JP2010506574A - 飲料用アルコール、特にウイスキーの蒸留のためのプラント - Google Patents

飲料用アルコール、特にウイスキーの蒸留のためのプラント Download PDF

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Abstract

飲料用アルコール、特に発酵されたマッシュからウイスキーを蒸留するためのプラントであって、発酵されたマッシュから粗アルコール蒸気を取り出す蒸留コラム(５)と、粗アルコール濃度を高める精留コラム(１７)と、を備えるプラントが提供される。蒸発器において、蒸留コラムの粗アルコールの一部を凝縮することによって、低圧スチームが、淡水、またはマッシュかす、もしくはマッシュかすフラッシュ蒸気から生成され、その圧力および／または温度が機械的コンプレッサ(４９)によって高められ、かつこのスチームは、蒸留コラムへ、または蒸留コラムを加熱するための発酵マッシュからアルコール蒸気を取り出すさらなる蒸留コラムへと供給される。この様式によって、蒸留プラントのエネルギー要求量を低減できる。機械的コンプレッサがアルコール含有蒸気ではなくスチームを圧縮するため、コンプレッサが耐爆圧性を有するよう設計する必要がない。

Description

本発明は、飲料用アルコール、特に、発酵されたマッシュ(発酵したもろみ)からウイスキーを蒸留するためのプラントに関するものである。
従来の飲料用アルコール、特にウイスキーのための蒸留プラントは、マッシュコラムとも呼ばれている蒸留コラムを用いて、発酵された、つまりアルコール含有マッシュ(beer)からアルコールを取り出すものである。その上部領域において、この蒸留コラムへ、あらかじめ加熱された液状マッシュが供給される。その下部領域においては、この蒸留コラムへ蒸留に必要な熱エネルギーが、例えばフレッシュなスチームにおいて、直接的な、もしくは蒸留プラントのさらなるステージ(すなわち熱交換器)の蒸気によって加熱される再沸器を介する間接的な供給によって提供され、それによって、蒸留コラムの下部領域に集まるマッシュかす(spent mash)は、循環させられるようになる。通常、蒸留コラムの再沸器は、蒸留コラムから取り出された粗アルコールのアルコール濃度を高める精留コラムの上部蒸気(上方にある蒸気)によって加熱される。精留コラムは、一般的に、わずかに大気圧よりも高い圧力下で、かつ低減された圧力で作動される蒸留コラムよりも高い最高温度で作動されており、これによって、精留コラムの上部蒸気の熱エネルギーは、蒸留コラムを加熱するために用いられるようになる。
従来の飲料用アルコールのための蒸留プラントは、蒸留処理のために、比較的大量の外部エネルギーを必要とする。さらに、飲料用アルコールの感覚的な変化を避けるためには、蒸留プラントのエネルギーバランスを注意深く調整しなければならない。飲料用アルコールの風味の変化は、例えば、アルコール製造流の局部的な過熱によって生じることがある。したがって、蒸留コラムの上端では、ウイスキーの感覚的な性質に影響を及ぼすよう、その内部構造体は銅からなっており、これはアルコール蒸気と化学反応し、この反応特性は、温度または圧力に依存して変化する。コラム温度に応じて、クラック反応が起こることがあり、それによって、構成成分(例えばマッシュかす(残液))は、粗アルコールが流入可能な揮発性物質へ転換される。
本発明の課題は、飲料用アルコールの感覚的な特性に影響を与えずに、エネルギー効率の良い様式で作動する、飲料用アルコール、特にウイスキーを蒸留するためのプラントを提供することである。
本発明は、発酵されたマッシュから飲料用アルコール、特にウイスキーを蒸留するためのプラントに関するものであり、これは、
・発酵されたマッシュからアルコール蒸気を取り出す少なくとも一つの蒸留コラム
・アルコール蒸気の少なくとも一部を凝縮する凝縮装置
・アルコール濃度を高める精留コラムであって、その上部蒸気で蒸留コラムの再沸器を加熱する精留コラム
を備えている。
