способ непрерывного получения этилового спирта

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.

Описание изобретения к патенту

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.