BRPI0718474A2

BRPI0718474A2 - Instalação para a destilação de bebidas alcoólicas, em particular, uísque.

Info

Publication number: BRPI0718474A2
Application number: BRPI0718474-3A
Authority: BR
Inventors: Daniel Bethge; Paul Hildenbrand
Original assignee: Gea Wiegand Gmbh
Priority date: 2006-10-18
Filing date: 2007-10-18
Publication date: 2013-12-03
Also published as: GB0908325D0; GB0908324D0; DE102006049175A1; GB2457186A; RU2009118391A; EP2079538B1; WO2008046626A3; RU2440410C2; EP2079538A1; BRPI0718474B1; PL2079538T3; DE102006062885A1; GB2457186B; WO2008046633A1; JP2010506574A; GB2457187A; GB2457187B; WO2008046626A2; JP4773563B2

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "INSTALA- ÇÃO PARA A DESTILAÇÃO DE BEBIDAS ALCOÓLICAS, EM PARTICU- LAR, UÍSQUE".

Descrição

5 A presente invenção refere-se a uma instalação para a destila-

ção de bebidas alcoólicas, em particular, de uísque a partir de um mosto fermentado.

Instalações de destilação tradicionais para bebidas alcoólicas, em particular, uísque, extraem o álcool a partir de um mosto fermentado, isto é, mosto fermentado e, com isto, contendo álcool, por meio de uma co- luna de destilação, também designada como coluna de mosto. O mosto lí- quido, preaquecido, é conduzido à coluna de destilação em uma área supe- rior. A energia térmica necessária para a destilação é conduzida à coluna de destilação na área do fundo, por exemplo, através de insuflação direta de vapor novo, ou indiretamente através de uma caldeira de recuperação a- quecida através de vapores de uma outra etapa da instalação de destilação, isto é, de um trocador de calor, através do qual o produto de lavagem do destilador que se acumula na área do fundo da coluna de destilação é con- duzido em um circuito forçado. Normalmente a caldeira de recuperação da coluna de destilação é aquecida através de vapores de cabeça de uma co- luna de retificação que eleva o teor de álcool do álcool bruto extraído na co- luna de destilação. Normalmente, a coluna de retificação é operada com ligeira sobrepressão, e com uma temperatura de cabeça mais alta que a temperatura da coluna de destilação operada com sub-pressão, de tal modo que, em geral, a energia térmica dos vapores de cabeça da coluna de retifi- cação é suficiente para o aquecimento da coluna de destilação. Neste caso, a coluna de retificação é aquecida através de vapor novo.

Instalações de destilação tradicionais para bebidas alcoólicas necessitam, comparativamente, de muita energia externa para o processo de destilação. Além disso, o balanço de energia da instalação de destilação precisa ser ajustado cuidadosamente quando tiverem que ser evitadas alte- rações sensoriais da bebida alcoólica. Por exemplo, no caso de um supera- quecimento local da corrente de produto do álcool, pode ocorrer uma altera- ção do gosto da bebida alcoólica. Deste modo, para a influência das quali- dades sensoriais do uísque, a cabeça da coluna de destilação contém equi- pamentos internos de cobre que reagem quimicamente com os vapores de 5 álcool, cujas propriedades de reação se alteram em função da temperatura ou da pressão. Dependendo da temperatura da coluna podem ocorrer rea- ções de crack, através das quais componentes, por exemplo, do produto de lavagem do destilador se transformam em substâncias facilmente voláteis que podem chegar no álcool bruto.

O objetivo da invenção é criar uma instalação para a destilação

de bebidas alcoólicas, em particular, de uísque, que trabalhe com eficiência de energia sem influenciar as propriedades sensoriais da bebida alcoólica.

A invenção parte de uma instalação para a destilação de bebi- das alcoólicas, em particular, de uísque a partir de mosto fermentado, a-

brangendo:

- pelo menos, uma coluna de destilação que extrai os vapores de álcool do mosto fermentado,

- uma disposição de condensação que condensa, pelo menos, uma parte dos vapores de álcool e

- uma coluna de retificação que eleva a concentração de álcool,

cujos vapores de cabeça aquecem uma caldeira de recuperação da coluna de destilação.

De acordo com a invenção, a tarefa mencionada é solucionada pelo fato de que, a disposição de condensação abrange um evaporador que

aproveita, pelo menos, uma parte dos vapores de álcool da coluna de desti- lação para a produção de vapor d’água e pelo fato de que o vapor d’água pode ser conduzido à coluna de destilação para o seu aquecimento através de um compressor mecânico, que eleva a pressão e/ ou a temperatura do vapor d’água.

