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pour: Procédé et appareil perfectionnés pour la reotifi- cation des liquides alcooliques impurs*
L'alcool éthylique produit par fermentation ou par synthèse, contient diverses impuretés comprenant principalement dtautres alcools comme par exemple l'alcool propylique, l'alcool isobutylique, l'alcool iso- amylique, des aldéhydes, des esters, des cétones, des acétals, des acidesdes amines et des combinaisons- de ces corps entre eux ou aveo l'alcool éthyliqua;
Au cours de la rectification de l'alcool éthylique par les procédés ordinaires, on obtient un sous-produit désigné sous le nom de "mauvais goùt" comprenant, outre les impuretés précitées, une proportion @
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d'alcool éthylique élevée.
La rectification par la méthode classique ne permet pas la séparation de l'al- cool éthylique conte nu dans ces mauvais goûts,d'une façon complète et avantageuse et sous forme d'un produit pur, par suite de la proximité du point d'ébullition des différents corps contenus dans ce mélange et dont plu- sieurs donnent, entre eux, ou avec l'alcool éthylique et l'eau, des mélanges azéotropiques. Les mauvais goûts ne présentent commercialement qu'un intérêt très faible et rentrent surtout dans la composition de l'alcool à brûler.
On sait que si on distille une solution aqueuse pauvre d'alcool éthylique avec par exemple des liquides peu solubles dans l'eau (esters, alcools supérieurs, tels que l'alcool isobutyliqua ou isoamyli- que,etc...) ces produits sont éliminés rapidement grâce leur coefficient de volatilité élevé. On doit entre autres à SOREL, à BARBET, à GUINOT, à DIETRICH et GRASSMANN, la détermination des coefficients de volatilité (appelés ci-après K)des diverses impuretés peu solubles .accompagnant habituellement l'alcool éthylique.
D'après ces travaux, le coefficient de volatilité est d'autant plus élevé que le titre en alcool éthylique est plus faible . En se basant sur cette propriété on avait déjà proposé de purifier les moûts alcooliques et dès 1911 GUILLAUME avait prévu une addition d'eau chaude au cours de la rectification, en vue de mieux extraire les impuretés. Toutefois, cette élimination des impuretés était partielle et insuffisante, par suite de la concentration de l'alboal au sommet de la colonne d'épuration. A signaler aussi que l'on a proposé de séparer un liquide insoluble d'un autre liquide soluble, par addition d'eau en tête de colonne.
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Ces procédés sont généralement connus sous le nom de "procédés par hydrosélection".
Pour séparer par hydrosélection une impureté de l'alcool éthylique, il est nécessaire -que cette impureté ait un coefficient de volatilité supérieur à celui de cet alcool.
Si l'on connaît le coefficient de volatilité K d'une impureté en fonction de la concentration, il est possible de calculer, à partir des formules classiques que l'on trouve dans les ouvrages spécialisés, le nombre de plateaux à donner à la colonne d'hydrosélection ainsi que le nombre de calories à fournir pour effectuer cette séparation.
En considérant le cas le plus simple et idéal, celui où le coefficient K demeure constant et le poids de vapeur sur les plateaux invariable, on sait que pour expulser complètement le corps de coefficient K, il est nécessaire d'émettre un poids de vapeur au moins égal à K-1 kilogramme pour 1 kilogramme de liquide recueilli
K-1 à la base.
D'autre part si on désire obtenir en tête de la colonne d'hydroséleotion une impureté exempte dtal- cool éthylique il est nécessaire de dépenser, pour un poids d'eau de lavage donné, une quantité de oalories ne dépassant pas une certaine valeur facile à déterminer.
Autrement dit, le ohauffage de la colonne d'hydrosélection doit être compris dans des limites très restreintes puisqu'en cas d'un excès de calories l'alcool n'est pas retenu dans la partie haute de la colonne et qu'en cas d'un défaut de ohauffage l'impureté n'est pas chassée intégralement.
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On sait d'autre part que la dépense de calories pour concentrer un alcool, dépend de la richesse des flegmes en alcool et que la consommation de vapeur est d'autant plus élevée que le titre alcoolique des flegmes est plus petit; une hydrosélection trop poussée risque donc de conduire à des flegmes alcooliques très diluées et difficiles à utiliser économiquement.
La présente invention a pour objet un procédé de séparation efficace et économique de l'alcool éthylique sous forme d'un produit relativement pur dit alcool "bon goût" d'avec les impuretés insolubles dans l'eau.
(alcool isobutylique, alcool isoamylique, esters,etc...) et solubles (alcool propylique, acétaldéhyde etc...) qui l'accompagnent*
Ce procédé qui s'applique en général aux liquides hydroalcooliques impurs:"mauvais goûts", moûts, etc... n'exige qu'une seule colonne d'hydrosélection et il permet de réduire la dépense de calories, tout en fournissant une épuration pratiquement complète de l'alcool éthylique.
