SE425507B - Metod for framstellning av en flyktig organisk forening genom forjesning samt efter transport fran forjesningskerlet separation vid reducerat tryck - Google Patents

Description

7 8 0 1 'I 5 4- 3 2 hålla, den reducerade trycknivån.

Då etylalkohol och vattenånga kondenseras, utövar närvarande koldioxid en ogynn- sam effekt på kondenseringsförhållandena.

Vid alkoholjäsning är det frigjorda förjäsningsvärmet av storleksordningen 287 kcal/kg bildad etylalkohol. Vid reducerat tryck vid normala förjäsningstempe- raturer, kräver ånga-vätskejämviktsförhållandena för förângrxing av en blandning av etylalkohol och vatten ytterligare värmetillförsel. Denna. värmetillförsel varierar beroende på koncentrationen av etylalkohol och vatten i förjäsnings- vätskan .

Išen narrf: :Ia :u-:toden att tillföra värme i ett förjäsningskärl för att uppnå för- ' ångningsförhållanden är med varmt vatten på. insidan av spíraler djupt ner i för- jäsningsvätskan. För att inte förstöra jästens aktivitet är det vanligen nöd- vaftaigt. ett inte tillät-e vemvettnete temperatur ett averekriae 4o°c. Genom ett använda det këšnnbara :årmet i en varmvattenkälla, eller annan värmekälla, för att åstadkomma väx-metillskottet till förjäsningsvätskan, är endast en liten temperaturdifferens möjlig. Detta förhållande nödvändiggör stora volymer av värme- medium och följaktligen en stor yta för att nå tillräcklig värmeövsrföring. Ändamålet med föreliggande uppfinning är att åstadkomma en metod av det inled- ningsvis nämnda slaget, vilken medger, att ett substrat med relativt hög halt förjäsbara kolhydrater användes, och vilken ej uppvisar de nämnda nackdelarna, som är karaktäristiska för känd teknik, nämligen hög energikonsumtion för upp- rätthållande av ett lågt tryck i förjäsningskärlet, resp. behovet av ett värme- medium med relativt låg temperatur.

Enligt uppfinningen kara? 'írisef-a en .rlian metcd av att en del av förjiisnings- erat under vakuum stående všštnzc ;; *.~-f<*..~1~_.~'-rt<;-r=1.= ”rån förjäsningskširlet till ett sep. kširrï, varifrån den bildade organiska föreningen avlägsnas i ångform vid reducerat tryck vid eller nära förjäsningstemperaturen.

Vid metoden enligt föreliggande uppfinning tillåts större delen av den koldioxid, som bildas under förjäsningen att avgå från förjäsningskärlet på normalt sätt frânugasutrymnet ovanför väiskeytan. Endast själva vätskan utsättas för reducerat' tryck, genom att en del av förjäsningsvätskan transporteras' från förjäsningskärlet till ett separat under vakuumf stående käfl, varifrån bildade organiska föreningar avlägsnas i ångform vid reducerat trywfe; eller nära förjäsningstemperaturen. En viss del absorberade gaser såsom koldioxid medföres också till det separata, under vakuum stående kärlet, där dessa desorberas. , 7so11s4-s Genomlatt avlägsna större delen av koldioxiden innan förjäsningsvätskan för reducerat tryck, kan kondenseringsutrustningen för kondensering av ångorna till vätska utföras med mindre yta på grund av förbättring av värmeöverförings- kondenseringsfilmförhållandena. Även daggpurxkten för de blandade gaserna och ångorna höjs genom frånvaron av en stor andel koldioxid.

På samma gång kan storleken på utrustningen för åstadkommande och upprätthållande av den behövliga reducerade trycknivån göras mycket mindre, vilket medför mindre ef f ektförbrulming .

Enligt föreliggande uppfinning kan man genom att använda ett separat kärl, stående under reducerat tryck, för avdrivning av ångor och gaser från vätskan, åstadkomma en konstant tryckhöjd vid vätskeångytan genom fördämning-ar eller nedledningsrör.

