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Verfahren und Vorrichtung zur unmittelbaren Erzeugung von reinem Alkohol
Es sind zahlreiche Verfahren und Vorrichtungen bekannt, mit welchen man aus vergorenen
Maischen, W ein und sonstigen schwachen alkoholischen Lösungen unmittelbar reinen
Alko= hol erhalten kann.
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Die meisten Vorrichtungen haben trotz ihrer Verschiedenheit das gemeinsam,
daß sie auf zwei Hauptprinzipien aufgebaut sind: Z. Zuerst wird eine sogenannte
niedriggrädige Vorreinigung ausgeführt, wodurch man die flüchtigen Verunreinigungen
absondert. Diese werden im oberen Teil der Reinigungskolonne in Alkohol gelöst erhalten
und daher als Vorlauf bezeichnet.
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2. Nachher werden die höher siedenden Produkte bzw. Fuselöle, der
Nachlauf, in einer Rektifikationskolonne abgeschieden. Diese Verunreinigungen werden,
mit verhältnismäßig viel Alkohol gemischt, aus dem mittleren Teile der Kolonne abgezogen,
zumeist dort, wo die Gradstärke des Spiritus auf den Konzentrierböden q.o bis 7o
V olumprozent erreicht. Dabei ist es nötig, einen sehr hochgrädigen, g6,5volumprozentigen
Spiritus herzustellen, da sonst die Fuselöle in der Kolonne zusammen mit dem reinen
Alkohol hochsteigen und dem Feinsprit einen unangenehmen Geruch verleihen würden.
Auf diese Weise läßt sich jedoch eine vollständige Trennung nicht erzielen.
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Zur Darstellung des für diese Reinigung nötigen hochgrädigen Spiritus
war man gezwungen, Kolonnen mit vielen Böden anzuwenden, oder man benötigte komplizierte
Kombinationen von Einzelapparaten. Im allgemeinen wird dabei viel mehr Dampf verbraucht,
als zu der eigentlichen Spiritusgewinnung aus den behandelten Maischen notwendig
wäre.
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Von Guilleaume wurde bereits vorgeschlagen, aus einer verdünnten,
etwa 2ovolumprozentigen Alkohollösung bzw. direkt aus der Maische gleichzeitig sowohl
die leichtflüchtigen Produkte (Vorlauf) als auch die schwerflüchtigen Verunreinigungen
(Nachlauf) abzudestillieren und erst den von diesen Verunreinigungen befreiten Spiritus
durch Rektifikation nach Bedarf zu konzentrieren. Um die Verunreinigungen vollständig
zu entfernen, ist man dabei jedoch gezwungen, einen großen Anteil (etwa 2o °/o)
der Flüssigkeit mitzuverdampfen. Dies erfordert einen großen Dampfverbrauch und
beeinträchtigt die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens. Das alkoholische Destillat
muß naturgemäß wieder kondensiert und auf die Reinigungskolonne zurückgeleitet werden.
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Die Erfindung beruht auf der Feststellung, daß es möglich ist, die
am meisten störenden, schwer flüchtigen Nachlaufprodukte noch vor der Abdestillierung
des ganzen Vorlaufes zu verdampfen. Dabei ist der zu verdampfende Anteil der Flüssigkeit
äußerst klein und beträgt im allgemeinen 0,5, aber höchstens 3 °/o, woraus
sich gegenüber dem vorerwähnten Verfahren nach Guilleaume eine bedeutende Dampfersparnis
undVereinfachung der Apparatur ergibt.
Es ist zu unterscheiden zwischen
schweren Produkten und unlöslichen Produkten. Man entfernt in dem Hydroselektor
a) die Gesamtmenge der wasserunlöslichen Verunreinigungen beliebigen Siedepunktes.
Beispiel n x-Propylalkohol, Isobutylalkohol, Isoamylalkohol, Amylalkohol, die Essigester
dieser Alkohole, insbesondere Äthylacetat, schwere Ester, wie Pelargonate, Caproate,
Aldehyde, z. B. Furfurol, Crotonaldehyd, Isobutylaldehyd, Isovaleialdehyd usw. Alle
diese Stoffe liegen bei verdünnten Flüssigkeiten als Vorlaufprodukte vor, da sie
mit Wasser aceotrope Gemische mit Minimumsiedepunkt bilden.
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b) einen Teil der löslichen flüchtigen Stoffe. Beispiel Acetaldehyd,
Aceton, Methylalkohol, Fettamine, Kohlensäure usw.