Selon ce procédé, le liquide à épurer est amené dans une première colonne de distillation chauffée à la base et arrosée en tête par de l'eau chaude; les impuretés s'échappent en tête de cette colonne à l'état de vapeurs et il s'écoule à la base une solution d'alcool éthylique débarrassée des impuretés volatiles et conte- nant encore une certaine teneur en alcools supérieurs et un peu d'autres impuretés. Cette solution est envoyée à une deuxième colonne à distiller, telle qu'une colonne à haut degré, dans laquelle l'aloool éthylique est concentré et débarrassé du reste des impuretés.
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La Demanderesse a en outre trouvé que pour faciliter l'élimination des impuretés en tête de la première colonne ou colonne d'hydrosélection, tout en rendant économique la concentration ultérieure de l'alcool éthylique, il oonvient de régler les conditions de marche de cette première colonne (débit de liquide impur introduit, débit d'eau chaude d'arrosage et débit de vapeur de chauffage) de manière que sur les plateaux inférieurs de cette colonne où l'on extrait le liquide envoyé à la deuxième colonne, ce liquide ait une concentration totale en alcools comprise entre 7 et 15% environ, et de préférence voisine de 10%.
On peut même descendre jusqu'à 5% environ*
Cette première colonne comportera, en outre, un nombre de plateaux assez élevé pour que les impuretés qui sortent en tête soient à peu près exemptes d'alcool éthylique.
A la base de la deuxième colonne ou colonne de concentration, on recueille une vinasse épuisée en alcool éthylique,
La Demanderesse a trouvé qu'il est particulièrement avantageux d'utiliser cette vinasse pour arroser la première colonne; on récupère, de ce fait, les calories disponibles ainsi que l'eau, employée pour le lavage, lors de la mise en marche de l'installation et on maintient dans le circuit les petites quantités d'alcool que la vinasse peut encore contenir*
Si les "mauvais goûts" traités contiennent relativement peu d'alcool propylique et très peu ou pas d'alcool iso-amylique et iso-butylique, il sera possible dtextraire des vinasses l'alcool propylique qui se rassemble dans la colonne de concentration et se retrouve
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dans lesdites vinasses,
en traitant celles-ci dans une colonne auxiliaire avant de les envoyer dans la colonne d'hydre sélection.
Si par oontre les "mauvais goûts" contiennent une quantité notable d'alcools iso-amylique et iso-butylique à côté de l'alcool propylique, les premiers gêneront la séparation du second.
La Demanderesse a observé que ces alcools supérieurs se rassemblent dans la deuxième colonne vers les plateaux voisins de l'alimentation et elle a trouvé que la meilleure solution pour séparer ces impuretés, était de les soutirer sur ces plateaux et de retourner le liquide, ainsi prélevé, sur la colonne d'hydrosélection. quelques plateaux au-dessus de l'alimentation en "mauvais goûts" de ladite colonne et dans une zone où le liquide contient de 0,5 à 1,5 % d'alcool éthylique, oe qui correspond,pour une marche donnée, à un plateau bien déterminé.
râoe à la faible teneur en alcool éthylique dans cette zone et dans les premiers plateaux situés en-dessous, on obtient finalement une séparation pratiquement complète de l'alcool éthylique qui peut être soutiré à un état pratiquement pur vers le haut de la deuxième colonne et des alcools supérieurs qui s'échappent en tête de la colonne d'hydro- sélection; en même temps les flegmes, sortant à la base de la colonne d'hydrosélection, ont une teneur en alcool éthylique assez élevée pour que la concentration et la rectification de cesflegmes soient relativement économiques.
Les vapeurs d'impuretés s'échappant en tête de la colonne d'hydrosélection seront avantageusement dirigées vers le milieu d'une troisième colonne, dont le chauffage peut être relativement faible, étant données les calories contenues dans oes vapeurs. Cette oolonne
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permet de séparer en tête un mélange d'impuretés très volatiles comme l'acétaldéhyde et l'acétate d'éthyle, quelques plateaux en dessous un mélange d'impuretés riches en alcool propylique et en impuretés moyennement volatiles comme l'aoétal ordinaire et enfin à la base un mélange d'eau et d'impuretés insolubles ou très peu solubles, Après refroidissement ce dernier mélange peut être séparé en deux couchespar déoantation;
la couche supérieure oontenant les impuretés insolubles est soutirée et la couche inférieure aqueuse qui peut contenir des traoes d'impuretés dissoutes est de préférence renvoyée à la colonne d'hydrosélection.
