Aufhärtungsrechner

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Tool "Aufhärtungsrechner"

Der Rahmen in dieser Farbe kennzeichnet den " Erfassungsbereich", der Orange gefärbte Kreis die von Ihnen gewählte Einheit für die Wasserhärte(hier dH). Ein Klick auf das Symbol im grün gefärbten Kreis lädt Ihnen die Daten in den Editor, die Sie bei der Letzten Sitzung eingegeben hatten. Der Rest wird in einem Praxisbeispiel weiter unten beschrieben.


...keine Bange, es sieht schlimmer aus als es ist ;-)


Mit Version 2.2.0 haben zwei weitere Komponenten Einzug in den Rechner gehalten: Magnesiumsulfat MgSO4 und Natriumhydrogenkarbonat NaHCO3 . In der Folge hat sich auch das Aussehen des Rechners etwas geändert. Die Handhabung dagegen bleibt unverändert - einzig: man mehr Möglichkeiten.

Bitte beachten Sie:

Im Gegensatz zu allen anderen Komponenten erhöht Natriumhydrogenkarbonat NaHCO3 die Restalkalität. Dieser Besonderheit ist ein eigenes Kapitel gewidmet und wenn Sie sich mit dem Gedanken tragen  NaHCO3 zu verwenden, lesen Sie Bitte den Abschnitt Sonderfall NaHCO3.



Prinzip des Rechners

Die Aufhärtung eines (enthärteten)Brauwassers ist meist mit dem Ziel verbunden die Restalkalität(RA) zu reduzieren. Einer berechneten Restalkalität im Brauwasser steht eine Ziel-Restalkalität, meist entlang eines Biertyps, gegenüber. Die Differenz dieser beiden Werte sagt aus, um wie viel RA das Brauwasser reduziert werden muss. Zu diesem Zweck können verschiedene Komponenten in das Brauwasser eingebracht werden und  hier kommt der Aufhärtungsrechner ins Spiel: Er beantwortet die Frage, wie viel Sie von welcher Komponente zum Einsatz bringen müssen, um die RA um den gewünschte Betrag zu reduzieren.  



Hintergrundinformation zur Restalkalität(RA in °dH)

Um einen Einblick in die (verbleibende)aciditätsvernichtende Wirkung des Wassers zu gewinnen, wird u.a. die Restalkalität RA in °dH nach Kolbach bestimmt. Die RA stellt die aciditätsvernichtenden Ionen (Gesamtalkalität=Karbonathärte) den aciditätsfördernden Ionen gegenüber.  Dabei wird vorausgesetzt, dass rund 3,5 Äquivalente Calcium erforderlich sind, um die Alkalität eines Äquivalents Bicarbonats zu neutralisieren und das Magnesium nur die halbe aciditätsfördernde Wirkung gegenüber Calcium hat:


Formel Restalkalität:

Bildquelle: Vortagsveranstaltung an der Fakultät Angewandte Chemie, 2011, Hochschule Reutlingen, Alteburgstraße 150, 72762 Reutlingen, Eigentum des Autors: Oli Weiss


Ein Brauwasser mit einer RA = 0 vermittelt die selben Aciditäts-Verhältnisse  wie destilliertes Wasser.  Das bedeutet, dass das Brauwasser den resultierenden pH-Wert in der Maische/Würze nicht (negativ)beeinflusst und die durch das Malz eingebrachten Phosphate mit Ca2+ und Mg2+ ungestört sauer reagieren können(Bsp. am Ca2+: 3 Ca2+ + 2 HPO42-   <->   Ca3(PO4) + 2 H+). In solch einem Szenario(RA=0) wird der resultierende pH-Wert der Maische/Würze ausschließlich durch die Malzinhaltsstoffe beeinflusst. Für helle Biere wie Export oder Pils wird eine RA von -5 bis 0 °dH und für dunkle Biere bis max. 5-10 °dH angestrebt. (-> dunklere und/oder stärkere Biere vertragen ganz allgemein härtere Wässer) .



Ein ausführliches Beispiel aus der Praxis

Nehmen wir als gegeben an, dass Sie Hausbrauer sind und 50 l  dunkles Spezialbier mit einer Stammwürze von 13,0°P brauen möchten. Sie haben keine Möglichkeit Ihr Stadtwasser zu enthärten und wissen von ihren Stadtwerken, dass sich Ihr Wasser wie unten im Bild gezeigt zusammensetzt:


Damit liegt Ihre IST RA bei 8,57°dH, angestrebt wird aber für dunkle Biere eine max. RA von = 5°dH. Damit müssen Sie die RA um 8,57°dH - 5,0°dH = 3,57 °dH reduzieren. Nehmen wir weiter an, dass Sie nur die berechnete Hauptgussmenge behandeln möchten - werfen wir einen Blick in die Rezeptur:


Damit steht fest:  die Hauptgussmenge von 32,2 l muss in seiner RA um 3,57°dH reduziert werden.


