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Patent Searching and Data


Title:
APPARATUS FOR THE PRODUCTION OF ALCOHOL
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2004/038031
Kind Code:
A1
Abstract:
The aim of the invention is to produce alcohol from plant-based raw materials while reducing energy consumption. Said aim is achieved by separating the husk portion of cereals during grinding and feed said husk portion to a dryer (21) which dries distiller's wash as a carrier medium for distiller's wash. The lost heat of said dryer (21) is supplied to the distillation station (15) as process heat. The lost heat of a molecular sieve (45) that drains the raw alcohol is also redirected to the distillation station (15) as process heat.

Inventors:
Hochberg, Ulrich (Pfauenstrasse 29, Karlsruhe, 76199, DE)
Schormüller, Matthias (Struvestrasse 18, Karlsruhe, 76181, DE)
Application Number:
PCT/EP2003/011602
Publication Date:
May 06, 2004
Filing Date:
October 20, 2003
Export Citation:
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Assignee:
GEA WIEGAND GMBH (Einsteinstrasse 9-15, Ettlingen, 76275, DE)
Hochberg, Ulrich (Pfauenstrasse 29, Karlsruhe, 76199, DE)
Schormüller, Matthias (Struvestrasse 18, Karlsruhe, 76181, DE)
International Classes:
B01D3/00; B01D3/14; B01D19/00; C12P7/06; B01D3/06; B01D5/00; (IPC1-7): C12P7/06; B01D3/00
Attorney, Agent or Firm:
WEICKMANN & WEICKMANN (Postfach 860 820, München, 81635, DE)
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Claims:
Ansprüche
1. Anlage zur Herstellung von Alkohol aus pflanzlichen Rohstoffen, umfassend eine verflüssigten Rohstoff zu Maische vergärende Fermentie rungsstation (13), eine den Alkohol aus der Maische abtrennende Destilliersta tion (15) und eine Trocknungsstation (21,31) für in der Destillierstation (15) anfallende Schlempe, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung von Alkohol aus Körnerfrüchten eine den die Stärke oder/und Zucker enthaltenden Kern der Körnerfrüchte unter Abtren nung zumindest eines Teils ihrer den Kern umschließenden Schalen anteile zu Mehl vermahlende Mahistation (1) und eine das Mehl aufschließende Verflüssigungsstation (9) vorgesehen ist und dass die abgetrennten Schalenanteile der Trockenstation (21,31) als Trägermedium für die Schlempetrocknung zuführbar sind.
2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mahl station (1) die Schalenanteile in einem Gewichtsverhältnis Schalen anteile zu Mehl von 1 zu 9 bis 2 zu 8 abtrennt.
3. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mahistation (1) die Körnerfrüche zu Mehl mit einer mittleren Korn größe zwischen 0,5 und 1 mm vermahlt.
4. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mahlstation (1) eine Walzenmühle oder eine Prallstrahlmühle aufweist.
5. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4 oder dem Oberbegriff von Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung von Alkohol aus pflanzlichen Rohstoffen, insbesondere zu Mehl vermah lenen Körnerfrüchten, eine Kohlehydrate und/oder Zucker in dem Rohstoff aufschließende Verflüssigungsstation (9) mit einem dem Produktstrom des zerkleinerten Rohstoffs oder einer Aufschlämmung hiervon Dampf zumischenden, wenigstens eine Mischstufe umfas senden Mischkondensator (53), einen dem Mischkondensator (9) nachgeschalteten, dem Produktstrom Heißdampf zumischenden Dampfstrahlinjektor (57) und einem dem Dampfstrahlinjektor (57) nachgeschalteten, wenigstens eine Entspannungsstufe (67,73) umfassenden Entspannungskühler (63) für den Produktstrom vor gesehen ist, wobei der Mischkondensator (53) den Produktstrom Entspannungs dampf des Entspannungskühlers (63) zumischt.
6. Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der Entspannungskühler (63) mehrstufig ist und der Mischkondensa tor (53) den Produktstrom zumindest den Entspannungsdampf der ersten Entspannungsstufe (67) des Entspanungskühlers (67) zu mischt.
7. Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Misch kondensator (53) einstufig und der Entspannungskühler (63) zwei stufig ausgebildet ist.
8. Anlage nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischkondensator (53) den Produktstrom auf eine Tempe ratur unterhalb der Verkleisterungstemperatur des Rohstoffs und der Dampfstrahlinjektor (57) den Produktstrom auf eine Temperatur oberhalb der Verkleisterungstemperatur des Rohstoffs erwärmt.
9. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8 oder dem Oberbegriff von Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Fermentie rungsstation (13) und der Destillierstation (15) eine Entgasungssta tion (17) angeordnet ist, in welcher der MaischeProduktstrom ein aufrecht stehendes, an seinem unteren Ende evakuiertes Rohrbündel (81) von oben nach unten durchläuft und sich in dem Rohrbündel (81) entspannt.
10. Anlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der MaischeProduktstrom vor dem Eintritt in das Rohrbündel (81) einen die Maische vorerwärmenden Wärmeübertrager (79) durchläuft.
11. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 10 oder dem Oberbegriff von Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trocknungs station (21,31) einen die Schlempe endtrocknenden Trockner (21) mit einer Taupunkttemperatur von mehr als 95°C, bevorzugt 100° bis 105°C umfasst und dass die Destillierstation (15) eine mit dem Abdampf des Trockners beheizte Destillationskolonne (91) umfasst.
12. Anlage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Trock ner (21) im Wesentlichen luftfreien Abdampf erzeugt.
13. Anlage nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Trockner (21) als Heißdampftrockner ausgebildet ist.
14. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 13 oder dem Oberbegriff von Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Destillierstation (15) eine erste, insbesondere durch Abdampf der Trockenstation (21,31) beheizte Destillationskolonne (91) aufweist, an die eine deren RohalkoholProduktstrom entwässernde Dehydrierstation (45) angeschlossen ist und dass in einem Zwischenniveau der ersten Destillationskolonne (91) oberhalb ihres MaischeZuführniveaus (93) eine zweite Destilla tionskolonne (117) angeschlossen ist, die über einen Wärmeüber trager (127) mit Wärme des entwässerten Alkoholdampfs der Dehy drierstation (45) beheizt ist.
15. Anlage nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Wär meübertrager als mit entwässertem Alkoholdampf der Dehydrier station (45) beheizten Fallstromverdampfer (127) ausgebildet ist.
16. Anlage nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Dehydrierstation (45) ein Molekularsieb (117) umfasst.
17. Anlage nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Mole kularsieb (117) bei einem Druck von 1,7 bar, a oder mehr betrieben ist.
18. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 17 oder dem Oberbegriff von Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trocknungs station (21,31) einen die Schlempe in einen SchlempeDünnsaft Produktstrom und einen SchlempeFeststoffProduktstrom trennen den Separator (25), einen den SchlempeDünnsaftProduktstrom zu SchlempeDicksaft eindampfenden Verdampfer (31) sowie einen den SchlempeDicksaft zusammen mit dem SchlempeFeststoff zu Tros kenschlempe trocknenden Trockner (21) umfasst, dass der Destillierstation (15) eine den RohalkoholProduktstrom ent wässernde Dehydrierstation (45) nachgeordnet ist und dass der Verdampfer (31) wenigstens eine mit Wärme des entwässerten Alkoholdampfs der Dehydrierstation beheizte Ver dampferstufe (51) aufweist.
19. Anlage nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Ver dampfer (31) einen Vorverdampfer (49) und einen Endverdampfer (51) umfasst und dass der Endverdampfer (51) mit entwässertem Alkoholdampf aus der Dehydrierstation (45) beheizt ist.
20. Anlage nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Dehydrierstation (45) ein Molekularsieb (117) umfasst.
21. Anlage nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Mole kularsieb (117) bei einem Druck von 1,7 bar, a oder mehr betrieben ist.
Description:
Anlage zur Herstellung von Alkohol Beschreibung Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Herstellung von Alkohol aus Kohlehy- drat oder Zucker enthaltendem Rohstoff.

