besseren als von den schlechteren Säuren ins Destillat.
Andererseits ist aber auch an diesen Diagrammen entnehmbar, daß das Verhältnis von guten zu schlechten Säuren mit der Zeit immer schlechter wird. Also es werden zwar permanent anteilig mehr gute als schlechte Säuren destilliert, aber die schlechten holen auf, da ja die guten in der Destille immer weniger werden und deswegen mit der Zeit immer weniger verdampfen.
Dies in Geschmacksqualität zu übersetzen, ist nicht möglich.
Zusätzliche Faktoren sind, daß dann beim Feinbrand die schlechten Säuren wieder anteilig mehr im Kessel bleiben werden als die guten Säuren und daß die Ester der schlechten Säuren die sein werden, welche sich eher gut im Vorlauf abtrennen lassen werden.
Das sind Hinweise, daß man eher daran denken sollte, die guten Stoffe zu bekommen, als die schlechten loszuwerden. Außer natürlich bei einem Feinbrand.

Wie weit Nachlauf sammeln?
Dies ist eine ähnliche Frage, wie die davor. Und auch die Antwort ist ähnlich, zumindest wenn man es auf die Erzeugung von Aromen abziehlt.
Ein Feinbrand hat oft so 30vol% im Kessel und der Nachlauf beginnt dann meistens irgendwo bei 10vol% im Kessel.
30vol%, 0 Rektifikation, kein Zoom:
Säuren 3.png
Die senkrechte Linie ist da, wo der Nachlauf ganz gut anfangen könnte. Im Schnitt sind 15.76% der Säuren im Mittellauf gelandet, bei den schlechten sind es 8.95%, bei den guten 18.48%. Das Verhältnis der Säuren gut:schlecht ist im Mittellauf also 2.1.

Nun Nachlauf bis nur 20vol% im aktuellen Dampf, also ein recht kurzes Nachlaufsammeln:
Säuren 3b.png
Von den schlechten Säuren sind nun im Schnitt 17.1% gesammelt. Abzüglich der 8.95% des Mittellaufs sind es im Nachlauf also 8.15%.
Die guten Säuren sind zu 39% gesamelt. Abzüglich der 18.48% des Mittellaufs also 20.52%. Das gut:schlecht-Verhältnis der Säuren im Nachlauf ist also 2.5. Der Nachlauf ist also bezüglich dieses Verhältnisses besser als der Mittellauf. Man darf aber ja nicht vergessen, daß diese Säuren an sich nur als Vorläufer für Aromen als wertvoll angesehen werden können. Also diese bessere Verhältnis bedeutet nicht, daß der Nachlauf ein besseres Aroma als der Mittellauf hat, sondern nur, daß diese Säuren das bessere Potential haben.

Nun weiterbrennen bis 1vol% im aktuellen Dampf:
Säuren 3c.png
Von den schlechten Säuren sind nun im Schnitt 30.2% gesammelt. Abzüglich der bisherigen 17.1% sind es in diesem Abschnitt (20 - 1vol% im aktuellen Dampf) also 13.1%.
Die guten Säuren sind zu 65.46% gesammelt. Abzüglich der bisherigen 39% also 26.46%.
Das gut:schlecht-Verhältnis der Säuren im zweiten Nachlauf ist also 2.
Das Verhältnis wird also inzwischen schlechter (im ersten Teil des Nachlaufs war es ja 2.5).
Und wieder bedeutet das: Dies in Geschmacksqualität zu übersetzen, ist nicht möglich.
Und ebenfalls sind zusätzliche Faktoren wieder, daß dann bei der Weiterverwendung des Nachlaufs die schlechten Säuren wieder anteilig mehr im Kessel bleiben werden als die guten Säuren und daß die Ester der schlechten Säuren die sein werden, welche sich eher gut im Vorlauf abtrennen lassen werden.
Das sind also ebenfalls Hinweise, daß man beim Nachlaufsammeln eher daran denken sollte, die guten Stoffe zu bekommen, als die schlechten loszuwerden.

