<Desc/Clms Page number 1>
Le brevet belge 486 765 décrit un procédé de purification de liqui- des alcooliques par distillation extractive au moyen d'eau introduite avec des impuretés de tête rétrogradées, au sommet de la colonne épuratriceo Ce brevet in- dique deux méthodes d'exécution, suivant que l'on a affaire à un alcool concen- tré (flegme) ou à un alcool dilué, par exemple un moûto
Selon ce procédé antérieur, on conduisait directement à la colonne épuratrice les vapeurs alcooliques impures séparées du liquide alcoolique dilué initial au cours de la descente de ce dernier dans la colonne d'épuisement, on introduisait de l'eau au sommet de la colonne épuratrice en même temps qu'on y rétrogradait les impuretés de tête, afin de bien séparer celles-ci et de les ob- tenir à l'état très concentré,
on extrayait les impuretés de cette épuratrice en quantité correspondant à la quantité introduite avec le liquide alcoolique dilué initial, on rectifiait l'alcool purifié dans une colonne rectificatrice et enfin on faisait subir une deuxième rectification à l'alcool presque pur tiré de la partie supérieure de cette rectificatrice.
En expérimentant ce procédé sur certains liquides alcooliques dilués, on a constaté que, dans certains cas, on obtenait de meilleurs résultats en com- mençant par préparer un flegme puis en appliquant à ce flegme la méthode de pu- rification extractive décrite pour les liquides alcooliques concentrés dans le brevet susdite
Jusqu'ici, ce flegme était préparé par distillation ordinaire du li- quide alcoolique dilué initiale Or, on a maintenant trouvé un certain nombre d'avantages à préparer le flegme à partir du liquide alcoolique dilué en appli- quant à ce dernier la méthode de distillation extractive décrite pour de tels liquides dilués dans le brevet susmentionné puis, après concentration, de préfé- rence jusqu'à au moins 90% en poids,
à appliquer au flegme ainsi épuré la métho- de de distillation extractive décrite pour les liquides alcooliques concentrés dans ledit brevet. La succession de ces deux traitements par distillation extrac- tive permet de consacrer le premier plus spécialement à la concentration des im- puretés, dont la fraction insoluble est alors obtenue directement par décanta- tion en colonne, et le second plus spécialement à la production d'un alcool extra-neutre. Ce procédé permet d'assurer une parfaite constance de la qualité de l'alcool finalo Par ailleurs, certaines récupérations de chaleur rendues pos- sibles par la combinaison des deux distillations extractives permettent de di- minuer la consommation totale de vapeur de chauffage.
Le procédé de la présente invention peut être utilisé pour purifier non seulement des moûts qui ont subi la fermentation alcoolique, mais encore des liquides alcooliques dilués de provenance quelconque, en particulier les liqui- des alcooliques synthétiques bruts produits par hydratation de l'éthylène plus spécialement en milieu sulfurique.
Le liquide alcoolique brut obtenu à partir de cette réaction renfer- me une variété considérable de sous-produits plus ou moins bien connus, les uns stables, d'autres plus fragiles qui se dégradent si le liquide est soumis à une distillation ordinaire.
Ce liquide se présente sous la forme d'une solution aqueuse conte- nant 8 à 10 % d'alcool éthylique. Le dosage des constituants identifiables, rap- portés à celui-ci, fournit en.moyenne les valeurs ci-après:
Ethanol 85 - 90 %
Ether éthylique 10 - 12 %
Cétones traces
Hydrocarbures 0,2 - 0,7 %
Composés sulfurés (expri- més en soufre) 2 à 8 parties par million
Polymères 0,1 - 0,5 %
On a pu constater, et c'est là un des avantages de l'invention, qu'en
<Desc/Clms Page number 2>
appliquant le présent procédé à la purification de ces liquides alcooliques synthétiques, il est possible d'isoler sous forme d'huiles (dans le décanteur interne de la première colonne de distillation extractive)
des composés sulfurés instables qui se décomposeraient au moins partiellement au cours d'une distilla- tion ordinaire telle qu'on l'exécute habituellement pour préparer le flegme.
