PL208636B1 - Instalacja do wytwarzania alkoholu - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest instalacja do wytwarzania alkoholu z surowców zbożowych.

Wielkotechniczne wytwarzanie alkoholu, zwłaszcza alkoholu etylowego z surowców roślinnych zawierających węglowodan i/lub cukier według znanego sposobu upłynniania surowca, fermentacji w zacier i następującej potem destylacji surowego alkoholu pochłania wiele energii, zwłaszcza gdy wywar powstający w procesie destylacji suszy się jako pozostałość w celu wytwarzania paszy dla zwierząt lub tym podobnych.

Zatem, przykładowo do wytworzenia jednego litra nie zawierającego wody alkoholu etylowego i suchego wywaru potrzeba między 7 a 8 kg pary wodnej. W sumie energia potrzebna do wytwarzania alkoholu przewyższa w konwencjonalnych sposobach energię wewnętrzną alkoholu i stosownie do tego, zastosowanie alkoholu jako paliwa w silnikach, przykładowo w silnikach samochodowych, jest nierentowne w odniesieniu do całkowitego bilansu energetycznego.

Z opisu patentowego US 4287304 A1 znany jest proces wytwarzania cukru do fermentacji, polegający na przetwarzaniu skrobi zawartej w ziarnach kukurydzy, które mieli się, a następnie upłynnia się i dodatkowo stałe odpady doprowadza się do urządzenia suszącego.

Zadaniem wynalazku jest opracowanie instalacji do wytwarzania alkoholu z surowców zbożowych, zwłaszcza alkoholu etylowego i wysuszonego wywaru, z mniejszym niż dotychczas nakładem energii.

Punktem wyjścia do opracowania instalacji według wynalazku jest konwencjonalna instalacja do wytwarzania alkoholu z surowców roślinnych, obejmująca:

stanowisko fermentacji fermentujące upłynniony surowiec w zacier, stanowisko destylacji oddzielające alkohol z zacieru i stanowisko suszenia dla wywaru powstającego w stanowisku destylacji.

Instalacja do wytwarzania alkoholu z surowców zbożowych, obejmująca stanowisko mielenia, mielące na mąkę przynajmniej ziarno zbóż zawierające skrobię i/lub cukier, stanowisko upłynniania roztwarzające mąkę do postaci surowca upłynnionego, stanowisko fermentacji fermentujące upłynniony surowiec w zacier, stanowisko destylacji oddzielające alkohol z zacieru, stanowisko suszenia dla wywaru powstającego na stanowisku destylacji, według wynalazku charakteryzuje się tym, że stanowisko mielenia miele na mąkę zboża przy oddzielaniu przynajmniej części udziałów łupiny otaczających ziarno a oddzielone udziały łupin są doprowadzane do stanowiska suszenia jako ośrodek nośny dla suszenia wywaru, przy czym stanowisko suszenia obejmuje wyparkę i suszarkę suszącą końcowo powstały na stanowisku destylacji wywar o temperaturze punktu rosy powyżej 95°C, korzystnie 100°C do 105°C, zaś stanowisko destylacji obejmuje kolumnę destylacyjną ogrzewaną parą odlotową suszarki.

Korzystnie, w instalacji według wynalazku stanowisko mielenia zawiera młyn walcowy albo młyn strumieniowo-udarowy.

Do wytwarzania alkoholu z surowców roślinnych, zwłaszcza zbóż zmielonych na mąkę, jest stanowisko upłynniania rozczyniające w surowcu węglowodany i/lub cukier, ze skraplaczem mieszalnikowym, domieszywającym parę do strumienia produktu rozdrobnionego surowca albo jego zawiesiny, obejmującym przynajmniej jeden stopień mieszający, z strumieniowym iniektorem parowym przyłączonym za skraplaczem mieszalnikowym, domieszywującym gorącą parę do strumienia produktu z chłodnicą rozprężającą przyłączoną za strumieniowym iniektorem parowym, obejmującą przynajmniej jeden stopień rozprężania, dla strumienia produktu, przy czym skraplacz mieszalnikowy domieszywa rozprężaną parę z chłodnicy rozprężającej do strumienia produktu.

W instalacji według wynalazku przynajmniej chłodnica rozprężająca jest wielostopniowa, a skraplacz mieszalnikowy domieszywa do strumienia produktu przynajmniej rozprężaną parę z pierwszego stopnia rozprężania chłodnicy rozprężającej.

Korzystnie, skraplacz mieszalnikowy jest jednostopniowy a chłodnica rozprężająca jest dwustopniowa.

Skraplacz mieszalnikowy ogrzewa strumień produktu do temperatury poniżej temperatury kleikowania surowca, a strumieniowy iniektor parowy ogrzewa strumień produktu do temperatury powyżej temperatury kleikowania surowca.

Korzystnie, między stanowiskiem fermentacji a stanowiskiem destylacji umieszczone jest stanowisko odgazowania, w którym strumień produktu zacieru przebiega od góry do dołu ustawioną pionowo wiązką rur opróżnianą na jej dolnym końcu, i rozpręża się w wiązce rur.

Strumień produktu zacieru przed wejściem w wiązkę rur przebiega przez przenośnik ciepła wstępnie ogrzewający zacier.

PL 208 636 B1

W instalacji według wynalazku suszarka jest suszarką na przegrzaną parę wodną.

Stanowisko destylacji zawiera pierwszą kolumnę destylacyjną, ogrzewaną zwłaszcza parą odlotową stanowiska suszenia obejmującego suszarkę i wyparkę, do której przyłączone jest stanowisko dehydrogenacji odwadniające jej strumień produktu surowego alkoholu, zaś powyżej pośredniego poziomu doprowadzania zacieru pierwszej kolumny destylacyjnej przyłączona jest druga kolumna destylacyjna, ogrzewana przez przenośnik ciepła ciepłem odwodnionych oparów alkoholu ze stanowiska dehydrogenacji.

Korzystnie, w instalacji według wynalazku przenośnik ciepła stanowi wyparka ze spływającą warstewką cieczy ogrzewana odwodnionymi oparami alkoholowymi ze stanowiska dehydrogenacji, przy czym stanowisko dehydrogenacji obejmuje sito molekularne.

