Способ непрерывного получения этилового спирта

 

Изобретение относится к спиртовой промышленности. Способ предусматривает осуществляемые при пониженном давлении непрерывное сбраживание сусла и непрерывную отгонку водно-спиртовых паров и углекислого газа, образующихся в процессе сбраживания, сжатие указанных водно-спиртовых паров и углекислого газа, конденсацию водно-спиртовых паров, передачу бродящему суслу тепла, выделяющегося в процессе конденсации водно-спиртовых паров. Одновременно осуществляют непрерывный отвод сконденсированных водно-спиртовых паров и углекислого газа, их разделение и непрерывное пополнение сусла по мере отвода сконденсированных водно-спиртовых паров, углекислого газа и барды. Для сбраживания используют сусло с концентрацией сухих веществ более 25% по весу. Сбраживание и отгонку проводят в батарее герметичных емкостей брожения-отгонки, соединенных между собой последовательно по суслу и дополнительно снабженных линиями рециркуляции сусла из каждой последующей емкости кроме последней в первую из них. Одновременно осуществляют непрерывное перемещение сусла последовательно по всем емкостям в упомянутой батарее и непрерывный отвод части сбраживаемого сусла из одной или нескольких емкостей брожения-отгонки в первую из них. Изобретение позволит интенсифицировать процесс получения этилового спирта. 3 ил.

Изобретение относится к спиртовой промышленности и может найти применение на спиртзаводах.

Известен способ непрерывного получения этилового спирта путем сбраживания в емкости брожения сырья, содержащего углеводы, при помощи закваски, в котором сусло подается непосредственно в вакуумный испаритель, где оно разделяется на первичные пары, богатые этиловым спиртом, и на первичную осадочную жидкость, содержащую закваску, часть которой в порядке рециркуляции подается в емкость брожения, а остальное подвергается сепарации на поток концентрата закваски и поток жидкости, свободной от закваски, который поступает в емкость отгонки, где подвергается разделению на вторичные пары, богатые этиловым спиртом, и на вторичную осадочную жидкость, бедную этиловым спиртом (GB, А, 2064645).

Реализация данного способа требует значительных энергозатрат, а сам способ не позволяет получить барду с повышенной концентрацией сухих веществ.

Наиболее близким к изобретению является способ непрерывного получения этилового спирта, включающий осуществляемые при пониженном давлении непрерывное сбраживание сусла и непрерывную отгонку водно-спиртовых паров и углекислого газа, образующихся в процессе сбраживания, сжатие указанных водно-спиртовых паров и углекислого газа, конденсацию водно-спиртовых паров, передачу бродящему суслу тепла, выделяющегося в процессе конденсации водно-спиртовых паров, непрерывный отвод сконденсированных водно-спиртовых паров и углекислого газа, разделение сконденсированных водно-спиртовых паров и углекислого газа и непрерывное пополнение сусла по мере отвода сконденсированных водно-спиртовых паров, углекислого газа и барды (WO, А1, 81/03182, 1980 г. - прототип).

В данном способе процесс получения этилового спирта протекает медленно, а ускорить его невозможно без уменьшения выхода этилового спирта. Кроме того, концентрация сухих веществ в получаемой при этом барде оказывается невысокой.

В основу настоящего изобретения положена задача создания способа непрерывного получения этилового спирта, обеспечивающего интенсификацию процесса получения спирта без уменьшения выхода этилового спирта при одновременном увеличении концентрации сухих веществ в барде.

Поставленная задача (технический результат) достигается созданием способа непрерывного получения этилового спирта, включающего осуществляемые при пониженном давлении непрерывное сбраживание сусла и непрерывную отгонку водно-спиртовых паров и углекислого газа, образующихся в процессе сбраживания, сжатие указанных водно-спиртовых паров и углекислого газа, конденсацию водно-спиртовых паров, передачу бродящему суслу тепла, выделяющегося в процессе конденсации водно-спиртовых паров, непрерывный отвод сконденсированных водно-спиртовых паров и углекислого газа, разделение сконденсированных водно-спиртовых паров и углекислого газа и непрерывное пополнение сусла по мере отвода сконденсированных водно-спиртовых паров, углекислого газа и барды, в котором согласно заявляемому изобретению используют сусло с концентрацией сухих веществ более 25% по весу, а сбраживание и отгонку проводят в батарее герметичных емкостей брожения-отгонки, соединенных между собой последовательно по суслу и дополнительно снабженных линиями рециркуляции сусла из каждой последующей емкости кроме последней в первую из них, причем одновременно с вышеупомянутыми процессами сбраживания и отгонки осуществляют непрерывное перемещение сусла последовательно по всем емкостям в упомянутой батарее и непрерывный отвод части сбраживаемого сусла из одной или нескольких емкостей брожения-отгонки в первую из них.

