Verfahren zum Eindampfen alkoholhaltiger Lösungen und zur Gewinnung von Alkohol aus diesen Lösungen Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Eindampfen von und zur Alkoholgewinnung aus alkoholhaltigen Lösungen, z. B. gegorener Sulfit- ablauge.
Es ist schon bekannt, z. B. gegorene Lauge mit indirekt einwirkendem Dampf in mehreren Stufen einzudampfen, so dass der Alkoholgehalt der Lauge dabei in das Kondensat vom Eindampfprozess über führt wird, worauf das derart gebildete alkohol haltige Kondensat einem Abtreibungsprozess mit Dampf unterworfen wird, der dann dephlegmiert wird. Das beim Dephlegmieren gebildete alkoholhal tige Kondensat wird dann zu einem Rektifikations- prozess geleitet. Dabei wird der gesamte Dampf bedarf sowohl für das Eindampfen der Lauge wie für das Abtreiben des Alkohols von aussen zuge führt.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren, das gestattet, durch Thermokompression die Eindampf-, Abtreib- und Dephlegmierungsprozesse in Kombination mit einander mit möglichst geringem Zusatz von Dampf von aussen durchzuführen. Das erfindungsgemässe Verfahren ist durch eine Kombination mehrerer Massnahmen gekennzeichnet, und zwar dadurch, dass die alkoholhaltige Lösung, z.
B. gegorene Sulfit- ablauge, derart teilweise eingedampft wird, dass der Alkohol aus der Lösung mindestens zum grössten Teil in den Lösungsmitteldampf übergeht, bevor die Lö sung nach der letzten Stufe überführt wird, dass der beim Abtreiben aus dem dabei gebildeten alkohol haltigen Lösungsmittelkondensat abgehende alkohol haltige Dampf nach einer der Stufen geleitet wird, in denen dieser Dampf, getrennt von dem dieser Stufe zugeführten andern Heizdampf, als weiterer Heiz- dampf zum Eindampfen der Lösung ausgenutzt und dabei dephlegmiert wird,
und dass der von der letzten Stufe kommende Lösungsmitteldampf in einem Thermokompressor komprimiert und dann teils als Heizdampf in der ersten Stufe und teils zum Abtrei ben des Alkohols aus dem alkoholhaltigen Lösungs- mittelkondensat verwendet wird.
Die Erfindung soll im folgenden anhand der bei liegenden Zeichnung näher beschrieben werden, die ein Beispiel für die Verwertung der Erfindung schau bildlich veranschaulicht.
Um die Zeichnung nicht durch für die Erklärung der Erfindungsidee unwichtige Einzelheiten, wie Regelventile, Kondensatableiter, Flüssigkeitsver schlüsse, Pumpen usw., unübersichtlich zu machen, die jeder Fachmann auf dem Gebiet des Eindampfens und der Alkoholherstellung bei Kenntnis der Erfin dung in das System einführen kann, sind derartige Einzelheiten fortgelassen worden.
Gemäss der Zeichnung besteht das Eindampf system aus einer ersten Stufe aus drei Wärmekörpern, <I>la,</I> 1b und 1c, von denen jeder mit einem Dampf- und Flüssigkeitsabscheider 3a, 3b bzw. 3c versehen ist, sowie aus einer zweiten Stufe aus zwei Wärme körpern<I>2a</I> und<I>2b</I> mit einem gemeinsamen Dampf- und Flüssigkeitsabscheider 4.
Mit 5 ist ein Abtreiber und mit 6 ein Dampfkompressor bezeichnet, der von einer Kraftmaschine 7, im vorliegenden Fall einem Elektromotor, angetrieben wird. 8 ist ein Wärmeauf- tauscher.
Das System arbeitet in folgender Weise: der Kom pressor 6, der mit dem Lösungsmitteldampf der zwei ten Stufe durch eine Leitung 9 gespeist wird, fördert seinerseits diesen Dampf komprimiert auf einen ge eigneten Druck und eine geeignete Temperatur teils zum Dampfraum der drei Wärmekörper la, 1b und 1c der ersten Stufe über eine Sammelleitung 10 und Zweigleitungen 11<I>a,</I> 11<I>b</I> bzw. 11 c, teils zum Abtrei- ber 5 über eine Leitung 12. Dem Wärmekörper la der ersten Stufe des Systems wird z.