₅

W instalacji sito molekularne eksploatuje się przy ciśnieniu wynoszącym 1,7-10 Pa lub więcej.

Stanowisko suszenia obejmuje oddzielacz rozdzielający wywar na strumień produktu wywaru soku rzadkiego i strumień produktu wywaru - substancji stałej, wyparkę odparowującą strumień produktu wywaru - soku rzadkiego w strumień produktu wywaru - soku gęstego oraz suszarkę suszącą wywar-sok gęsty razem z wywarem-substancją stałą tworząc wywar suszony, natomiast za stanowiskiem destylacji umieszczone jest stanowisko dehydrogenacji odwadniające strumień produktu surowego alkoholu, zaś wyparka ma przynajmniej jeden stopień wyparny, ogrzewany ciepłem odwodnionych oparów alkoholowych ze stanowiska dehydrogenacji.

Korzystnie wyparka obejmuje podgrzewacz wody odparowujący i wyparkę końcową, a wyparka końcowa ogrzewana jest odwodnionymi oparami alkoholu ze stanowiska dehydrogenacji.

W instalacji stanowisko dehydrogenacji obejmuje sito molekularne.

₅

Sito molekularne eksploatuje się przy ciśnieniu wynoszącym 1,7-10⁵ Pa lub więcej.

Dla wynalazku istotnych jest wiele aspektów, umożliwiających każdorazowo niezależnie, a tym bardziej w ich kombinacji zauważalnie korzystniejsze pod względem kosztów wytwarzanie alkoholu, zwłaszcza alkoholu etylowego, z surowców roślinnych zawierających węglowodany i/lub cukier, jak na przykład kukurydza, pszenica, sorgo lub też melasa. Alkohol i wysuszony wywar można wytwarzać ze znacznie mniejszym nakładem energii, zwłaszcza poniżej 50% dotychczasowego nakładu energii.

W pierwszym aspekcie, rozwiązano problem leżący u podstaw wynalazku, przy wytwarzaniu alkoholu ze zbóż, jak na przykład kukurydzy albo pszenicy lub tym podobnych w taki sposób, że przewidziane jest stanowisko mielenia na mąkę ziarna zbóż zawierającego skrobię i/lub cukier oddzielając przynajmniej część udziałów łupiny otaczającej ziarno oraz stanowisko upłynniania roztwarzające mąkę, zaś oddzielone udziały łupin doprowadza się do stanowiska suszenia jako ośrodek nośny dla suszenia wywaru. Nawet jeżeli pewnego procentu fermentowalnych węglowodanów albo udziałów cukru surowca nie doprowadzi się do procesu fermentacyjnego wraz z udziałami łupin powstającymi wraz jako otręby lub tym podobne, to sytuację tę równoważy się w ten sposób, że zacier jest bogatszy w fermentowalne węglowodany i w cukier, tak że można destylować alkohol o wyższej zawartości procentowej. Jednocześnie zmniejsza się zużycie energii na stanowisku destylacji.

W konwencjonalnych suszarkach, stosowanych do suszenia wywaru, część wysuszonego wywaru zawraca się jako materiał nośnikowy do procesu suszenia. Ten udział może być w ramach wynalazku zmniejszony lub zupełnie nie występować, po tym jak jako ośrodek nośnikowy bezpośrednio doprowadza się do suszarki udziały łupin (plewy albo otręby) oddzielone przy mieleniu. Ponieważ oddzielonych udziałów łupin nie doprowadza się do upłynniania, a zatem nie muszą być one suszone, zmniejsza się zużycie energii przez suszarkę i można stosować mniejsze suszarki niż dotychczas.

Aby na stanowisku mielenia móc wystarczająco oddzielać udziały łupin, celowo stosuje się młyn walcowy albo młyn strumieniowo-udarowy. Jako optimum między ulepszeniem procesu suszenia z jednej strony i wystarczającymi uzyskami alkoholu z drugiej strony, okazał się stosunek wagowy udziałów łupin oddzielonych udziałów łupin do mąki wynoszący od 1:9 do 2:8. Średnia wielkość ziarna zbóż mielonych w stanowisku mielenia powinna być większa niż 0,2 mm i wynosi celowo między 0,5 a 1 mm.

Przy wytwarzaniu alkoholu, najczęściej ziarnista skrobia zawarta w roślinnym materiale surowcowym musi być upłynniona względnie rozczyniona. Konwencjonalnie przebiega to przy dodaniu enzymów poprzez parę, która ogrzewa mąkę albo ewentualnie mąkę występującą w zawiesinie, powyżej jej temperatury kleikowania określonej przez materiał surowcowy. Po czasie przebywania pozwalającym na enzymatyczne upłynnienie, „słodki zacier powstający w etapie upłynniania musi być ponownie schładzany. Ewentualnie po etapie upłynniania może następować jeszcze etap wstępnej fermentacji lub scukrzania.

PL 208 636 B1

W konwencjonalnych stanowiskach upłynniania, skrobię podgrzewa się parą za pomocą podgrzewacza strumieniowego parowego zasilanego świeżą parą w jednym jedynym etapie, powyżej temperatury kleikowania. Do upłynniania potrzeba przy tym dla porównania dużo energii.

W drugim aspekcie, zapotrzebowanie na energię stanowiska upłynniania można znacząco zmniejszyć, jeśli stanowisko upłynniania obejmuje skraplacz mieszalnikowy domieszywujący parę do strumienia produktu rozdrobnionego surowca albo do jego zawiesiny, obejmujący przynajmniej jeden stopień mieszający oraz iniektor parowy (strumieniowy), przyłączony za skraplaczem mieszalnikowym, domieszywujący gorącą parę do strumienia produktu oraz chłodnicę rozprężającą dla strumienia produktu przyłączoną za iniektorem parowym (strumieniowym), obejmującą przynajmniej jeden stopień rozprężania. Skraplacz mieszalnikowy domieszywa do strumienia produktu rozprężaną parę z chłodnicy rozprężającej, zużywa zatem energię odzyskiwaną w chłodnicy rozprężającej ze strumienia produktu do częściowego ogrzania strumienia produktu przy upłynnianiu. W korzystnej postaci wykonania, skraplacz mieszalnikowy ogrzewa strumień produktu do temperatury poniżej temperatury kleikowania surowca, tak że iniektor parowy (strumieniowy) musi doprowadzić jedynie jeszcze energię nagrzewania, na przykład ze świeżej pary, dla resztkowego ogrzewania do powyżej temperatury kleikowania. Do tego resztkowego etapu ogrzewania potrzeba dla porównania mało energii.

