СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ СПИРТОСОДЕРЖАЩИХ СМЕСЕЙ Российский патент 2000 года по МПК B01D3/14 C12P7/06 

Изобретение относится к спиртовой промышленности и более конкретно к способу разделения спиртосодержащих смесей любого происхождения. Получаемый спирт может быть использован в медицине, косметико-парфюмерной, фармацевтической, пищевой и других отраслях промышленности, а также в сельском хозяйстве.

Известен способ разделения спиртосодержащих смесей, таких как спирт-сырец, путем его очистки на ректификационной установке, включающей эпюрационную и ректификационную колонны (Н.И. Гладилин "Руководство по ректификации спирта", - М.: Пищепромиздат, 1952, с. 177-185) [1].

На эпюрационной колонне спирт-сырец отделяют от легкокипящих примесей - эфироальдегидной фракции (ЭАФ). Выделение ЭАФ производят с применением приема гидроселекции - разбавления спирта-сырца водой для повышения относительной летучести легких примесей. На ректификационной колонне кубовый остаток эпюрационной колонны - эпюрат подвергают отделению от воды и тяжелокипящих примесей и верхом ректификационной колонны отбирают спирт-ректификат.

Этим способом не удается очистить спирт от всех нежелательных примесей.

Для более полного отделения примесей используют различные способы дополнительной очистки. Так, в патенте СССР N 1830078, 1991 [2] очистку проводят с применением перманганата калия, щелочи и других химических реагентов. Использование химической очистки приводит к удорожанию товарного продукта не только за счет применения реагентов, но и за счет дополнительных операций по очистке сточных вод.

Другим возможным способом дополнительной очистки спирта от примесей является использование экстрактивной дистилляции с применением в качестве экстрагентов диметилсульфоксида - патент США N 5800681, 1998 [3], анизола и этилбензола - патент США N 5445716, 1995 [4].

Использование экстрактивной дистилляции для дополнительной очистки спирта связано с повышенной материалоемкостью и тщательной последующей очисткой спирта от экстрагентов. Это, в свою очередь, приводит к повышенным энергозатратам и увеличению потерь спирта с отделяемым экстрагентом.

Для отделения примесей от спирта значительно более выгоден способ, описанный в патенте РФ N 2086287, 1994 [5]. В указанном способе сырьем является спирт- сырец, получаемый путем очистки от воды и легких примесей на двух ректификационных колоннах (Технологический регламент на производство спирта этилового синтетического методом прямой гидратации этилена. М., 1993 г., с. 4, 14-17) [6]. Очистка спирта- сырца до категории спирт-ректификат достигается определенным соотношением спирт: вода, а также подачей сырья в точку, соответствующую числу теоретических тарелок под тарелкой питания не менее 15. При этом получают высококачественный спирт-ректификат. Вместе с тем в этом способе предусматривается использование только кондиционного сырья - спирта-сырца. Для применения данного способа необходимо предварительное кондиционирование водно-спиртовых смесей, связанное с дополнительными энергозатратами и оборудованием.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ разделения спиртосодержащих смесей, в т.ч. водно-спиртовых концентратов, описанный в патенте РФ N 2130492, 1998 [7]. Способ включает эпюрацию сырья с применением приема гидроселекции с разделением на легкую дистиллятную фракцию и эпюрат. Из дистиллятной фракции, содержащей 30-70% спирта от его количества в питании с примесью эфироальдегидной фракции и не более 9,5 мас. % воды, при последующей ректификационной очистке получают спирт категории "технический". Эпюрат выделяют с содержанием соответственно 70-30% спирта от его количества в питании и концентрацией не более 8 мас.%, остальное вода + примеси сивушных масел. На последующей стадии ректификационной очистки эпюрата получают высококачественный спирт-ректификат. Способ позволяет использовать в качестве сырья любые спиртосодержащие смеси, в том числе и некондиционное сырье - водно-спиртовые концентраты, и получать на одной установке спирт категории "технический" и высококачественный спирт-ректификат. При этом достигается снижение энергозатрат и материалоемкости. Вместе с тем спирт категории "технический", хотя и отвечает техническим условиям на этот продукт, однако содержит значительные количества примесей и воды, которые не могут быть отделены в условиях данного способа. Кроме того, большое разбавление спирта в эпюрате приводит к его заметным потерям на последующей стадии разделения.

Таким образом, задачей настоящего изобретения являлось разделение спиртосодержащих смесей любого происхождения и любого состава, в том числе и некондиционных, с получением товарных продуктов - высококачественных спирта технического и спирта-ректификата при одновременном уменьшении потерь спирта.