La description qui va suivre en regard du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée, les particularités qui ressortent tant du dessin que du texte faisant, bien entendu, partie de ladite invention.
La figure unique est un schéma d'un appareillage propre à l'exécu- tion de l'invention, quel que soit le liquide alcoolique dilué initial.
Ce liquide est introduit en continu par le tuyau 1 dans la partie su- périeure de la colonne d'épuisement A1. On introduit directement dans une premiè- re épuratrice D1, destinée à éliminer les impuretés séparables par distillation extractive (cest-à-dire l'ensemble des impuretés, à l'exception du méthanol, des acides s'il y en a, et de certains complexes dont il sera parlé plus loin),
le mélange d'alcool et d'impuretés séparé du moût au cours de la descente de ce dernier dans la section supérieure A1 de la colonne d'équisement. Les impuretés éliminées dans l'épuratrice D1 sont conduites- par un tuyau 23 dans une colonne de concentration d'impuretés Go Le flux de chaleur qui traverse l'épuratrice Dl peut être réglé soit au moyen d'une vanne de vapeur disposée entre la section inférieure A2 et la section supérieure Al de la colonne d'équisement, soit tout à fait en tête de l'appareil, au moyen d'une vanne 5' disposée sur le tuyau de départ des vapeurs de tête de la colonne G.
En tête de la colonne D1, on introduit par le tuyau 4 de l'eau chau- de provenant soit d'une source disponible quelconque, soit d'une colonne à eau chaude F alimentée à son sommet par le liquide aqueux sortant par le tuyau 2 de la base de D1, ce dispositif permettant de récupérer la chaleur disponible de la colonne F pour le chauffage de la seconde rectificatrige C comme expliqué plus loin, soit encore de la base d'une section d'épuisement installée au-dessous de la colonne de concentration du liquide pré-épuré (B1), cette section d'épuise- ment remplaçant alors la colonne F.
Sous l'influence combinée du flux de chaleur traversant de bas en haut le système A1-D1-G et de l'arrosage d'eau introduite en tête de D1, les impuretés à bas point d'ébullition, telles qu'aldéhydes, esters, éthers et hydro- carbures inférieurs selon les cas, sont fortement concentrées dans la colonne G qui est installée au-dessus de la colonne D1 et en tête de laquelle on les tire par le tuyau 7, cependant que les impuretés à haut point d'ébullition, telles que les huiles de fusel (dans le cas d'un alcool de fermentation) ou les huiles sulfurées (dans le cas d'un alcool provenant de l'hydratation de l'éthylène), sont rétrogradées dans la partie supérieure de D1, où est disposé un décanteur (plateau décanteur) recevant l'eau d'arrosage par 4 et sont tirées de ce dernier (tuyau 8) sous forme de couche supérieure.
Le faible pourcentage d'alcool pré- sent dans cette partie de la colonne D1, en particulier dans le décanteur, per- met un lavage extrêmement poussé des impuretés et supprime pratiquement les per- tes d'alcool. Ce lavage est tellement efficace que c'est à ce décanteur que l'on conduit les portions d'alcool souillé d'huiles de fusel en provenance des colon- nes rectificatrices B2 et Co Les impuretés tirées par 8 du plateau décanteur sont avantageusement soumises à une seconde décantation, à froid.
L'alcool pré-épuré est tiré de la partie supérieure de la section d'épuisement A2 par le tuyau 9 et est introduit dans la colonne de concentration d'alcool B1. Le rôle de cette colonne est de concentrer l'alcool à au moins 90 % et, en même temps, d'aider à la libération des impuretés qui ont pu rester blo- quées à l'état de complexes solubles tant qu'elles' étaient en milieu aqueux dilué. L'alcool concentré (flegme épuré) dont toutes les impuretés résiduaires ont été ainsi débloquées est alors introduit dans la deuxième épuratrice D2 par
<Desc/Clms Page number 3>
le tuyau 10.