Genom att transportera vätskan kontinuerligt till detta ângavdrivningskärl och låta den återstående vätskan återvända till förjäsningslrärlet, eller ledas till ett annat kärl, kan uppehållstiderz göras kort. Därför kan man anordna värmeytan på ett lämpligt djup i vätskan, och eftersom vätskans kokpunkt är en funktion av dess sammansättning, yttrycket och vätskedjupet, kan värmetillförseln ske på annat sätt än med kännbar värme. f..

I ett ångavdrivningskärl, i vilket vätskeinnehållet uppvisar en täthet av omkring 1,150 skulle en kokpuzzktsförhöjning av 500 representera ett vätskedjup av omkring 14 om. Vätskekolming genom detta djup kan förekomma utan att jästens förjäsnings- kapacitet påverkas allvarligt.

Om koktiden kort, som 50 sekunder, koktemperaturer upp till 5000 tillåtas utan att jästens förjäsningskapacitet pâverkas allvarligt, då temperaturen åter- föres till det normala förjäsningstemperaturområdet.

Hög värmeöiferföringskapacitet kan åstadkommas genom att kondenserande ånga används som värmekälla, eller någon annan form av värmetillförsel, företrädesvis med kon- densering. För att förhindra avsättningar och/eller jästnedbrytning på. den yttre värzneöverföringsytan, rekommenderas lågtrycksånga, vilkens temperatur ej bör över- stiga. 7500. Beroende på den totala värxneöverföringskoefficienten och den avdrivna vätskans natur, kan man använda högre ångtemperaturer.

Enligt en föredragen utföringsform av metoden enligt uppfinningen transporteras förjäsningsvätska kontinuerligt till det separata under vakuum stående kärlet och därifrån tillbaka till förjäsningskärlet och/eller ett andra förjäsningskärl, eller avledes från systemet. Förjäsníngen kan i och för sig ske satsvis. Med för- jäsningskärl menas i detta sammanhang antingen en enda förjäsningstazik, eller två. 7801134-3 4 eller flera sådana, kopplade i serie. En tubulär förjäsningsreaktör för "plifglflofifl- drift är även tänkbar.

Enligt en lämplig utföringsform av metoden enligt uppfinningen uttages en del av förjäsningsvätskan nära under vätskeytan i förjäsningkärlet för transport till det separata under vakuum stående kärlet så. att den till det separata kärlet in- kommande förjäsningsvätskan endast innehåller absorberade förjäsningsgaser, och sådana, som bildats genom förjäsning i förjäsningsvätskan under transporten och medföres av densamma .

En annan ändamålsenlig utformning innebär, att en del av förjäsningsvätskan ut- lyftes Iuydrauliskt ur förjäsningskärlet medelst intim kontakt med en inert gas, eller annan i förjäsningsvätskan mindre löslig gas än de vid förjäsningen bildade och i förjäsningravätskan absorberade gaserna., varvid denna inerta eller mindre lösliga gas separeras från den transporterade delen av förjäsningsvätskan innan denna utsättes för reducerat tryck i det separata kärlet. ' Det är lämpligt att anordna apparaturen för genomförande av metoden enligt upp- finningen så, att höjdskillnaden mellan vätskeytan i förjäsningskärlet och vätska- ytan i det separata kärlet är något större än den barometriska höjden av den vätskepelare som behövs, för att balansera det reducerade trycket i det separata kärlet mot trycket i förjäsningskärlet.

Sålunda hållas vätskeytan i det separata kärlet på en relativt konstant nivå, genom användning av en fördämning ooh/eller barometriskt nedledningsrör, genom vilket förjäsníngsvätskan strömmar ner sedan ånga av organisk förening avlägsnats.

Vid tillverkning av etylalkohol hålles det separata kärlet lämpligen vid 20 till 50 :mn Hg tryck.

Det är fördelaktigt att i det separata kärlet använda en värzneyta, vilken beröras av lågtrycksånga med en kondenseringstemperatur av mellan 40 och 7500.

Förjäsningsvätskan bringas lämpligen att uppehålla sig högst 60 sekunder i det separata kärlet, varvid dess temperatur vid kontakt med värmeytan vid dess lägsta punkt bring-as att icke överstiga 5500.