La description qui va suivre et le dessin annexé se rapportent à des modes d'exécution de ltinven- tion donnés à titre d'exemples non limitatifs, étant entendu que les caractéristiques qui ressortent tant du dessin que du texte font partie de 1'invention*
La fige 1 montre séhématiquement un appareillage convenant à la mise en pratique du procédé conforme à l'invention.
La fig. 2 représente schématiquement un appareil complémentaire qui peut être ajouté à celui de la fig. 1..
L'alcool impur ou les mauvais goûts (pour plus de commodité on emploiera cette expression dans toute la description suivante, mais elle ne doit pas être considérée comme limitative) dont la composition est connue, sont stockés dans le bac 1. Par utilisation de la vanne 2 et du jaugeur 3, on envoie un volume connu de liquide dans le réchauffeur 4, chauffé par les vapeurs qui sortent de la colonne à haut degré 12.
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Les mauvais goûts réchauffés arrivent par le tuyau 5 sur le oôté de la colonne 6 arrosée de vinasse en tête et chauffée à la base par un serpentin ou un faisceau tubulaire. Cette colonne est soigneusement calorifugée de façon à éviter toute dépense inutile de oalories qui provoquerait, en outre, une concentration en alcool nuisible, sur les plateaux inférieurs de cette colonne.
Pour la même raison les liquides doivent arriver chauds à une température voisine de l'ébullition, à la colonne 6.
Les vapeurs s'échappant de la colonne 6 arrivent dans une colonne 7 munie en tête d'un condenseur 8 et à la base d'un serpentin ou autre appareillage de chauffage. Une partie du liquide condensé en 8 est rétrogradée par 8a au sommet de la colonne 7 et l'autre partie constituée par un mélange d'impuretés légères telles que les aldéhydes, une partie des esters et des oétones est soutirée au robinet 9. On soutire un peu plus bas au robinet 9a un liquide riche en alcool propylique et pouvant contenir encore des esters, des cétones et des acétals. Le liquide est épuisé en produits légers sur les plateaux inférieurs de la colonne 7. A la base de cette colonne il sort un liquide hétérogène qui est refroidi dans le réfrigérant 9b et qui s'écoule dans le décanteur 9c où il se sépare en deux couches.
La couche supérieure riche en alcools supérieurs insolubles s'écoule par le trop-plein 10. La couche aqueuse pouvant contenir des traces d'alcool éthylique et d'impuretés dissoutes est renvoyée à la colonne 6 par les tuyaux 10a et 10b après avoir été réchauffée vers 90 par passage dans le réchauffeur à vapeur 10c. Ce réchauffeur 10c reçoit également, par le tuyau 10d, une partie des impuretés de
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tête de la colonne 12 extraites du condenseur 16 et dont on règle le débit à l'aide du robinet 10e.
Pour un lot de mauvais goûts donné et pour une marche à débit constant, le chauffage de la colonne 6 demeure invariable.
Le réglage de chauffage est favorisé grâce aux indications fournies par le débitmètre 6a.
Avec une colonne 6 ayant 40 plateaux on a trouvé que la consommation de calories optima était comprise entre 3.000 et 4.000 calories pour 100 kilos de vinasses à 100 G.L. recueillies à la base et cela pour un grand nombre de lots de mauvais goûts traités dont un sera décrit en détail plus loin.
Cependant on peut adapter le chauffage, suivant la qualité des mauvais goûts traités,, sans sortir pour cela du cadre de la présente invention.
On suit aussi l'épuisement en alcool dans la partie haute de la colonne 6 en prélevant des vapeurs à quelques plateaux au-dessous du sommet de la colonne, en les condensant dans le réfrigérant 6b et en mesurant le degré G.L. dans la couche aqueuse du condensat.
Les flegmes épuisés en impuretés très volatiles mais contenant encore d'autresimpuretés et parti- oulièrement des alcools supérieurs arrivent par le tuyau 11 dans la colonne à distiller à haut degré 12 chauffée par un serpentin ou un faisceau tubulaire. Il sort par trop-plein de la colonne 12 par le tuyau 15 des vinasses épuisées en alcool qui sont stockées dans la cuve 13 servant de volant. Un petit appoint d'eau de purge peut être fait dans cette cuve, par le tuyau 19. Un trop-plein
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d'eau 19a est également prévu sur la cuve 13. Par le tuyau 15a et à l'aide de la pompe volumétrique 14, on renvoie la vinasse chaude au sommet de la colonne 6.
Les vapeurs d'alcool se dégageant en tête de la colonne 12 se rendent d'abord dans le réchauffeur 4 où elles réchauffent les mauvais goûts et le condensat revient par le tuyau 4a au sommet de la colonne 12; l'ex- cédent de vapeurs alcooliques passe par le tuyau 4b dans le réfrigérant 16 où ces vapeurs sont condensées et re- froidies. Par lOd on extrait une petite quantité de pro- duits de tête qu'on renvoie à la purification dans la colonne 6. On peut également soutirer de temps en temps, par un robinet 10f une partie de ces têtes, surtout si ellescontiennent de l'alcool méthylique.