Предлагаемый способ поясняется чертежами.

На фиг.1 изображена функциональная схема устройства для непрерывного получения этилового спирта, реализующего предлагаемый способ, для варианта, в котором передачу бродящему суслу тепла, выделяющегося в процессе конденсации водно-спиртовых паров, осуществляют непосредственно теплообменом через теплообменники.

На фиг.2 изображена функциональная схема устройства для непрерывного получения этилового спирта, реализующего предлагаемый способ, для варианта, когда передачу бродящему суслу тепла, выделяющегося в процессе конденсации водно-спиртовых паров, осуществляют через промежуточный теплоноситель.

На фиг.3 приведена функциональная схема блока разделения сконденсированных водно-спиртовых паров и углекислого газа, реализующего разделение сконденсированных водно-спиртовых паров и углекислого газа согласно предлагаемому способу.

Устройство (фиг.1) для непрерывного получения этилового спирта содержит К (К больше или равно 3) герметичных емкостей 1.1-1.К брожения-отгонки, первый коллектор 2, вакуумнасос 3, К теплообменников 4.1-4.К, установленных в емкостях брожения-отгонки 1.1-1.К соответственно, второй коллектор 6, блок 7 разделения сконденсированных водно-спиртовых паров и углекислого газа, третий коллектор 8, первый 9 и второй 10 входные вентили и выходной вентиль 11, К-1 трубопроводов 12.1-12.К-1 (К больше или равно 3), соединяющих емкости брожения-отгонки последовательно по суслу, первый насос 13, четвертый коллектор 14, пятый коллектор 15 и К-2 линий рециркуляции сусла с соответствующими вентилями 16.1-16.К-2.

Устройство (фиг.2) для непрерывного получения этилового спирта содержит К (К больше или равно 3) герметичных емкостей 1.1-1.К брожения-отгонки, первый коллектор 2, вакуумнасос 3, К теплообменников 4.1-4.К, установленных в емкостях брожения-отгонки 1.1-1.К соответственно, второй коллектор 6, блок 7 разделения сконденсированных водно-спиртовых паров и углекислого газа, третий коллектор 8, первый 9 и второй 10 входные вентили и выходной вентиль 11, К трубопроводов 12.1-12.К-1 (К больше или равно 3), соединяющих емкости брожения-отгонки последовательно по суслу, первый насос 13, четвертый коллектор 14, пятый коллектор 15 и К-2 линий рециркуляции сусла с соответствующими вентилями 16.1-16.К-2, второй насос 17 и противоточный теплообменник 18, вход "водно-спиртовые пары и углекислый газ" которого соединен с выходом вакуумнасоса 3, выход "сконденсированные водно-спиртовые пары и углекислый газ" противоточного теплообменника 18 соединен с входом блока 7 разделения сконденсированных водно-спиртовых паров и углекислого газа, вход "промежуточный теплоноситель" противоточного теплообменника 18 соединен с выходом второго насоса 17, выход "промежуточный теплоноситель" противоточного теплообменника 18 соединен с вторым коллектором 6, а один конец выходного вентиля 11 соединен с выходом "К"-й емкости 1. К брожения-отгонки.

Блок 7 (фиг.3) разделения сконденсированных водно-спиртовых паров и углекислого газа выполнен в виде последовательно соединенных по охлаждаемому теплоносителю (водно-спиртовым парам и углекислому газу) первого 19 и второго 20 погружных теплообменников, причем в качестве охлаждающего теплоносителя в первом погружном теплообменнике 19 использована вода, а во втором погружном теплообменнике 20 - фреон, а вход блока 7 разделения сконденсированных водно-спиртовых паров и углекислого газа соединен с входом "водно-спиртовые пары и углекислый газ" первого погружного теплообменника 19, выход "сконденсированные водно-спиртовые пары" второго погружного теплообменника 20 соединен с выходом "водно-спиртовой раствор" блока 7 разделения сконденсированных водно-спиртовых паров и углекислого газа, выход "углекислый газ" которого соединен с выходом "углекислый газ" второго погружного теплообменника 20.

