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Verfahren und Vorrichtung zum Entwässern von hochprozentigem Äthylalkohol.
Bei den Verfahren zum Entwässern von Alkohol nach der azeotropen Methode werden gewöhnlich mit etwa 50 Glocken-oder Tunnelböden ausgestattete Destillierkolonnen benutzt, in welche von oben her Entziehungsmittel, z. B. Kohlenwasserstoffe oder deren Halogenderivate, wie Benzol, Tetrachlorkohlenstoff, Chloräthyl bzw. deren Gemische, und im oberen Drittel der zu entwässernde Alkohol eintreten (s. z. B. deutsche Patentschrift Nr. 501832, britische Patentschriften Nr. 211454 und Nr. 287607).
Der wasserfreie Alkohol tritt am Fusse der Kolonne aus. während das entstehende azeotrope ternäre Gemisch in dampfförmigem Zustande vom Kopf der Kolonne entweicht und nach Kondensation in einem Scheidegefäss durch Dekantieren in eine wasserreiche und eine wasserarme Schicht getrennt wird. Die wasserarme, hauptsächlich aus Entziehungsmittel bestehende Schicht wird unmittelbar wieder der Entwässerungskolonne zugeleitet, während die wasserreiche alkoholische Schicht einer besonderen Verarbeitung unterzogen werden muss.
Bei dem in der oben erwähnten britischen Patentschrift Nr. 287607 beschriebenen Verfahren wird die wasserreiche Schicht mit Wasser gewaschen, der anfallende verdünnte Alkohol nach Abtrennung vom Entziehungsmittel in einer eigenen Kolonne konzentriert und in diesem Zustande der Entwässerungskolonne wieder zugeführt. Bei dem in der britischen Patentschrift Nr. 211454 beschriebenen Verfahren wird die wasserreiche Schicht mit einem Entwässerungsmittel entwässert und das verbleibende, aus Entziehungsmittel und Alkohol bestehende binäre Gemisch neuerlich der Entwässerungskolonne zugeführt.
Es wurde nun gefunden, dass bei Anwendung solcher Entziehungsmittel, die, wie z. B. Trichlor- äthylen, mit Wasser und Äthylalkohol ternäre Gemische liefern, welche sich in kondensiertem Zustande in eine wasserreiche, an Entziehungsmittel arme, und eine wasserarme, an Entziehungsmittel reiche Schicht trennen, die wasserreiche Schicht durch Destillation in einer Destillierkolonne kontinuierlich aufgearbeitet werden kann, ohne dass das Entziehungsmittel zuvor abgeschieden zu werden braucht.
Das vom oberen Ende dieser Kolonne abziehende, neben geringen Wassermengen den gesamten Alkohol und das gesamte Entziehungsmittel enthaltende dampfförmige Gemisch wird nach Kondensation in die Entwässerungskolonne zurückgeleitet, während vom unteren Ende der Destillierkolonne reines Wasser abläuft.
Bei dieser Art der Aufarbeitung der wasserreichen Schicht gelingt es, auch den im zu entwässernden Rohspiritus ebenfalls enthaltenen Methylalkohol abzuscheiden, der sonst im Kreislauf ständig in die Entwässerungskolonne zurückkehrt und sich dadurch immer mehr anreichert. In diesem Falle wird aus der Destillierkolonne der verstärkte Äthylalkohol mit geringen Mengen Entziehungsmittel einige Böden unterhalb des oberen Endes dieser Kolonne abgezogen, während vom oberen Ende dieser Kolonne ein binäres, aus Methylalkohol und Entziehungsmittel bestehendes Gemisch entweicht. Damit in der Destillierkolonne dauernd genügende Mengen an Entziehungsmittel vorhanden sind, kann derselben im Bedarfsfall ein Teil der aus dem Scheidegefäss stammenden wasserarmen Schicht zugeführt werden.
Aus dem kondensierten Methylalkohol-Entziehungsmittel-Gemisch wird durch Waschen mit Wasser und Absitzenlassen das Entziehungsmittel entfernt und der anfallende verdünnte Methylalkohol in üblicher Weise durch einfache Destillation entwässert.