Vid en föredragen utföringsform av metoden enligt uppfinningen bedrivas föl-jäs- ningen så, att en alkoholhalt upprätthålles i den del av vätskan eller vätske- blandningen, som transporteras till det separata kärlet, om 1,0 till 8,0 gram etanol/wo m1. 7801134-3 I det följande skall två föredragna utföringsformer av uppfinningen beslcrivas närmare med hänvisning till bifogade ritningar, på. vilka figur 1 visar en anlägg- ning för genomförande av metoden enligt uppfinningen, med ett schematiskt flödes- schema, och figur 2 visar ett alternativt utförande av en detalj i en sådan an- läggning .

Anläggningen i figur 1 innefattar två seriekopplade processteg, vardera försett med en förjäsningstank A1 resp. A2, samt med separata, under vakuum stående av- drivare C1 resp. 02. Vardera förjäsningstarflcen står medelst en pump 131 resp. B2 i förbindelse med sin avdrivare. Avdrivarna G1 och 02 är i detta fall utformade som hår-nålsindunstare för vakuumånga, kondenserande på insidan om tuberna. Av- drivazna 01 och G2 är uppställda på en nivå. över förjäsningstaxikarna så att nivå.- skillnaden mellan vätskeytorna i förjäsningstaxxk och avdrivare är större än längden av det behövliga barometriska benet; i detta fall är nivåskillnaden 10 meter .

Avdrivarna innehåller fördämningar, så att vätskehöjden i dem hålles konstant.

Reduoerat tryck åstadkommas av en enhet G, vilken i detta fall är en mekanisk enhet innefattande utsugningsanordningar och ringpumpar. I detta fall skall för- seglingsvätskan âterföras som substratspïídning, eftersom den innehåller det mesta av icke kondenserad etylalkohol, som passerar genom kondensorn D, genom vilken blandade ånger från avdrivarna C1 och C2 passerar till "vakuum" - kondensorn D, där blandningen kondenseras och ledes till en atmosfärisk mottagare E genom' ett barometriskt slussben. Denna produkt pumpas så ut med F under nivåkontroll för ytterligare rektifikation. Ãnga till avdrivaren kan regleras med. en temperaturregíilator, vilken avkänner vätsketemperaturen. 'fuberna har baff lar för vätskeflödet längs deras längdriktning fram till överfallet över fördämningen. Ãngkondensatet avgår genom en lcylare och en ringpump, system H, för att upprätthålla den rätta ångkondenstemperaturen i tuberna . vätskan kan avledas från förjäsningstanken A1 och A2, vilka befinner sig vid eller nära under atmosfärstryck, medelst en sugsvängarm, vilken leder ut vätska nära under vätskeytan till respektive pump Bi och B2. Det emellertid mycket lämpligt att använda en anordning, som visas i figur 2.

Eftersom luft har mycket lägre löslighet i vatten och i vattenlösningar än kol- dioxidgas, innebär det en fördel om koldioxid bytes mot luft i vätskan, eftersom daggpunkten förbättras för ångorna, som kondenseras i ett senare steg under redu- (ß 7801134-3 oerat tryck, och då. storleken på den anordning som används för att åstadkomma 'det v reducerade trycket minskas, liksom dess effektförbrulcning.

Det är känt att vätskor kan transporteras medelst komprimerad gas med ett system som vanligen kallas "air lift", då komprimerad luft används. Det är även känt att man kan utföra gasdesorbtion genom att bringa en vätska, innehållande upplöst gas, i kontakt med en inert eller mindre löslig gas för att utvinna den upplösta gasen ur vätskan .

Figur 2 visar ett sådant system, försett med en anordning för återföring av över- skottsgas och skum till förjäsningskärlet, tillsammans med eventuellt reoirkulerad vätska, vilken ej insuges av en pump P.

Komprímerad luft blåses in i ett lyftrör J, vilket är neddoppat i förjäsnings- tanken K, och lyfter vätskan till en kammare L, anordnad utanför förjäsningstanken K. Kammaren L är försedd med en omrörare, vilken roterar vid optimal hastighet för att avskiljs gas från vätska. Gaser, skum och eventuell överskottsvätska överflödar genom ett rör M tillbaka till förjäsningstarflcen K över vätskeytan i detta. På samma gång kan optimal syrekoncentration uppnås i substratet genom reglering av luftflödet till lyftröret på så sätt att ett vätskeöverskott med absorberad luft återföres till f örjäsningskärlet .

