DE3411563A1 - Verfahren und vorrichtung zur destillation und rektifikation niedrig siedener fluessigkeiten - Google Patents

Description

• Verfahren und Vorrichtung zur Destillation und
• Rektifikation niedrig siedender Flüssigkeiten Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Destillation und Rektifikation niedrig siedender Flüssigkeiten, insbesondere Alkohol, in einer Destillationsanlage mit Destillationskolonne und Kondensationskolonne und einer der Destillationskolonne zugeordneten Rektifizieranlage Die Erfindung betrifft auch eine Destillationsanlage zur Durchführung des Verfahrens, die einer Rektifizieranlage zugeordnet ist und die aus einer im Gegenstrom arbeitenden Destillationskolonne besteht, aus deren Kopfbereich eine Leitung in eine Kondensationskolonne führt.
• Der durch alkoholische Gärung von Maischen hergestellte Alkohol enthält stets Verunreinigungen. Diese werden in einer Rektifizieranlage entfernt und der Alkohol zu Primoschnitt rektifiziert. Bei dieser Rektifikation muss im oberen Bereich mit hohem Niveau gefahren und ein entsprechender Rückfluss durch Kondensation der Alkoholdämpfe erzeugt werden. Dies geschieht in wassergekühlten Kondensatoren und die unverbrauchte Wärmeenergie wird abgeführt. Da in der Regel eine Mehrfachreinigung erforderlich ist, wird das in den einzelnen Stufen anfallende Kondensat in die Rektifizierkolonne zurückgeführt. Die Kondensationswärme eines jeden Zyklus geht dabei verloren, d.h. die gesamte der Rektifizieranlage zugeführte Energie wird vernichtet.
• Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, um insbesondere die Herstellung von durch Fermentation erzeugtem Alkohol unter Ausnutzung der gesamten beim Rektifizieren eingesetzten Wärmeenergie und ohne Energieverlust rationeller zu gestalten.
• Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass man zur Destillation die Abwärme der Rektifizieranlage verwendet, indem man den Kopfdampf aus der Rektifizieranlage in den Sumpfbereich der Destillationskolonne einleitet und den in der Destillationskolonne aufsteigenden Kopfdampf der Kondensationskolonne zuführt, in der ein kontrolliertes Vakuum aufrechterhalten wird.
• Zweckmässige Weiterbildungen des Verfahrens sind in den Unteransprüchen 2 und 3 gekennzeichnet.
• Die zur Durchführung des Verfahrens bestimmte, der Rektifizieranlage zugeordnete Destillationsarlage besteht aus einer im Gegenstrom arbeitenden Destillationskolonne, aus deren Kopfbereich eine Leitung in eine Kcndensationskolonne führt und sie ist dadurch gekennzeichnet, dass zum Beheizen der Destillationskolonne in deren Sumpfbereich ein Einlass für aus der Rektifizieranlage durch eine Leitung zugeführten warmen Kopfdampf vorgesehen ist, und der Kopf der Kondensationskolonne über eine Leitung mit einer Vakuumanlage verbunden ist.
• Zweckmässige Weiterbildungen der Destillationsanlage sind in den Unteransprüchen 5 und 6 gekennzeichnet.
• Durch ein solches im Kreislauf arbeitendes Verfahren wird die in der Rektifizieranlage zugeführte Energie vollständig ausgenutzt, so dass von aussen nur einmal eine Energiezufuhr erforderlich ist. Die aus dem Kopfdampf der Rektifizieranlage stammende Abwärme wird zur Destillation verwendet und im Kreislauf wieder der Rektifikation zugeführt.
• Das Verfahren läuft in einem geschlossenen System ab, wobei Rektifikation und Destillation zu einem Arbeitszyklus zusammengefasst sind. Zur Beheizung der Destillationsanlage wird ausschliesslich die Wärme des gesamten Kopfdampfes aus der Rektifizieranlacre bezogen.
• Das Verfahren wird anhand e einer schematischen Darstellung einer Destillationsanage und dieser zugeordneten Vakuumanlage näher erläutert.
• Die einzige Figur der Zeichnung zeigt ein Schema einer einer nicht dargestellten Rektifizieranlage zugeordneten Destillations-Kondensations-Vakuumanlage.
• Beschrieben wird das Verfahren zur Gewinnung von Alkohol aus durch Fermentation gehildeter Maische.