Przynajmniej chłodnica rozprężająca jest korzystnie wykonana jako wielostopniowa, przy czym skraplacz mieszalnikowy domieszywa do strumienia produktu przynajmniej rozprężaną parę z pierwszego stopnia rozprężania chłodnicy rozprężającej. Nakład na aparaturę jest dla porównania niewielki, gdy skraplacz mieszalnikowy jest ukształtowany jako jednostopniowy a chłodnica rozprężająca jako dwustopniowa. Również rozprężana para z drugiego stopnia chłodnicy rozprężającej może być odzyskiwana dla celów procesowych.

Wykorzystuje się fakt, że temperatura kleikowania, przy której następuje upłynnianie skrobi surowca, mieści się w rzędzie wielkości 90°C, podczas gdy dla następującego potem scukrzenia koniecznych jest jedynie około 60°C, względnie temperatura fermentacji następującego potem tworzenia zacieru wynosi jedynie 35 do 40°C. Podczas dotrzymywanego czasu przebywania dla enzymatycznego upłynniania, który może wynosić między kilkoma minutami a około jedną godziną, można zapobiec stratom ciepła poprzez odpowiednie zabiegi izolacyjne. Szczególnie korzystnie pod względem wykorzystania skraplacza mieszalnikowego ogrzewanego oparami z rozprężania jest to, że nie są przewidziane żadne powierzchnie przenoszenia ciepła, mające w przypadku tradycyjnych sposobów upłynniania skłonność do zarastania osadem.

W trakcie fermentacji oprócz alkoholu powstaje również dwutlenek węgla - CO2, który jest częściowo rozpuszczony w zacierze. Dwutlenek węgla rozpuszczony w zacierze upośledza jednak funkcję kolumn destylacyjnych stanowiska destylacyjnego i wymaga częściowo konstrukcji związanych z nakładami, zwłaszcza dlatego, że sfermentowany zacier pieni się, gdy opuszcza go rozpuszczony w nim CO2. W nie mniejszym stopniu, CO2 uciekający w kolumnie destylacyjnej podwyższa stratę ciśnienia w kolumnie destylacyjnej.

W trzecim aspekcie wynalazku, można zmniejszyć nakład na aparaturę stanowiska destylacyjnego, gdy między stanowiskiem fermentacji a stanowiskiem destylacji umieszczone jest stanowisko odgazowania, w którym strumień produktu zacieru przebiega od góry do dołu przez stojącą wiązkę rur opróżnianą na jej dolnym końcu i rozpręża się w wiązce rur. Powstająca para rozciera pianę zacieru w wiązce rur, tak że kolumny destylacyjne mogą mieć prostszą budowę. Ponadto polepszeniu ulega system próżniowy kolumny destylacyjnej. Proces odgazowywania ulega wzmocnieniu, gdy strumień produktu zacieru przed wejściem we wiązkę rur przechodzi przez przenośnik ciepła podgrzewający zacier. Ponadto, zacier zostaje doprowadzony już bliżej temperatury destylacyjnej.

Konwencjonalnie, kolumny destylacyjne ogrzewa się świeżą parą. W czwartym aspekcie, wynalazek pokazuje sposób, jak dla ogrzewania kolumny destylacyjnej można użyć energię powstającą już w inny sposób w instalacji do wytwarzania alkoholu. W tym celu przewiduje się, że stanowisko suszenia obejmuje suszarkę końcowo suszącą wywar o temperaturze punktu rosy powyżej 95°C, korzystnie 100°C do 105°C, zaś stanowisko destylacji ma kolumnę destylacyjną ogrzewaną parą odlotową suszarki. Parą odlotową takiej suszarki można ogrzać przynajmniej wyłącznie kolumnę destylacyjną, dającą surowy alkohol, zwłaszcza gdy ta kolumna destylacyjna nie ma zbyt dużych strat ciśnienia, przy czym można to uzyskać jak wyjaśniono powyżej za pomocą odgazowania CO2 zacieru doprowadzanego do tej kolumny destylacyjnej. Wysokie temperatury punktu rosy gazu odlotowego można otrzymać specjalnie za pomocą suszarki, wytwarzającej parę odlotową zasadniczo nie zawierającą

PL 208 636 B1 powietrza. Taka suszarka może być przykładowo wykonana jako suszarka na gorącą parę wodną eksploatowana przegrzaną parą.

Powyżej wyjaśniono, jak poprzez oddzielanie udziału łupin w przypadku zbóż jako materiału surowcowego do wytwarzania alkoholu może być zmniejszona suszarka. Ewentualnie, to zmniejszenie suszarki prowadzi do tego, że nie może ona wytworzyć bez problemu wystarczających energii pary odlotowej dla podgrzania kolumny destylacyjnej. Piąty aspekt wynalazku wskazuje sposób, jak można w tym celu odzyskać dalszą energię cieplną dla ogrzewania kolumny destylacyjnej ze zużywanego zresztą ciepła procesowego.

Okazało się, że energia resztkowa alkoholu odwadnianego w stanowisku dehydrogenacji wystarcza dla wyrównania ewentualnego deficytu energii stanowiska destylacyjnego. W piątym aspekcie wynalazku przewiduje się, że stanowisko destylacji zawiera pierwszą kolumnę destylacyjną ogrzewaną zwłaszcza parą odlotową stanowiska suszenia, do której przyłączone jest stanowisko dehydrogenacji odwadniające jej strumień produktu-surowego alkoholu, zaś w pośrednim poziomie pierwszej kolumny destylacyjnej powyżej jej poziomu doprowadzania zacieru przyłączona jest druga kolumna destylacyjna, ogrzewana przez przenośnik ciepła ciepłem odwodnionych oparów alkoholu ze stanowiska dehydrogenacji.