Die großtechnische Herstellung von Alkohol, insbesondere Ethylalkohol, aus Kohlehydrat oder/und Zucker enthaltenden pflanzlichen Rohstoffen nach herkömmlichen Verfahren der Verflüssigung des Rohstoffs, der Ver- gärung zu Maische und nachfolgender Destillation des Rohalkohols ist energieaufwändig, insbesondere wenn die bei der Destillation als Rückstand anfallende Schlempe zur Herstellung von Tierfutter oder dergleichen ge- trocknet wird.

So sind zum Beispiel für die Erzeugung von einem Liter wasserfreiem Ethylalkohol und getrockneter Schlempe zwischen 7 und 8 kg Wasser- dampf erforderlich. In Summe übersteigt die zur Alkoholherstellung erfor- derliche Energie bei herkömmlichen Verfahren den Energieinhalt des Alko- hols und dementsprechend ist der Einsatz von Alkohol als Brennstoff in Kraftmaschinen, beispielsweise Automobilmotoren bezogen auf die Ge- samtenergiebilanz unrentabel.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Weg zu zeigen, wie Alkohol, insbeson- dere Ethylalkohol und getrocknete Schlempe, mit weniger Energieaufwand als bisher aus pflanzlichen Rohstoffen hergestellt werden kann.

Die Erfindung geht aus von einer herkömmlichen Anlage zur Herstellung von Alkohol aus pflanzlichen Rohstoffen, welche umfasst :

eine verflüssigten Rohstoff zu Maische vergärende Fermentierungsstation, eine den Alkohol aus Maische abtrennende Destillierstation und eine Trocknungsstation für in der Destillierstation anfallende Schlempe.

Für die Erfindung sind mehrere Aspekte maßgebend, die jeweils für sich und erst recht in ihrer Kombination eine beträchtlich kostengünstigere Herstellung des Alkohols, insbesondere Ethylalkohols, aus kohlehydrathalti- gen oder/und zuckerhaltigen pflanzlichen Rohstoffen wie zum Beispiel Mais, Weizen, Sorghum oder auch Melasse ermöglichen. Alkohol und getrocknete Schlempe lassen sich mit beträchtlich weniger Energie, insbesondere weni- ger als 50 % des bisherigen Energieaufwands herstellen.

Unter einem ersten Aspekt wird das der Erfindung zugrunde liegende Problem bei der Herstellung von Alkohol aus Körnerfrüchten, wie zum Beispiel Mais oder Weizen oder dergleichen dadurch gelöst, dass eine den die Stärke oder/und den Zucker enthaltenden Kern der Körnerfrüchte unter Abtrennung zumindest eines Teils ihrer den Kern umschließenden Schalen- anteile zu Mehl vermahlende Mahlstation und eine das Mehl aufschließende Verflüssigungsstation vorgesehen ist und dass die abgetrennten Schalen- anteile der Trockenstation als Trägermedium für die Schlempetrocknung zuführbar sind. Wenngleich auch mit den als Kleie oder dergleichen an- fallenden Schalenanteilen ein gewisser Prozenzsatz der vergärbaren Kohle- hydrate oder Zuckeranteile des Rohstoffs nicht dem Gärprozess zugeführt wird, so wird dieser Umstand dadurch ausgeglichen, dass die Maische reicher an vergärbaren Kohlehydraten und an Zucker ist, so dass höher- prozentiger Alkohol destilliert werden kann. Zugleich vermindert sich der Energieverbrauch in der Destillierstation.