L'alcool éthylique pur est extrait en 12a à quelques plateaux à partir du sommet de la colonne 12 et il est refroidi dans le réfrigérant 18,
L'alcool propylique, l'alcool iso-butylique, l'alcool isoamylique ainsi que quelques autres impuretés se concentrent dans la colonne 12 et particulièrement à quelques plateaux au-dessus de l'arrivée du tuyau 11.
Au moyen des robinets R1, R2, R3, R4, dont on peut régler le débit, on soutire sur ces plateaux un liquide riche en alcools supérieurs et en alcool éthylique qui le est mesuré par/débit-mètre 20a. Ce liquide est repris par l'émulseur 21a (ou tout autre élévateur) constitué par un. ou plusieurs tubes à l'intérieur desquels circule le liquide et à l'extérieur de la vapeur vive, Le mélange d'alcools arrive par le tuyau 22a vers les plateaux su- périeurs de la colonne 6 dans une zone où la teneur en
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alcool éthylique est faible et comprise entre 0,5 et 1,5 %.
On peut aussi soutirer les impuretés à l'état de vapeur sur la colonne 12 et envoyer ces vapeurs vers le haut de la colonne 6, mais on a trouvé que le réglage avec le liquide était plus simple, EXEMPLE:
On introduit par heure dans la colonne 6, 1000 kg de "mauvais goûts" contenant 4 % d'aldéhydes,
EMI11.1
5% dtesters, 5% d'alcool propylique, 7% dtalcools supé- rieurs, 20% d'eau et 59% d'alcool éthylique. Le chauffage de la colonne 6 étant de 285.000 calories/heure, cela représente environ 3.400 calories par 100 kg de flegmasses issues de la base de la colonne 6, compte tenu des pertes de oalories par radiation.
Il arrive par la pompe 14, 7.000 kg par heure de vinasses, à la partie supérieure de la colonne 6. On extrait de la colonne 7 par les robinets 9 et 9a, 175 kg environ de liquide contenant les aldéhydes, les esters, l'alcool propylique et environ 20% d'eau et on extrait du décanteur 9o par le robinet 10, 78 kg d'alcools supérieurs contenant 10% dteau. En 18, on extrait 620 kg environ d'alcool rectifié bon goût à 96 G.L.et on retourne dans la colonne 6 par le robinet 10e, 20 kg d'un mélange d'alcool éthylique et d'impuretés de tête.
La colonne 12 reçoit par le tuyau 11 8067 kg de liquide à 8,5% d'alcool éthylique et environ 0,9% d'alcools supérieurs avec prédominance d'alcool propylique. On extrait par le jaugeur 20a 300 kg de liquide à 50% d'eau. 25% d'alcool éthylique, 25% environ d'alcools supérieurs que l'on retourne par le tuyau 22a à la colonne 6.
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La fig. 2 montre un appareil qui peut être ajouté à l'installation de la fig. 1 dans le cas de "mauvais goûts" riches en amines à bas point d'ébullition. ( Sur cette figure les organes dessinés en pointillés sont ceux déjà décrits en regard de la fig. 1 et ceux dessinés en traits pleins sont ceux de l'appareil supplémentaire). Une partie des vapeurs de tête de la colonne 12 est prise avant l'entrée dans le réchauffeur 4 et envoyée par le tuyau 25 dans une petite colonne 26 arrosée par une solution étendue d'acide entrant en 27 (de préférence une solution diacide sulfurique à 5%). Les amines sont fixées sous forme de sels non volatils et en chauffant la colonne 26 à la base, on élimine en tête les impuretés volatiles que l'on condense dans le réfrigérant 28 et que l'on peut diriger par le tuyau 29 vers la colonne 6.
(Le cas échéant une partie des impuretés peut être rétrogradée sur la colonne 26, comme représenté en 30 sur la figure).
Il va d'ailleurs de soi que les modes d'exécution décrits n'ont été donnés qu'à titre d'exem- pleset qu'on pourrait les modifier sans sortir pour cela du oadre de l'invention.
Pour diminuer les frais de fabrication et pour réoupérer d'une façon générale des calories disponibles dans une installation existante produisant une quantité importante d'alcool éthylique, il est recommandé d'adjoindre à cette installation l'appareillage faisant l'objet de la présente invention, ou seulement la partie de cet appareillage dont on ne disposera pas déjà dans l'installation existante, pour traiter d'une façon continue les alcools mauvais goûts extraits de ladite installation.