W takim układzie „Side-Stripper, w drugiej kolumnie destylacyjnej nie destyluje się już alkoholu z zacieru, lecz oddziela się z substratu alkoholu-wody przy odpowiednio zmniejszonej energii destylacji.

W korzystnej postaci wykonania wynalazku, przenośnik ciepła przyporządkowany drugiej kolumnie destylacyjnej jest ukształtowany jako wyparka ze spływającą warstewką cieczy ogrzewana odwodnionymi oparami alkoholowymi ze stanowiska dehydrogenacji, do której doprowadza się wodę lutrynkową z kotła drugiej kolumny destylacyjnej w celu odwadniania w obiegu. Substrat alkoholu-wody zawrócony z drugiej kolumny destylacyjnej do pierwszej kolumny destylacyjnej jest zgodnie z tym bogatszy w alkohol niż substrat doprowadzany z pierwszej kolumny destylacyjnej do drugiej kolumny destylacyjnej.

W przypadku stanowiska dehydrogenacji chodzi korzystnie o sito molekularne, do którego doprowadza się surowy alkohol ewentualnie po podgrzaniu pod wyższym ciśnieniem niż zwykle, zwłasz₅ cza przy ciśnieniu wynoszącym powyżej 1,7-10 Pa, gdy sito molekularne eksploatuje się przy takim podwyższonym ciśnieniu, można otrzymać wtedy temperatury ciepła odlotowego odwodnionych oparów alkoholowych powyżej 90°C, i jak powyżej wyjaśniono, wykorzystać do ogrzewania przenośnika ciepła wykonanego korzystnie jako wyparka ze spływającą warstewką cieczy.

Pomysł, aby zastosować resztkowe ciepło odwodnionego strumienia produktu alkoholu w prowadzeniu procesu w innym miejscu, można również zrealizować w inny sposób, przykładowo do ulepszenia sprawności suszenia wywaru. W szóstym aspekcie przewiduje się, że stanowisko suszenia obejmuje oddzielacz rozdzielający wywar na strumień produktu wywaru - soku rzadkiego i strumień produktu wywaru - substancji stałej, przykładowo dekanter (wirówkę sedymentacyjną) lub tym podobne, oraz wyparkę odparowującą strumień produktu wywaru - soku rzadkiego w strumień produktu wywaru - soku gęstego. Stanowisko suszenia obejmuje ponadto suszarkę suszącą na gotowo wywarsok gęsty razem z wywarem-substancją stałą tworząc wywar suszony. Jeśli również tutaj, za stanowiskiem destylacji umieszczone jest stanowisko dehydrogenacji odwadniające jego strumień produktu surowego alkoholu, to przynajmniej jeden stopień wyparny wyparki odparowującej strumień produktu wywaru rzadkiego soku, ogrzewa się ciepłem oparów alkoholowych odwodnionych w stanowisku dehydrogenacji.

Wyparka może być przykładowo zbudowana jako dwustopniowa i może obejmować wyparkę wstępną oraz końcową, przy czym wówczas wyparkę końcową ogrzewa się odwodnionymi oparami alkoholowymi ze stanowiska dehydrogenacji. Wyparka wstępna ma celowo takie wymiary, że zatęża napływający wywar-sok rzadki wstępnie do stężenia substancji stałej od 17% do 24%, podczas gdy wyparka końcowa zagęszcza ten wstępny koncentrat w sok gęsty (syrop) o zawartości substancji stałej wynoszącej przykładowo 25 do 50% w zależności od surowca i dodanych enzymów.

Również w ostatnim wymienionym aspekcie, stanowisko dehydrogenacji wykonane jest korzystnie jako sito molekularne, do którego doprowadza się odwodniony i ewentualnie podgrzany do ₅ temperatury powyżej 90°C surowy alkohol przy ciśnieniu powyżej 1,7-10⁵ Pa.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat blokowy instalacji do wytwarzania alkoholu z surowców roślinnych według wynalazku, fig. 2 - schemat blokowy stanowiska skraplacza instalacji, fig. 3 - schemat blokowy stanowiska odgazowywania instalacji, fig. 4 - schemat blokowy stanowiska destylacji z następującym potem sta6

PL 208 636 B1 nowiskiem dehydrogenacji instalacji, a fig. 5 przedstawia schemat blokowy wyparki końcowej przewidzianej w instalacji według fig. 1 do suszenia wywaru.

Instalacja przedstawiona na fig. 1 pozwala na wytwarzanie odwodnionego alkoholu etylowego z surowców roślinnych, zawierających węglowodany i/lub cukier, w przypadku zbóż, jak na przykład ziaren zboża i kukurydzy, w sposób wielkoprzemysłowy z wyraźnie zmniejszonym nakładem energetycznym w porównaniu z tradycyjnymi instalacjami. Instalacja obejmuje stanowisko mielenia 1, które miele zboża doprowadzane przewodem 3 jako surowiec, oddzielając przynajmniej część łupiny otaczającej ziarno zawierające skrobię i/lub cukier na mąkę o średniej wielkości ziarna powyżej 0,2 mm, celowo 0,5 do 1 mm. Stanowisko mielenia 1 jest wykonane korzystnie jako młyn walcowy albo młyn strumieniowo-udarowy. Przykłady takich młynów opisane są na przykład w „Ullmanns Encyclopadie der technischen Chemie, trzecie wydanie, 1951 wydawnictwo Urban und Schwarzenberg, tom 1, strona 622, 623, 633, 634. Celowo, stanowisko mielenia 1 jest tak ustawione, że uzyskuje się udziały łupin do udziału mąki w stosunku wagowym od 1:9 do 2:8 w przewodzie 5 dla poniżej bliżej wyjaśnionego, dalszego wykorzystania.

