DE102007004788A1 - Process for the distillation of a biologically produced alcohol - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Destillation eines biologisch erzeugten Alkohols aus einer Maische, dadurch gekennzeichnet, dass für das Verfahren mindestens eine HIDiC-Kolonne verwendet wird (Fig. 3).The present invention relates to a process for the distillation of a biologically produced alcohol from a mash, characterized in that at least one HIDiC column is used for the process (Figure 3).
Description
Technischer HintergrundTechnical background
Die Destillation ist ein thermisches Trennverfahren, um ein flüssiges Gemisch verschiedener, ineinander löslicher Stoffe anhand der Unterschiedlichen Siedetemperaturen bzw. unterschiedlicher Dampfdrücke bei gegebener Temperatur zu trennen. Typische Anwendungen der Destillation sind das Brennen von Alkohol und das Destillieren von Erdöl in der Raffinerie.The Distillation is a thermal separation process to a liquid Mixture of different, mutually soluble substances the different boiling temperatures or different vapor pressures to separate at a given temperature. Typical applications of distillation are burning alcohol and distilling petroleum in the refinery.
Bei der Destillation wird zunächst das Ausgangsgemisch zum Sieden gebracht. Der entstehende Dampf, der sich aus den verschiedenen Komponenten der zu trennenden Lösung zusammensetzt, wird in einem Kondensator kondensiert. Im Anschluss wird das flüssige Kondensat aufgefangen. Die Trennwirkung beruht auf der unterschiedlichen Zusammensetzung der siedenden Flüssigkeit und des gasförmigen Dampfes. Die Kondensationstemperatur des Dampfes (auch Brüden genannt) liegt dabei niedriger als die Siedetemperatur des Ausgangsgemisches.at the distillation is first the starting mixture for Brought boiling. The resulting steam, resulting from the different Components of the solution to be separated is composed condensed in a condenser. Following is the liquid Condensate collected. The separation effect is based on the different Composition of the boiling liquid and gaseous Steam. The condensation temperature of the vapor (also vapors called) is lower than the boiling temperature of the starting mixture.
Die Rektifikation stellt eine Weiterentwicklung der Destillation dar. Hierbei handelt es sich um ein in der Regel kontinuierliches Verfahren mit mehreren, nacheinander geschalteten Destillationsschritten, die in Rektifikationskolonne ablaufen. Die Kolonne besteht aus mehreren Böden bzw. Lagen von Packung oder Füllkörpern. Der Bereich der Kolonne oberhalb des Zulaufs wird als Verstärkungsteil oder Verstärker (engl. „rectifying section"), der Bereich unterhalb des Zulaufs hingegen als Abtriebsteil oder Abtreiber (engl. „stripping section"). Die Kolonne und ihre Böden sind so ausgestaltet, dass der der Dampf in den Verstärkungsteil steigen und das Kondensat in den Abtriebsteil fließen kann.The Rectification represents a further development of distillation. This is a generally continuous process with several, consecutively connected distillation steps, which proceed in rectification column. The column consists of several Trays or layers of packing or packing. The region of the column above the feed is used as a reinforcing part or rectifying section, the area below the inlet, however, as a stripping section or Stripping section. The column and their floors are designed so that the steam in the reinforcing part rise and the condensate in the stripping section can flow.
Die wesentlichen Vorteile der Rektifikation sind, dass die Anlage kontinuierlich betrieben werden kann und dass der Trenneffekt im Vergleich zur Destillation um ein vielfaches höher ist, da der Dampf im ständigen Gegenstrom mit der Flüssigkeit mehrfach hintereinander in Kontakt steht. Die Kolonne arbeitet energetisch günstiger, technisch weniger aufwändig und platzsparender als eine Hintereinanderschaltung von Einfachdestillationen.The The main advantages of rectification are that the plant is continuous can be operated and that the separation effect compared to Distillation is many times higher, since the steam in continuous countercurrent with the liquid several times in contact with each other. The column works energetically cheaper, technically less complex and space-saving than one Series connection of single distillations.
Die Kontaktfläche zwischen der Dampf- und Flüssigphase wird durch Einbauten (z. B. Glockenböden, Füllkörper, Packungen) bereitgestellt.The Contact surface between the vapor and liquid phases is replaced by internals (eg bubble trays, packing, Packs).