上記目的は、もし、凝縮装置が、スチームの生成ために、蒸留コラムのアルコール蒸気の少なくとも一部を凝縮する熱を利用する蒸発器を備えており、かつコラムを加熱するために、スチームの圧力および／または温度を増大させる機械的コンプレッサを介して蒸留コラムへスチームを供給可能な場合に、本発明によって達成される。
そうした蒸留プラントにおいて、精留コラムの上部蒸気(上方にある蒸気)の熱含有量だけでなく、蒸留コラムから取り出されかつ粗アルコールを含む上部蒸気の熱含有量が、この蒸留コラムを加熱するために、もしくは多段階プラント(multi-stage plants)の場合にはさらなる蒸留コラムを加熱するために使用される。特に、蒸留コラムを加熱するために、発酵されたマッシュからアルコール蒸気を取り出す蒸留コラムへと圧縮されたスチームを供給することもできる。機械的コンプレッサは、アルコール蒸気のエネルギー含有量または凝縮温度を増加させるが、それは、他の状況では、蒸留コラムを加熱するために十分に使用することができない。重要なことは、この目的のために必要とされるエネルギーを、コストがかかるフレッシュスチームの形態ではなく、機械的コンプレッサのモータードライブのために電気エネルギーの形態で、簡単にかつ経済的に提供することである。さらに、機械的コンプレッサで、アルコール蒸気を直接圧縮せず、蒸発器によって間接的に生じるスチームを圧縮させることも重要である。そのため、コンプレッサが耐爆圧性を有するよう設計しなくてもよく、これによって、蒸留プラントの設計が簡単になる。
蒸発器は、強制循環式蒸発器であってもよい。ただし、ダウンフロー式蒸発器が、好ましい。なぜなら、そうした蒸発器は、相対的に温度差が小さい状態で、例えば加熱循環温度と蒸発器排出温度との差が約５°となる状態で作動できるからであり、これによって、熱伝達の効率が高められる。
蒸発器は、スチームを供給する液体がその中で循環する強制循環器内に適切に配置される。液体は、蒸留コラムの下部領域からのマッシュくず(残液)、あるいはマッシュくずから生じたフラッシュ蒸気(再蒸発蒸気)であってもよい。マッシュくずが蒸留コラムの下部領域から取り出されるため、エネルギー効率が良い様式で、スチームを生成することができる。確実に、変性反応によって生じる物質が蒸留コラムのアルコール蒸気に入らないようにするために、スチームを生じるための好ましい変形例において、予加熱された淡水が使用される。循環ループは、マッシュかすからなる固形物または他の懸濁物質がスチームに入らないようにするために、例えば重力分離装置の形態の、スチームを分離するセパレータを有することが好ましい。このセパレータは、マッシュかすからフラッシュ蒸気を生成するために使用することもできる。
このスチームは、約２００から２５０ｍｂａｒの圧力を有する低圧スチームであることが好ましい。したがって、スチームの圧力は、蒸留コラム内の上部圧力よりも約６０から８０ｍｂａｒ低くなっている。コンプレッサは、上部圧力の値よりも大きい値となるように、例えば５００から６００ｍｂａｒまでスチームの圧力を高める。圧力は、従来のコンプレッサであってもよい。ただし、ファンなどの回転翼形コンプレッサが特に好ましい。もちろん、機械的コンプレッサは、互いに直列に接続された複数の機械的コンプレッサステージを備えていてもよい。
機械的コンプレッサは、スチームの圧力だけでなく、その温度も増大させる。圧縮されたスチームが、蒸留コラムにおいて要求される温度以上に過熱されることを避けるために、圧縮する前に、冷却水をスチームに混ぜることができる。圧縮されたスチームは、蒸留コラムの下部へ、適切に、直接吹き込まれる。
蒸留プラントは、適切なことに、単一の蒸留コラムだけを備えており、蒸留コラムは、再沸器によって、付加的には機械的コンプレッサの圧縮されたスチームによって加熱される。これは、すべての量のアルコールが、同じ圧力でかつ同じ温度で、蒸留コラムまたはその銅製の内部構造体(copper internals)を通って移送されるという利点を有している。この様式によって、特にウイスキーの場合、特に蒸留コラムの上部温度が８５℃以下であれば、良好な感覚的特性を得ることができる。圧縮されたスチームの温度が７０から９０℃に保たれている場合には、上部温度の好適な値は５５から７０℃である。