Bei herkömmlichen, zur Schlempetrocknung eingesetzten Trocknern wird ein Teil der getrockneten Schlempe als Trägermaterial in den Trocknungs- prozess zurückgeführt. Dieser Anteil kann im Rahmen der Erfindung ver- ringert werden oder ganz entfallen, nachdem als Trägermedium die bei der

Vermahlung abgetrennten Schalenanteile (pelzen oder Kleie) dem Trockner direkt zugeführt werden. Da die abgetrennten Schalenanteile nicht der Verflüssigung zugeführt wurden, also nicht getrocknet werden müssen, verringert sich der Energieverbrauch des Trockners und es können kleinere Trockner als bisher eingesetzt werden.

Um in der Mahlstation die Schalenanteile hinreichend abtrennen zu können, wird zweckmäßigerweise eine Walzenmühle oder einer Prallstrahlmühle eingesetzt. Als Optimum zwischen Verbesserung des Trocknungsprozesses einerseits und hinreichender Alkoholausbeute andererseits hat sich ein Gewichtsverhältnis der Schalenanteile der abgetrennten Schalenanteile zum Mehl von 1 : 9 bis 2 : 8 herausgestellt. Die mittlere Korngröße der in der Mahistation vermahlenen Körnerfrüchte sollte größer als 0,2 mm sein und liegt zweckmäßigerweise zwischen 0,5 mm bis 1 mm.

Bei der Alkoholherstellung muss die in dem pflanzlichen Rohmaterial enthal- tene, zumeist gekörnte Stärke verflüssigt bzw. aufgeschlossen werden.

Herkömmlich erfolgt dies unter Zusatz von Enzymen durch Dampf, mit dem das Mehl oder gegebenenfalls in einer Aufschlämmung vorliegendes Mehl über seine durch das Rohstoffmaterial bestimmte Verkleisterungstempera- tur hinaus erwärmt wird. Nach einer die enzymatische Verflüssigung erlau- benden Verweilzeitspanne muss die in dem Verflüssigungsschritt entste- hende"Süßmaische"wieder abgekühlt werden. Gegebenenfalls kann sich an den Verflüssigungsschritt noch ein Vorfermentierungs-oder Verzucke- rungsschritt anschließen.

Bei herkömmlichen Verflüssigungsstationen wird die Stärke durch Dampf durch einen mit Frischdampf beschickten Dampfstrahlerhitzer in einem einzigen Schritt bis über die Verkleisterungstemperatur hinaus erwärmt. Für die Verflüssigung ist hierbei vergleichsweise viel Energie erforderlich.

Unter einem zweiten Aspekt lässt sich der Energiebedarf der Verflüssi- gungsstation beträchtlich verringern, wenn die Verflüssigungsstation einen dem Produktstrom des zerkleinerten Rohrstoffs oder einer Aufschlämmung hiervon Dampf zumischenden, wenigstens eine Mischstufe umfassenden Mischkondensator, sowie einen dem Mischkondensator nachgeschalteten, dem Produktstrom Heißdampf zumischenden Dampfstrahlinjektor und einen dem Dampfstrahlinjektor nachgeschaltetem, wenigstens eine Entspan- nungsstufe umfassenden Entspannungskühler für den Produktstrom um- fasst. Der Mischkondensator mischt dem Produktstrom den Entspannungs- dampf des Entspannungskühlers zu, nutzt also die in dem Entspannungs- kühler aus dem Produktstrom rückgewonnene Energie für die Teilerwär- mung des Produktstroms bei der Verflüssigung aus. In einer bevorzugten Ausgestaltung erwärmt der Mischkondensator den Produktstrom auf eine Temperatur unterhalb der Verkleisterungstemperatur des Rohstoffs, so dass der Dampfstrahlinjektor nur noch Erwärmungsenergie, zum Beispiel aus Frischdampf, für die Resterwärmung bis oberhalb der Verkleisterungstem- peratur zuführen muss. Für diesen Resterwärmungsschritt ist vergleichs- weise wenig Energie erforderlich.

Zumindest der Entspannungskühler ist bevorzugt mehrstufig ausgebildet, wobei der Mischkondensator dem Produktstrom zumindest den Entspan- nungsdampf aus der ersten Entspannungsstufe des Entspannungskühlers zumischt. Der apparative Aufwand ist vergleichsweise gering, wenn der Mischkondensator einstufig und der Entspannungskühler zweistufig ausge- bildet sind. Auch der Entspannungsdampf der zweiten Stufe des Entspan- nungskühlers kann für Prozesszwecke rückgewonnen werden.

Es wird ausgenutzt, dass die Verkleisterungstemperatur, bei der die Ver- flüssigung der Stärke des Rohstoffs einsetzt, in der Größenordnung von 90°C liegt, während für die nachfolgende Verzuckerung lediglich etwa 60°C erforderlich sind, bzw. die Fermentationstemperatur der nachfolgen- den Vermaischung nur bei 35 bis 40°C liegt. Während der für die enzyma-

tische Verflüssigung einzuhaltenden Verweilzeit, die zwischen einigen Minuten und etwa einer Stunde liegen kann, können Wärmeverluste durch geeignete Isoliermaßnahmen verhindert werden. Von besonderem Vorteil der Nutzung eines durch Entspannungsdämpfe geheizten Mischkondensa- tors ist, dass keine Wärmeübertragungsflächen vorgesehen sind, die bei herkömmlichen Verflüssigungsverfahren zu Verkrustungen neigen.