Предлагаемый способ непрерывного получения этилового спирта поясняется с помощью устройства для его осуществления (фиг.1).

В начальный момент времени сусло и дрожжи в герметичных емкостях 1.1-1.К отсутствуют. Входные вентили 9 и 10, выходной вентиль 11 и вентили 16.1-16.К-2 закрыты. Вакуумнасос 3 и первый насос 13 выключены и давление воздуха в емкости 1.1-1.К брожения-отгонки равно атмосферному давлению воздуха.

Открывают первый 9 и второй 10 входные вентили и подают через них от внешних источников (на фиг.1 не показаны) в первую емкость 1.1 брожения-отгонки соответственно сусло и дрожжи в требуемом соотношении. В результате этого одновременно с заполнением первой емкости 1.1 брожения-отгонки суслом и дрожжами начинается сбраживание сусла в ней. По заполнению сбраживаемым суслом 5 первой емкости 1.1 брожения-отгонки сбраживаемое сусло через первый трубопровод 12.1 самотеком или принудительным образом (с помощью насосов, которые на фиг.1 не показаны) поступает во вторую емкость 1.2 брожения-отгонки и т.д.

По заполнению "К"-й емкости 1.К брожения-отгонки сбраживаемым суслом 5.К закрывают второй входной вентиль 10, прекращая тем самым подачу извне дрожжей в первую емкость 1.1 брожения-отгонки, включают вакуумнасос 3 и первый насос 13 и открывают один вентиль из вентилей 16.1-16.К-2, например вентиль 16.К-2. Сусло же через первый входной вентиль 9 продолжает поступать в первую емкость 1.1 брожения-отгонки.

К этому моменту времени в "К-1"-й емкости 1.К-1 брожения-отгонки накапливается большей частью уже отбродившее сусло 5.К-1, но еще содержащее большое количество физиологических активных клеток дрожжей. Часть этого сусла, которая используется в качестве рециркулята, подается первым насосом 13 через вентиль 16.К-2, четвертый 14 и пятый 15 коллекторы в первую емкость 1.1 брожения-отгонки, вызывая брожение свежего сусла, поступающего извне через открытый первый входной вентиль 9.

Дальнейшее сбраживание сусла в емкостях 1.1-1.К осуществляется при пониженном давлении. Создание пониженного давления в батарее емкостей 1.1-1.К брожения-отгонки, отвод водно-спиртовых паров и углекислого газа, образующихся в процессе сбраживания при пониженном давлении сусла 5.1-5.К, из батареи емкостей 1.1-1.К брожения-отгонки и сжатие отведенных из батареи емкостей 1.1-1.К брожения-отгонки водно-спиртовых паров и углекислого газа, осуществляют вакуумнасосом 3, вход которого через первый коллектор 2 подключен к выходам водно-спиртовых паров и углекислого газа каждой из емкостей 1.1-1.К брожения-отгонки батареи емкостей 1.1-1.К брожения-отгонки. В результате сжатия водно-спиртовых паров и углекислого газа вакуумнасосом 3 их температура повышается. Нагретые водно-спиртовые пары и углекислый газ через второй коллектор 6 поступают в теплообменники 4.1-4.К, где отдают свое тепло более холодному бродящему суслу 5.1-5.К, увеличивая тем самым интенсивность испарения водно-спиртовых паров и углекислого газа, образующихся в процессе сбраживания сусла. При этом теплообменники 4.1-4.К действуют как конденсаторы водно-спиртовых паров, и на их выходе получаются водно-спиртовые пары, их конденсат и углекислый газ, которые и разделяются далее блоком 7 разделения сконденсированных водно-спиртовых паров и углекислого газа.