精留コラムの上部温度は、１から３ｍｂａｒの大気過圧(superatmospheric)下で８５℃以上、例えば８５から１１０℃であることが好ましい。精留コラムのエネルギー要求量を低減するために、精留コラムは、５０以上のトレイを有していることが好ましいが、精留された飲料用アルコールは、低沸点成分の高濃度化を避けるために、精留コラムの上部を介してではなく、下部に配置されたコラムの上側領域において取り出される。
もちろん、凝縮装置が熱交換器を備えていてもよく、この熱交換器は、蒸発器を加熱する蒸留コラムのアルコール蒸気の熱含有量をさらに利用可能にするために、アルコール蒸気の製造流における蒸発器の下流にあり、かつ蒸留コラムへ供給される発酵されたマッシュを予加熱するよう意図されている。凝縮装置からのアルコール製造流は、蒸留コラムへ、場合によっては上還流(top reflux)として精留コラムへ供給可能である。
以下、図面を参照して、本発明の実施例について詳細に説明する。
本発明に基づいて組み立てられた、飲料用アルコール、特にウイスキーのための蒸留プラントの図である。
図１には、飲料用アルコール、特にウイスキーのための蒸留プラントが示されており、これに対して、発酵された、すなわちエチルアルコール含有マッシュが、アルコール製造工程の先行ステージ１から供給される。このマッシュは、予加熱器３において蒸留コラム５の蒸留温度まで加熱され、かつ中間に位置するが、蒸留コラム５の触媒性銅製内部構造体９の下方のパイプ７を介して蒸留コラム５へ供給される。多くの場合、蒸留コラム５の上部領域は、１１で示されたマッシュコラムとして呼ばれる。
蒸留コラムの上部領域１１からアルコール蒸気として取り出された粗アルコールは、多段階凝縮装置１３で凝縮され、かつ精留コラム１７の精留温度まで粗アルコールを加熱する予加熱器１９を介して精留コラム１７へと供給されるように、液体の形態で供給ポンプ１５によって運ばれる。精留コラム１７によって、蒸留コラム５の粗アルコールのアルコール濃度が、容量で約９３から９６％まで高められる。図示していないが、飲料用アルコールにおける不必要な留分(フーゼル油)を分離するためのステージが設けられている。精留コラム１７は、その上部領域２３の下方のコラムポジションにから、２１において最終的な生成物である飲料用アルコールを排出する。
パイプ２５を介して、精留コラム１７の上部領域２３から取り出された上部蒸気は、蒸留コラム５の再沸器２７へと供給され、この再沸器は、ポンプ２９を備えた強制循環器を介して、かつ下部領域コネクション３５を介して、蒸留コラム５の下部領域３３に生じた発酵したマッシュを取り除き、そして、再沸器２７の加熱後、このコラムを加熱するために蒸留コラム５の下部領域３３へ発酵されたマッシュを再循環させる。同時に、再沸器２７は、精留コラム１７の上部凝縮器を形成し、かつ精留コラム１７の上部領域へ、パイプ３７を介して上部蒸気から凝縮された還流を供給する。
蒸留コラム５は、５５から７０℃の上部蒸気温度で、かつわずかに低減された約３００から５００ｍｂａｒの圧力下で作動される。精留コラム１７は、８５から１１０℃の上部蒸気温度で、かつ３ｍｂａｒ absolute(絶対バール)以下のわずかに大気過圧となった状態で作動する。一般的に、相対的に高い蛋白質含有量を有するライ麦、小麦、大麦などが、マッシュの原材料である場合、蒸留コラムの温度は、８５℃を超えないことが望ましい。上述した状態で作動する場合、フレッシュなスチームによって適切に加熱される精留コラム１７の上部蒸気のエネルギー含有量は、再沸器２７を介して独占的に蒸留コラム５を加熱するには不十分である。したがって、凝縮装置１３の第１のステージは、流下膜式蒸発器３９として形成されるものであり、この蒸発器３９によって、ポンプ４１を備えた強制循環器４３内で循環する淡水が蒸発される。淡水は、予加熱された状態で４５に供給され、かつ低圧スチームとして、重力分離器４７を介して流下膜式蒸発器３９から排出されるようになっており、それは、低圧スチームと比較して圧力が低減されかつ温度が低減された状態で、機械的コンプレッサ４９を介して蒸留コラム５の下部領域３３へと直接吹き込まれる。低圧スチームは、コンプレッサ４９の入口側において約２００から２５０ｍｂａｒの圧力を有しており、それは、コンプレッサ４９によって、７０から９０℃で、５００から６００ｍｂａｒの出口圧力となるように高められる。