Сформулированная задача в соответствии с настоящим изобретением решается способом разделения спиртосодержащих смесей, включающим эпюрацию сырья с применением приема гидроселекции, с отбором легкой дистиллятной фракции и эпюрата и последующую ректификационную очистку, отличающимся тем, что спирт категории "технический" и спирт-ректификат выделяют последовательной двухступенчатой ректификацией эпюрата с отбором сивушных масел в виде кубового продукта ректификационной колонны второй ступени или с отбором части сивушных масел в виде бокового погона ректификационной колонны первой ступени, а оставшихся сивушных масел - в виде кубового продукта ректификационной колонны второй ступени; спирт категории "технический" отбирают в виде головного продукта ректификационной колонны первой ступени, а спирт-ректификат - в виде головного продукта ректификационной колонны второй ступени, причем часть сивушных масел, отобранную в виде бокового погона на первой ступени ректификации, направляют в исчерпывающую часть ректификационной колонны второй ступени, а часть спиртосодержащего потока, отводимого из верхней части ректификационной колонны первой ступени, подают на питание ректификационной колонны второй ступени.

В способе, согласно настоящему изобретению, возможно использование некондиционного сырья, в том числе эфироальдегидной фракции, выделенной из спирта-сырца ферментного производства. Из этого отхода, в соответствии с настоящим изобретением, получают пищевой спирт-ректификат. По сравнению со способом-прототипом уменьшается расход воды, подаваемой на гидроселекцию. При этом повышается качество технического спирта как за счет уменьшения содержания примесей, так и за счет его большей крепости, которая в данном способе достигает 95 об.% и выше. Одновременно с этим снижаются потери спирта с сивушными маслами. Способ позволяет получать спирт любого заданного качества как категории "технический", так и спирт-ректификат в одном процессе без регламентации состава исходного сырья.

При этом неожиданно оказалось, что отвод части сивушных масел в виде бокового погона из ректификационной колонны первой ступени и вывод его из системы позволяет получить технический спирт с большим содержанием основного вещества (95 об.% и выше) и одновременным упрощением работы ректификационной колонны второй ступени. При этом потери спирта не превышают таковых на стадии ректификации в способе-прототипе. При вводе указанного бокового погона из ректификационной колонны первой ступени не происходит снижения качества спирта-ректификата, вместе с тем достигается снижение потерь на этой стадии по сравнению со способом-прототипом в ~ 1,5-2 раза.

Применение способа, согласно настоящему изобретению, для разделения спиртосодержащих смесей гидролизного производства или полученных сбраживанием пищевого растительного сырья позволяет также получать высококачественные продукты, аналогичные приведенным в примерах 1-3, в этом случае вторая ступень ректификационной очистки дополняется метанольной колонной.

Для лучшего понимания изобретения на чертеже приведена принципиальная схема разделения спиртосодержащих смесей.

Установка представляет собой последовательное соединение ректификационных колонн, где К-1 - эпюрационная колонна, в которой с применением приема гидроселекции в качестве дистиллята отбирают эфироальдегидную фракцию. Кубовый продукт - эпюрат направляют на две последовательные ступени ректификационной очистки, на фиг. 1 это колонны К-2 - первая ступень и К-3 - вторая ступень. В ректификационной колонне К-2 верхом отбирают технический спирт заданного качества. Из средней части колонны К-2 часть сивушных масел отводят в виде бокового погона, который далее выводят из системы, или направляют в исчерпывающую часть ректификационной колонны К-3. Из куба колонны К-2 отводят лютерную воду, с верхних тарелок этой же колонны выводят спиртосодержащий поток (ССП), направляемый далее на питание ректификационной колонны К-3. Из колонны К-3 в качестве головного продукта отбирают спирт-ректификат, а в качестве кубового продукта выводят сивушные масла. При использовании спиртосодержащей смеси бродильного происхождения выделение спирта-ректификата осуществляют из куба метанольной колонны (вторая ступень ректификации - на схеме не показана), верхом которой отделяют метанольную фракцию.

Изобретение поясняется примерами 1 - 3 конкретного исполнения и сравнительным примером 4.

Пример 1.

Разделение спиртосодержащих смесей проводят на установке, включающей эпюрационную колонну К-1 с 20 теоретическими тарелками, дефлегматоры, теплообменники, необходимое насосное и емкостное оборудование и ректификационные колонны. Водно-спиртовые смеси разделяют двухступенчатой ректификацией, осуществляемой на колонне К-2 с 19 теоретическими тарелками (1-ая ступень) и К-3 с 24 теоретическими тарелками (2-ая ступень). Для разделения используют некондиционное сырье - водно-спиртовый концентрат (ВСК).

В колонну К-1 подают ВСК в количестве, содержащем 1000 кг/ч этилового спирта, в кипятильник колонны подводят пар.

ВСК представляет собой смесь 20-8 - мас.% этанола, воды и примесей следующего состава, мас.%:
Диэтиловый эфир - 1,7
Ацетальдегид - 1,2
Ацетон - 0,04
Метилэтилкетон - 0,03
Изопропанол - 0,27
Н.бутанол - 0,09
2-Бутанол - 0,10
Трет.бутанол - 0,01
Кротоновый альдегид - 0,02
Вода - Остальное
Эпюрат в количестве ~ 6100 кг/ч направляют в ректификационную колонну первой ступени К-2. Из колонны К-2 в виде бокового погона отводят ~ 50 кг/ч сивушных масел, которые подают в исчерпывающую часть колонны К-3 второй ступени ректификации. Из головной части колонны К-2 в количестве 300 кг/ч отбирают технический спирт, состав которого приведен в таблице 1. С третьей-шестой от верха тарелки этой колонны выводят ССП в количестве 660 кг/ч, который направляют далее на питание колонны К-3. Из куба колонны К-3 выводят сивушные масла в количестве ~ 45 кг/ч. В качестве головного продукта получают ~ 660 кг/ч товарного спирта-ректификата, состав которого приведен в таблице 1.