Bei jedem Kontakt zwischen Dampf- und Flüssigphase wird entsprechend dem Phasengleichgewicht aus dem Dampfgemisch ein Gemisch mit veränderter Konzentration kondensieren, wobei durch die freiwerdende Kondensationswärme wiederum ein Gemisch mit höherer Konzentration des leichterflüchtigen Bestandteils der Flüssigphase verdampfen wird.at Any contact between vapor and liquid phase will be appropriate the phase equilibrium from the vapor mixture a mixture with modified Concentration condense, whereby by the liberated heat of condensation again a mixture with higher concentration of the more volatile Part of the liquid phase will evaporate.
Wird ein Flüssigkeitsgemisch verdampft, so ergeben sich die Konzentrationen der einzelnen Stoffe im Gas und in der Flüssigphase aus der Temperatur und dem Druck. Bei genügend langem Kontakt stellt sich ein Gleichgewicht ein. Nur im Fall eines Reinstoffes oder eines azeotropen Gemisches ist die Gleichgewichtszusammensetzung in der Gasphase und in der Flüssigphase gleich. In allen anderen Fällen ist die Konzentration des Leichtsieders in der Gasphase höher als in der Flüssigphase.Becomes evaporates a liquid mixture, the result is the Concentrations of the individual substances in the gas and in the liquid phase from the temperature and the pressure. With enough contact a balance is established. Only in the case of a pure substance or an azeotropic mixture is the equilibrium composition the same in the gas phase and in the liquid phase. In all other cases is the concentration of low-energy higher in the gas phase than in the liquid phase.
So läßt sich bei der Destillation von Ethanol aus einer wässrigen Lösung die Konzentration bis auf maximal 95,58% Alkohol erhöhen. Ab diesem Punkt sind die Siedetemperaturen des Alkohol-Wasser-Gemisches und des Wassers identisch, d. h., sie sind azeotrop. Dies beruht auf dem Vorhandensein von Wasserstoffbrücken-bindungen, also Dipol-Momenten.So can be distilled off during the distillation of ethanol an aqueous solution, the concentration up maximum 95.58% alcohol increase. From this point are the Boiling temperatures of the alcohol-water mixture and of the water are identical, d. they are azeotropic. This is due to the presence of Hydrogen bonds, ie dipole moments.
Destillation und Rektifikation sind thermisch bzw. energetisch aufwändige Verfahren, da große Mengen an Wärme eingesetzt werden müssen. Die Betriebskosten solcher Anlagen werden daher wesentlich von den Energiekosten bestimmt. Grundsätzlich ist die Fachwelt daher bereits aus Wirtschaftlichkeitsgründen bestrebt, die genannten Verfahren möglichst energieeffizient zu gestalten.distillation and rectification are thermally or energetically complex Procedure, since used large amounts of heat Need to become. The operating costs of such facilities will be therefore essentially determined by energy costs. in principle the professional world is therefore already for reasons of economy strives to maximize the energy efficiency of these processes to design.
Aus diesem Grunde wurde das Verfahren der Brüdenkompression (engl. „vapor recompression") entwickelt, bei welchem die den Verstärkungsteil der Kolonne verlassenden Dämpfe, die sogenannten Brüden, mit einem Kompressor verdichtet werden. Durch den höheren Druck wird die Kondensationstemperatur des Dampfes erhöht. Die Kondensation kann dadurch im Bereich der Siedetemperatur der Lösung durchgeführt, was bedeutet, dass die Kondensationswärme zur Heizung des Abtriebsteils der Kolonne, d. h. zum Verdampfen der Lösung, ausgenutzt werden kann. Hierbei wird ein Großteil der Heizenergie eingespart. Es muss jedoch Energie für das Betreiben des Kompressors aufgebracht werden.For this reason, the method of vapor recompression has been developed, in which the vapors leaving the enrichment section of the column, known as vapors, are compressed by means of a compressor, the higher pressure increasing the condensation temperature of the vapor Condensation can thus be carried out in the range of the boiling temperature of the solution, which means that the heat of condensation for heating the stripping section of the column, ie to evaporate the solution, can be exploited, saving a large part of the heating energy but energy can be applied to operate the compressor.
Brüdenkompressionsverfahren werden häufig zum Aufkonzentrieren von Flüssigkeiten verwendet, so z. B. in der Zuckerherstellung oder in der Meerwasserentsalzung.Brüdenkompressionsverfahren are often used to concentrate liquids used, such. B. in sugar production or seawater desalination.