Gibt es eine wertvolle Fraktion nach dem Nachlauf?
Immer mal wieder liest man, daß nach dem Nachlauf noch eine Fraktion gesammelt wird, welche dann zum Mittellauf gegeben wird. Diese wird oft "sweet water" oder z.B. in Arroyos Schriften über die Rumherstellung "fifth fraction" genannt (foreshots, heads, hearts und tails sind die Fraktionen 1-4). Diese Fraktion soll besser sein als die davor, vor allem süßer, oder vielleicht ist weniger sauer gemeint.
Der große Unterschied zu den vorigen die Säuren betreffende Fragen ist, daß die "guten" (also großen) Säuren hier nicht gut sondern schlecht sind. Denn sie sind hier nicht Vorläufer von Estern und die übrigen unveresterten Säuren werden mit dem Nachlauf abgetrennt, sondern sie sollen hier direkt in den Mittellauf gegeben werden. Und die großen Carbonsäuren haben an sich einen wirklich widerlichen Geruch. Wer die Wahl hat, eine Flasche Essig oder einer Flasche Buttersäure zu verschütten, wird garantiert die Flasche Essig wählen. Ich schreibe deswegen hier nicht mehr von guten und schlechten Säuren, sondern von großen und kleinen.
30vol%, 0 Rektifikation, kein Zoom:
Säuren 4.png
Der Peak der großen Säuren liegt in einem Bereich, wo noch Alkohol im Dampf ist. So etwa bei 10vol% im Dampf. Also bei den meisten im Nachlauf und bei manchen nach dem Nachlauf. Und die kleine Essigsäure steigt langsam aber stetig an. Die y-Achse dieses Diagramms geht vom berechneten Minimalwert bis zum berechneten Maximalwert dieses Stoffes. Jeder Stoff hat also eine andere y-Achse. Essigsäure macht ja normalerweise den Löwenanteil der Säuren aus. Deswegen bedeutet das langsame Ansteigen der Essigsäure eine größere Säuerung des Destillats als das Wegfallen der großen Säuren eine Verringerung der Säuerung bedeutet. Daß das Destillat nach dem Peak weniger sauer wird, kann man also nicht so sagen. Wohl kann man sagen, daß die großen Säuren in der Fraktion nach dem Nachlauf weniger vertreten sind als davor. Also deren penetranter Geruch findet sich vor allem gegen Ende des Nachlaufs wieder, nicht in der Fraktion danach.
Andere Darstellung:
Säuren 4b.png
Hier sieht man das Verhältnis zwischen aktueller Essigsäure und den anderen Säuren. Der Abstand wird langsam größer. Bei etwa 50vol% im Dampf, also wahrscheinlich am Anfang des Nachlaufs, ist er am größten, dann nähern sich die Werte an und etwa, wenn man 70% des Destilleninhalts destilliert hat, also in der Fraktion nach dem Nachlauf, kreuzen die Kurven die Linie von Essigsäure. Ab da sammelt man also anteilig weniger große Säuren als Essigsäure.

Nun mal schauen, ob etwas Rektifikation was daran ändert. 0.3 Rektifikation:
Säuren 4c.png
Säuren 4d.png
Der Peak der großen Säuren ist spitzer und später, bei etwa 2vol% im Dampf. Das ändert aber im Prinzip nicht viel. Nur der Punkt, ab dem die großen Säuren auftauchen, ist später, und der Punkt, ab dem sie wieder verschwinden, ist früher. Im Bezug auf die Fragestellung bedeutet das, daß Rektifikation die mit großen Säuren belastete Fraktion komprimiert, also verkleinert.

Zusammenfassend kann man vielleicht sagen, daß es eine Fraktion nach dem Nachlauf gibt, welche grundsätzlich anders ist als die davor, weil sie nämlich eine Entwicklung zeigt, welche vorher nicht da war: das Verschwinden der großen Säuren. Diese Fraktion ist sehr spät. Allerdings wegen der allgemeinen Regel, daß die Flüchtigkeit der Begleitstoffe in Wasser höher ist als in Alkohol, ist es unmöglich, daß ein Stoff, der beim Feinbrand ganz spät ins Destillat kommt, dann im Glas (also bei Trinkstärke) einen wahrnehmbaren Geruch hat. Die Fraktion nach dem Nachlauf kann dem Schnaps also nur einen von der Nase nicht wahrgenommenen Geschmack oder vielleicht auch nur ein Mundgefühl hinzufügen.
Und Langzeiteffekte, nämlich daß bei der Lagerung Säuren verestern, ist eher ein Argument gegen das Verwenden der Fraktion nach dem Nachlauf. Denn die Essigsäure bildet nicht so interessante Ester wie die größeren Säuren.