Mąkę ewentualnie po szlamowaniu doprowadza się przewodem 7 do stanowiska upłynniania 9, w którym upłynnia się zazwyczaj ziarnistą skrobię mąki dodając enzymy i wskutek tego nadaje się jej postać fermentowalną. Skrobię ogrzewa się przy tym doprowadzając parę 11 najpierw powyżej temperatury kleikowania zależnej od surowca, a następnie ponownie schładza się. Temperatury kleikowania dla jęczmienia, pszenicy albo żyta mają rząd wielkości 80°C, dla kukurydzy około 75°C, a dla owsa 85°C. Stanowisko upłynniania 9 zostanie bliżej przedstawione na fig. 2 rysunku.

Słodki zacier powstający na stanowisku upłynniania 9, po ochłodzeniu do temperatury scukrzania wynoszącej około 60°C, scukrza się dodając enzymy w czasie przebywania od 0,2 do 5 godz., a następnie po dalszym ochłodzeniu do temperatury fermentacji wynoszącej około 35 do 40°C, dodając drożdże i ewentualnie kolejne enzymy fermentuje się tworząc alkohol. Ewentualnie etap scukrzania może nie występować, przy czym wówczas słodki zacier chłodzi się na stanowisku upłynniania 9 bezpośrednio do temperatury fermentacji.

Na stanowisku fermentacji 13 powstaje przy fermentacji oprócz alkoholu również dwutlenek węgla - CO₂, rozpuszczający się częściowo w zacierze powstającym podczas fermentacji. Dwutlenek węgla upośledza funkcję kolumn destylacyjnych stanowiska destylacyjnego 15, w którym oddziela się alkohol powstały w zacierze wskutek fermentacji. Zacier doprowadza się zatem do stanowiska destylacji 15 poprzez stanowisko odgazowywania 17, w którym oddziela się CO₂ rozpuszczony w zacierze, a ponadto zacier odpienia się. Szczegóły stanowiska odgazowywania wyjaśnione zostaną poniżej na fig. 3 rysunku.

Na stanowisku destylacji 15 zacier ogrzewa się, przy czym, jak zostanie poniżej bliżej wyjaśnione, największą część potrzebnej w tym celu energii otrzymuje się z ciepła odlotowego innych etapów procesu, zwłaszcza pary odlotowej 19 suszarki 21, suszącej na gotowo wywar powstający jako pozostałość procesu destylacyjnego prowadzony przewodem 23, w suchy produkt końcowy (DDGS), dający się stosować ze względu na swą wysoką zawartość protein jako pasza dla zwierząt. Powstający wywar prowadzony przewodem 23 rozdziela się najpierw w oddzielaczu 25, przykładowo dekanterze na strumień produktu-rzadkiego soku 27 i na strumień produktu-substancji stałej 29. Strumień produktu-rzadkiego soku 27 doprowadzając energię 33 najpierw odparowuje się w wyparce 31 tworząc strumień produktu-gęstego soku 35, a następnie strumień produktu-gęstego soku 35 i strumień produktu-substancji stałej 29 doprowadza się wraz ze strumieniem produktu-udziału łupin 5 oddzielonym w stanowisku mielenia 1 do suszarki 21 ogrzewanej energią obcą 37 w celu końcowego suszenia. Powstający przy tym wywar suszony zbiera się w przewodzie 39. Szczegóły wytwarzania wywaru suszonego opisane są na przykład w czasopiśmie „Die Branntweinwirtschaft maj 1976, strony 138 do 141.

Para odlotowa wytworzona w suszarce ma temperaturę punktu rosy powyżej 95°C, korzystnie 100 do 105°C, pracuje zatem zasadniczo bez zawartości powietrza. Odpowiednie są zwłaszcza suszarki na przegrzaną parę wodną albo suszarki do materiałów sypkich, jak opisano przykładowo w wymienionej pozycji literatury „Ullmann's Encyclopadie der technischen Chemie, strony 577 i 601. Suszarka 21 wytwarza w ten sposób parę odlotową o temperaturze pozwalającej na destylację alkoholu na stanowisku destylatora 15.

Udział łupin (otręby) oddzielonych na stanowisku mielenia 1 doprowadza się bezpośrednio do suszarki 21, nie poddaje się go zatem upłynnianiu i nie trzeba go ponownie suszyć po utworzeniu zacieru. Udział łupin surowca służy raczej w suszarce 21 jako materiał nośny dla strumienia produktuPL 208 636 B1

-substancji stałej 29 oraz strumienia produktu-gęstego soku 35. W ten sposób można zmniejszyć udział wywaru suszonego, który w konwencjonalnym sposobie suszenia zawraca się jako materiał nośny dla procesu suszenia. Suszarka 21 może mieć przy tym mniejsze wymiary i zmniejsza się zapotrzebowanie na energię względnie zużycie pary suszarki 21. Oddzielanie udziałów łupin prowadzonych przewodem 5 na stanowisku mielenia 1 podwyższa ponadto zawartość skrobi w mące faktycznie doprowadzanej do upłynniania, co podwyższa zawartość alkoholu w zacierze, uzyskiwanego w stopniu fermentacji 13 podczas fermentacji i wskutek tego zmniejsza się zużycie energii podczas destylacji zacieru.

Wyjaśnione powyżej zmniejszenie suszarki 21 może w odosobnionym przypadku prowadzić do tego, że ciepło jej pary odlotowej wykorzystane do procesu destylacji stopnia destylacji 15 nie wystarczy do przeprowadzenia całego procesu destylacji. Jak zostanie jeszcze szczegółowo przedstawione na podstawie fig. 4 rysunku, w celu pokrycia ewentualnego deficytu energetycznego można użyć ciepło odlotowe stopnia dehydrogenacji 45 przyjmującego surowy alkohol ze stanowiska destylacyjnego 15 przewodem 43. Stopień dehydrogenacji 45 jest wykonany korzystnie jako sito molekularne i wydaje odwodorniony alkohol etylowy jako produkt końcowy do przewodu 47. Sito molekularne eksploatuje się przy tym przy ciśnieniu przynajmniej 1,7-10⁵ Pa, w celu otrzymania temperatury ciepła odlotowego powyżej 90°C, wykorzystywanego w procesie destylacji.