Da bei der Bürdenkompression lediglich die Kondensationstemperatur heraufgesetzt wird, wird die Destillationstemperatur nicht beeinflusst. Dies ist insbesondere bei der Destillation von Bioethanol aus Maische von großer Bedeutung. Zwar ist die Destillation von Ethanol aus Maische eines der ältesten industriellen Verfahren der Menschheitsgeschichte, allerdings spielten dabei bislang weniger energetische Aspekte eine Rolle, da das erzeugte Ethanol vorwiegend für den menschlichen Konsum gedacht war und daher in relativ überschaubaren Mengen produziert wurde.There in the case of burden compression, only the condensation temperature is increased, the distillation temperature is not affected. This is especially true in the distillation of bioethanol from mash of great importance. Although the distillation of ethanol from mash one of the oldest industrial processes of human history, but so far played less energetic aspects, as the ethanol produced predominantly was intended for human consumption and therefore relatively manageable Quantities was produced.
Auch spielen andere Kostenfaktoren (aufwendige Reifung, hochwertige Grundstoffe, Besteuerung) bei der Herstellung von Ethanol für den menschlichen Konsum eine sehr viel wichtigere Rolle als der Energieaufwand bei der Destillation.Also play other cost factors (elaborate maturation, quality raw materials, Taxation) in the production of ethanol for human Consumption plays a much more important role than the energy expenditure of distillation.
Inzwischen ist jedoch Ethanol unter dem Begriff „Bioethanol" als nicht fossiler Brennstoffersatz für Ottokraftstoffe ins Gespräch gekommen. Vor dem Hintergrund der CO2-Produktion und den damit in Zusammenhang stehenden Emissionsrechten, in Bezug auf die Akzeptanz eines solchen Kraftstoffs beim Verbraucher und überdies im Hinblick auf eine etwaige steuerliche Bevorzugung ist eine möglichst energieeffiziente Herstellung von Bioethanol als Ottokraftstoff wünschenswert. Hinzu kommt, dass, um gegenüber Ottokraftstoffen konkurrenzfähig zu sein, die Herstellungskosten von Bioethanol massiv gesenkt werden müssen.However, ethanol has come under discussion as a non-fossil fuel substitute for gasoline in the name of "bioethanol." Against the backdrop of CO 2 production and related emission rights, consumer acceptance of such fuel, and moreover In order to be competitive with petrol, the production costs of bioethanol must be massively reduced to a possible tax preference favoring the production of bioethanol as petrol as energy-efficient as possible.
Da das Ausgangsprodukt Maische ein komplexes Stoffgemisch mit verschiedenen organischen Inhaltsstoffen ist, fahren hohe Temperaturen zu Foulingprozessen in der Kolonne, insbesondere, wenn letztere komplexe Boden- oder Packungsstrukturen mit engen Passagewegen aufweisen.There the starting product mash a complex substance mixture with different organic ingredients, high temperatures lead to fouling processes in the column, especially if the latter complex soil or Have packing structures with narrow passageways.
Gerade bei der Herstellung von Bioethanol als Ottokraftstoffersatz sind energetische und wirtschaftliche Gesichtspunkte von enorm hoher Bedeutung.Just in the production of bioethanol as a gasoline substitute energetic and economic aspects of enormously high Importance.
Aufgabe der ErfindungObject of the invention
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Destillation eines biologisch erzeugten Alkohols bereit zu stellen, das die Herstellung großer Mengen bei gleichzeitig verringertem Energieaufwand sowie insgesamt bei geringeren Kosten ermöglicht.task The present invention therefore provides a process for distillation to provide a biologically produced alcohol that is the manufacture large quantities with simultaneously reduced energy expenditure and at a lower cost.
Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention
Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren gemäß dem vorgelegten Hauptanspruch gelöst. Die Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen an. Wertebereiche, die durch bestimmte Zahlenwerte begrenzt werden, sollen als einschließlich dieser Zahlenwerte verstanden werden.These Task is with a method according to the submitted Main claim solved. The subclaims give preferred embodiments. Ranges of values by Certain numerical values are to be limited as inclusive these numerical values are understood.
Demnach ist ein Verfahren zur Destillation eines biologisch erzeugten Alkohols aus einer Maische vorgesehen, das dadurch gekennzeichnet ist, dass für das Verfahren mindestens eine HIDiC-Kolonne verwendet wird.Therefore is a process for the distillation of a biologically produced alcohol provided from a mash, which is characterized in that at least one HIDiC column is used for the process.
