Способ разделения спиртосодержащих смесей
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.
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 - 0,02Вода - 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.
Формула изобретения
РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2PC4A - Регистрация договора об уступке патента Российской Федерации на изобретение
Номер и год публикации бюллетеня: 32-2001
(73) Патентообладатель:
Аветисян Владимир Евгеньевич (RU)
(73) Патентообладатель:
Дьяченко Олег Брониславович (RU)
(73) Патентообладатель:
Кислов Андрей Игоревич (RU)
(73) Патентообладатель:
Титов Алексей Константинович (RU)
(73) Патентообладатель:
Шейбе Дмитрий Илларионович (RU)
Договор № 12811 зарегистрирован 13.07.2001
Извещение опубликовано: 20.11.2001