Celle-ci, qui fonctionne également par distillation extractive, est arrosée en tête par les vinasses de la première rectificatrice B2 (tuyau 12) et est chauffée par introduction, à sa base, de 25 à 30 000 kilocalories par hecto- litre d'alcool pur. L'alcool dilué sortant de la base de D2 est conduit par le tuyau 13 successivement à la première retificatrice B2, d'où il sort concentré, puis par le tuyau 18 à la deuxième rectificatrice C, d'où on le tire parfaite- ment pur, cependant que les traces résiduaires d'impuretés dont la séparation, n'étant pas régie par les conditions appliquées dans les distillations extracti- ves, ne peut se faire qu'en milieu presque anhydre, sont tirées par le tuyau 15.
Toutes les impuretés tirées en tête de D2 et de B2 sont recyclées en tête de la section D1 du premier stade d'épuration, ce qui, au total, permet de localiser les extractions d'impuretés en un nombre minimum de points de tirage.
Cette limitation du nombre des points de tirage évite des pertes d'alcool dues aux manipulations et finalement se traduit par une augmentation du taux de récu- pération de l'alcool, c'est-à-dire du rendement.
Pour le chauffage de la colonne C, on peut utiliser, comme on l'a déjà dit, la vapeur d'alcool dilué issue de la partie supérieure de la colonne F (tuyau 16). Comme cette vapeur ne suffit pas à assurer complètement ce chauf- fage, on peut utiliser en même temps les vapeurs issues au sommet de D2 (tuyau 17)o Par conséquent, le chauffage de la colonne C nécessite aucune nouvelle four- niture de vapeur à l'installation.
Quant à la colonne G, elle est chauffée directement par les vapeurs qui se dégagent en tête de Dl (tuyau 23). Au total, la consommation de vapeur de chauffage est moindre que dans le procédé antérieur.
D'autre part, la qualité de l'alcool final est améliorée car, même si, par suite de l'extrême concentration des impuretés en tête de D1 et dans la colonne G, il vient à se mêler quelques traces d'impuretés.dans le liquide al- coolique fournissant le flegme intermédiaire, on n'en ressent pas les effets dans le produit final, puisque ce flegme est ensuite purifié dans la colonne D2 en tête de laquelle on n'hésitera pas à effectuer par le tuyau 6 un tirage im- portant pour assurer un goût parfait au produit final, l'alcool ainsi tiré en tête de D2 avec les quelques impuretés restantes étant retourné à la colonne D1 où il sera récupéréo Ainsi on assure la constance de la qualité du produit final tout en atteignant un rendement en alcool extrêmement élevé,
grâce à la forte concentration des impuretés en tête de D1, concentration encore accrue par la colonne Go
Le haut degré et l'uniformité de qualité sont encore augmentés par le fait que l'alcool subit la deuxième distillation extractive après avoir été concentré à au moins 90%, alors que dans le procédé antérieurbien que l'on s'évertuât à extraire complètement les impuretés séparables durant la distilla- tion extractive, la présence des impuretés bloquées sous forme de complexes et qui se libèrent (dans le présent procédé) lors de l'étape de distillation où l'alcool est concentré à au moins 90 % empêchait la parfaite purification de cet alcool.
Les débits des extractions d'impuretés varient évidemment selon la teneur en impuretés de l'alcool à traiter. La qualité de ce dernier est liée à son origine et, dans le cas d'un alcool produit par hydratation de l'éthylène, dépend des diverses conditions de la réaction d'hydratation qui lui a donné nais- sance, et en particulier de la pureté de l'éthylène utilisé.
Exemple 1 Un moût contenant 5% en volume dalcool, obtenu par fermentation alcoolique de mélasses de betteraves et préalablement chauffé à la température convenable, est introduit par le tuyau 1 dans la section d'équisement A1, à raison de 32 000 kg par heure.Un mélange d'alcool et d'impuretés s'élève dans l'épuratrice D1, à contre-courant de l'eau d'arrosage introduite en tête de Dl par le tuyau 4,
<Desc/Clms Page number 4>
cependant que le liquide de la base de la section A1 s'écoule dans la section d'épuisement A2 par le tuyau.19. La section A2 est convenablement chauffée à sa base par de la vapeur introduite par le tuyau 20, de façon à distiller tout l'al- cool présent.