No caso de uma instalação de destilação deste tipo é extraído

não somente o conteúdo de calor dos vapores de cabeça da coluna de reti- ficação, mas também o conteúdo de calor dos vapores de cabeça da coluna de destilação, que contém o álcool bruto, é usado para o aquecimento desta coluna de destilação ou, no caso de instalações de vários estágios, é usada uma outra coluna de destilação. Em particular, o vapor d’água comprimido também pode ser conduzido a uma outra coluna de destilação, que extrai 5 vapores de álcool do mosto fermentado, para o seu aquecimento. O com- pressor mecânico eleva o conteúdo de energia e a temperatura de conden- sação do vapor de álcool, que de outro modo não pode ser aproveitado de maneira satisfatória para o aquecimento da coluna de destilação. O essen- cial é que a energia necessária neste caso possa ser disponibilizada não na 10 forma de vapor novo a ser preparado com custos intensos, mas na forma de energia elétrica para o acionamento por motor do compressor mecânico mais simples e com custo mais em conta. Além disso, é essencial que o compressor mecânico não comprima diretamente os vapores de álcool, mas comprima o vapor d’água, que é produzido indiretamente por meio do eva- 15 porador. Por isto, o compressor não precisa ser executado à prova de ex- plosão, o que simplifica construtivamente a instalação de destilação.

No caso do evaporador pode se tratar de um evaporador de cir- culação forçada. Contudo, é preferido um evaporador de queda de corrente, uma vez que, um evaporador deste tipo pode ser operado com uma diferen- 20 ça de temperatura relativamente menor de, por exemplo, aproximadamente 5o entre a temperatura do circuito de aquecimento e a temperatura de saída do evaporador, o que eleva o grau de eficiência ou a passagem de calor es- pecífica.

De modo apropriado, o evaporador está disposto em um circuito 25 de circulação forçada, no qual circula um líquido que fornece o vapor d’água. No caso do líquido, pode tratar-se de produto de lavagem do destilador da área do fundo da coluna de destilação, ou de vapores de alívio produzidos do produto de lavagem do destilador. Depois que o produto de lavagem do destilador é extraído quente da área do fundo da coluna de destilação, o 30 vapor d’água pode ser produzido com eficiência de energia. A fim de evitar com segurança que substâncias que resultam de reações desnaturantes cheguem aos vapores de álcool da coluna de destilação, em uma variante preferida, para a produção de vapor d’água é usada exclusivamente água nova preaquecida. O circuito de circulação contém, de preferência, um se- parador que separa o vapor d’água, por exemplo, em forma de um separa- dor por gravidade, a fim de manter de fora do vapor d’água substâncias sóli- 5 das do produto de lavagem do destilador ou outras substâncias de descar- ga. O separador também pode ser usado para a produção de vapores de alívio do produto de lavagem do destilador.

No caso do vapor d’água trata-se, de preferência, de vapor de baixa pressão, com uma pressão de 20 a 25 kPa (200 até 250 mbar). Com 10 isto, a pressão do vapor d’água fica em aproximadamente de 6 a 8 kPa (60 a 80 mbar) mais baixa que a pressão de cabeça na coluna de destilação. O compressor eleva a pressão do vapor d’água para um valor maior que o va- lor da pressão de cabeça, por exemplo, para 50 a 60 kPa (500 a 600 mbar). No caso do compressor pode se tratar de um compressor. Contudo, também 15 são apropriados, em particular, também compressores de roda de pás co- mo, por exemplo, ventiladores. Compreende-se que o compressor mecânico também pode abranger vários estágios mecânicos do compressor ligados em série entre si.

O compressor mecânico eleva não somente a pressão do vapor 20 d’água, mas também sua temperatura. A fim de evitar um superaquecimento do vapor d’água comprimido acima da temperatura necessária na coluna de destilação, pode-se adicionar água fria ao vapor d’água antes da compres- são. De modo apropriado, o vapor d’água comprimido é insuflado diretamen- te na área do fundo da coluna de destilação.