Der Begriff HIDiC bedeutet „heat integrated destillation column" („Wärmeintegrierte Destillationskolonne"). Bei diesem Kolonnentyp handelt es sich um einer Weiterentwicklung der Bürdenkompressions-Kolonne. Im Unterschied zu letzterer ist hier die Kolonne physisch in einen Abtriebs- und einen Verstärkungsteil zweigeteilt und der Kompressor ist zwischen dem Abtriebs- und dem Verstärkungsteil angeordnet. Weiterhin ist jeder Boden des Verstärkungsteils über Wärmetauscher mit einem Boden des Abtriebsteils gekoppelt, so dass Wärme vom Verstärkungsteil in den Abtriebsteil fließt. Die HIDiC weist deshalb eine deutlich höhere Effizienz als eine Kolonne mit Brüdenkompression auf.Of the Term HIDiC means "heat integrated distillation column" ("Heat integrated distillation column") This column type is a further development of the Load compression column. Unlike the latter here is the column physically in a stripping and a reinforcement part bisected and the compressor is between the output and the Reinforcement arranged. Furthermore, every floor is of the reinforcing part via heat exchangers coupled with a bottom of the stripping section, allowing heat flows from the reinforcing member in the driven part. The HIDiC therefore has a significantly higher efficiency as a column with vapor compression on.
Unter dem Begriff "biologisch erzeugter Alkohol" werden all solche Alkohole subsumiert, die mit im wesentlichen biologischen Verfahren hergestellt wurden, d. h. unter Ausnutzung der Stoffwechselaktivität von Mikroorganismen wie Bakterien oder Pilzen, oder mit Hilfe von Enzymen, die aus solchen Mikroorganismen gewonnen wurden bzw. den aus solchen Mikroorganismen gewonnenen Enzymen stofflich und/oder funktionell ähneln oder entsprechen.Under the term "biologically produced alcohol" are all such alcohols subsumed, which are produced using essentially biological processes were, d. H. taking advantage of metabolic activity of microorganisms like bacteria or fungi, or with the help of Enzymes derived from such microorganisms or the derived from such microorganisms enzymes and / or material functionally similar or correspond.
Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens wird einerseits der Druck im Abtriebsteil reduziert, was zu einer Verminderung der Siedetemperatur führt, während andererseits der Druck im Verstärkungsteil erhöht wird, was wiederum zu einer Erhöhung der Kondensationstemperatur führt. Dadurch wird die Temperatur im Abtriebsteil so stark reduziert, dass sie unterhalb der Temperatur im Verstärkungsteil liegt und somit ein Wärmetransport von den einzelnen Böden des Verstärkungsteils zu den jeweils gekoppelten Böden des Abtriebsteils möglich wird. Im Idealfall – und das ist abhängig von den Siedeeigenschaften der Bestandteile des zu destillierenden Stoffgemisches sowie den eingestellten Druckverhältnissen – nähern sich beide Temperaturen sehr stark an. Mit Hilfe von Wärmetauschern kann nun die Kondensationswärme auf den jeweiligen Stufen in den Abtriebsteil überführt und zur Erzeugung der erforderlichen Siedetemperatur genutzt werden.With Help of the method according to the invention is on the one hand the pressure in the driven part reduced, resulting in a reduction of Boiling temperature leads, while the other Pressure in the reinforcing part is increased, which in turn leads to an increase in the condensation temperature. As a result, the temperature in the stripping section is reduced so much that it is below the temperature in the reinforcement part and thus a heat transfer from the individual soils of the reinforcing part to the respective coupled floors the stripping section is possible. Ideally - and this depends on the boiling properties of the ingredients of the mixture to be distilled and the set pressure ratios - approach Both temperatures are very strong. With the help of heat exchangers can now the heat of condensation on the respective stages transferred to the stripping section and to produce the required boiling temperature can be used.
Die Zufuhr externer Wärme wird so um ein wesentliches reduziert, was insbesondere bei der großmaßstäblichen Erzeugung von Bioethanol als Ottokraftstoffersatz eine große Rolle spielt, da hier die Energiebilanz bei der Herstellung sowohl aus steuerlichen gründen als auch bei der Verbraucherakzeptanz von großer Bedeutung ist. Hinzu kommt, dass die Herstellungskosten erheblich gesenkt werden können, was dazu beiträgt, dass der so hergestellte Bioethanol gegenüber Ottokraftstoffen konkurrenzfähig werden kann.The Supply of external heat is thus reduced substantially which is especially true of the large-scale Generating bioethanol as a gasoline substitute a big one Plays a role, since here the energy balance in the production both for tax reasons as well as for consumer acceptance is of great importance. On top of that, the manufacturing cost can be significantly reduced, which helps that the bioethanol thus produced is petrol can become competitive.