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Beim Arbeiten mit vergorenen Maischen od. dgl. an Stelle von Rohspiritus, die ebenfalls Methylalkohol enthalten können, werden diese im unteren Drittel einer Destillierkolonne entgeistet, der dampfförmige Rohspiritus wird im mittleren Drittel der gleichen Kolonne verstärkt und im Falle des Vorhandenseins von Methylalkohol dieser im oberen Drittel der Kolonne abgeschieden.
Diese Art der Entwässerung bietet gegenüber dem eingangs erwähnten Stand der Technik den Vorteil, dass die wasserreiche alkoholische Schicht in einfacher Weise kontinuierlich verstärkt werden kann und dass allenfalls vorhandener Methylalkohol praktisch restlos abgeschieden wird.
In Fig. 1 ist eine Vorrichtung zur Ausführung des erfindungsgemässen Verfahrens unter Anwendung eines Entziehungsmittels mit einem höheren spezifischen Gewicht als Wasser dargestellt.
Der'Rohspiritus wird aus einem Vorratsbehälter G durch die Rohrleitung 1 einer durch einen Heizkörper X beheizten Entwässerungskolonne A zugeführt, nachdem er einen Vorwärmer J1 durchströmt hat, in dem der aus der Kolonne A abgezogene heisse absolute Alkohol seine Wärme an den Rohspiritus abgibt. Das Entziehungsmittel, z. B. Trichloräthylen, wird durch die Rohrleitung 2 der Kolonne A zugeleitet. Vom Kopfe derselben gelangt das ternäre Gemisch der weiter oben angegebenen Zusammensetzung durch die Rohrleitungen 3 und 4 sowie den Dephlegmator D in den Kühler E. Ein Teil des im Dephlegmator D kondensierten ternären Gemisches wird durch eine Rohrleitung 3 a dem Kopfe der Kolonne A als Rücklauf zugeführt.
Durch die Rohrleitung 5 gelangt die Hauptmenge des kondensierten ternären Gemisches in den Scheider H, in dem es sich in zwei Schichten trennt. Ein Teil der unteren wasserarmen, an Entziehungsmittel reichen Schicht wird durch eine Rohrleitung 7 in die Entwässerungskolonne A zurückgeführt, während der Rest durch eine Rohrleitung f a in den oberen Teil einer Kolonne 0 gelangt. Die obere Alkohol und geringe Mengen Entziehungsmittel enthaltende wasserreiche Schicht aus dem Scheider H wird durch eine Rohrleitung G in den unteren Teil der Kolonne 0 geleitet.
Der in dieser Kolonne auf etwa 94 Gewichts % verstärkte Äthylalkohol wird mit geringen Mengen Triehloräthylen in Form eines Dampfgemisches durch eine Rohrleitung 11 dem Dephlegmator M zugeführt, aus dem das Kondensat durch eine Rohrleitung 11 a als Rückfluss in die Kolonne C zurückfliesst, während die nicht kondensierten Dämpfe durch eine Rohrleitung 12 in den Kühler 111. gelangen, aus dem das Kondensat durch eine Rohrleitung 13 in die Entwässerungskolonne A fliesst.
Im oberen Teil der Kolonne C reichert sich der Methylalkohol an, der mit dem Trichloräthylen ein azeotrop siedendes binäres Gemisch mit dem Siedepunkt von 60'20 bildet ; dieses Dampfgemisch gelangt durch eine Rohrleitung 8 und den Dephlegmator L sowie durch eine Rohrleitung 9 in den Kühler Li, aus dem das Kondensat bei 10 abläuft. Durch die Rohrleitung 8 a läuft das Kondensat aus L als Rückfluss der Kolonne C zu. Das kondensierte, aus 38 Gewichts% Methylalkohol und 62 Gewichts% Trichloräthylen bestehende binäre Gemisch wird einem nicht gezeichneten Waschgefäss zugeführt, in dem in bekannter Weise durch Wasserzusatz das Trichloräthylen fortlaufend oder absatzweise abgeschieden wird.
Der die obere Schicht dieses Waschgefässes bildende wasserhaltige Methylalkohol wird schliesslich in einer gewöhnlichen, ebenfalls nicht gezeichneten Rektifizierkolonne durch einfache Destillation entwässert.
Am unteren Ende der Kolonne U fliesst durch eine Rohrleitung 14 das Lutterwasser, d. h. das bei der Entwässerung des Äthylalkohols abgeschiedene Wasser, ab. Der absolute Äthylalkohol wird am Fusse der Kolonne A über den Vorwärmer J1 und einen Kühler J2 sowie eine Vorlage V abgezogen.