De preferência, a instalação de destilação abrange somente

uma única coluna de destilação, que é aquecida por meio da caldeira de recuperação e, adicionalmente por meio do vapor d’água comprimido do compressor mecânico. Isto tem a vantagem que, é extraído todo o volume de álcool com a mesma pressão e a mesma temperatura através da coluna 30 de destilação ou de seus equipamentos internos de cobre. Em particular no caso de uísque, desta forma pode-se obter boas propriedades sensoriais, em particular, quando a temperatura de cabeça da coluna de destilação for, no máximo, de 85°C. Valores favoráveis da temperatura de cabeça estão entre 55 e 70°C, enquanto que a temperatura do vapor d’água comprimido é mantida em 70 a 90°C.

De modo apropriado, a temperatura de cabeça da coluna de re- 5 tificação se situa acima de 85°C, por exemplo, entre 85 e 110°C, com uma sobre-pressão entre 100 e 300 kPa (1 e 3 bar). A fim de reduzir a necessi- dade de energia da coluna de retificação, de modo apropriado, esta possui mais de 50 fundos, sendo que, neste caso, a bebida alcoólica retificada cer- tamente não é extraída através da cabeça da coluna de retificação, mas em 10 uma área superior da coluna situada embaixo dela, a fim de evitar um enri- quecimento com componentes levemente ebulientes.

É compreensível que, a disposição de condensação pode com- preender um trocador de calor, em seguida ao evaporador, na corrente de produto dos vapores de álcool, para o preaquecimento do mosto fermentado 15 a ser conduzido à coluna de destilação, a fim de poder aproveitar ampla- mente o conteúdo de calor dos vapores de álcool da coluna de destilação que aquecem o evaporador. A corrente de produto do álcool da disposição de condensação pode ser conduzida à coluna de destilação e, eventualmen- te, à coluna de retificação como fluxo de retorno no lado da cabeça.

A seguir será esclarecido em mais detalhes um exemplo de e-

xecução da invenção por meio de um desenho. Neste caso, são mostrados: na figura 1 um esquema de uma instalação de destilação pa- ra bebidas alcoólicas, em particular, uísque, montada de acordo com a in- venção.

A figura 1 mostra uma instalação de destilação para bebidas al-

coólicas, em particular, uísque, à qual, de um estágio prévio 1 do processo de fabricação de álcool é conduzido mosto fermentado, isto é, que contém álcool etílico. O mosto é aquecido em um pré-aquecedor 3 à temperatura de destilação de uma coluna de destilação 5 e, através de um condutor 7 da 30 coluna de destilação 5, é conduzido à coluna de destilação 5 a um nível in- termediário, contudo abaixo dos equipamentos internos de cobre 9 que atu- am de modo catalítico. A área de cabeça da coluna de destilação 5, muitas vezes também designada como coluna de mosto, está indicada com 11.

O álcool bruto extraído da área de cabeça 11 da coluna de desti- lação 5 como vapores de álcool é condensado em uma disposição de con- densação 13 de vários estágios, e é conduzido, em forma fluida, por uma 5 bomba de transporte 15, como entrada, através de um pré-aquecedor 19 da coluna de retificação 17, que aquece o álcool bruto até a temperatura de retificação de uma coluna de retificação 17. A coluna de retificação 17 eleva o teor de álcool do álcool bruto da coluna de destilação 5 para valores entre aproximadamente 93 a 96% em volume. Etapas para a separação de fra- 10 ções indesejadas na bebida alcoólica (óleos fúseis) estão disponíveis, con- tudo não estão representadas. A coluna de retificação 17 entrega o produto final da bebida alcoólica em 21 de uma posição da coluna abaixo de sua área de cabeça 23.

Da área de cabeça 23 da coluna de retificação 17 os vapores de 15 cabeça extraídos são conduzidos, através de um condutor 25, a uma caldei- ra de recuperação 27 da coluna de destilação 5 que, através de um circuito de circulação forçada 31 provido de uma bomba 29 extrai produto de lava- gem do destilador que se acumula na área do fundo 33 da coluna de desti- lação 5 e, após o aquecimento na caldeira de recuperação 27 conduz de 20 volta à coluna de destilação 5 para o aquecimento em sua área de fundo 33. Ao mesmo tempo, a caldeira de recuperação 27 forma o condensador de cabeça da coluna de retificação 17 e fornece, através de um condutor 37, o fluxo de retorno condensado dos vapores de cabeça à área de cabeça 23 da coluna de retificação 17.