Der besondere Vorteil des Verfahrens in Zusammenhang mit der Destillation von Bioethanol liegt darin, dass durch das HIDiC-Verfahren geringere Destillationstemperaturen im Abtriebsteil erzielbar sind. Auf diese Weise wird die thermische Belastung von nicht-ethanolischen Bestandteilen auf ein Minimum reduziert, was wiederum zu einer Verringerung des Foulings in der Kolonne und damit zu weniger Stillständen (Reinigung) bzw. zu Kosteneinsparungen führt.Of the particular advantage of the process in connection with the distillation of bioethanol is that lower through the HIDiC process Distillation temperatures in the stripping section can be achieved. To this Way, the thermal load of non-ethanolic ingredients reduced to a minimum, which in turn reduces the Fouling in the column and thus less stoppages (Cleaning) or leads to cost savings.
Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass es sich bei dem biologisch erzeugten Alkohol um Bioethanol handelt.Farther it is preferably provided that it is the biologically produced Alcohol is about bioethanol.
Der Begriff Bioethanol bezeichnet durch alkoholische Gärung aus Biomasse gewonnenes Ethanol. Die hierfür verantwortlichen Fermentationsprozesse, bei denen in der Regel Bäckerhefe (Saccharomyces cerevesiae) zum Einsatz kommt, sind hinlänglich bekannt.Of the Term Bioethanol referred to by alcoholic fermentation biomass-derived ethanol. The responsible for this Fermentation processes, which usually bakers yeast (Saccharomyces cerevesiae) are used, are sufficient known.
Dabei werden biologische Polymere (in der Regel Polysaccharide wie z. B. Stärke) zunächst zu Glucose und weiter auf dem Glykolyse-Stoffwechselweg zu Pyruvat abgebaut. Pyruvat wird dann mit Hilfe der Enzyme Pyruvatdecarboxylase und Alkoholdehydrogenase zu Acetaldehyd und dann weiter zu Ethanol abgebaut, dabei wird Kohlendioxid frei. Diese letzen beiden Schritte dienen zur Regeneration von NAD+, was ansonsten bei der zur ATP-Gewinnung notwendigen Glycolyse verbraucht würde.In this case, biological polymers (usually polysaccharides such as starch) are first degraded to glucose and further on the glycolysis pathway to pyruvate. Pyruvate is then degraded by the enzymes pyruvate decarboxylase and alcohol dehydrogenase to acetaldehyde and then further to ethanol, thereby carbon dioxide is released. These last two steps are used to regenerate NAD + , which would otherwise be consumed in the glycolysis necessary for ATP recovery.
Als Rohstoffe kommen alle stärkehaltigen Stoffe (z. B. Getriede, Kartoffeln, Zuckerrohr, Mais, Melasse, Cassava). In Mittel- und Südamerika werden bevorzugt Zuckerrohr und Melasse verwendet, in Asien vorwiegend Cassava und in Nordamerika Mais. In Europa kommen vor allem Weizen, Roggen, Gerste, Tritikale oder Rüberzuckersaft und Zuckerrübenmelasse zum Einsatz.When Raw materials are all starchy substances (eg grain, Potatoes, sugar cane, corn, molasses, cassava). In middle and South America are preferably used cane and molasses, in Asia mainly cassava and in North America maize. Come in Europe especially wheat, rye, barley, triticale or over sugar juice and sugar beet molasses are used.
Grundsätzlich kann man Ethanol aber auch durch Synthese aus Wasser und Ethen unter Zugabe von Schwefelsäure als Katalysator herstellen. Hierbei erhält man ein noch nicht hochreines Ethanolgemisch, dessen Destillation naturgemäß weniger Probleme bereitet, da das zu destillierende Substrat keinerlei Stoffe enthält, die zu Foulingprozessen in der Kolonne führen könnten.in principle But you can also ethanol by synthesis of water and ethene under Add sulfuric acid as catalyst. in this connection to obtain a not yet highly pure ethanol mixture whose Naturally, distillation causes less problems since the substrate to be distilled contains no substances, which could lead to fouling in the column.
Bioethanol kann als Treibstoff für Ottomotoren, Brennstoffzellen und Turbinen eingesetzt werden, die Kraftfahrzeuge oder Flugzeuge antreiben. Dieser Verwendung kommt in Zusammenhang mit der Verknappung der fossilen Brennstoffe sowie der Klimadiskussion als regenerativer Brennstoff eine erhöhte Bedeutung zu. Dabei wird reines Ethanol (sog. E100) und Mischungen aus Ethanol mit Benzin oder anderen Alkoholen (z. B. Methanol) verwendet. Insbesondere wird Bioethanol dabei in unterschiedlichen Anteilen mit Benzin gemischt, um sowohl den Benzinbedarf als auch die Umweltbelastung zu reduzieren. Das Benzin-Alkohol-Gemisch wird in den USA als Gasohol und in Brasilien als Gasolina Tipo C bezeichnet. In den USA sind die Mischungen E10 und E85, die jeweils 10% bzw. 85% Ethanol enthalten, verbreitet. In Brasilien haben die meisten Mischungen einen Ethanolanteil zwischen 21% und 23%.bioethanol can be used as fuel for gasoline engines, fuel cells and Turbines driving motor vehicles or aircraft. This use comes in connection with the shortage of fossil fuels and the climate discussion as regenerative Fuel to increased importance. This is pure Ethanol (so-called E100) and mixtures of ethanol with gasoline or other Alcohols (eg methanol) are used. In particular, bioethanol doing mixed in different proportions with gasoline to both to reduce the gasoline consumption as well as the environmental impact. The Gasoline-alcohol mixture is used in the US as Gasohol and in Brazil designated as Gasolina Tipo C. In the US, the blends are E10 and E85, each containing 10% and 85% ethanol, disseminated. In Brazil most mixtures have an ethanol content between 21% and 23%.