Bei der Fermentation entsteht neben Alkohol auch Kohlendioxid (CO2), das teilweise in der Maische gelöst ist. Das in der Maische gelöste CO2 behin- dert jedoch die Funktion der Destillationskolonnen der Destillierstation und erfordert zum Teil aufwändige Konstruktionen, insbesondere da die ver- gorene Maische schäumt, wenn das darin gelöste CO2 entweicht. Nicht zuletzt erhöht das in der Destillationskolonne entweichende CO2 den Druck- verlust in der Destillationskolonne.

Unter einem dritten Aspekt der Erfindung kann der aparative Aufwand der Destillationsstation verringert werden, wenn zwischen der Fermentierungs- station und der Destillierstation eine Entgasungsstation angeordnet ist, in welcher der Maische-Produktstrom ein aufrecht stehendes, an seinem unteren Ende evakuiertes Rohrbündel von oben nach unten durchläuft und sich in dem Rohrbündel entspannt. Der entstehende Dampf zerreibt den Maischeschaum in dem Rohrbündel, so dass die Destillationskolonnen einfacher gebaut werden können. Zudem vereinfacht sich das Vakuumsy- stem der Destillationskolonne. Der Entgasungsprozess wird verstärkt, wenn der Maische-Produktstrom vor dem Eintritt in das Rohrbündel einen die Maische vorerwärmenden Wärmeübertrager durchläuft. Zudem wird die Maische bereits hier näher an die Destillationstemperatur herangebracht.

Herkömmlich werden Destillationskolonnen durch Frischdampf beheizt. Unter einem vierten Aspekt zeigt die Erfindung einen Weg, wie für die Beheizung der Destillationskolonne bereits anderweitig in der Alkoholher- stellungsanlage anfallende Energie genutzt werden kann. Hierzu ist vor-

gesehen, dass die Trocknungsstation einen die Schlempe endtrocknenden Trockner mit einer Taupunkttemperatur von mehr als 95°C, bevorzugt 100° bis 105°C umfasst und däss die Destillationsstation eine mit dem Abdampf des Trockners beheizte Destillationskolonne hat. Mit dem Ab- dampf eines derartigen Trockners lässt sich zumindest die den Rohalkohol abgebende Destillationskolonne ausschließlich beheizen, insbesondere wenn diese Destillationskolonne keine allzu großen Druckverluste hat, wie sich dies vorangegangen erläutert durch die CO2-Entgasung der dieser Destillationskolonne zugeführten Maische erreichen lässt. Hohe Taupunkt- temperaturen des Abgases lassen sich speziell mit einem Trockner errei- chen, welcher im Wesentlichen luftfreien Abdampf erzeugt. Ein solcher Trockner kann beispielsweise als mit überhitztem Dampf betriebener Heiß- dampftrockner ausgebildet sein.

Vorangegangen wurde erläutert, wie durch Abtrennung der Schalenanteile bei Körnerfrüchten als Rohstoffmaterial der Alkoholherstellung der Trockner verkleinert werden kann. Unter Umständen führt diese Verkleinerung des Trockners dazu, dass er nicht ohne weiteres ausreichende Abdampfener- gien für die Beheizung der Destillationskolonne erzeugen kann. Ein fünfter Aspekt der Erfindung zeigt einen Weg, wie weitere Wärmeenergie für die Beheizung der Destillationskolonne aus ohnehin aufzuwendender Prozess- wärme für diesen Zweck zurückgewonnen werden kann.

Es hat sich herausgestellt, dass die Restenergie des in einer Dehydrier- station entwässerten Alkohols ausreicht, um ein eventuelles Energiedefizit der Destillationsstation auszugleichen. Unter einem fünften Aspekt der Erfindung ist vorgesehen, dass der Destillationsstation eine erste, insbeson- dere durch Abdampf der Trockenstation beheizte Destillationskolonne aufweist, an die eine deren Rohalkohol-Produktstrom entwässernde Dehy- drierstation angeschlossen ist und dass in einem Zwischenniveau der ersten Destillationskolonne oberhalb ihres Maische-Zuführniveaus eine zweite Destillationskolonne angeschlossen ist, die über einen Wärmeüber-

trager mit Wärme des entwässerten Alkoholdampfs der Dehydrierstation beheizt ist.

Bei einer derartigen"Side Stripper"-Anordnung wird in der zweiten Destilla- tionskolonne Alkohol nicht mehr aus Maische abdestilliert, sondern aus einem Alkohol-Wasser-Substrat bei dementsprechend verringerter Destilla- tionsenergie abgetrennt.

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der der zweiten Destillationskolonne zugeordnete Wärmeübertrager als mit entwässertem Alkoholdampf der Dehydrierstation beheizter Fallstromverdampfer ausgebildet, dem Lutter- wasser aus dem Sumpf der zweiten Destillationskolonne zur Entwässerung im Kreislauf zugeführt wird. Das aus der zweiten Destillationskolonne in die ersten Destillationskolonne zurückgeführte Alkohol-Wasser-Substrat ist dementsprechend alkoholreicher als das aus der ersten Destillationskolonne der zweiten Kolonne zugeführte Substrat.

Bei der Dehydrierstation handelt es sich bevorzugt um ein Molekularsieb, dem der Rohalkohol gegebenenfalls nach einer Vorerwärmung unter einem höheren Druck als üblich, insbesondere bei einem Druck von mehr als 1,7 bar, a zugeführt wird, wird das Molekularsieb bei einem solchermaßen erhöhten Druck betrieben, lassen sich Abwärmetemperaturen des entwäs- serten Alkoholdampfs von mehr als 90°C erreichen und wie vorangegan- gen erläutert, zur Beheizung des vorzugsweise als Fallstromverdampfer ausgebildeten Wärmeübertragers nutzen.