Vätska strömmar under tyngdlcraften genom ett rör 0 till en pump P, vilken trans- porterar den till ett separat, under vakuum stående kärl, såsom visats i före- gående exempel .

En anläggning av det slag, som visas i figur 1, med två seriekopplade förjäsnings- och avdrivarsteg möjliggör förbättrad driftsekonomi jämfört med en anläggning bestående av ett enda förjäsningssteg. Man kan arbeta med relativt substratkon- centration i det flöde, som inmatas till förjäsningstazxken A1, medan det andra steget med förjäsningstarflcen A2 användes till att utvinna återstående alkohol genom slutförjäsning. Genom användning av vätskecirkulation kan flödet genom av- drivaren vara större än flödet mellan förjäsningskärlen, varvid överskott av vätska återföres till dess ursprungliga förjäsningskšírl. Vanligen är detta överskotte- flöde av storleksordningen upp till 90 L/'å av vätskeoirkulationen i avdrivarkretsen.

Härigenom är risken liten, att något förjäsbart socker skall passera förjäsnings- kärlen ooh avgå. i det slutliga avloppet från anläggningen.

Om allt för mycket vatten skulle avdrivas med etylalkoholångan och torrsubstans- halten bli alltför hög i förjäsningskärlet, kan spädvatten tillsättes för att upp- rätthålla optimal flytbarhet. 'f 7801134-3 Som exempel på driftsdata kan nämnas, att man vid förjäsníng avmélass i en 'två- stegsanllàigàaing, av det slag som visas i figur 1 använder ett reducerat tryck av 32 mm Hg i avdrivarna G1 och 02, och lågtrycksång-a., kondenserande vid 7500 används för avdrivningen. Fördämningen är inställd på 275 mm djup, och hår-nålsknippets höjd medger, att 25 mm vätska står över det vid vätske/ångytan.

I förjäsningstankeri A1 råder atmosfärstryck, och en jästkoncentration av 40 g pressjäst per liter vätska med tätheten 1,150 innehållande 5 g etylalkohol per 100 ml vätska upprätthâlles, varvid pH är 4,9. Under förjäsningen utvecklad kol- dioxid tillåts avgå från förjäsningstankens A1 övre del.

Strömningshastigheten genom avdrivaren G1 är så inställd, att 1 g etylalkohol per 100 ml vätska utvinnes genom avdrivning av vätskan. Vid en avdrivningskapacitet av 100 kg/h etylalkohol motsvarar detta en pumpkapacitet för pump B1 om 1OKm3/h vätska. Pumpen behöver emellertid endast övervinna friktionen och en liten statisk tryckhöjd av ca 1,2 m.

Det är fördelaktigt att upprätthålla en relativt hög etanolkoncentration i vätskan före och efter avdrivningen, så att alkohol/vattenförhållandet i destillatet hållas på en rimlig nivå. Om alltför mycket vatten skulle avdrivas med etylalkoholen, skulle en större effekt behövas för avdrivníngen.

Beroende på alkoholinnehållet i förjäsníngskärlen och utvinninshastigheterna för etylalkohol i avdrivarna, kan man förvänta sig en alkoholkoncentration upp till 50 vikt% i produkten. Eftersom spriten är ren, blir ytterligare rektifikation fri från problem med avsättningar på bottnar och i avdrivare.

Vid slutet av förjäsningen, då alkoholnivån börjar sjunka í förjäsningsvätslcan, det emellertid nödvändigt att avlägsna mer vattenånga med etylalkoholångan för ett rnaximemallcohulutbytet. I detta fall rekommenderas ett kontinuerligt system för förjäsning och avdrivning i kaskad. I figur 1 visas endast två steg, men fler steg kan förekomma..

Ilppeliållstiden för vätskan inom avdrivaren C1 bringas att vara mindre än 30 sekun- der och den överflödande vätskan, som återföres, passerar ner genom ett annat barometr-iskt rör till en siusskaznmzxrff, dš-ír den flödar över till nästa förjäsziings- kärl A2, varvid överskottet återföres till förjäsningskärlet A1.