Bevorzugt
ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass in den HIDiC-Kolonnen
mithilfe des bzw. der Kompressoren folgende Druckwerte eingestellt
werden:
Dabei
ist darauf zu achten, dass sich auch innerhalb des Auftriebs- und
des Verstärkungsteils Druckgradienten aufbauen; so steigt
der Druck im Abtriebsteil vom Kompressor gesehen in Richtung des
Sumpfes an, während der im Verstärkunsgteil vom
Kompressor gesehen in Richtung des oberen Endes abfällt
(siehe
Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass als HIDiC-Kolonne Boden-, Füllkörper- und/oder Packungskolonnen zum Einsatz kommen.Especially It is preferably provided that as HIDiC column soil, packing and / or packing columns are used.
In Bodenkolonnen sind Sieb-, Glocken- oder Ventilböden eingebaut, über welche die Flüssigkeit strömt. Durch spezielle Schlitze oder Löcher wird der Dampf geleitet, so dass eine Sprudelschicht entsteht. Auf jedem dieser Böden stellt sich ein neues Verdampfungsgleichgewicht ein.In Tray columns are built sieve, bell or valve floors, over which the liquid flows. By special Slots or holes, the steam is passed, leaving a Bubble layer is created. On each of these floors presents a new evaporation equilibrium.
Füllkörperkolonnen können mit unterschiedlichen Substraten gefüllt werden. Durch die Oberflächenvergrößerung der etwa 10–40 mm großen Füllkörper werden Wärme- und Stoffaustausch optimiert und die Trennfähigkeit der Kolonne somit erhöht. Bekannte Beispiele sind der Raschig-Ring (ein Hohlzylinder), Pall-Ring, Hiflow-Ring, Intalox-Sattel, Berl-Sattel und Igel. Die Füllkörper werden regellos (als Schüttung) in die Kolonne eingebracht. Als Materialien kommen Glas, Keramik, Metall und Kunststoffe in Frage.packed columns can be filled with different substrates become. Due to the surface enlargement the approximately 10-40 mm large packing Heat and mass transfer are optimized and the separation ability the column thus increased. Well-known examples are the Raschig ring (one hollow cylinder), Pall ring, Hiflow ring, Intalox saddle, Berl saddle and hedgehogs. The fillers are random (as Bed) introduced into the column. As materials Glass, ceramics, metal and plastics come into question.
Strukturierte Packungen sind eine Weiterentwicklung der geordneten Füllkörper. Sie weisen eine regelmäßig geformte Struktur auf. Dadurch ist es bei Packungen möglich, Einengungen für die Gasströmung (mit erheblichem Einfluss auf den Druckverlust) zu reduzieren. Es gibt verschiedene Ausführungen von Packungen z. B. Gewebe- oder Blechpackungen. Als Material können Metall, Kunststoff, Glas und Keramik (je nach Benetzbarkeit) eingesetzt werden.Structured Packs are a further development of the ordered packing. They have a regularly shaped structure. This makes it possible for packings, constrictions for the gas flow (with considerable influence on the pressure loss) to reduce. There are different versions of packages z. B. tissue or sheet metal packages. The material may be metal, Plastic, glass and ceramic (depending on wettability) used become.
Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass in der HIDiC-Kolonne Heat Pipes (Wärmerohre) als Wärmetauscher zum Einsatz kommen.Farther it is preferably provided that in the HIDiC column heat pipes (heat pipes) used as a heat exchanger.