W przypadku, gdy zapotrzebowanie na ciepło procesowe stanowiska destylatora 15 jest pokryte już przez samą suszarkę 21, wtedy ciepło odlotowe stanowiska dehydrogenacji 45 może być wykorzystane w procesie wytwarzania alkoholu w inny sposób. Korzystne wykorzystanie możliwe jest w wyparce 31 przy suszeniu wywaru. Wyparka 31 obejmuje w tym celu przykładowo wstępną wyparkę 49, eksploatowaną przykładowo świeżą parą, korzystnie jednak za pomocą mechanicznego sprężania oparów, wstępnie zatężającą udział substancji stałej w rzadkim soku-wywarze napływającym przewodem 27 do 17% do 24%, podczas gdy dołączona w strumieniu produktu wyparka końcowa 51 przyczynia się do dalszego stężenia udziału substancji stałej do 25% do 50% w zależności od surowca lub dodanych enzymów. O ile energia ciepła odlotowego ze stanowiska dehydrogenacji 45 nie jest konieczna w stanowisku destylacji 15, może ona, jak przedstawiono w przewodzie 41', być użyta również do ogrzewania wyparki końcowej 51. Przy tym, jedynie wyparka wstępna 49 musi być ogrzana energią elektryczną, w przypadku mechanicznego sprężania oparów, doprowadzoną przewodem 33 do wyparki 31. Szczegóły wyparki końcowej 51 zostaną przedstawione na fig. 5 rysunku.

Na fig. 2 przedstawione są szczegóły stanowiska upłynniania 9. Obejmuje ono skraplacz mieszalnikowy 53, ogrzewający mąkę prowadzoną przewodem 55 ze stanowiska mielenia 1 ewentualnie w zeszlamowanej postaci i zaopatrzoną w enzymy konieczne do upłynniania, do temperatury poniżej temperatury kleikowania surowca użytego do wytwarzania alkoholu. Tak podgrzany produkt miesza się w iniektorze parowym (strumieniowym) 57 ze świeżą parą 59 i wskutek tego ogrzewa się do temperatury powyżej temperatury kleikowania surowca i doprowadza się do odcinka przebywania 61, gdzie utrzymuje się go pewien czas wynoszący na przykład 0,1 do 1 godziny powyżej temperatury kleikowania albo upłynniania. Następnie, upłynniony produkt chłodzi się w wielostopniowej chłodnicy rozprężającej 63 do temperatury potrzebnej do dalszej obróbki słodkiego zacieru powstającego na wylocie 65. Rozprężoną parę zbierającą się w pierwszym stopniu 67 chłodnicy rozprężającej 63 doprowadza się bezpośrednio przewodem 69 do skraplacza mieszalnikowego 53. Możliwe jest przy tym odzyskanie ciepła, bez potrzeby stosowania powierzchni przenoszących ciepło mających skłonność do zarastania osadem. Przyłączony poprzez syfon wyrównania ciśnienia 71 do pierwszego stopnia rozprężania 67 chłodnicy rozprężającej 63, drugi stopień rozprężania 73 chłodnicy rozprężającej 63, wydający słodki zacier przewodem 65, doprowadza swą rozprężoną parę do przenośnika ciepła 75 dla odzyskiwania ciepła w inny sposób.

Skraplacz mieszalnikowy 53 ogrzewa produkt do temperatury kilku stopni Celsjusza poniżej temperatury kleikowania tak, że iniektor parowy (strumieniowy) może, z porównywalnie niewielkim zużyciem pary, podwyższyć temperaturę produktu o kilka stopni powyżej temperatury kleikowania. Zapotrzebowanie na energię skraplacza mieszalnikowego 53 może być przy tym całkowicie pokryte poprzez rozprężoną parę chłodnicy rozprężającej 9.

W niniejszym przykładzie wykonania jedynie chłodnica rozprężająca 9 wykonana jest wielostopniowo. Należy rozumieć, że również skraplacz mieszalnikowy 53 może mieć wiele stopni, zaopatrywanych wówczas rozprężoną parą, każdorazowo osobno przez poszczególnie przyporządkowane stopnie chłodnicy rozprężającej.

PL 208 636 B1

Na fig. 3 przedstawiono szczegóły stanowiska odgazowania 17. Zacier zawierający alkohol, doprowadzony przewodem 77 ze stanowiska fermentacji 13 najpierw podgrzewa się w przenośniku ciepła 79, a następnie rozpyla się na górnym końcu rozprężacza z wiązką rur 81, ustawionego swą wiązką rur do góry, tak że może on rozprężyć się w rurach, zanim odgazowany zacier, za pomocą pompy wyładowczej 83, zostanie odciągnięty z kotła przylegającego do dolnego końca wiązki rur i doprowadzony do stanowiska destylacji 15. Kocioł 85 tworzy pierwszy oddzielacz, komunikujący się z umieszczonym z boku oddzielaczem cieczy 87. Oddzielacz cieczy 87 jest przewodem 89 przyłączony do układu próżniowego, odciągającego CO₂ oraz parę wodną i opary alkoholowe. Układ jest tak dobrany, że na dolnym końcu wiązki rur powstaje podciśnienie, a zacier płynie przez wiązkę rur z prędkością wynoszącą od około 20 do 60 m/s. Wspiera to odgazowanie zacieru i zabiega zwłaszcza o to, że para powstająca przy rozprężaniu rozciera pianę zacieru. Ponieważ zacier jest odgazowany, przedstawiona poniżej kolumna destylacyjna stanowiska destylacji 15 może mieć prostszą budowę, a także system próżniowy kolumny destylacyjnej ulega uproszczeniu. Wiąże się z tym również zmniejszenie spadku ciśnienia w kolumnie destylacyjnej.