上記実施例において、機械的コンプレッサ４９は、連続的に圧力を高める三つの機械的コンプレッサステージ５１を備えていてもよい。ただし、特に、圧力を高めるかまたは温度を高めることに関する要求を満たすものであれば、単一のコンプレッサステージでも十分である。圧縮されたスチームの過熱を防ぐために、場合によっては、付加的な水が、供給源５３から各コンプレッサステージ５１の入口に送り込まれる。コンプレッサ４９またはそのコンプレッサステージ５１は従来型のものでもよい。特に回転翼形コンプレッサあるいはファンが好ましい。
とりわけ、流下膜式蒸発器３９に代わる他のタイプの蒸発器を使用することもできる。ただし、流下膜式蒸発器は、少なくとも部分的に凝縮される蒸留コラム５の上部蒸気の入口温度と、低圧スチームの出口温度との差が小さい(例えば５℃)という利点を有している。この様式によって、上部蒸気のエネルギー含有率がより良く利用可能となる。この様式によって、機械的コンプレッサ４９のモーターの作動に必要な電気エネルギーが低減される。特に、機械的コンプレッサ４９は、スチームジェットコンプレッサの形態であってもよいが、それは、電気エネルギーの供給には何の問題もないのに対して、フレッシュなスチームの生成に影響を与える作用を増大させることとなる。
蒸留コラム５の上部蒸気は、流下膜式蒸発器３９において、完全には凝縮されず、凝縮されない分留蒸気は、マッシュを予加熱するために、凝縮装置１３の第２のステージを形成する予熱器３へと５５において供給される。予加熱器３の出口蒸気は、最終的にメイン凝縮器５７へと供給され、メイン凝縮器５７は、凝縮装置１３の第３のステージを形成し、かつ粗アルコールを、精留コラム１７へと移動させるために液状凝縮物として排出する。メイン凝縮器５７は、５９で供給される冷却水によって冷却される。メイン凝縮器５７のアルコール凝縮物は、６１で取り出された流下膜式蒸発器３９のアルコール凝縮物、および６３で取り出された予加熱器３のアルコール凝縮物と混合される。
蒸留プラントの圧力は、メイン凝縮器５７に連結された真空ポンプ６５を用いて調整される。また、凝縮装置１３において発生した粗アルコール凝縮物は、特に予熱器１９を通過する前に、蒸留コラム５への還流としてパイプ６７を通って供給されてもよい。蒸留コラム５において得られたマッシュかす(残液)は、再沸器２７の循環ループ３１から排出され、かつ６９において、さらに使用するために、例えば動物用飼料などに使用するために乾燥工程で処理される。分離器４７は、コンプレッサ４９の作動を十分なものとするために、蒸気から混入した液体および液滴を分離する。７１におけるスラリーの生成は、下流における蒸発器３９において、水あか(lime deposit)などを予防する
図１の実施例において、低圧スチームを生成する流下膜式蒸発器は、予加熱された淡水によって給水される。ただし、低圧スチームは、例えば強制循環器４３に配置されたフラッシュ分離器において得られたマッシュかすフラッシュ蒸気から生成可能である。得られたマッシュかすは、フラッシュ分離器から取り出され、そしてさらなる使用のために、例えば、再度、乾燥工程で処理可能である。蒸留温度まで予加熱されたマッシュかすまたはその蒸気が低圧スチームを生成するために使用されるため、蒸留プラントに必要なエネルギー要求量はさらに低減される。
１ 先行ステージ
３ 予加熱器
５ 蒸留コラム
７ パイプ
９ 銅内部構造体
１１ 上部領域
１３ 凝縮装置
１５ 供給ポンプ
１７ 精留コラム
１９ 予加熱器
２３ 上部領域
２５ パイプ
２７ 再沸器
２９ ポンプ
３１ 循環ループ
３３ 下部領域
３５ 下部領域コネクション
３７ パイプ
３９ 流下膜式蒸発器
４１ ポンプ
４３ 強制循環器
４７ 重力分離器
４９ コンプレッサ