A coluna de destilação 5 é operada com uma leve subpressão

de cerca de 30 a 50 kPa (300 a 500 mbar), com uma temperatura de vapo- res de cabeça entre 55 e 70°C. A coluna de retificação 17 opera com uma leve sobre-pressão de no máximo 300 kPa (3 bar) absoluta e uma tempera- tura de vapores de cabeça entre 85 e 110°C. Em geral, no caso de maté- 30 rias-primas de mosto com parte de proteína relativamente alta como, por exemplo, centeio, trigo, cevada, etc., a temperatura da coluna de destilação não deve ultrapassar 85°C. Sob as exigências de operação mencionadas, o conteúdo de energia dos vapores de cabeça da coluna de retificação 17 a- quecida, de modo apropriado, através de vapor novo não é suficiente para aquecer a coluna de destilação 5 exclusivamente através da caldeira de re- cuperação 27. Por isto, o primeiro estágio da disposição de condensação 13 5 é executado como evaporador de filme em queda 39 que evapora em uma água nova que circula em um circuito de circulação forçada 43 equipado com uma bomba 41. Em 45 a água nova é conduzida de forma preaquecida e deixa o evaporador de filme em queda 39 através de um separador por gravidade 47 como vapor d’água de baixa pressão, que através de um com- 10 pressor mecânico 49 é insuflado diretamente na área do fundo 33 da coluna de destilação 5 com pressão elevada em relação ao vapor d’água de baixa pressão e com temperatura elevada. No lado da entrada do compressor 49 o vapor d’água de baixa pressão possui uma pressão de aproximadamente 20 a 25 kPa (200 a 250 mbar), que é elevada pelo compressor 49 até uma 15 pressão de saída entre 50 e 60 kPa (500 e 600 mbar) com uma temperatura entre 70 e 90°C.

No exemplo de execução representado o compressor mecânico 49 abrange três estágios do compressor 51 mecânico que elevam em série a pressão. Contudo, em princípio, é suficiente um único estágio do com- 20 pressor, desde que ele satisfaça às exigências da elevação da pressão e à elevação da temperatura. A fim de evitar um superaquecimento do vapor d’água comprimido, na entrada de cada estágio do compressor 51 é injeta- da, eventualmente, água de adição proveniente de uma fonte 53. No caso do compressor 49 e de seus estágios do compressor 51 pode se tratar de 25 compressores. Em particular, são apropriados compressores de roda de pás ou ventiladores.

Em princípio, ao invés do evaporador de filme em queda 39 também podem ser empregados outros tipos de evaporadores. Contudo, a vantagem do evaporador de filme em queda é a sua pequena diferença de 30 temperatura de, por exemplo, 5°C entre a temperatura de entrada dos vapo- res de cabeça da coluna de destilação 5 a serem condensados, pelo menos, parcialmente, e a temperatura de saída do vapor d’água de baixa pressão. Deste modo, o conteúdo de energia dos vapores de cabeça pode ser melhor aproveitado. A energia elétrica necessária para o acionamento do motor do compressor mecânico 49, deste modo, pode ser reduzida. Em princípio, o compressor mecânico 49 também poderia ser executado como compressor 5 de jato de vapor, o que, contudo, iria aumentar o dispêndio durante a prepa- ração de vapor novo, enquanto que a preparação da energia elétrica não é problemática.

Uma vez que, os vapores de cabeça da coluna de destilação 5 não se condensam completamente no evaporador de filme em queda 39, a parte de vapores não condensada em 55 é conduzida ao pré-aquecedor 3 que forma o segundo estágio da disposição de condensação 13, para o pre- aquecimento do mosto. Os vapores de saída do pré-aquecedor 3 são final- mente conduzidos a um condensador principal 57, que forma o terceiro es- tágio da disposição de condensação 13 e fornece o álcool bruto como con- densado líquido para a transferência para a coluna de retificação 17. O con- densador principal 57 é resfriado através de água de resfriamento, que é alimentada em 59. O condensado de álcool do condensador principal 57 é unido com o condensado de álcool do evaporador de filme em queda 39 extraído em 61, e com o condensado de álcool do pré-aquecedor 3 extraído em 63.

A pressão na instalação de destilação é ajustada através de uma bomba de vácuo 65 ligada ao condensador principal 57. Precisa ser acrescentado que, o condensado de álcool bruto produzido na disposição de condensação 13 é conduzido também à coluna de destilação 5, através de 25 um condutor 67, como fluxo de retorno, e na verdade, antes que ele tenha passado pelo pré-aquecedor 19. O produto de lavagem do destilador que se acumula na coluna de destilação 5 é retirado do circuito de circulação 31 da caldeira de recuperação 27 e em 69 é conduzido para um outro emprego, por exemplo, a um processo de secagem, para o emprego como ração ani- 30 mal ou similar. O separador 47 separa arrasto de líquido e gotas dos vapo- res para garantir uma operação sem problemas do compressor 49. A retira- da do lodo em 71 evita sedimentos calcários e similares no evaporador de filme em queda 39.