B. gegorene Lauge über eine Leitung 13 und den Wärmeaus- tauscher 8 zugeführt. Von dort strömt die Lauge durch den Abscheider 3a sowie eine Leitung 14a zum Laugenraum des Wärmekörpers 1b, weiter durch den Abscheider 3b und eine Leitung 14b zum Laugen raum des Wärmekörpers 1c und schliesslich durch den Abscheider 3c und eine Leitung 14c zum Laugen raum der Wärmekörper<I>2a</I> und<I>2b</I> der zweiten Stufe, die miteinander über eine Leitung 14 in Verbindung stehen. Die Lauge wird dabei teilweise eingedampft.
Während dieser Eindampfung geht zumindest an nähernd der gesamte Alkoholgehalt der Lauge all mählich von Wärmekörper zu Wärmekörper in die gebildeten Laugendämpfe über, die von Abzweiglei tungen 15a, 15b und 15e über eine Sammelleitung 16 als Heizdampf zum Dampfraum des Wärmekör pers 2a geleitet werden, in dem sie unter Wärmeaus tausch mit der von der ersten Stufe kommenden Lauge kondensieren und ein alkoholhaltiges Konden sat zurücklassen.
Dieses Kondensat wird durch eine Leitung 17 zum Abtreiber 5 geleitet, in dem der Alkoholgehalt des Kondensats von dem durch die Lei tung 12 vom Kompressor 6 zugeführten Dampf auf genommen wird, der stark alkoholhaltig vom Ab treiber durch eine Leitung 18 zum Dampfraum des Wärmekörpers 2b der zweiten Stufe geleitet wird, wo der Dampf unter weiterem Eindampfen der die sem Wärmekörper zugeführten Lauge dephlegmiert wird. Das vom Dephlegmierungsprozess stammende alkoholhaltige Kondensat wird über eine Leitung 19 zur weiteren Behandlung in der Alkoholfabrik vom System weggeleitet.
Vom Abscheider 4 der zweiten Stufe wird die teilweise eingedampfte Lauge durch eine Leitung 20 abgeführt und Laugendampf, wie bereits erwähnt, zum Kompressor 6 durch eine Lei tung 9 geleitet. Dieser Laugendampf ist alkoholfrei, da die Lauge der zweiten Stufe alkoholfrei ist. Der Kompressor liefert also alkoholfreien Dampf für so wohl das Eindampfen wie das Abtreiben. Von der ersten Stufe wird das demnach alkoholfreie Kondensat des Heizdampfes durch Leitungen 21 a, 21 b bzw.
21c und eine Sammelleitung 22 abgeleitet, um sich in einer Leitung 23 mit dem im Abtreiber 5 von Alkohol befreiten Kondensat der zweiten Stufe zu vereinigen und zusammen mit diesem Kondensat unter Vorwärmung der in den Wärmeaustauscher 8 eintretenden Lauge in abgekühltem Zustand aus dem System abgeleitet zu werden.
Es ist offenbar, dass dieses System keine Dampf zufuhr von aussen für andere Zwecke erfordert als für den Ersatz unvermeidlicher Wärmeverluste in Form von Strahlungsverlusten und Verlusten durch den Wärmeinhalt der Abzugsflüssigkeit. Ersatzdampf für diese Verluste kann durch eine Leitung 24 zuge- führt werden.
Die erforderliche Menge Ersatzdampf kann jedoch unter Ausnutzung von in der Eindampf- und Destilliertechnik bekannten Mitteln zur Herab setzung derartiger Verluste im Verhältnis zu der durch den Kompressor im Kreislauf strömenden Dampf menge so gering sein, dass man von einem Betrieb des Systems so gut wie ausschliesslich mittels Thermo- kompression sprechen kann.
Eine durch die Erfindung erfüllte Hauptvoraus setzung dafür, dass Kompressorbetrieb geeignet ist, besteht darin, dass der Kompressor mit wenigstens praktisch alkoholfreiem Dampf gespeist wird, da Explosionsgefahr im Kompressor besteht, wenn der Dampf einen höheren Alkoholgehalt besitzt und da die dampfverbrauchenden Apparate möglichst alkohol freien Dampf zugeführt erhalten sollen.