Und das sind ja wichtige Fragen, auf die es oft nur vage Antworten gibt.


Hier die komplette Liste unserer Quellen

"From pot stills to continuous stills: flavor modification by distillation" von Robert Piggot. Veröffentlicht in "The Alcohol Textbook", Kapitel 17

"Whisky Technology, Production and Marketing", original von Panek und Boucher, wahrscheinlich "Continuous distillation", veröffentlicht wahrscheinlich auch in "The Science and Technology of Whiskies" von J.R.Piggott, Longman Scientific and Technical

"Chemical aspects of distilling wines into brandy" von J.F. Guymon, 1973, veröffentlicht in "Chemistry of Winemaking"; Webb, A.; Advances in Chemistry; American Chemical Society: Washington, DC, 1974

"Computer simulation applied to studying continuous spirit distillation and product quality control" von Fabio R.M. Batista, Antonio J.A. Meirelles, Food Control 22 (2011) 1592-1603

"Vapor-liquid equilibria of organic homologues in ethanol-water solutions" von C.Williams

"A quick method for obtaining partition factor of congeners in spirits" von A.Martin

"Vapor-Liquid Equilibria Measurements of Bitter Orange Aroma Compounds Highly Diluted in Boiling Hydro-Alcoholic Solutions at 101.3 kPa" von S.Deterre

"Distillation principles and processes" von S.Young, S.308

"Vapor−Liquid Equilibrium of Ethyl Lactate Highly Diluted in Ethanol−Water Mixtures at 101.3 kPa. Experimental Measurements and Thermodynamic Modeling Using Semiempirical Models" von C.Puentes

"Review and thermodynamic modeling with NRTL model of vapor–liquid equilibria (VLE) of aroma compounds highly diluted in ethanol–water mixtures at 101.3 kPa" von C.Puentes

"Modélisation des équilibres entre phases et simulation de la distillation des eaux-de-vie en vue d’une meilleure compréhension du comportement des composés volatils d’arôme" von C.Puentes

"Vapour–liquid equilibria of aroma compounds in hydroalcoholic solutions: Measurements with a recirculation method and modelling with the NRTL and COSMO-SAC approaches" von V.Athes

"Vapor-Liquid Equilibria of a Minute Amount of n-Propyl, Isobutyl, and Isoamyl Alcohols in Aqueous Ethanol Solution under Reduced Pressure" von A.Ikari

"Vapor-Liquid Equilibria of a Minute Amount of Methanol, Isovaleraldehyde and Diacetyl in Aqueous Ethanol Solution under Reduced Pressure" von A.Ikari

"Behavior of a minute amount of furfural in distillation of aqueous ethanol solution under reduced pressure" von A.Ikari

"Vapor-Liquid Equilibria of Trace Isobutyraldehyde, Ethyl Acetate and Isoamyl Acetate in Aqueous Ethanol Solution under Reduced Pressure" von A.Ikari

"Review and thermodynamic modeling with NRTL model of vapor–liquid equilibria (VLE) of aroma compounds highly diluted in ethanol–water mixtures at 101.3 kPa" von C.Puentes

Die Reihenfolge ist zufällig.


Es sind noch zwei weitere Rechner in Planung, die auf denselben Daten basieren: Ein Diagramm mit den gesammelten Flüchtigkeitskurven in Abhängigkeit der vol% und der Rektifikation. Und ein zweiter Simulator, mit dem es möglich sein soll, Mehrfachdestillationen durchzurechnen.


Zuletzt als neu markiert von Hügelwilli am 23. Sep 2020, 22:10.