Beachtenswert bei diesem Verfahren ist, dass wasserfreier Äthylalkohol und wasserfreier Methylalkohol gleichzeitig gewonnen werden können und dass hiezu insgesamt nur drei Kolonnen erforderlich sind, wodurch eine bisher unerreichte Wirtschaftlichkeit erzielt wird. Nach genauen Dampfmessungen im Grossbetrieb sind zur Herstellung von 1 hl absoluten Alkohols nach dem vorliegenden Verfahren nur 98 kg Dampf erforderlich. Der Wasserverbrauch beträgt nur etwa 2'5 m3 je Hektoliter erzeugten absoluten Alkohols ; der absolute Alkohol fällt mit einer Weingeiststärke von 99'8 bis 100 Gewichts% an. Voraussetzung für die genannten Dampfverbrauchszahlen ist, dass als Ausgangsmaterial ein 94 gewichtsprozentiger Rohspiritus im flüssigen, d. h. nicht dampfförmigen Zustande verwendet wird und dass die Kolonnen gut isoliert sind.
Das neue Verfahren ist aber nicht nur zum Entwässern von hochprozentigem Alkohol geeignet, sondern es kann mit gleichem Vorteil auch zum Herstellen von wasserfreiem Äthylalkohol und wasserfreiem Methylalkohol unmittelbar aus vergorenen weingeisthaltigen Flüssigkeiten, wie z. B. Maischen, Würzen oder Laugen, Anwendung finden, ohne dass eine Vermehrung der Kolonnenzahl notwendig wird.
Hiebei werden die vergorenen Maischen oder ähnliches weingeisthaltiges Material in derselben Kolonne entgeistet, in der auch gleichzeitig die Verstärkung des anfallenden wasserhaltigen Alkohols und das Abscheiden des darin enthaltenen Methylalkohol erfolgt. Infolge dieser Anordnung wird die Wärme. der Maischedämpfe dazu benutzt, den anfallenden wasserhaltigen Alkohol zu verstärken.
In Fig. 2 ist eine Vorrichtung zur Ausführung dieses Verfahrens unter Verwendung eines Ent- ziehungsmittels mit einem höheren spezifischen Gewicht als Wasser, z. B. Tricllloräthylen, dargestellt.
Die in den Kolonnen C und A angegebenen Zahlen bezeichnen die Anzahl der Böden dieser beiden Kolonnen.
Die in bekannter Weise vorgewärmte vergorene Maische, Würze oder Lauge fliesst durch eine Rohrleitung 1 einer Maischekolonne N zu, in der sie entgeistet wird. Die Schlempe verlässt diese Kolonne
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durch eine Rohrleitung 2 ; die Wärme der durch das Rohr 2 abgeführten Flüssigkeit kann zum Vorwärmen der zu destillierenden Flüssigkeit dienen.
Die schwach alkoholischen Dämpfe aus der Maischekolonne N steigen in eine Rektifizierkolonne C, in welcher sie mit Hilfe des Rücklauf, der aus dem Kondensator M durch eine Rohrleitung 3 zufliesst, auf etwa 94 Gewichts % verstärkt werden. Die Dämpfe dieses hochprozentigen Äthylalkohols gelangen durch die Rohrleitung 4 in den Kondensator M, aus dem das Kondensat durch die Rohrleitungen 3 und 5 in die Entwässerungskolonne A fliesst. Hier findet die vollständige Entwässerung des Alkohols in der bereits weiter oben beschriebenen Weise statt. Das azeotrope ternäre Gemisch Äthylalkohol-Wasser-
Entziehungsmittel gelangt durch eine Rohrleitung 9 in den Kondensator D und den Kühler E ; das
Kondensat aus letzterem fliesst durch die Rohrleitung 11 in den Scheider H, in welchem es sich in zwei
Schichten trennt.
Der Rücklauf aus D fliesst der Kolonne A durch eine Rohrleitung 10 zu. Die obere wasserreiche Schicht aus dem Scheider H gelangt durch eine Rohrleitung 12 in den unteren Teil der
Destillierkolonne C, während die untere Schicht aus dem Scheider H durch eine Rohrleitung 13 dem oberen Teil der Kolonne C ganz oder teilweise zugeführt wird. Der bei einer nur teilweisen Zuführung der unteren, wasserarmen Schicht in die Kolonne C übrigbleibende Teil wird durch die Rohrleitung 14 der durch einen Heizkörper K beheizten Entwässerungskolonne A zugeleitet, an deren Fuss durch eine
Rohrleitung 20 der absolute Alkohol abgezogen wild.