５１ コンプレッサステージ
５３ 供給源
５７ メイン凝縮器
６５ 真空ポンプ
６７ パイプ

Claims (11)

  1. 飲料用アルコール、特に発酵されたマッシュからウイスキーを蒸留するためのプラントであって、
    発酵されたマッシュからアルコール蒸気を取り出す、少なくとも一つの蒸留コラム(５)と、
    アルコール蒸気の少なくとも一部を凝縮する凝縮装置(１３)と、
    アルコール濃度を高める精留コラム(１７)であって、その上部蒸気が、前記蒸留コラム(５)の再沸器(２７)を加熱するようになっている精留コラム(１７)と、
    を具備してなるプラントにおいて、
    前記凝縮装置(１３)は、スチームを生成するために、前記蒸留コラム(５)のアルコール蒸気の少なくとも一部の凝縮の熱を使用する蒸発器(３９)を具備してなり、かつ、
    前記蒸留コラム(５)を加熱するために、前記スチームの圧力および／または温度を増大させる機械的コンプレッサ(４９)を介して、前記蒸留コラム(５)へと、前記スチームを供給可能となっていることを特徴とするプラント。
  2. 前記蒸発器(３９)は、流下膜式蒸発器の形態のものであることを特徴とする請求項１に記載のプラント。
  3. 前記スチームを生成するために、前記蒸発器(３９)へと、淡水、特に予加熱された淡水、またはマッシュかす、もしくはマッシュかすフラッシュ蒸気を供給可能となっていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプラント。
  4. 前記機械的コンプレッサ(４９)は、前記蒸発器(３９)を貫通し、かつ淡水、またはマッシュかす、もしくはマッシュかすフラッシュ蒸気を対象とした循環器(４３)に、前記スチームを分離する分離器(４７)を介して接続されていることを特徴とする請求項３に記載のプラント。
  5. 前記機械的コンプレッサ(４９)は、直列に接続された複数の機械的コンプレッサステージ(５１)を具備してなることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載のプラント。
  6. 前記機械的コンプレッサ(４９)によって圧縮された前記スチームは、前記蒸留コラム(５)に直接供給されるようになっていることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載のプラント。
  7. 前記蒸留コラム(５)は、好ましくは８５℃以下の蒸留温度に達するよう、前記再沸器(２７)を用いて、かつ付加的には前記機械的コンプレッサ(４９)の圧縮されたスチームを用いて加熱されるようになっていることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載のプラント。
  8. 前記精留コラム(１７)の精留温度は、８５℃より高く、かつ前記精留コラム(１７)のアルコール製造流は、予加熱熱交換器(１９)を介して供給可能となっていることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載のプラント。
  9. 前記精留コラムは、５０を超えるトレイを有していることを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか一項に記載のプラント。
  10. 前記凝縮装置(１３)は、
    アルコール蒸気の製造流における前記蒸発器(３９)の下流に設けられ、かつ前記蒸留コラムへと供給される発酵されたマッシュを予加熱することを意図された熱交換器(３)を具備してなることを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれか一項に記載のプラント。
  11. 前記アルコール製造流の一部は、前記蒸留コラム(５)の凝縮装置(１３)へと還流として供給可能となっていることを特徴とする請求項１ないし請求項１０のいずれか一項に記載のプラント。
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