Le liquide aqueux résiduaire (vinasse) est évacué par le tuyau 210
La quantité de chaleur nécessaire pour l'épuisement du moût en alcool dans la section A2 (90 000 kilocalories par hectolitre d'alcool pur) étant no- tablement supérieure à la quantité de chaleur requise pour l'obtention du flegme dans la colonne B1, l'excédent de calories est utilisé, en totalité ou en partie, pour assurer le fonctionnement de l'ensemble A1-D1-G, la quantité de chaleur ain- si admise dant cet ensemble étant réglée au moyen de la vanne 5, Toutefois, ce réglage peut se faire complètement en tête de la colonne G, la vanne 5 étant alors remplacée par une vanne 5' située au-dessus de cette colonne G.
Le mélange d'alcool et d'impuretés issu de la tête de A1 est soumis à la distillation extractive dans l'épuratrice D , arrosée d'eau en tête comme déjà dit. Une partie de l'alcool dilué s'écoulant de la base de D1 est envoyée, par le tuyau 2, au sommet de la colonne F, le reste redescendant dans la section Aie Par le tuyau 22, on fournit à la colonne F une quantité de vapeur de chauf- fage d'environ 50 kg par hectolitre d'alcool pur ; les vinasses de cette colonne sont reprises par la pompe 3 et envoyées par le tuyau 4 au sommet de D1 pour ser- vir d'eau d'arrosage, à raison de 3000 à 3500 litres par heure, soit environ 200 % par rapport au poids de l'alcool contenu dans le moût initial.
L'effet de lavage de cette eau d'arrosage provoque une forte concentration des impuretés en tête de Dl; celles-ci subissent ensuite une concentration supplémentaire dans la colonne G chauffée gratuitement par les vapeurs d'impuretés qu'elle reçoit par le tuyau 23. On tire par le tuyau 7 les impuretés à bas point d'ébullition (aldéhy- des, esters, etc.), cependant que les impuretés à haut point d''ébullition (fu- sels, esters lourds) sont renvoyées par le tuyau 25 au décanteur à chaud instal- lé en tête de D1, duquel elles sont extraites par le tuyau 8.
L'ensemble des ti- rages par 7 et 8 s'élève à 24,5 kg par heure, le coefficient de rétrogradation en tête de G étant d'environ 50. Ces 24,5 kg tirés contiennent:
Aldéhydes 1,5 kg
Esters 3,2 "
Huiles de fusels 4,8 "
Alcool 3,0 "
Eau 12,0 "
Les vapeurs hydro-alcooliques épurées qui se séparent du résidu aqueux dans la section A2 sont envoyées par le tuyau 9 dans la colonne Bl d'où les queues sont renvoyées en tête de la section A,2 par le tuyau 9'. Comme varian- te, on peut installer sous la colonne Bl une section d'épuisement (non représen- tée sur le dessin) recevant les queues de Bl et en récupérant l'alcool. Ce sont alors les vinasses de cette section supplémentaire d'épuisement qui sont envoyées en'tête de Dl pour servir d'eau d'arrosage.
Dans ce cas, la colonne F est supprimée.,,
L'alcool, après concentration à 90 % en poids dans la colonne B1, est introduit par le tuyau 10 dans la partie médiane de la colonne D2, chauffée à sa base en 24 par introduction de 50 kg de vapeur par hectolitre d'alcool pur, et arrosée à son sommet par les vinasses de la rectificatrice B2, ramenées par la pompe 11 et le tuyau 12 à raison de 10 à 12 000 litres par heure, soit 700 à 750 % par rapport au poids de l'alcool contenu dans le moût initialo Par suite de l'effet de lavage de ce liquide d'arrosage, les impuretés se rassemblent en tête de D2 et en sont extraites par le tuyau 6 pour être renvoyées au sommet de D1.