Die Idee, die Restwärme des entwässerten Alkohol-Produktstroms in der Prozessführung an anderer Stelle einzusetzen, lässt sich auch anderweitig realisieren, beispielsweise zur Verbesserung des Wirkungsgrads der Schlempetrocknung. Unter einem sechsten Aspekt ist vorgesehen, dass die Trocknungsstation einen die Schlempe in einen Schlempe-Dünnsaft-Pro- duktstrom und einen Schlempe-Feststoff-Produktstrom auftrennenden

Separatur, beispielsweise einen Decanter oder dergleichen, sowie einen den Schlempe-Dünnsaft-Produktstrom zu Schlempe-Dicksaft eindampfenden Verdampfer umfasst. Die Trockenstation umfasst ferner einen den Schlem- pe-Dicksaft zusammen mit dem Schlempe-Feststoff zu Trockenschlempe fertig trocknenden Trockner. Ist auch hier der Destillierstation eine deren Rohalkohol-Produktstrom entwässernde Dehydrierstation nachgeordnet, so kann wenigstens eine Verdampferstufe des den Schlempe-Dünnsaft-Pro- duktstrom eindampfenden Verdampfers mit Wärme des in der Dehydrier- station entwässerten Alkoholdampfs beheizt werden.

Beispielsweise kann der Verdampfer zweistufig aufgebaut sein und einen Vorverdampfer sowie einen Endverdampfer umfassen, wobei dann der Endverdampfer mit entwässertem Alkoholdampf aus der Dehydrierstation beheizt wird. Der Vorverdampfer wird zweckmäßigerweise so bemessen, dass er den zulaufenden Schlempe-Dünnsaft auf eine Feststoffkonzen- tration von 17 % bis 24 % vorkonzentriert, während der Endverdampfer dieses Vorkonzentrat zu Dicksaft (Sirup) mit einem Feststoffanteil von beispielsweise 25 bis 50 % je nach Rohstoff und zugesetzten Enzymen eindickt.

Auch unter dem letztgenannten Aspekt ist die Dehydrierstation bevorzugt als Molekularsieb ausgebildet, dem der entwässerte und gegebenenfalls auf mehr als 90°C vorerwärmte Rohalkohol bei einem Druck von mehr als 1,7 bar, a zugeführt wird.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert.

Hierbei zeigt : Figur 1 eine schematische Blockdarstellung einer erfindungsgemäßen Anlage zur Herstellung von Alkohol aus pflanzlichen Rohstof- fen ;

Figur 2 eine schematische Blockdarstellung einer Verflüssigerstation der Anlage ; Figur 3 eine schematische Blockdarstellung einer Entgasungsstation der Anlage ; Figur 4 eine schematische Blockdarstellung einer Destillierstation mit nachfolgender Dehydrierstation der Anlage und Figur 5 eine schematische Blockdarstellung eines in der Anlage nach Figur 1 zur Schlempetrocknung vorgesehenen Endverdamp- fers.

Die in Figur 1 dargestellte Anlage erlaubt es, entwässerten Ethylalkohol aus pflanzlichen, Kohlehydrate oder/und Zucker enthaltenden Rohstoffen, hier Körnerfrüchten, wie zum Beispiel Getreide oder Mais großtechnisch mit gegenüber herkömmlichen Anlagen deutlich verringertem Energieeinsatz herzustellen. Die Anlage umfasst eine Mahistation 1, die die bei 3 als Rohstoff zugeführten Körnerfrüchte unter Abtrennung zumindest eines Teils der den Stärke oder/und Zucker enthaltenden Kern umschließenden Scha- lenanteile zu Mehl mit einer mittleren Korngröße von mehr als 0,2 mm, zweckmäßigerweise 0,5 bis 1 mm, vermahlt. Die Mahlstation 1 ist bevor- zugt als Walzenmühle oder als Prallstrahlmühle ausgebildet. Beispiele solcher Mühlen sind zum Beispiel in"Ullmanns Encyclopädie der techni- schen Chemie", dritte Auflage, 1951 Verlag Urban und Schwarzenberg, Band 1, Seite 622,623, 633,634, beschrieben. Zweckmäßigerweise ist die Mahlstation 1 so eingestellt, dass sie die Schalenanteile in einem Ge- wichtsverhältnis von Schalenanteilen zu Mehlanteil von 1 : 9 bis 2 : 8 bei 5 für die nachfolgend noch näher erläuterte Weiternutzung abgibt.

Das bei 7 abgegebene Mehl wird, gegebenenfalls nach Aufschlämmung einer Verflüssigungsstation 9 zugeführt, in welcher die zumeist kornförmige Stärke des Mehls unter Zusatz von Enzymen verflüssigt und damit in eine vergärbare Form aufgeschlossen wird. Die Stärke wird hierbei unter Zufuhr von Dampf 11 zunächst über die rohstoffabhängige Verkleisterungstempe-

ratur erwärmt und dann wieder abgekühlt. Die Verkleisterungstemperaturen liegen für Gerste, Weizen oder Roggen in der Größenordnung von 80°C, für Mais etwa bei 75°C und für Hafer bei 85°C. Einzelheiten der Verflüssi- gungsstation 9 werden nachfolgend anhand von Figur 2 erläutert.

Die in der Verflüssigungsstation 9 entstehende Süßmaische wird nach Abkühlung auf Verzuckerungstemperatur von etwa 60°C unter Zugabe von Enzymen während einer Verweilzeit von 0,2 bis 5 Stunden verzuckert und nachfolgend nach weiterer Abkühlung auf Fermentationstemperatur von ca.