In der ersten Stufe würde Alkohol im Heizdampf vom Kompres sor eine Verschlechterung der Wärmeübergangszahl auf der Dampfseite und somit eine Verschlechterung der Eindampfkapazität mit sich führen und weiterhin würde er zur Folge haben, dass das Kondensat dieser Stufe Alkohol enthalten würde, wodurch ein bedeu tender, weiter unten angegebener Vorteil verloren gehen würde, der durch das System erzielt werden kann. Dass die zweite Stufe in diesem Fall mit alko holhaltigem Dampf erwärmt wird, ist unvermeidlich.
Im Wärmekörper 2b ist der Alkoholgehalt sogar sehr hoch, dies wird jedoch dadurch kompensiert, dass der diesem Heizkörper zugeführte Dampf, der in den Abtreiber unter gleichem Druck und gleicher Tem peratur wie der der ersten Stufe zugeführte Heiz- dampf eintritt, den Abtreiber mit einer Temperatur verlässt, die immer noch so hoch ist, dass die Tem peraturdifferenz im Wärmekörper 2b erheblich höher wird als in irgendeinem der andern Wärmekörper des Systems.
Durch Aufteilung der ersten Stufe in mehrere Teilstufen, beim Ausführungsbeispiel in drei Ein dampfstufen, kann man ein vollständiges Abtreiben des Alkohols aus der Lauge in die Laugendämpfe bereits in dieser einzigen Stufe erreichen. Dies hat zur Folge, dass man nur eine weitere Stufe benötigt, um alkoholfreien Laugendampf für den Kompressor zu erhalten, so dass der erforderliche Kompressionsgrad der geringstmögliche wird, da der Kompressor Dampf vom Abzugsdampfdruck der letzten Stufe auf den Einlassdampfdruck der ersten Stufe komprimieren soll.
Dies hat ausserdem zur Folge, dass der Alkohol nur auf die Hälfte des beim Eindampfen gebildeten Kondensats konzentriert werden kann, da das Kon densat der ersten Stufe aus dem gemäss dem oben gesagten alkoholfreien Heizdampf alkoholfrei anfällt, was für die weitere Alkoholgewinnung sehr vorteil haft ist.
Ausser der eben beschriebenen sind auch andere Ausführungsarten des erfindungsgemässen Verfahrens möglich. Würde man z. B. eine grössere Anzahl Stufen einführen und derart verfahren, dass der in der Lauge enthaltene Alkohol bereits in der ersten Stufe aus der Lauge entfernt wird, so würde der Alkohol natürlich auf einen noch geringeren Teil des Kondensats kon zentriert werden können. Wenn man ausserdem der art verfährt, dass das Dephlegmieren weiterhin in der letzten Stufe erfolgt, so würde auch die Temperatur- differenz in dem als Dephlegmator arbeitenden Heiz körper sich erhöhen, was vorteilhaft wäre. Dagegen würde auch der erforderliche Kompressionsgrad grö sser werden, was ein die gewonnenen Vorteile über steigender Nachteil werden kann.
Eine derartige Ab änderung, die also nicht als die geeignetste im Rah men der Erfindung erscheinen kann, kann jedoch grosse Vorteile im Verhältnis zu den vorbekannten Systemen mit sich bringen. Das Dephlegmieren kann unter Verzicht auf die Forderung nach grösstmöglicher Temperaturdifferenz alternativ auch in irgendeiner andern Stufe als der letzten Stufe vorgenommen wer den, wenn man einen besonderen Wärmekörper für das Dephlegmieren in dieser andern Stufe vorsieht.
Die gegorene Lauge braucht bei Anwendung von mehr als zwei Eingangsstufen dem Eindampfprozess nicht unbedingt in der mit dem höchsten Druck arbei tenden Stufe, sondern kann in jeder beliebigen andern Stufe, ausgenommen derjenigen mit dem niedrigsten Druck zugeführt und dann von Stufe zu Stufe in beliebiger Reihenfolge geleitet werden, wenn man nur derart verfährt, dass die Lauge dabei der letzten Stufe in wenigstens annähernd alkoholfreiem Zustand zugeführt wird.