Vom Kopfe der Kolonne a gelangt das azeotrop siedende binäre Methylalkohol-Trichloräthylen-
Gemisch durch eine Rohrleitung 6 in einen Kondensator L. Ein Teil des im letzteren kondensierten
Gemisches wird als Rückfluss durch eine Rohrleitung 7 der Kolonne C wieder zugeführt, während der
Rest durch eine Rohrleitung Sin ein Waschgefäss Rgelangt, in dem der Methylalkohol vom Entziehungs- mittel durch Waschen mit Wasser getrennt wird. Das zurückgewonnene Triehloräthylen wird durch eine
Rohrleitung 15 der Entwässerungskolonne A, der wasserhaltige Methylalkohol durch eine Rohrleitung 16 einer Entwässerungskolonne F zugeleitet.
Der Dampf des in dieser entwässerten Methylalkohol gelangt durch eine Rohrleitung 17 in den Kondensator V, aus dem die Hauptmenge des Kondensates durch eine
Rohrleitung 19 abgezogen wird, während ein Teil desselben als Rücklauf der Kolonne F durch eine Rohrleitung 18 zufliesst.
Durch die besondere Schaltung der Kolonnen gelingt es, aus der Maische ohne besondere Hilfs- kolonnen unmittelbar absoluten Alkohol zu erzeugen. Die Kolonnen M und C können natürlich auch zweiteilig ausgebildet werden.
Bei der Verarbeitung von methylalkoholfreien Maisehen, Würzen oder Laugen auf wasserfreien Äthylalkohol fallen die Geräte für das Abscheiden des Methylalkohol fort. Es entfallen somit der Kon- densator L, das Waschgefäss R mit den zugehörigen Rohrleitungen und die Entwässerungskolonne F samt Zubehör. Die Bodenzahl der Kolonne C wird in diesem Falle etwas verringert. Zum Zwecke der
Ergänzung des Entziehungsmittelschwundes ist rechts oben über dem Wäscher Rein Gefäss P angeordnet, das mit der Rohrleitung 10 verbunden ist.
Abgesehen von der grossen Wärmewirtschaftlichkeit des erfindungsgemässen Verfahrens ist als weiterer Vorteil zu verzeichnen, dass der in der Maische, Würze oder Lauge vorhandene Methylalkohol schon in der Rektifizierkolonne C abgeschieden wird und infolgedessen nicht in die Entwässerungskolonne A gelangt, so dass die durch den Methylalkohol verursachte Störung der Dekantation des Kondensates aus dem ternären Gemisch vermieden wird.
Zum Herstellen eines vollkommen reinen wasserfreien Äthyl-und Methylalkohols können die Vor- und Nachlaufverunreinigungen in bekannter Weise vor dem Entwässern des Äthyl-und Methylalkohols abgeschieden werden.
Die Wärmewirtschaftlichkeit des neuen Verfahrens gestaltet sich noch günstiger, wenn Vorwärmer zwischengeschaltet werden, um die Wärme der von den Kolonnen abgezogenen und zu kondensierenden Dampfgemisch ganz oder teilweise den zu verdampfenden Flüssigkeiten zuzuführen. So kann z. B. der auf wasserfreien Äthyl-und Methylalkohol zu verarbeitende Rohspiritus durch das am oberen Ende der Entwässerungskolonne A (Fig. 1) abgezogene azeotrope ternäre Dampfgemisch in einem Vorwärmerkondensator, z. B. dem Kondensator D, vorgewärmt werden. Weiterhin kann die wasserreiche Schicht des ternären Gemisches aus dem Scheider H durch das am oberen Ende der Kolonne C abgezogene binäre azeotropisch Dampfgemisch in einem Vorwärmerkondensator vorgewärmt werden.
Ferner kann die wasserarme Schicht durch den im Kopfdrittel der Kolonne C abgezogenen hochprozentigen, noch etwas Entziehungsmittel enthaltenden Alkoholdampf in einem Vorwärmerkondensator vorgewärmt werden.
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