35 bis 40°C unter Zugabe von Hefe und gegebenenfalls weiteren Enzymen zu Alkohol vergoren. Der Verzuckerungsschritt kann gegebenenfalls entfal- len, wobei dann die Süßmaische in der Verflüssigungsstation 9 unmittelbar auf die Fermentationstemperatur gekühlt wird.

In der Fermentierungsstation 13 entsteht bei der Vergärung neben Alkohol auch Kohlendioxid (CO2), welches sich zum Teil in der bei der Fermentation entstehenden Maische löst. Das CO2 behindert die Funktion von Destilla- tionskolonnen einer Destillierstation 15, in welcher der in der Maische durch Vergären entstandene Alkohol abgetrennt wird. Die Maische wird deshalb der Destillierstation 15 über eine Entgasungsstation 17 zugeführt, in welcher das in der Maische gelöste CO2 abgetrennt und zudem die Maische entschäumt wird. Einzelheiten der Entgasungsstation werden nachfolgend anhand von Figur 3 erläutert.

In der Destillierstation 15 wird die Maische erwärmt, wobei, wie nachfol- gend noch näher erläutert wird, der größte Teil der hierfür erforderlichen Energie aus der Abwärme anderer Prozessstufen gewonnen wird, insbeson- dere dem Abdampf 19 eines Trockners 21, der die als Rückstand des Destillåtionsprozesses bei 23 anfallende Schlempe zu einem trockenen, auf Grund seines hohen Proteingehalts als Tierfutter verwendbaren Endprodukt (DDGS) fertig trocknet. Die bei 23 anfallende Schlempe wird zunächst in einem Separator 25, beispielsweise einem Decanter in einen Dünnsaft-

Produktstrom 27 und einen Feststoff-Produktstrom (wet cake) 29 aufge- teilt. Der Dünnsaft-Produktstorm 27 wird in einem Verdampfer 31 unter Zufuhr von Energie 33 zunächst zu einem Dicksaft-Produktstrom 35 einge- dampft und dann werden der Dicksaft-Produktstrom 35 und der Feststoff- Produktstrom 29 zusammen mit dem in der Mühlenstation 1 abgetrennten Schalenanteil-Produktstrom 5 dem durch Fremdenergie 37 beheizten Trock- ner 21 für die Endtrocknung zugeführt. Die hierbei entstehende Trocken- schlempe fällt bei 39 an. Einzelheiten der Erzeugung von Trockenschlempe sind beispielsweise in der Zeitschrift"Die Branntweinwirtschaft"Mai 1976, Seiten 138 bis 141 beschrieben.

Der in dem Trockner erzeugte Abdampf hat eine Taupunkttemperatur von mehr als 95°C, bevorzugt 100 bis 105°C, arbeitet also im Wesentlichen luftfrei. Geeignet sind insbesondere Heißdampftrockner oder Rieseltrockner, wie sie beispielsweise in der genannten Literaturstelle"Ullmann's Encyclo- pädie der technischen Chemie", Seiten 577 und 601 beschrieben sind. Der Trockner 21 erzeugt auf diese Weise Abdampf mit einer die Destillation des Alkohols in der Destillierstation 15 erlaubenden Temperatur.

Der in der Mahlstation 1 abgetrennte Schalenanteil (Kleie) wird dem Trock- ner 21 direkt zugeführt, wird also nicht der Verflüssigung unterworfen und muss nicht nach dem Einmaischen wieder getrocknet werden. Der Schalen- anteil des Rohstoffs dient vielmehr in dem Trockner 21 als Trägermaterial für den Feststoff-Produktstrom 29 sowie dem Dicksaft-Produktstrom 35.

Auf diese Weise kann der Anteil an Trockenschlempe, der bei herkömm- lichen Trocknungsverfahren als Trägermaterial für den Trocknungsprozess zurückgeführt wird, vermindert werden. Der Trockner 21 kann damit kleiner dimensioniert sein, und es verringert sich der Energiebedarf bzw. Dampf- verbrauch des Trockners 21. Die Abtrennung der Schalenanteile bei 5 in der Mahistation 1 erhöht darüber hinaus den Stärkegehalt in dem tatsäch- lich der Verflüssigung zugeführten Mehl, was den bei der Fermentation in der Fermentierungsstufe 13 erzielbaren Alkoholgehalt der Maische erhöht

und damit den Energieverbrauch bei der Destillation der Maische vermin- dert.

Die vorstehend erläuterte Verkleinerung des Trockners 21 kann im Einzelfall dazu führen, dass seine für den Destillationsprozess der Destillierstufe 15 ausgenutzte Abdampfwärme nicht ausreicht, um den gesamten Destillier- prozess durchführen zu können. Wie im Einzelnen anhand der Figur 4 noch erläutert wird, kann zur Deckung eines eventuellen Energiedefizits die Abwärme einer den Rohalkohol der Destillierstation 15 bei 43 aufnehmen- den Dehydrierstufe 45 gedeckt werden. Die Dehydrierstufe 45 ist bevor- zugt als Molekularsieb ausgebildet und gibt den dehydrierten Ethylalkohol als Endprodukt bei 47 ab. Das Molekularsieb wird hierbei bei einem Druck von wenigstens 1,7 bar, a betrieben, um eine im Destillationsprozess ver- wertbare Abwärmetemperatur von mehr als 90°C zu erreichen.