Im
Gegensatz hierzu kommen in aus dem Stand der Technik bekannten HIDiC-Kolonnen
als Wärmetauscher zwischen Verstärkungsteil und
Abtriebsteil insbesondere sogenannte „heat transfer Panels"
zum Einsatz. So beschreibt z. B. die
Heat pipes bestehen hingegen aus einem hermetisch gekapselten Rohr mit je einer endständigen Wärmeübertragungsfläche für Wärmequelle und -senke, in dem ein Fluid eingeschlossen ist, das im Bereich der Wärmequelle verdampft und im Bereich der Wärmesenke kondensiert. Der an der Quelle erzeugte Dampf des Fluids strömt an die Senke und gibt die Verdampfungswärme durch Kondensation ab. Bei geeigneter Konstruktion der Heat pipe zirkuliert das Fluid allein durch Schwerkraft oder durch die Kapillarwirkung eines in der Heat pipe angeordneten, geeigneten Materials, z. B. eines Dochtes. Heat pipes zeichnen sich durch eine hohe Wärmeübertragungsrate λ aus, die etwa 200 × höher ist als die von Kupfer. Sie sind antriebslos und daher wartungsarm und verbrauchen keine Energie.Heat By contrast, pipes consist of a hermetically sealed pipe each of a terminal heat transfer surface for heat source and sink, in which a fluid trapped is that evaporates in the area of the heat source and in the area the heat sink condenses. The generated at the source Steam of the fluid flows to the sink and gives the heat of vaporization by condensation. With suitable construction of the heat pipe The fluid circulates solely by gravity or by capillary action a arranged in the heat pipe, suitable material, eg. B. a wick. Heat pipes are characterized by a high heat transfer rate λ, which is about 200 × higher than that of copper. she are powerless and therefore low maintenance and consume no energy.
Die
Verwendung von Heat pipes in Destillationskolonnen ist bereits in
der
Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass in dem erfindungsgemäßen Verfahren die Maische zunächst einen Vordestillationsschritt durchläuft. Sinn dieses Verfahrensschritts ist die Entfernung der leichtflüchtigen SubstanzenEspecially it is preferably provided that in the inventive First process the mash a pre-distillation step passes. The purpose of this process step is the removal Volatile substances
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass bei dem erfindungsgemäßen Verfahren mehrere, im Destillationsprozess hintereinander geschaltete HIDiC-Kolonnen verwendet werden. Diese können sich z. B. in Bezug auf die eingestellten Drücke und/oder Temperaturen unterscheiden.Farther can be provided that in the inventive Method several, in the distillation process in series HIDiC columns are used. These can be z. B. in relation to the set pressures and / or temperatures differ.
Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass in einer ersten HIDiC-Kolonne in deren Verstärkungsteil ein Zwischendestillat erzeugt wird, das dem Abtriebsteil einer zweiten HIDiC-Kolonne zugeführt wird. Durch diese Verschaltung wird erreicht, dass der zweiten Kolonne keine Feststoffe zugeführt werden und deshalb dort kein Fouling auftritt.Especially it is preferably provided that in a first HIDiC column in whose reinforcing part produces an intermediate distillate, fed to the stripping section of a second HIDiC column becomes. By this interconnection is achieved that the second column no solids are supplied and therefore there is no fouling occurs.
Weiterhin ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der oder den Destillationskolonnen im Destillationsprozess mindestens ein Druckwechseladsorber nachgeschaltet ist.Farther is inventively provided that the or at least one of the distillation columns in the distillation process Pressure swing adsorber is connected downstream.
Die Funktion von Druckwechseladsorbern beruht auf dem Prinzip, dass die Beladbarkeit des Adsorbens vom Druck und von der Temperatur abhängt. Man führt den Prozess so durch, dass ein zu zerlegendes Gasgemisch bei Umgebungstemperatur und erhöhtem Druck durch eine Adsorptionsmittelschüttung geleitet wird, wobei sich leicht adsorbierbare Gaskomponenten an der Oberfläche anreichern, während die gering oder gar nicht adsorbierbaren Komponenten die Schüttung passieren. Die Beladung des Adsorbens kann bis zu einem Gleichgewichtszustand erfolgen; danach ist dessen Adsorptionsvermögen erschöpft. Um den Gastrennprozess erneut durchführen zu können, ist die Regeneration (Desorption) des beladenen Adsorbens erforderlich, die entweder durch Temperaturanhebung oder, wie bei der Druckwechseladsorption, durch Druckabsenkung erfolgen kann. Um ein adsorptives Trennverfahren mit (quasi-)kontinuierlicher Produktlieferung aufbauen zu können, sind mindestens zwei parallel betriebene Adsorber erforderlich, von denen sich jeweils einer gerade im Adsorptionstakt befindet, während der andere zeitgleich regeneriert wird. Das Verfahren der Druckwechseladsorption basiert auf folgenden vier Teilschritten:
- 1) Adsorption bei hohem Druck
- 2) Druckabsenkung
- 3) Spülen mit Produktgas bei niedrigem Druck
- 4) Druckaufbau mit Rohgas bzw. mit Produktgas
- 1) Adsorption at high pressure
- 2) pressure reduction
- 3) Rinse with product gas at low pressure
- 4) Pressure build-up with raw gas or with product gas
Druckwechseladsorptionsanlagen werden in großer Zahl zur selektiven Abtrennung und Gewinnung von Gasen aus Gasgemischen und zur Gasreinigung eingesetzt.pressure adsorption are used in large numbers for the selective separation and extraction of Gases from gas mixtures and used for gas purification.