Работа устройства, изображенного на фиг.2, аналогична работе устройства фиг.1 за исключением того, что тепло бродящему суслу 5.1-5.К в емкостях 1.1-1.К передается промежуточным теплоносителем, циркулирующим в замкнутом контуре: второй коллектор 6 - теплообменники 4.1-4.К - третий коллектор 8 - второй насос 17 - противоточный теплообменник 18. Нагрев промежуточного теплоносителя осуществляется в противоточном теплообменнике 18 сжатыми и нагретыми водно-спиртовыми парами и углекислым газом, поступающими в него с выхода вакуумнасоса 3. В результате теплообмена с более холодным промежуточным теплоносителем происходит частичная конденсация водно-спиртовых паров и на выходе противоточного теплообменника 18 получаются водно-спиртовые пары, их конденсат и углекислый газ, которые поступают далее в блок 7 разделения сконденсированных водно-спиртовых паров и углекислого газа.

В блоке 7 (фиг.3) разделения сконденсированных водно-спиртовых паров и углекислого газа происходит полная конденсация водно-спиртовых паров и осуществляется отделение полученного конденсата от углекислого газа. При этом в первом погружном теплообменнике 19 в качестве охлаждающего теплоносителя используется вода, а во втором погружном теплообменнике 20 - фреон.

Выбором параметров и режимов работы устройства для непрерывного получения этилового спирта (фиг.1 или фиг.2) обеспечивается выполнение условия, когда в "К-1"-й емкости 1.К-1 брожения-отгонки всегда находится сусло 5.К-1, содержащее незначительный процент несброженных сахаров, но еще достаточное число живых и активных дрожжей, поэтому в данной системе обеспечивается выход спирта, близкий к теоретически возможному.

Благодаря своевременному удалению (отгонке) из емкостей брожения-отгонки 1.1-1.К продукта жизнедеятельности дрожжей - спирта, являющегося ингибитором процесса спиртового брожения, отсутствует его накопление в сбраживаемом сусле, в результате чего достигается эффект интенсификации процесса получения спирта.

Дополнительный эффект, позволяющий интенсифицировать процессы сбраживания сусла и отгонки спирта и использовать для получения спирта сусло с концентрацией сухих веществ более 25% по весу, обеспечивается рециркуляцией части сусла 5.К-1, содержащего значительное число живых и активных дрожжей, из "К-1"-й емкости 1.К-1 брожения-отгонки по "К-2"-й линии рециркуляции 16.К-2 сусла с вентилем в первую емкость 1.1 брожения-отгонки, что в свою очередь позволяет получить на выходе устройства барду с повышенной концентрацией сухих веществ.

Таким образом, заявляемый способ непрерывного получения этилового спирта обеспечивает интенсификацию процесса получения спирта без уменьшения выхода этилового спирта при одновременном увеличении концентрации сухих веществ в барде.

Как показали проведенные исследования, указанный технический результат достигается только при взаимосвязанном использовании всей совокупности существенных признаков заявленного объекта.

Формула изобретения

Способ непрерывного получения этилового спирта, включающий осуществляемые при пониженном давлении непрерывное сбраживание сусла и непрерывную отгонку водно-спиртовых паров и углекислого газа, образующихся в процессе сбраживания, сжатие указанных водно-спиртовых паров и углекислого газа, конденсацию водно-спиртовых паров, передачу бродящему суслу тепла, выделяющегося в процессе конденсации водно-спиртовых паров, непрерывный отвод сконденсированных водно-спиртовых паров и углекислого газа, разделение сконденсированных водно-спиртовых паров и углекислого газа и непрерывное пополнение сусла по мере отвода сконденсированных водно-спиртовых паров, углекислого газа и барды, отличающийся тем, что используют сусло с концентрацией сухих веществ более 25% по весу, а сбраживание и отгонку проводят в батарее герметичных емкостей брожения-отгонки, соединенных между собой последовательно по суслу и дополнительно снабженных линиями рециркуляции сусла из каждой последующей емкости кроме последней в первую из них, причем одновременно с вышеупомянутыми процессами сбраживания и отгонки осуществляют непрерывное перемещение сусла последовательно по всем емкостям в упомянутой батарее и непрерывный отвод части сбраживаемого сусла из одной или нескольких емкостей брожения-отгонки в первую из них.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3

NF4A Восстановление действия патента Российской Федерации на изобретение

Извещение опубликовано: 10.05.2006        БИ: 13/2006

---