Szczegóły stanowiska destylacyjnego 15 przedstawione są na fig. 4. Stanowisko destylacyjne 15 obejmuje pierwszą kolumnę rektyfikacyjną albo destylacyjną 91, do której na pośrednim poziomie w 93 doprowadza się odgazowany zacier ze stanowiska odgazowania 17. Para odlotowa z suszarki 21 doprowadzona przewodem 95 zasila przenośnik ciepła 97, przez który prowadzi się w obiegu za pomocą pompy cyrkulacyjnej 101, wywar zbierający się w kotle 99 kolumny destylacyjnej 91 i ogrzewa się go. Z kotła 99 w przewodzie 103 odciąga się ponadto wywar doprowadzony do separatora 25 dla procesu suszenia. W górnym obszarze kolumny destylacyjnej 91 prowadzi się w znany sposób w obiegu mieszaninę pary-cieczy zawierającą alkohol i wodę przez kondensator 105 i odciąga się w elemencie 107 za pomocą pompy 109 jako surowy alkohol zawierający wodę. Odciągnięty surowy alkohol ogrzewa się w wyparce 111 do temperatury powyżej 90°C i doprowadza się pod ciśnieniem pompy 109 do sita molekularnego 113 tworzącego stanowisko dehydrogenacji 45. Sito molekularne 113 odwadnia surowy alkohol i podaje w przewodzie 115, jako produkt końcowy wytwarzania alkoholu alkohol etylowy niezawierający wodę. Istotne jest, że pompa 109 podwyższa ciśnienie w sicie molekularnym 113 do powyżej 1,7-10 Pa, aby w ten sposób móc wykorzystać strumień produktu będący do dyspozycji w przewodzie 115 z odwodornionych oparów alkoholowych do odzyskiwania ciepła odlotowego w opisany poniżej sposób.

Podczas gdy kolumnę destylacyjną 91 zaopatruje się wyłącznie ciepłem odlotowym z suszarki 21, drugą kolumnę destylacyjną 117, połączoną w sposób „side strippers z kolumną destylacyjną 91, zaopatruje się zasadniczo wyłącznie poprzez ciepło odlotowe ciepłem procesowym odwodnionych oparów alkoholowych opuszczających sito molekularne 113. Kolumna destylacyjna 117 pobiera na poziomie powyżej poziomu doprowadzania zacieru 93 kolumny destylacyjnej 91 mieszaninę alkoholu/wody, którą doprowadza się przewodem 119 do czoła kolumny destylacyjnej 117, a po wzbogaceniu alkoholem zawraca się do kolumny destylacyjnej 91 na poziomie 121, przewodem położonym nieco głębiej. Kocioł 123 kolumny destylacyjnej 117, zasadniczo nie zawierający zacieru zawiera wodę luterkową, prowadzoną za pomocą pompy cyrkulacyjnej 125 w obiegu przez wyparkę 127 ze spływającą warstewką cieczy, tak że w przewodzie 129 może być odciągnięta woda z kolumny destylacyjnej 117. Wyparka 127 ze spływającą warstewką cieczy ogrzewana jest zagrzanymi do przynajmniej 90°C niezawierającymi wody oparami alkoholowymi z sita molekularnego 113, przy czym niezawierające wody opary alkoholowe doprowadza się przewodem 131, a przewodem 133 odprowadza się jako ochłodzony produkt końcowy instalacji do wytwarzania alkoholu. Przykłady odpowiednich wyparek ze spływającą warstewką cieczy opisane są przykładowo w CH 510 450 albo DE 1 519 714 A. Przykład sita molekularnego opisany jest w US 4 407 662.

Wyjaśnione powyżej stanowisko destylacyjne 15 może, ze względu na odzyskiwanie ciepła ze strumienia produktu odwodnionego alkoholu etylowego, być eksploatowane również wtedy, gdy suszarka 21 przy zmniejszeniu pojemności suszarki, ze względu na doprowadzanie udziału otrębów i łupin surowca oddzielanego w stanowisku mielenia, nie dostarcza wystarczającej ilości energii dla eksploatacji całego procesu destylacyjnego. Jeśli jednak ciepło odlotowe suszarki 21 jest wystarczające, wtedy ciepło odlotowe sita molekularnego 113 można również odzyskać w inny sposób, zwłaszcza jako ciepło procesowe w wyparce końcowej 51

Na fig. 5 przedstawiono, jak opary etanolu, odwodnione w sicie molekularnym 113 w temperaturze powyżej 90°C i przy ciśnieniu powyżej 1,7-10 Pa, przewodem 135 doprowadza się do przenośnika ciepła 137 wykonanego jako element grzejny wyparki z obiegiem wymuszonym i tam ogrzewa sok

PL 208 636 B1 wywarowy wstępnie zagęszczony we wstępnej wyparce 49, prowadzony w obiegu przez pompę cyrkulacyjną 139 przez przenośnik ciepła 137 i pojemnik rozprężający 141, doprowadzany przewodem 143 do obiegu zatężania. Pompa wyładowcza 145 pobiera sok zagęszczonego wywaru w miejscu usytuowanym w obiegu przed dopływem soku i doprowadza go do suszarki 21. Para wodna powstająca w pojemniku rozprężającym 141, doprowadzana jest przewodem 147 do nie przedstawionego bliżej układu kondensacyjnego albo do kolejnej wyparki. Odwodnione opary alkoholowe, ochłodzone w przenośniku ciepła 137 odprowadza się za pomocą pompy wyładowczej 149, przyłączonej do przenośnika ciepła 137 ewentualnie poprzez zbiornik wyrównawczy albo odbieralnikowy 151, jako produkt końcowy wytwarzania alkoholu.

Claims (17)

1. Instalacja do wytwarzania alkoholu z surowców zbożowych, obejmująca stanowisko mielenia, mielące na mąkę przynajmniej ziarno zbóż zawierające skrobię i/lub cukier, stanowisko upłynniania roztwarzające mąkę do postaci surowca upłynnionego, stanowisko fermentacji fermentujące upłynniony surowiec w zacier, stanowisko destylacji oddzielające alkohol z zacieru, stanowisko suszenia dla wywaru powstającego na stanowisku destylacji, znamienna tym, że stanowisko mielenia (1) miele na mąkę zboża przy oddzielaniu przynajmniej części udziałów łupin otaczających ziarno a oddzielone udziały łupin są doprowadzane do stanowiska suszenia jako ośrodek nośny dla suszenia wywaru, przy czym stanowisko suszenia obejmuje wyparkę (31) i suszarkę (21) suszącą końcowo powstały na stanowisku destylacji (15) wywar o temperaturze punktu rosy powyżej 95°C, korzystnie 100° do 105°C, zaś stanowisko destylacji (15) obejmuje kolumnę destylacyjną (91) ogrzewaną parą odlotową suszarki (21).