Ich formuliere noch ein paar wenige Vorgaben, um das Beispiel abzurunden:


- Milchsäure steht nicht zur Verfügung

- CaCl2 x 6H2O und Sauermalz ist vorrätig

- Ein Restbestand von 2 Gramm  CaSO4 x 2H2O soll aufgebraucht werden

- Der Chloridgehalt darf sich um max. 25 mg/l erhöhen.  


Es ist Zeit den Rechner mit Daten zu füttern. Zunächst erfassen wir die Hauptgussmenge von 32,2 l, dann wählen wir aus der ComboBox das Produkt CaSO4 x 2H2O und geben im SpinEdit rechts davon so lange unterschiedliche Werte ein, bis sich die geforderte Einsatzmenge von ~ 2 Gramm ergibt(wie gefordert):

Mit der Erhöhung der Wasserhärte mit CaSO4 x 2H2O um 2,03°dH ist das erste Ziel erreicht. Der Restbestand an  CaSO4 x 2H2O wird mit der Einsatzmenge von 2,007 gr/ 32,2 l Hauptguss vollständig aufgebraucht. Wie man sehen kann, hat sich die RA durch diese Maßnahme nur um 0,58°dH reduziert - wir müssen also nach legen ;-)


Um ans Ziel zu kommen gibt es ganz unterschiedlich Strategien - ich wähle folgende(ob unsinnig oder nicht):

Zunächst erhöhe ich die Gabemenge von CaCl2 x 6H2O so lange, bis die geforderte Maximalmenge an Chlorid knapp erreicht wird und "fülle" im Anschluss die Differenz zur Zielvorgabe von RA- = 3,57°dH mit Sauermalz auf.

Hier die Ergebnisse:

Wenn die Wasserhärte mit  CaCl2 x 6H2O um 1,9 °dH erhöht wird, ergibt sich in den 32,2 l Hauptguss eine Erhöhung des Chloridgehaltes um 24 mg/l. Damit ist diese Forderung erfüllt. Durch die Maßnahmen mit CaCl2 und CaSO4 ergibt sich aufsummiert eine Reduzierung der RA um 1,12 °dH. Die daraus resultierende Differenz zum Zielwert bzw. zur noch zu reduzierenden RA von 2,45 °dH = 3,57°dH - 1,12 °dH wird bei der Komponente "Sauermalz" erfasst. Das Ziel ist erreicht und es ergibt sich:

Der Hauptguss von 32 l muss mit

  1. 2,39 gr  CaCl2 x 6H2O
  2. 2,007 gr  CaSO4 x 2H2O
  3. 102 gr Sauermalz


versetzt werden(abzulesen in der Spalte "Gabe je Bezugsmenge"), um die RA um 3,57°dH zu reduzieren(das Sauermalz planen Sie natürlich in einer Teilschüttung ein).


Sonderfall 33%-ige Calciumchlorid CaCl2 -Lösung

Neben den Hydratvarianten für  CaCl2 wird in der Auswahlliste auch eine 33%-ige Calciumchlorid CaCl2 -Lösung angeboten:

CaCl2 flüssig zu dosieren hat einen gewissen Charme.  Selbst Kleinstmengen solcher Lösungen lassen sich über das Internet beziehen und die Handhabung sieht auf den ersten Blick recht einfach aus. Erste Fragen tauchen auf, wenn es darum geht eine vielleicht an anderer Stelle bereits berechnete CaCl2-Dihydrat-Menge[gr] in eine flüssige 33%-ige Calciumchlorid CaCl2 -Lösung umzurechnen.



Weitere Informationen

Ein paar Worte zur Darstellung im Erfassungsbereich:


Ein im Erfassungsbereich deutetet an, dass Sie die Wasserhärte in der angegebenen Einheit erhöhen und damit die Restalkalität reduzieren

Ein im Erfassungsbereich deutet an, dass Sie die Wasserhärte in der angegebenen Einheit erhöhen und damit auch die Restalkalität. Sonderfall für Natriumhydrogenkarbonat NaHCO3

Ein im Erfassungsbereich deutet an, dass Sie die Restalkalität in der angegebenen Einheit reduzieren

Ein im Erfassungsbereich deutete an,  dass Sie die Aciditäts-Verhältnisse in Richtung aciditätsfördernde Wirkung verschieben - eine Veränderung der Wasserhärte findet nicht statt

Ein Klick auf das Symbol lädt Ihnen die Daten in den Editor, die Sie bei der Letzten Sitzung eingegeben hatten.