• Diese Maische mit den bei der Gärung anfallenden Verunreinigungen wird bei etwa 250 C durch eine Leitung L1 über einen Wärmetauscher W1 in den Kopfbereich D5 einer Destillationskolonne D eingebracht. Ein Regelkreis TIC/K5, der in der Leitung L1 zwischengeschaltet ist, sorgt dafür, dass nur eine solche Menge an Maische zugeführt wird, die der Kapazität der Destillationskolonne D entspricht. Zur Beheizung wird der gesamte Kopfdampf einer Rektifizieranlage (nicht dargestellt) verwendet. Der Wärmetauscher W1 wird mit Sumpfprodukt aus der Destillationskolonne D gespeist und die aus diesem Wärmetauscher W1 abfliessende Schlempe wird durch eine Leitung L1' abgeleitet. Die Sumpfphase wird durch einen Niveauregler LIC/K4 auf konstanter Höhe gehalten.
• Der Kopfdampf aus der Rektifizieranlage wird durch eine Leitung L4 über einen Sumpfheizer S4 in den Sumpfbereich D4 der Destillationskolonne D eingeleitet. Dieser Sumpfheizer S4 ist vor Eintritt der Leitung L4 in der Sumpfbereich K4 der Destillationskolonne D zwischengeschaltet und wird im Kreislauf gefahren. Er wird mit Sumpfprodukt über ehe pumpengesteuerte Leitung L2 beschickt. Der warme Kopfdampf aus der Rektifizieranlage gelangt durch die Leitung L4 zunächt in den Sumpfheizer 54, wo er kondensiert wird. Das anfallende Kondensat wird durch eine Leitung L6 auf den Kopfe der Rektifizieranlage zurückgepumpt. Inertgase werden durch eine Leituna LT zum Gaskühler der Rektifizieranlage geleitet. Die im Sumpfheizer S4 freiwerdende Kondensationswärme wird der Destillationkolonne D zugeführt und beheizt diese.
• Die während der Destillation-Rektifikation in den Kopfbereich D5 der Destillationskolonne D aufsteigenden leichtflüchtigen Dämpfe gelangen durch eine Leitung L5 in die Kondensationskolonne K und werden hier zunächst vorkondensiert. Das hier anfallende Kondensat wird vom Boden K4 der Kondensationskolonne K durch eine pumpengesteuerte Leitung L abgezogen und in der Anlagenkombination aus den Wärmetauschern W2 und W3 weiter kondensiert. Diese Wärmetauscher W2 und W3 sind an der Leitung L angeschlossen, wobei eine Zweigleitung 2 in den Wärmetauscher W2 und eine Leitung 3 in den Wärmetauscher W3 führt. Das anfallende Kondensat wird in einen Rücklaufstrom und in einen Kondensatstrom geteilt. Der Rücklauf strom wird durch den Wärmetauscher W2 teilweise in den Kopf K3 der Kondensationskolonne K und teilweise über einen Durchflussanzeiger FI/DS in einer Leitung 1 in den Kopfbereich D5 der Destillationskolonne D zurückgeführt. Der Destillatstrom wird im Wärmetauscher W3 gekühlt und fliesst, gemessen durch enen Anzeiger FI/W3, über eine Leitung L3' ab. Dieses Destillat ist das Endprodukt, bestehend aus 858 em Ethanol.
• Zur Aufrechterhaltung dieses durch Ausnutzung der Abwärme des Kopfdampfes aus der Rektifizieranlage arbeitenden Kreislaufes wird in der Kondensationskolonne K ein Vakuum erzeugt. Zu diesem Zweck ist eine Vakuumanlage V vorgesehen, die über eine Leitung L3 mit dem Kopf 3 der Kondensationskolonne K verbunden ist. Diese Vakuumanlage besteht im wesentlichen aus einem Kühler W4, einem Flüssigkeitsstrahler V2, einem Tangentlalbscheider B8. Inertgase aus dem Kopf K3 der Kondensationskolonne K werden durch die Leitung L3 abgezogen und gelangen in den Kühler W4 der Vakuumanlage V, in dem die Gase verdichtet und einem nachgeschalteten Flüssigkeitsstrahler V2 zugeführt werden.
• In diesem werden die Gase durch einen Wasserstrahl von Unterdruck auf Atmosphärendruck gebracht. Das anfallende Gas-Wasser-Gemisch gelangt aus dem Flüssigkeitsstrahler V2 in einen Tangentialabscheider B8, in dem die Flüssigkeit von unkondensierbaren Gasen getrennt und die Inertgase an die Atmosphäre abgelassen werden. Die Flüssigkeit wird über eine pumpengesteuerte Leitung L8 durch einen Wärmetauscher WS gepumpt, hierin abgekühlt und dem Flüssigkeitsstrahler V2 zugeführt. Durch Kondensation der Gase erhöht sich die Menge des Kreislaufwassers ständig, das sich im Tangentialabscheider B8 sammelt. Durch einen Niveauanzeiger LS/B8 wird der Flüssigkeitsspiegel konstant gehalten. Abfliessendes Wasser gelangt in den Wärmetauscher W5 und von hier in den Kühler W4 der Vakuumanlage V oder wird als Alkohol-Wasser-Gemisch durch eine Druckleitung in den Kopfbereich D5 der Destillationskolonne D zurückgeführt.