2. Instalacja według zastrz. 1, znamienna tym, że stanowisko mielenia (1) zawiera młyn walcowy albo młyn strumieniowo-udarowy.

3. Instalacja według zastrz. 1, znamienna tym, że do wytwarzania alkoholu z surowców roślinnych, zwłaszcza zbóż zmielonych na mąkę, jest stanowisko upłynniania (9) rozczyniające w surowcu węglowodany i/lub cukier, ze skraplaczem mieszalnikowym (53), domieszywającym parę do strumienia produktu rozdrobnionego surowca albo jego zawiesiny, obejmującym przynajmniej jeden stopień mieszający, z strumieniowym iniektorem parowym (57) przyłączonym za skraplaczem mieszalnikowym (53), domieszywującym gorącą parę do strumienia produktu i z chłodnicą rozprężającą (63) przyłączoną za strumieniowym iniektorem parowym (57), obejmującą przynajmniej jeden stopień rozprężania (67, 73), dla strumienia produktu, przy czym skraplacz mieszalnikowy (53) domieszywa rozprężaną parę z chłodnicy rozprężającej (63) do strumienia produktu.

4. Instalacja według zastrz. 3, znamienna tym, że przynajmniej chłodnica rozprężająca (63) jest wielostopniowa, a skraplacz mieszalnikowy (53) domieszywa do strumienia produktu przynajmniej rozprężaną parę z pierwszego stopnia rozprężania (67) chłodnicy rozprężającej (63).

5. Instalacja według zastrz. 4, znamienna tym, że skraplacz mieszalnikowy (53) jest jednostopniowy a chłodnica rozprężająca (63) jest dwustopniowa.

6. Instalacja według zastrz. 3 albo 4 albo 5, znamienna tym, że skraplacz mieszalnikowy (53) ogrzewa strumień produktu do temperatury poniżej temperatury kleikowania surowca, a strumieniowy iniektor parowy (57) ogrzewa strumień produktu do temperatury powyżej temperatury kleikowania surowca.

7. Instalacja według zastrz. 1, znamienna tym, że między stanowiskiem fermentacji (13) a stanowiskiem destylacji (15) umieszczone jest stanowisko odgazowania (17), w którym strumień produktu zacieru przebiega od góry do dołu ustawioną pionowo wiązką rur (81) opróżnianą na jej dolnym końcu, i rozpręża się w wiązce rur (81).

8. Instalacja według zastrz. 7, znamienna tym, że strumień produktu zacieru przed wejściem w wiązkę rur (81) przebiega przez przenośnik ciepła (79) wstępnie ogrzewający zacier.

9. Instalacja według zastrz. 1, znamienna tym, że suszarka (21) jest suszarką na przegrzaną parę wodną.

10. Instalacja według zastrz. 1, znamienna tym, że stanowisko destylacji (15) zawiera pierwszą kolumnę destylacyjną (91), ogrzewaną zwłaszcza parą odlotową stanowiska suszenia obejmującego suszarkę (21) i wyparkę (31), do której przyłączone jest stanowisko dehydrogenacji (45) odwadniające jej strumień produktu surowego alkoholu, zaś powyżej pośredniego poziomu (93) doprowadzania za10

PL 208 636 B1 cieru pierwszej kolumny destylacyjnej (91) przyłączona jest druga kolumna destylacyjna (117), ogrzewana przez przenośnik ciepła (127) ciepłem odwodnionych oparów alkoholu ze stanowiska dehydrogenacji (45).

11. Instalacja według zastrz. 10, znamienna tym, że przenośnik ciepła (127) stanowi wyparka ze spływającą warstewką cieczy ogrzewana odwodnionymi oparami alkoholowymi ze stanowiska dehydrogenacji (45).

12. Instalacja według zastrz. 10 albo 11, znamienna tym, że stanowisko dehydrogenacji (45) obejmuje sito molekularne (117).

13. Instalacja według zastrz. 12, znamienna tym, że sito molekularne (117) eksploatuje się przy ciśnieniu wynoszącym 1,7-10⁵ Pa lub więcej.

14. Instalacja według zastrz. 1, znamienna tym, że stanowisko suszenia obejmuje oddzielacz (25) rozdzielający wywar na strumień produktu wywaru - soku rzadkiego i strumień produktu wywaru - substancji stałej, wyparkę (31) odparowującą strumień produktu wywaru - soku rzadkiego w strumień produktu wywaru - soku gęstego oraz suszarkę (21) suszącą wywar-sok gęsty razem z wywarem-substancją stałą tworząc wywar suszony, natomiast za stanowiskiem destylacji (15) umieszczone jest stanowisko dehydrogenacji (45) odwadniające strumień produktu surowego alkoholu, zaś wyparka (31) ma przynajmniej jeden stopień wyparny (51), ogrzewany ciepłem odwodnionych oparów alkoholowych ze stanowiska dehydrogenacji.

15. Instalacja według zastrz. 14, znamienna tym, że wyparka (31) obejmuje podgrzewacz wody odparowujący (49) i wyparkę końcową (51), a wyparka końcowa (51) ogrzewana jest odwodnionymi oparami alkoholu ze stanowiska dehydrogenacji (45).

16. Instalacja według zastrz. 14 albo 15, znamienna tym, że stanowisko dehydrogenacji (45) obejmuje sito molekularne (117).

17. Instalacja według zastrz. 16, znamienna tym, że sito molekularne (117) eksploatuje się przy ciśnieniu wynoszącym 1,7-10⁵ Pa lub więcej.