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Bekanntlich bilden Lösungen flüchtiger Körper beim Sieden Dämpfe,
die an diesen reicher sind als die Ausgangsflüssigkeit. Sorel hat für eine bestimmte
Anzahl von Körpern verschiedener Konzentration die Beziehung aufgestellt:
Diese Größe nannte er den Anreicherungskoeffizienten h: Wenn man nun annimmt, daß
einerseits dieser Koeffizient für die gewöhnlichen Verunreinigungen alkoholischer
Maischen um so größer ist, je verdünnter die Ausgangsmaische ist, und daß anderseits
der Gehalt der alkoholischen Maische an Verunreinigungen stets äußerst klein ist,
in der Größenordnung von etwa o,5 0/0, ist es erklärlich, daß es unter den Betriebsbedingungen
des vorliegenden Verfahrens genügt, von der verdünnten Maische nur eine ganz geringe
Menge zu verdampfen, um fast die Gesamtmenge der Verunreinigungen abzutreiben. Von
einer 5 o/oigen Maische braucht man nur etwa 0,5)/o zu verdampfen, um die unlöslichen
Stoffe in ihrer Gesamtheit in Form aceotroper Gemische mit Wasser und einen Teil
der löslichen leicht flüchtigen Verunreinigungen zu entfernen. Die in dem so vorgereinigten
Spiritus noch verbleibenden leicht flüchtigen Bestandteile werden sodann in an sich
bekannter Weise ohne Kostenaufwand während der folgenden Rektifikation als Vorlauf
entfernt.
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Bei der Durchführung der Vorreinigung gemäß der Erfindung muß sorgfältig
jede Konzentrierung des Alkohols vermieden werden, so daß keinesfalls Dephlegmation,
Rückfluß oder Konzentrierböden zur Verwendung kommen dürfen. Als sehr vorteilhaft
hat sich in diesem Zusammenhange der Zusatz von heißem Wasser erwiesen, das zweckmäßig
in geeigneter Menge den aufsteigenden Dämpfen entgegenströmt, so daß aus diesen
der mitverdampfte Alkohol herausgewaschen wird; während die Dämpfe der Verunreinigungen
durch das herabrieselnde Wasser hindurch emporsteigen. Dies hat zur Folge, daß auf
den oberen Böden der Kolonne, wo das Wasser zugeführt wird, die Konzentration des
Alkohols gleich oder fast gleich o ist, so daß demgemäß auch die Temperatur an dieser
Stelle höher als im unteren Teil der Kolonne ist. Jedoch findet auf den Kolonnenböden
auch keine Anreicherung der Verunreinigungen statt; diese werden vielmehr erst außerhalb
der Kolonne kondensiert und dekantiert. Das Wasser muß so heiß sein, daß die aceotropen
Gemische der in Wasser schwer löslichen Substanzen nicht zurückgehalten werden.
Die nötige Temperatur muß das Wasser bereits vor seinem Eintritt in die Waschkolonne
besitzen. Die Erwärmung des Wassers erst innerhalb der Kolonne durch Wärmezufuhr
von unten her ist unzweckmäßig, da dies eine Konzentrierung des Alkohols auf den
oberen Böden zur Folge hätte. Im allgemeinen beträgt die geeignete Wassertemperatur
rund 95' C.
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Man kann das Wasser nicht durch vergorene Maische oder eine alkoholische,
wenn auch sehr schwachgrädige Flüssigkeit ersetzen. Dies könnte zwar nicht den Alkoholgrad
auf den Böden erhöhen, sie ist aber trotzdem für das Auswaschen des Destillates
ungeeignet, da sie ja selbst Dämpfe bilden kann, deren Alkoholgehalt etwa von der
Größenordnung desjenigen der zu waschenden Dämpfe ist.
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Die Erfindung wird an Hand von zwei Abbildungen näher erläutert.
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Als Ausgangsmaterial dient eine Rübenmaische mit etwa 5 % Alkoholgehalt.