Unter die im Rahmen der Erfindung möglichen Abänderungen fallen auch im Beispiel nicht darge stellte, beim Eindampf-Alkoholgewinnungssystem jedoch übliche Massnahmen, die Anlage unter grösst möglicher Dampfwirtschaftlichkeit, z. B. durch Wärmeaustausch und Ausnutzung von Wärme aus durch die eintretende Expansion der verschiedenen heissen Flüssigkeiten freigewordenen Dämpfen, arbei ten zu lassen.
Process for evaporating alcohol-containing solutions and for obtaining alcohol from these solutions. The invention relates to a method for evaporating and for obtaining alcohol from alcohol-containing solutions, e.g. B. fermented sulphite waste liquor.
It is already known, e.g. B. to evaporate fermented liquor with indirectly acting steam in several stages, so that the alcohol content of the liquor is transferred into the condensate from the evaporation process, whereupon the alcohol-containing condensate thus formed is subjected to an abortion process with steam, which is then dephlegmated. The alcohol-containing condensate formed during dephlegmation is then sent to a rectification process. The entire steam required for both evaporation of the lye and for driving off the alcohol from the outside is supplied.
The invention relates to a method which allows the evaporation, abortion and dephlegmation processes to be carried out in combination with one another with the least possible addition of external steam by means of thermocompression. The inventive method is characterized by a combination of several measures, namely in that the alcohol-containing solution, for.
B. fermented sulphite waste liquor is partially evaporated in such a way that the alcohol from the solution at least for the most part passes into the solvent vapor before the solution is transferred after the last stage that the alcohol-containing solvent condensate formed when it is driven off alcohol-containing steam is passed to one of the stages in which this steam, separated from the other heating steam supplied to this stage, is used as additional heating steam to evaporate the solution and is dephlegmated in the process,
and that the solvent vapor coming from the last stage is compressed in a thermocompressor and then used partly as heating steam in the first stage and partly to drive off the alcohol from the alcohol-containing solvent condensate.
The invention will be described in more detail below with reference to the accompanying drawing, which graphically illustrates an example of the exploitation of the invention.
In order not to confuse the drawing with details that are unimportant for explaining the idea of the invention, such as control valves, steam traps, liquid closures, pumps, etc., which any expert in the field of evaporation and alcohol production can introduce into the system with knowledge of the invention , such details have been omitted.
According to the drawing, the evaporation system consists of a first stage of three heat bodies, <I> la, </I> 1b and 1c, each of which is provided with a vapor and liquid separator 3a, 3b and 3c, as well as a second Stage made up of two heat bodies <I> 2a </I> and <I> 2b </I> with a common vapor and liquid separator 4.
5 denotes an aborter and 6 denotes a vapor compressor which is driven by an engine 7, in the present case an electric motor. 8 is a heat exchanger.
The system works in the following way: the compressor 6, which is fed with the solvent vapor of the second stage through a line 9, in turn promotes this vapor compressed to a suitable pressure and a suitable temperature, partly to the vapor space of the three heaters la, 1b and 1c of the first stage via a collecting line 10 and branch lines 11 <I> a, </I> 11 <I> b </I> or 11c, partly to the stripper 5 via a line 12. The heat sink la der first stage of the system is z.
B. fermented liquor supplied via a line 13 and the heat exchanger 8. From there, the liquor flows through the separator 3a and a line 14a to the liquor space of the heating body 1b, on through the separator 3b and a line 14b to the liquor space of the heating body 1c and finally through the separator 3c and a line 14c to the liquor space of the heating body < I> 2a </I> and <I> 2b </I> of the second stage, which are connected to one another via a line 14. The lye is partially evaporated.
During this evaporation, at least almost the entire alcohol content of the liquor goes gradually from heat body to heat body in the formed alkali vapors, which are passed from Abzweiglei lines 15a, 15b and 15e via a manifold 16 as heating steam to the steam space of the Wärmekör pers 2a, in which they condense with heat exchange with the caustic solution coming from the first stage and leave behind an alcohol-containing condensation.
This condensate is passed through a line 17 to the stripper 5, in which the alcohol content of the condensate is taken from the steam supplied through the Lei device 12 from the compressor 6, which is highly alcoholic from the driver through a line 18 to the vapor space of the heat sink 2b second stage is passed, where the steam is dephlegmated with further evaporation of the liquor supplied to this sem heat body. The alcohol-containing condensate originating from the dephlegmation process is diverted from the system via a line 19 for further treatment in the alcohol factory.