Weiterhin ist erfindungsgemäß eine Destillationsanlage aufweisend mindestens eine HIDiC-Kolonne vorgesehen, die, dadurch gekennzeichnet ist, dass diese zur Destillation eines biologisch erzeugten Alkohols aus einer Maische verwendet wird. Ebenso ist erfindungsgemäß die Verwendung einer Destillationsanlage aufweisend mindestens eine HIDiC-Kolonne zur Destillation eines biologisch erzeugten Alkohols aus einer Maische vorgesehen.Farther is inventively a distillation unit having at least one HIDiC column provided, characterized is that these are for the distillation of a biologically produced alcohol a mash is used. Likewise, the invention is the Use of a distillation unit having at least one HIDiC column for the distillation of a biologically produced alcohol provided from a mash.
Zeichnungendrawings
Die vorliegende Erfindung wird durch die im Folgenden diskutierten Zeichnungen genauer erläutert. Dabei ist zu beachten, dass die Beispiele nur beschreibenden Charakter haben und nicht dazu gedacht sind, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken.The The present invention will become apparent from the drawings discussed below explained in more detail. It should be noted that the examples just descriptive and not meant to be To limit the invention in any way.
Dabei
gelten folgende Vorabbemerkungen:
Das Symbolbezeichnet einen Wärmetauscher,
bei welchem 2 in Bewegung befindliche Fluide miteinander in einem
Wärmeaustausch stehen. Bei dem einen Fluid handelt es sich
um ein zu kühlendes oder zu heizendes Fluid (insbesondere
das Destillat bzw. das Ausgangsprodukt, die Maische), während
es sich bei dem anderen Fluid um das kühlende bzw. heizende
Fluid handelt (insbesondere Kühlwasser oder Wasserdampf).
Das
Symbolbezeichnet einen Kompressor,
wie er z. B. zwischen Abtriebs- und Verstärkungsteil einer
HIDiC-Kolonne geschaltet ist.
Das Symbol ⋈ bezeichnet überdies
eine ggf. regelbare Drossel im Leitungssystem.
Das Symbolbezeichnet eine gesondert
vorgesehene Heizeinrichtung.The following preliminary remarks apply:
The symbol denotes a heat exchanger in which 2 moving fluids are in heat exchange with each other. The one fluid is a fluid to be cooled or heated (in particular the distillate or the starting product, the mash), while the other fluid is the cooling or heating fluid (in particular cooling water or water vapor).
The symbol denotes a compressor, as he z. B. is connected between the output and amplification part of a HIDiC column.
The symbol ⋈ also designates an optionally controllable throttle in the line system.
The symbol denotes a separately provided heater.
Die
Weiterhin sind den Kolonnen zwei Druckwechseladsorber (Pressure Swing Absorber, PSA) nachgeschaltet, deren Funktion oben beschrieben ist.Farther Are the columns two pressure swing adsorbers (Pressure Swing Absorber, PSA) whose function is described above.
Aus
Untersuchungen
der Erfinder haben überraschenderweise gezeigt, dass mit
einer solchen Anordnung der Energieverbrauch des Verfahrens um ca.
30% gegenüber herkömmlichen Methoden reduziert
werden kann. So betrug das Verhältnis aus Dampfstrom (Heißdampf)
zu Ethanolstrom
Während die Erfindung im Detail in den Zeichnungen und in der vorangehenden Beschreibung veranschaulicht worden und beschrieben worden ist, sollen solche Abbildungen und Beschreibungen als beispielhaft und als nicht einschränkend gelten. Die Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausgestaltungen beschränkt. Der Schutzbereich der Erfindung sowie etwaige Äquivalente werden in den Ansprüchen definiert.While the invention in detail veran in the drawings and in the foregoing description has been described and described, such illustrations and descriptions should be considered as exemplary and non-limiting. The invention is not limited to the embodiments shown. The scope of the invention and any equivalents are defined in the claims.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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