Für den Fall, dass die Prozesswärme der Destillierstufe 15 bereits allein durch den Trockner 21 gedeckt werden kann, kann die Abwärme der Dehydrierstation 45 anderweitig in dem Alkoholherstellungsprozess genutzt werden. Eine vorteilhafte Nutzung ist in dem Verdampfer 31 bei der Schlempetrocknung möglich. Der Verdampfer 31 umfasst hierzu einen beispielsweise mit Frischdampf, vorzugsweise aber mit mechanischer Brüdenverdichtung betriebenen Vorverdampfer 49, der den Feststoffanteil in dem bei 27 zulaufenden Schlempe-Dünnsaft auf 17 % bis 24 % vorkon- zentriert, während ein im Produktstrom nachgeschalteter Endverdampfer 51 für eine weitergehende Konzentration des Feststoffanteils auf 25 % bis 50 % je nach Rohstoff oder zugesetzten Enzymen sorgt. Soweit die Abwärme- energie der Dehydrierstation 45 nicht in der Destillierstation 15 erforderlich ist, kann sie, wie bei 41'dargestellt, auch zur Erwärmung des Endver- dampfers 51 genutzt werden. Damit muss lediglich der Vorverdampfer 49 durch die bei 33 dem Verdampfer 31 zugeführte, bei mechanischer Brüden- verdichtung elektrische Energie erwärmt werden. Einzelheiten des Endver- dampfers 51 werden nachfolgend anhand von Figur 5 erläutert.

Figur 2 zeigt Einzelheiten der Verflüssigungsstation 9. Diese umfasst einen Mischkondensator 53, der das bei 55 aus der Mahistation 1 in gegebenen- falls aufgeschlämmter Form und mit für die Verflüssigung erforderlichen Enzymen versetzte Mehl auf eine Temperatur unterhalb der Verkleisterungs- temperatur des für die Alkoholherstellung benutzten Rohstoffs erwärmt. Das solchermaßen vorerwärmte Produkt wird in einem Dampfstrahlinjektor 57 mit Frischdampf 59 vermischt und dadurch auf eine Temperatur über der Verkleisterungstemperatur des Rohstoffs erwärmt und einer Verweil- strecke 61 zugeführt, in der es eine gewisse Zeit von zum Beispiel 0,1 bis 1 Stunde oberhalb der Verkleisterungs-oder Verflüssigungstemperatur gehalten wird. Danach wird das verflüssigte Produkt in einem mehrstufigen Entspannungskühler 63 auf die für die Weiterverarbeitung der am Ausgang 65 anfallenden Süßmaische erforderliche Temperatur gekühlt. Der in der ersten Stufe 67 des Entspannungskühlers 63 anfallende Entspannungs- dampf wird bei 69 dem Mischkondensator 53 unmittelbar zugeführt. Damit ist eine Wärmerückgewinnung möglich, ohne dass zur Verkrustung nei- gende Wärmeübertragungsflächen benutzt werden müssen. Die über einen Druckausgleichsiphon 71 an die erste Entspannungsstufe 67 des Entspan- nungskühlers 63 angeschlossene, die Süßmaische bei 65 abgebende zweite Entspannungsstufe 73 des Entspannungskühlers 63 führt ihren Entspannungsdampf einem Wärmeübertrager 75 für eine anderweitige Rückgewinnung der Wärme zu.

Der Mischkondensator 53 erwärmt das Produkt bis auf wenige Grad Cel- sius unterhalb der Verkleisterungstemperatur, so dass der Dampfstrahlinjek- tor mit vergleichsweise geringem Dampfverbrauch die Produkttemperatur auf wenige Grad oberhalb der Verkleisterungstemperatur erhöhen kann. Der Energiebedarf des Mischkondensators 53 kann hierbei vollständig durch den Entspannungsdampf des Entspannungskühlers 9 gedeckt werden.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist lediglich der Entspannungskühler 9 mehrstufig ausgebildet. Es versteht sich, dass auch der Mischkondensa-

tor 53 mehrere Stufen haben kann, die dann jeweils gesondert durch einzeln zugeordnete Stufen des Entspannungskühlers mit Entspannungs- dampf versorgt werden.

Figur 3 zeigt Einzelheiten der Entgasungsstation 17. Die bei 77 aus der Fermentierungsstation 13 zugeführte, alkoholhaltige Maische wird zunächst in einem Wärmeübertrager 79 vorerwärmt und dann am oberen Ende eines mit seinem Rohrbündel aufrecht stehenden Rohrbündel-Entspanners 81 versprüht, so dass sie sich in den Rohren entspannen kann, bevor die entgaste Maische mittels einer Austragpumpe 83 aus dem an das untere Ende des Rohrbündels anschließenden Sumpf abgezogen und der Destillier- station 15 zugeführt wird. Der Sumpf 85 bildet einen ersten Abscheider, der mit einem seitlich angeordneten Flüssigkeitsabscheider 87 kommuni- ziert. Der Flüssigkeitsabscheider 87 ist bei 89 an ein Vakuumsystem ange- schlossen, welches C02 sowie Wasserdämpfe und Alkoholdämpfe abzieht.

Die Anordnung ist so getroffen, dass am unteren Ende des Rohrbündels ein Unterdruck entsteht und die Maische mit einer Geschwindigkeit von etwa 20 bis 60 m/s durch das Rohrbündel strömt. Dies fördert die Entgasung der Maische und sorgt insbesondere dafür, dass der bei der Entspannung entstehende Dampf den Schaum der Maische zerreibt. Da die Maische entgast ist, kann die nachfolgend erläuterte Destillationskolonne der Destil- lierstation 15 einfacher gebaut werden und auch das Vakuumsystem der Destillationskolonne vereinfacht sich. Damit einher geht auch eine Ver- ringerung des Druckverlustes in der Destillationskolonne.