The partially evaporated liquor is discharged from the separator 4 of the second stage through a line 20 and, as already mentioned, the liquor vapor is passed to the compressor 6 through a device 9. This caustic steam is alcohol-free, since the caustic in the second stage is alcohol-free. The compressor delivers alcohol-free vapor for both evaporation and stripping. From the first stage, the alcohol-free condensate of the heating steam is passed through lines 21 a, 21 b or
21c and a collecting line 22 to unite in a line 23 with the condensate of the second stage freed of alcohol in the stripper 5 and to be drained out of the system together with this condensate while preheating the liquor entering the heat exchanger 8 in a cooled state .
It is obvious that this system does not require any external steam supply for purposes other than to replace unavoidable heat losses in the form of radiation losses and losses due to the heat content of the drainage liquid. Replacement steam for these losses can be supplied through a line 24.
The required amount of substitute steam can, however, be so small using means known in evaporation and distillation technology to reduce such losses in relation to the amount of steam flowing through the compressor in the circuit that the system can be operated almost exclusively by means of Thermocompression can speak.
A main requirement fulfilled by the invention for compressor operation is suitable, is that the compressor is fed with at least practically alcohol-free steam, since there is a risk of explosion in the compressor if the steam has a higher alcohol content and since the steam-consuming apparatuses as alcohol-free steam as possible should receive fed.
In the first stage, alcohol in the heating steam from the compressor would lead to a deterioration in the heat transfer coefficient on the steam side and thus a deterioration in the evaporation capacity and, furthermore, it would result in the condensate of this stage containing alcohol, which would result in a significant further the benefit indicated below that can be achieved by the system would be lost. It is inevitable that the second stage is heated with alcohol-containing steam in this case.
The alcohol content in the heating element 2b is even very high, but this is compensated for by the fact that the steam supplied to this heating element, which enters the expeller at the same pressure and temperature as the heating steam supplied to the first stage, causes the expeller at one temperature leaves, which is still so high that the temperature difference in the heat body 2b is considerably higher than in any of the other heat bodies in the system.
By dividing the first stage into several sub-stages, in the embodiment in three steam stages, you can achieve a complete expulsion of the alcohol from the liquor into the liquor vapors in this single stage. As a result, you only need one more stage to get alcohol-free caustic steam for the compressor, so that the required degree of compression is the lowest possible, since the compressor is to compress steam from the exhaust steam pressure of the last stage to the inlet steam pressure of the first stage.
This also has the consequence that the alcohol can only be concentrated to half of the condensate formed during evaporation, since the condensate of the first stage is obtained without alcohol from the alcohol-free heating steam mentioned above, which is very advantageous for further alcohol recovery.
In addition to the one just described, other embodiments of the method according to the invention are also possible. Would you z. B. introduce a larger number of stages and proceed in such a way that the alcohol contained in the liquor is removed from the liquor in the first stage, the alcohol would of course be centered on an even smaller part of the condensate. If one proceeds in such a way that the dephlegmation continues to take place in the last stage, the temperature difference in the heating element working as a dephlegmator would also increase, which would be advantageous. In contrast, the required degree of compression would also be greater, which can become one of the advantages gained over an increasing disadvantage.
Such a change, which therefore cannot appear to be the most suitable in the context of the invention, can, however, bring great advantages in relation to the previously known systems. The dephlegmating can alternatively be carried out in any stage other than the last stage, waiving the requirement for the greatest possible temperature difference, if a special heating element is provided for the dephlegmating in this other stage.
If more than two input stages are used, the fermented liquor does not necessarily need the evaporation process in the stage working with the highest pressure, but can be added in any other stage, except the one with the lowest pressure, and then passed from stage to stage in any order if you only proceed in such a way that the lye is fed to the last stage in at least an approximately alcohol-free state.
The possible changes within the scope of the invention also fall in the example not illustrated, but the usual measures in the evaporation alcohol recovery system, the system under the greatest possible steam economy, z. B. by heat exchange and utilization of heat from vapors released by the expansion of the various hot liquids, arbei th to let.