Gemäß der Ausführungsform nach Abb. z fließt die Maische aus dem Reservoir M in
den Vorwärmer z, der in bekannter Weise von der aus der Destillierkolonne D durch
das Rohr 15 fließenden Schlempe beheizt wird. Aus dem Vorwärmer z gelangt die Maische
durch das Rohr 2 in die Kolonne A mit einer kleinen Anzahl von Böden. Sollte die
Temperatur der Maische den Siedepunkt noch nicht erreicht haben, wird die Erhitzung
durch Dampf aus dem Rohr 3 oder auf irgendeine andere Art vervollständigt. Das Rohr
3 entnimmt den Heizdampf entweder dem unteren Teil_ oder dem mittleren Teil der
Kolonne D (Abb. 2). Durch den Hahn q. Ziehen etwa 0,5 % des Maischengewichtes als
Destillat in den Kondensator G ab. Die Dämpfe verdichten sich hier, und das durch
den Hahn 5 abfließende Kondensat enthält die Gesamtmenge der in der Maische ursprünglich
enthaltenen schweren
Produkte (Fuselöle) und einen Teil der leicht
flüchtigen Bestandteile.
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Anstatt die Dämpfe direkt in den Kondensator G zu leiten, ist es vorteilhafter,
gemäß der in Abb.2 dargestellten Ausführungsform, die Dämpfe durch die Leitung
13 in die kleine Kolonne B zu führen, welche sie von unten nach oben durchströmen,
um dann erst in den Kondensator C geleitet zu werden, wo sie ohne Rückfluß kondensiert
werden. In den Oberteil der kleinen Kolonne B fließt aus dem Behälter H durch die
Rohrleitung 6 heißes Wasser von etwa 95 " C, etwa in einer Menge von 5
01',
des entstandenen Kondensates. Das alkoholhaltige Wasser fließt sodann
von der Kolonne B durch das Rohr 7 in die Kolonne A.
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Die oben angeführten Werte für die Mengen des Destillates und des
Waschwassers haben sich für das vorliegende Beispiel als besonders zweckmäßig erwiesen.
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Die gereinigte Maische fließt aus dem Unterteil der Kolonne A durch
die Rohrleitung 8 in die Destillierkolonne D und wird dort in üblicher Weise destilliert.
Die alkoholhaltigen Dämpfe strömen durch das Rohr 14 in den Kondensator E. Ein Teil
des Kondensates fließt durch das Rohr 9 in die Kolonne D zurück, der andere Teil,
der die flüchtigen Verunreinigungen enthält, wird durch das Rohr io abgezogen. Einige
Böden unterhalb des Deckels fließt Alkohol durch das Rohr ii ab. Dieser ist im allgemeinen
chemisch und degustatif sehr rein, aber wenn man ihn aus besonderen Gründen einer
endgültigen Reinigung unterwerfen will, so kann dies z. B. durch eine teilweise
und schwache Verdampfung in der Kolonne G geschehen, von wo aus die Dämpfe durch
das Rohr 12 in den Kondensator E gelangen, während vollständig reiner Alkohol durch
das Rohr 13 abgeleitet wird.
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Ebenso können auch die durch das Rohr io abgezogenen leicht flüchtigen
Verunreinigungen im Bedarfsfalle einer Konzentrierung unterworfen werden.
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Erfindungsgemäß kann die Kolonne .4 statt einer schwachen alkoholhaltigen
Flüssigkeit (Maische) auch mit einer höhergrädigen alkoholischen Lösung gespeist
werden, welche sodann durch eine erhöhte Wasserzufuhr aus der Kolonne B auf den
erwünschten niedrigen Verdünnungsgrad von unterhalb 2o Volumprozent gebracht wird.
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Durch das beschriebene Verfahren erhält man einen außerordentlich
reinen Alkohol, und zwar in einer Ausbeute von 98 °/o des Alkoholgehaltes der Ausgangsflüssigkeit.
Außerdem ist das Verfahren auch deshalb sehr vorteilhaft, weil man zur Entfernung
der Verunreinigungen keinen hochgrädigen Spiritus darstellen muß, da die schwer
siedenden und ein Teil der leicht flüchtigen Verunreinigungen ohne Konzentration
des Alkohols abgeschieden werden können. Aus diesem Grunde benötigt man auch in
der Destillierkolonne keine große Anzahl von Böden, und infolgedessen verbraucht
die Kolonne nur so viel Dampf, als zur Gewinnung des in der Maische o. dgl. enthaltenden
Alkohols notwendig ist.
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Das beschriebene Verfahren nebst Vorrichtung ist auch zur Aufarbeitung
von wäßrigem Methylalkohol beliebigen Ursprungs verwendbar. Im Bedarfsfalle kann
auch vollständig oder teilweise bei einem anderen als dem atmosphärischen Druck
gearbeitet werden, was für die Wärmeökonomie des Verfahrens vorteilhaft sein kann.