La vapeur issue du sommet de D2 par le tuyau 17, qui se trouve à une température de 96 et véhicule 25 à 30 000 kilocalories par hectolitre d'alcool pur, est envoyée dans l'échangeur H de la rectificatrice finale C et assure ainsi en partie le chauffage de cette rectificatrice par échange thermique indirect.
Le liquide produit par condensation des vapeurs dans l'échangeur H est rétrogradé en
<Desc/Clms Page number 5>
tête de D2 par la pompe 26 et le tuyau 27, le coefficient de rétrogradation étant de 1 ordre de 500
L'alcool purifié sortant de D2 par le tuyau 13 est introduit dans la rectificatrice B2, où il est rectifié par les méthodes connueso L'alcool concen- tré quitte B2 par le tuyau 18 pour aller à la rectificatrice finale Co Celle-ci, comme dit plus haut, est chauffée gratuitement, d'une part par les vapeurs de tête de l'épuratrice D2, et, d'autre part, par la vapeur d'alcool dilué récupé- ré dans la colonne F,
envoyée par le tuyau 16 dans l'échangeur Ko Cette vapeur est à une température de 96 et véhicule environ 25 000 kilo-calories par hecto- litre d'alcool puro On obtient finalement, par le tuyau 14, un alcool extra-pur titrant 95 % en poids, à raison de 1679 kg par heure, ce qui correspond à un ren- dement de 99,7 %.
Le méthanol est récupéré oomme sous-produit, en tête de la rec- tifioatrice finale C par le tuyau 150
Exemple 2
On introduit dans le tronçon A1, par le tuyau 1, 1000 kg/ heure d'un liquide alcoolique brut provenant de l'hydratation de l'éthylène en milieu sul- furiqueo Ce liquide contient 10 % en poids d'alcool éthylique impur dont l'ana- lyse fournit la composition suivante:
Ethanol 90 %
Ether éthylique 9,4 %
Cétones 0,1 %
Hydrocarbures 0,2 %
Soufre traces (5 popomo)
Polymères 0,3 %
Sous l'action combinée du chauffage réglé par la vanne 5 et du cou- rant descendant d'eau chaude alimentée par le tuyau 4, les impuretés séparables par distillation extractive se séparent de l'alcool pour se classer, suivant leur nature, soit en tête de G, soit dans le décanteur placé au sommet de D1.
On extrait ainsi en tête de G, par le tuyau 7, la totalité de l'éther éthylique et des hydrocarbures légers, cependant que les huiles insolubles se rassemblent dans le décanteur du sommet de D1, d'où elles sont extraites à l'é- tat concentré par le tuyau 80
Le flux de chaleur qui traversel'ensemble A1-D1-G est d'environ 50 000 calories pour 100 kg d'alcool éthylique contenu dans le mélange alimentai- re.
L'eau est introduite par le tuyau 4 à raison d'environ 180 kg pour 100 kg d'alcool éthyliqueo
Les vapeurs hydro-alcooliques épurées qui sortent de la section d'épuisement A2 par le tuyau 9 sont concentrées dans la colonne B1 qui fonction- ne comme décrit dans l'exemple 1, et l'alcool concentré est soumis à une deuxiè- me distillation extractive dans la colonne D2 chauffée à sa base pour introduc- tion de 50 kg de vapeur par hectolitre d'alcool pur et arrosée à son sommet par les vinasses de la rectificatrice B2 (pompe 11 et tuyau 12) à raison de 650 à 700 litres par heure,
soit environ 700 à 800 % par rapport au poids de l'acool éthylique contenu dans le liquide initialo La colonne D2 et ses annexes fonctionnent comme décrit dans l'exemple la
L'alcool purifié est ensuite rectifié dans la rectificatrice B2, puis dans la rectificatrice finale C chauffée gratuitement comme indiqué dans l'exem- ple 1. On obtient finalement, par le tuyau 14, un alcool extra-pur, exempt d'im- puretés malodorantes et titrant 95 % en poids, à raison de 95 kg par heure, ce qui correspond à un rendement de 95 %. Ce rendement est'nettement plus faible que dans le cas d'un alcool de fermentation, mais est excellent si l'on considè-- re l'état d'impureté du liquide alcoolique initialo