Anwendungstipp

Erfassen Sie zunächst Ihre aufzuhärtende Wasser-/Würzemenge und wählen Sie im Anschluss die Komponenten in den ComboBoxen aus, mit denen Sie aufhärten möchten. Jetzt verändern Sie so lange die Werte in den zeilenweise zugeordneten SpinEdits im Erfassungsbereich, bis sich der Zielwert für die zu reduzierende RA("Summe Reduzierung RA um ..") in der gewählten Einheit ergibt. Flankierend behalten Sie die Angaben in der Spalte "Sonstige Änderungen" im Auge(dazu sind sie da).  Sie können Sich also den Einsatzmengen der gewählten Aufhärtungskomponenten iterativ und ohne Kenntnis der Wasserchemie annähern - das genau ist das Ziel dieses Rechners.



Sonderfall Natriumhydrogenkarbonat NaHCO3(Trivialname "Backsoda", "Natron" oder "Speisesoda")

Im Gegensatz zu allen anderen Komponenten erhöht Natriumhydrogenkarbonat NaHCO3 die Restalkalität. Diese Besonderheit wird im Rechner durch die grüne Schriftfarbe in der ComboBox und durch das rote Kreuz im Erfassungsbereich hervorgehoben(siehe auch hier):

Kommt NaHCO3 zum Einsatz, bilanziert der Rechner die Komponentenmengen die die Restalkalität RA reduzieren gegen die Komponentenmengen die die Restalkalität RA erhöhen(NaHCO3) gegeneinander auf. Sind die Einsatzmengen nun so gewählt, dass die Komponentenmengen die die Restalkalität RA erhöhen(NaHCO3) größer sind als die Komponentenmengen die die Restalkalität RA reduzieren, ergibt sich in der Gesamtbilanz eine negative Reduzierung der Restalkalität RA was nichts anderes bedeutet, als dass die Restalkalität RA in der gewählten Konstellation erhöht wird. So z.B. könnte ein mögliches Szenario aussehen(gänzlich fiktiv):

Unterm Strich ergibt sich im Beispiel eine negative Reduzierung der Restalkalität RA um -1,29 °dH was, wie oben schon beschrieben, einer Erhöhung der Restalkalität RA um 1,29 °dH gleich kommt.

Für Brauer die eine bestimmte Ionenbilanz eines Wassers herstellen möchten und das ohne die Restalkalität RA zu verändern, eröffnet das natürlich weitere Möglichkeiten. Es genügt die Komponentenauswahl so zu gestalten, dass sich im Feld "Summe Reduzierung RA um..." der Wert 0 einstellt.


Hinweis zur Analytik:

1 mmol/l NaHCO3(molare Masse = 84,00661 mg/mmol) erhöht die Restalkalität RA um 1 mmol/l bzw. 2,8 °dH. Die Erhöhung der Restalkalität ergibt sich in der Folge aus dem Eintrag des Hydrogenkarbonats HCO3- .

Wenn Sie wie im MEBAK-BAND WASSER(1.1 Trinkwasser, 1.2 Brauwasser) Ihre Härteverhältnisse komplexometrisch (Calziumhärte CaH und Gesamthärte GH) bzw. durch Neutralisation(p- und m-Wert) bestimmen,  erfassen Sie im zuerst genannten Fall die Kationen Ca2+ und Mg2+ und im zweiten Fall, über den m-Wert bestimmt, das Anion HCO3-. Das sich die Definition der Karbonathärte KH und der Gesamthärte GH auf den Haushalt der Kationen Ca2+ und Mg2+ bezieht, die Bestimmung des m-Wertes aber sämtliche Hydrogenkarbonat HCO3- Anionen erfasst, also auch diejenigen die nicht an  Ca2+ oder Mg2+ gebunden sind, kann eine Zugabe von NaHCO3 dazu führen, dass die ermittelte Karbonathärte KH die Gesamthärte GH übersteigt. Für gewöhnlich spricht man in solchen Fällen von sodaalkalischen Wässern und es empfiehlt sich diesen besonderen Umstand bei der Angabe der Ergebnisse zu berücksichtigen. Ein Beispiel:

GH = 14 °dH

KH = 17 °dH

Angabe der Ergebnisse: GH: 14 °dH, KH: 14 °dH (+ 3 °dH scheinbar)  


Reaktion mit Wasser:

Beachten Sie bitte, dass es sich bei Natriumhydrogenkarbonat NaHCO3 um ein Salz handelt, dass aus einer starken Base(NaOH) und aus einer schwachen Säure(H2CO3) gebildet wurde. Derartig gebildete Salze reagieren in Lösungen basisch. Im konkreten Fall werden Hydroxid OH- Ionen freigesetzt die den pH-Wert ins basische verschieben und die (Säure)Pufferkapazität wird zusätzlich erhöht. Diese Reaktion hat eine weit aus höhere aciditätsvernichtende Wirkung als man sie beispielsweise von Calziumhydrogenkarbonat Ca(HCO3)2 her kennt.


Siehe auch:

Tool "Rohwasserenthärtung(Entkarbonisierung) mit CaO (Calziumoxid)"

Kapitel Entkarbonisierung mit Kalkwasser

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