• Zweigleitungen 8a und 8b sind in der aus dem Tangentialabscheider B8 führenden Leitung L8 angeschlossen, wobei die Zweigleitung 8a zum Flüssigkeitsstrahler V2 und die Zweigleitung 8b in den Kopfbereich D5 der Destillationskolonne D führt.
• Damit ist der Kreislauf geschlossen und der Zyklus der Endaufbereitung der bei der Alkoholgärung anfallenden Maische, Rektifizieren-Destillieren, wird ausschliesslch durch noch in der Gesamtanlage vorhandene, bisher ungenutzte Wärmeenergie betrieben. Falls noch keine oder aus irgendeinem Grund nicht genügend Wärmeenergie in der Rektifizieranlage vorhanden ist, kann eventuell notwendiger Zusatzdampf aus Turbinenabdampf verwendet werden.
• Dieser ebenfalls bereits vorhandene Wärmeenergieträger wird durch eine Leitung L direkt in den Sumpfbereich D4 der Destillationskolonne D eingeführt. Der übrige Kreislauf der Destillation-Kondensation bleibt unverändert.
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Claims (6)

1. ANSPRÜCHE 1. Verfahren zur Destillation und Rektifikation niedrig siedender Flüssigkeiten, insbesondere Alkohol, in einer Destillationsanlage mit einer Destillationskolonne und Kondensationskolonne und einer der Destillationskolonne zugeordneten Rektifizieranlage, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass man zur Destillation die Abwärme der Rektifizieranlage verwendet, indem man den Kopfdampf aus der Rektifizieranlage in den Sumpfbereich der Destillationskolonne einleitet und den in der Destillationskolonne aufsteigenden Kopfdampf der Kondensationskolonne zuführt, in der ein kontrolliertes Vakuum aufrechterhalten wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man die Kopfdämpfe der Rektifizieranlage in einen im Kreislauf gefahrenen, mit Sumpfprodukt aus der Destillationskolonne beschickten Sumpfheizer einleitet, die warmen Dämpfe dem Sumpfbereich in der Destillationskolonne zuführt und das im Sumpfheizer anfallende Kondensat als Rücklauf in den Kopf der Rektifizieranlage und Inertgase zu einem Gaskühler der Rektifizieranlage zurückführt.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man aus dem Kopf der Kondensationskolonne Inertgase abzieht, diese durch Kühlung verdichtet, von Unterdruck auf Atmosphärendruck bringt und anfallende Flüssigkeit von unkondensierbaren Gasen abtrennt.
4. 4. Destillationsanlage zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 3, die einer Rektifizieranlage zugeordnet ist und die aus einer im Gegenstrom arbeitenden Destillationskolonne besteht, aus deren Kopfbereich eine Leitung in eine Kondensationskolonne führt, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass zum Beheizen der Destillationskolonne (D) in deren Sumpfbereich (D4) ein Einlass für aus der Rektifizieranlage durch eine Leitung (L4) zugeführten warmen Kopfdampf vorgesehen ist, und der Kopf (K3) der Kondensationskolonne (K) über eine Leitung (L3) mit einer Vakuumanlage (V) verbunden ist.
5. 5. Destillationsanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in der Leitung (L4) für den Kopfdampf aus der Rektifizieranlage vor dem Einlass in die Destillationskolonne (D) ein über eine pumpengesteuerte Leitung (L2) mit Sumpfprodukt aus der Destillationskolonne beschickbarer, im Kreislauf gefahrener Sumpfheizer (54) vorgesehen ist, aus dem eine pumpengesteuerte Leitung (L6) zur Rückführung von im Sumpfheizer (S4) anfallendem Kondensat in den Kopf der Rektifizieranlage und einer Leitung zur Rückführung von Inertgasen in einen Gaskühler der Rektifizieranlage führt.
6. 6. Destillationsanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mit dem Kopf (K3) der Kondensationskolonne (K) verbundene Vakuumanlage (V) aus einem als Vakuumpumpe arbeitenden Flüssigkeitsstrahler (V2) besteht, dem ein Kühler (W4) für die aus der Kondensationskolonne (K) kommenden Dämpfe vorgeschaltet und ein Tangentialabscheider (B8) nachgeschaltet sind, am Boden des Tangentialabscheiders (B8) eine pumpengesteuerte Leitung (18) angeschlossen ist, die unter Zwischenschaltung eines Wärmetauschers (W5) stromab in zwei Leitungsstränge (8a und 8b) geteilt ist, von denen ein Leitungsstrang (8a) in den Flüssigkeitsstrahler (V2) und der andere Leitungsstrang (8b) über ein Ventil in den Kopfbereich (D5) der Destillationskolonne (D) zurückführt.