Då melass används för förjäsning vid hög ursprungskoncentration, blir avflödet rikt på fast substans, möjligen innehållande fyra till fem gånger den fastsubstans- halt som finns i normalt melassdestillationsavflöde. Härigenom får avflödet ett värde om det skall indunstas till en sirap eller användas till andra ändamål, så- ,,....>----.\ , .. ._ .l

Claims (10)

7891134-3 e som flytande gödningsämne . Patentlcrav

1. Metod för framställning av en flyktig organisk förening genom förjäsning av ett kolhydratmaterial i ett förjäsningskärl, varvid de genom förjäsning bildade gaserna tillåts avgå från förjäsningskärlet från utrymmet ovanför vätskeytan, k ä n n e t e c k n a d a v att en del av förjäsningsvätskan transporteras från förjäsningskärlet till ett separat under vakuum stående kärl, varifrån den bildade organiska föreningen avlägsnas i ångform vid reducerat tryck vid eller nära förjäsníngstemperaturen.

2. Metod enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d a v att förjäsningsvätska kontinuerligt transporteras till det separata under vakuum stående kärlet och därifrån tillbaka till förjäsningskärlet och/eller till ett andra förjäsningskärl, eller avledes ur systemet.

3. 5. Metod enligt krav1 eller 2, k ä. n n e t e c k n a d a v att en del av förjäsningsvätskan uttages nära under vätskeytan i förjäsningskärlet för trans- port till det separata under vakuum stående kärlet så. att den till det separata kärlet inkommande förjäsningsvätskan endast innehåller absorberade förjäsnings- gaser, och sådana, som bildats genom förjäsning i förjäsningsvätskan under trans- porten och medföres av densamma.

4. Metod enligt något av lu-av 1-5, k ä n n e t e c k n a d a v att en del av förjäsningsvätskan utlyftes hydrauliskt ur förjäsningskärlet medelst intim kontakt med en inert gas, eller annan i förjäsningsvätskan mindre löslig gas än de vid förjäsningen bildade och i förjäsningsvätslcan abeorberade gaserna, varvid denrm inet-ta eller mindre lösliga gas separeras från den transporterade delen av förjäsningsvätskan innan denna utsattes för reducerat tryck i det separata karlet.

5. Metod enligt något av Icrav 1-4, k ä n n e t e c k n a d a v att höjd- skillnaden mellan vätskeytan i förjäsningskärlet och vätskeytan i det separata kärlet är något större än den barometriska höjden av den vätskepelare som behövs för att balansera det reducerade trycket i det separata kärlet mot trycket i förjäsningskärlet .

6. Metod enligt krav 5, k ä n n e t e c k n a d a. v att vätskeytan i det separata kärlet hålles på. en relativt konstant nivå. genom användning av en förd-åtn- ning och/eller barometriekt nedledningsrör, genom vilket förjäsningsvätslcan ström- :nar ner sedan ånga av organisk förening avlägsmats. 9 7801134-3

7. Metod enligt något av krav 1-6, vid vilken 'kïärnr- t e c k n a d a v att det separata karlet hållas vid ett tryck mellan 20 och 50 mm Hg.

8. Metod enligt krav 7, k ä n n e t e c k n a d a v att etanolen avdrives i det separata kärlet medelst en värmeyta, vilkens värmeyta 'beröras av lågtrycks- ånga, vilkens kondenseringstemperatur uppgår till mellan 40 och 7500.

9. Metod enligt la-av 7 eller B, k ä n n e t e c k n a d a v att förjäs- ningsvätskan bringas att uppehålla sig högst 60 sekunder i det separata kärlet, och varvid dess temperatur vid kontakt med vëlrmeytan vid dess lägsta punkt bringas att icke överstiga 5500.

10. Metod enligt något av lcrav 7-9, k ä. n n e t e c k n a d a v att för- jäsningen bedrives så, att en alkoholhalt i den del av vätskan eller vätskebland- ningen, som transporteras till det separata kärlet om 1,0 till 8,0 gram etanol/ 100 ml upprätthålles. ANFURDA PUBLIKATIONER: GB 424 134