Einzelheiten der Destillierstation 15 sind in Figur 4 dargestellt. Die Destillier- station 15 umfasst eine erste Rektifizier-oder Destillationskolonne 91, der in einem Zwischenniveau bei 93 die entgaste Maische aus der Entgasungs- station 17 zugeführt wird. Der bei 95 zugeführte Abdampf des Trockners 21 speist einen Wärmeübertrager 97, durch den die im Sumpf 99 der Destillationskolonne 91 sich sammelnde Schlempe mittels einer Zirkula- tionspumpe 101 im Kreislauf geführt und erwärmt wird. Aus dem Sumpf

99 wird bei 103 darüber hinaus die dem Separator 25 für den Trocknungs- vorgang zugeführte Schlempe abgezogen. Im oberen Bereich der Destilla- tionskolonne 91 wird in üblicher Weise Alkohol und Wasser enthaltendes Dampf-Flüssigkeits-Gemisch über einen Kondensator 105 im Kreislauf geführt und bei 107 als wasserhaltiger Rohalkohol mittels einer Pumpe 109 abgezogen. Der abgezogene Rohalkohol wird in einem Verdampfer 111 auf eine Temperatur von mehr als 90°C erwärmt und unter dem Druck der Pumpe 109 einem die Dehydrierstation 45 bildenden Molekularsieb 113 zugeführt. Das Molekularsieb 113 entwässert den Rohalkohol und liefert bei 115 als Endprodukt der Alkoholherstellung wasserfreien Ethylalkohol.

Wesentlich ist, dass die Pumpe 109 den Druck in dem Molekularsieb 1 13 auf mehr als 1,7 bar, a erhöht, um auf diese Weise den bei 115 verfügbaren Produktstrom aus dehydriertem Alkoholdampf für die Abwärmerückgewin- nung in nachfolgend noch näher erläuterter Weise nutzen zu können.

Während die Destillationskolonne 91 ausschließlich von der Abwärme des Trockners 21 mit Prozesswärme versorgt wird, wird eine zweite Destilla- tionskolonne 117, die nach Art eines"side strippers"mit der Destillations- kolonne 91 verbunden ist, im Wesentlichen ausschließlich durch die Ab- wärme des aus dem Molekularsieb 113 austretenden entwässerten Alko- holdampfs mit Prozesswärme versorgt. Die Destillationskolonne 1 17 ent- nimmt an einem Niveau oberhalb des Maische-Zuführungsniveaus 93 der Destillationskolonne 91 ein Alkohol/Wasser-Gemisch, welches bei 119 dem Kopf der Destillationskolonne 1 17 zugeführt wird und nach Alkoholanrei- cherung an einem etwas tiefer gelegenen Niveau bei 121 in die Destilla- tionskolonne 91 zurückgeführt wird. Der im Wesentlichen maischefreie Sumpf 123 der Destillationskolonne 117 enthält Lutterwasser, das mittels einer Zirkulationspumpe 125 im Kreislauf durch einen Fallstromverdampfer 127 geführt wird, so dass bei 129 Wasser aus der Destillationskolonne 117 abgezogen werden kann. Der Fallstromverdampfer 127 wird durch den auf wenigstens 90°C erwärmten wasserfreien Alkoholdampf aus dem Molekularsieb 113 beheizt, wobei der wasserfreie Alkoholdampf bei 131

zugeführt und bei 133 als gekühltes Endprodukt der Alkoholherstellungs- anlage abgeführt wird. Beispiele geeigneter Fallstromverdampfer sind beispielsweise in CH 510 450 oder DE 1 519 714 A beschrieben. Ein Beispiel eines Molekularsiebs ist in US 4 407 662 beschrieben.

Die vorstehend erläuterte Destillierstation 15 kann auf Grund der Wärme- rückgewinnung aus dem Produktstrom des entwässerten Ethylalkohols auch dann betrieben werden, wenn der Trockner 21 bei Verkleinerung der Trocknerkapazität wegen der Zuführung des in der Mahistation abgetrenn- ten Kleie-oder Schalenanteils des Rohstoffs nicht hinreichend Energie für das Betreiben des gesamten Destillationsprozesses liefert. Reicht die Ab- wärme des Trockners 21 jedoch aus, so kann die Abwärme des Molekular- siebs 113 auch anderweitig rückgewonnen werden, insbesondere als Prozesswärme im Endverdampfer 51.

Wie Figur 5 zeigt, wird der im Molekularsieb 113 bei einer Temperatur von mehr als 90°C und einem Druck von mehr als 1,7 bar, a entwässerte Etha- noldampf bei 135 einem als Zwangsumlauf-Verdampferheizkörper ausgebil- deten Wärmeübertrager 137 zugeführt und erwärmt dort den von einer Zirkulationspumpe 139 im Kreislauf durch den Wärmeübertrager 137 und einen Entspannungsbehälter 141 geförderten, bei 143 dem Eindampfungs- kreislauf zugeführten, im Vorverdampfer 49 vorkonzentrierten Schlempe- saft. Eine Austragpumpe 145 entnimmt an einer im Kreislauf vor dem Saftzulauf 143 gelegenen Stelle den Dickschlempesaft und führt ihn dem Trockner 21 zu. Im Entspannungsbehälter 141 entstehender Wasserdampf wird bei 147 einem nicht näher dargestellten Kondensationssystem oder weiteren Verdampfer zugeführt. Der in dem Wärmeübertrager 137 abge- kühlte, entwässerte Alkoholdampf wird mittels einer Austragpumpe 149, die gegebenenfalls über einen Ausgleichs-oder Vorlagebehälter 151 an dem Wärmeübertrager 137 angeschlossen ist, als Endprodukt der Alkohol- herstellung abgeführt.