Четкость разделения спиртосодержащих смесей оценивают по содержанию трудно отделяемых компонентов в получаемых товарных продуктах. Этими компонентами являются кротоновый альдегид и трет.бутанол. Показатели спиртов по содержанию этих компонентов определяют хроматографическим анализом и сравнением пробы на окисляемость получаемых спиртов и эталонных образцов.

Примеры 2.1-2.3.

Способ осуществляют аналогично примеру 1 с отводом сивушных масел только в виде кубового продукта со второй ступени ректификации (колонна К-3). Результаты разделения приведены в таблице 1. В качестве головного продукта колонны К-2 в примере 2.1 отводят ~ 1020 кг/ч технического спирта, в примере 2.2 ~ 510 кг/ч технического спирта и ~ 480 кг/ч спирта-ректификата в качестве головного продукта колонны К-3. В примере 2.3. отводят ~ 960 кг/ч товарного спирта-ректификата. Таким образом, в данном способе массовое соотношение получаемых товарных продуктов, в зависимости от конъюнктуры, может быть любым. Можно получать только технический спирт (пример 2.1) или только спирт-ректификат (пример 2.3), или оба сорта в любых соотношениях. Состав получаемых товарных продуктов приведен в таблице 1.

Пример 3.

Способ осуществляют аналогично примеру 1, с отводом сивушных масел в виде бокового погона из колонны К-2 в количестве 27 кг/ч и кубового продукта колонны К-3 в количестве 27 кг/ч. Результаты приведены в таблице 1.

Пример 4 (сравнительный).

Разделение водно-спиртового концентрата осуществляют в соответствии со способом-прототипом, т. е. в эпюрационно-ректификационной колонне спиртосодержащий поток делят на два, один из которых, содержащий 30% спирта от потенциала, отбирают верхом, остальное количество спирта в виде эпюрата с концентрацией по спирту 8 об.% отводят в ректификационную колонну, где из него получают спирт-ректификат. Из головной фракции эпюрационно-ректификационной колонны в следующей ректификационной колонне выделяют спирт категории "технический".

Как видно из данных, приведенных в таблице 1, способ, в соответствии с настоящим изобретением, позволяет получать более высококачественный технический спирт, чем в способе-прототипе, как за счет значительного снижения количества примесей, так и за счет меньшего содержания в нем воды (большей крепости). Наряду с этим, помимо улучшения качества достигается значительная экономия спирта, его потери снижаются в среднем в ~ 1,5-2 раза. Использование спиртосодержащих смесей, полученных ферментацией растительного и пищевого сырья, в предлагаемом способе позволяет получать высококачественный спирт-ректификат при тех же энергозатратах и материалоемкости, что и в способе-прототипе, с примерно двукратным снижением потерь спирта.

При незначительных изменениях технологической схемы, не требующих капитальных вложений, способ с большой энергетической и экономической эффективностью может быть осуществлен на существующих установках по производству спирта.

Изобретение относится к спиртовой промышленности. Способ предусматривает эпюрацию сырья с применением приема гидроселекции, с отбором легкой дистиллятной фракции и эпюрата и последующую ректификационную очистку. Спирт категории "технический" и спирт-ректификат выделяют последовательной двухступенчатой ректификацией эпюрата. При этом производят отбор сивушных масел в виде кубового продукта ректификационной колонны второй ступени или с отбором части сивушных масел в виде бокового погона ректификационной колонны первой ступени, а оставшихся сивушных масел - в виде кубового продукта ректификационной колонны второй ступени. Изобретение позволит получить высококачественный технических спирт и спирт-ректификат при уменьшении потерь спирта и снижении энергозатрат. 3 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 ил.

1. Способ разделения спиртосодержащих смесей, включающий эпюрацию сырья с применением приема гидроселекции, с отбором легкой дистиллятной фракции и эпюрата и последующую ректификационную очистку, отличающийся тем, что спирт категории технический и спирт-ректификат выделяют последовательной двухступенчатой ректификацией эпюрата с отбором сивушных масел в виде кубового продукта ректификационной колонны второй ступени или с отбором части сивушных масел в виде бокового погона ректификационной колонны первой ступени, а оставшихся сивушных масел - в виде кубового продукта ректификационной колонны второй ступени. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что спирт категории технический отбирают в виде головного продукта ректификационной колонны первой ступени, а спирт-ректификат - в виде головного продукта ректификационной колонны второй ступени. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что часть сивушных масел, отобранную на первой ступени ректификации в виде бокового погона, направляют в исчерпывающую часть ректификационной колонны второй ступени. 4. Способ по п.1, или 2, или 3, отличающийся тем, что часть спиртосодержащего потока, отводимого из верхней части ректификационной колонны первой ступени, подают на питание ректификационной колонны второй ступени.