No exemplo de execução da figura 1 o evaporador de filme em queda que produz o vapor d’água de baixa pressão é alimentado através de água nova preaquecida. Contudo, o vapor d’água de baixa pressão também 5 pode ser produzido como vapor de alívio do produto de lavagem do destila- dor, que é obtido, por exemplo, em um separador de alívio que está em um circuito de circulação forçada 43. O produto de lavagem do destilador acu- mulado é extraído do separador de alívio e pode ser conduzido para um ou- tro emprego, por exemplo, de novo a um processo de secagem. Uma vez 10 que, para a produção do vapor d’água de baixa pressão é empregado o produto de lavagem do destilador ou seus vapores já preaquecidos à tempe- ratura de destilação, a necessidade de energia da instalação de destilação é reduzida ainda mais.

Claims

1. Instalação para a destilação de bebidas alcoólicas, em parti- cular uísque a partir de um mosto fermentado, abrangendo, pelo menos, uma coluna de destilação (5) que extrai os vapores de álcool bruto do mosto 5 fermentado, uma disposição de condensação (13) que condensa, pelo me- nos, uma parte dos vapores de álcool e uma coluna de retificação (17) que eleva a concentração de álcool, cujos vapores de cabeça aquecem uma caldeira de recuperação (27) da coluna de destilação (5), caracterizada pelo fato de que a disposição de condensação (13) abrange um evaporador (39) que aproveita, pelo menos, uma parte dos vapores de álcool da coluna de destilação (5) para a produção de vapor d’água, e pelo fato de que o vapor d’água pode ser conduzido à coluna de destilação (5) para o seu aqueci- mento através de um compressor mecânico (49) que eleva a pressão e/ ou a temperatura do vapor d’água.

2. Instalação de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pe- lo fato de que o evaporador (39) é executado como evaporador de filme em queda.

3. Instalação de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pe- lo fato de que para a produção do vapor d’água, ao evaporador (39) pode ser conduzida água nova, em particular, água nova preaquecida ou produto de lavagem do destilador ou vapores de alívio do produto de lavagem do destilador.

4. Instalação de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pe- lo fato de que o compressor (49) mecânico está ligado através de um sepa- rador (47) que separa o vapor d’água, a um circuito de circulação (43), con- duzido através do evaporador (39), para água nova ou produto de lavagem do destilador ou vapores de alívio do produto de lavagem do destilador.

5. Instalação de acordo com uma das reivindicações 1 a 4, ca- racterizada pelo fato de que, o compressor (49) mecânico abrange vários estágios mecânicos do compressor (51) ligados em série.

6. Instalação de acordo com uma das reivindicações 1 a 5, ca- racterizada pelo fato de que o vapor d’água comprimido pelo compressor (49) mecânico é conduzido diretamente à coluna de destilação (5).

7. Instalação de acordo com uma das reivindicações 1 a 6, ca- racterizada pelo fato de que a coluna de destilação (5) é aquecida por meio da caldeira de recuperação (27) e adicionalmente por meio do vapor d’água comprimido do compressor (49) mecânico, de preferência, a uma temperatu- ra de destilação de no máximo 85°C.

8. Instalação de acordo com uma das reivindicações 1 a 7, ca- racterizada pelo fato de que os parâmetros de retificação da coluna de retifi- cação (17) são maiores que 85°C, e a corrente de produção de álcool pode ser conduzida à coluna de retificação (17) através de um trocador de calor de preaquecimento (19).

9. Instalação de acordo com uma das reivindicações 1 a 8, ca- racterizada pelo fato de que a coluna de retificação possui mais de 50 fun- dos.

10. Instalação de acordo com uma das reivindicações 1 a 9, ca- racterizada pelo fato de que a disposição de condensação (13) abrange um trocador de calor (3), em seguida ao evaporador (39) na corrente do produto dos vapores de álcool, para o preaquecimento do mosto fermentado a ser conduzido à coluna de destilação.

11. Instalação de acordo com uma das reivindicações 1 a 10, caracterizada pelo fato de que uma parte da corrente do produto de álcool da disposição de condensação (13) pode ser conduzida à coluna de destila- ção (5) como fluxo de retorno.