scan0100 2

138

11.6. Wydzielanie i oczyszczanie etanolu

Otrzymane w wyniku fermentacji etanolowej roztwory zawierają, w zależności od stosowanego surowca, od 2% do ok 10% etanolu. Aby otrzymać gotowy produkt o wartości handlowej, należy etanol zatężyć oraz oczyścić od niepożądanych składników. Powszechnie stosuje się w tym celu rektyfikację. Jest to proces bardzo energochłonny. Udział instalacji rektyfikacji w ogólnych kosztach inwestycyjnych wynosi od 6 do 11%, zaś zużycie energii na rektyfikację wynosi ponad 50% całkowitego zużycia energii w procesie produkcji.

Zatężanie etanolu przez rektyfikację możliwe jest jedynie do stężenia azeo-tropowego. Pod normalnym ciśnieniem temperatura wrzenia mieszaniny azeo-tropowej ctanol-woda, zawierającej 96,5% masowych etanolu, wynosi 78,15°C. Otrzymanie czystego etanolu wymaga zastosowania specjalnych technik rozdzielania.

11.6.1. Klasyczny proces rektyfikacji

Proces rektyfikacji brzeczki etanolowej może być prowadzony w aparacie o działaniu okresowym bądź w aparacie o działaniu ciągłym. Aparaty o działaniu okresowym, tzw. kolumny odpędowe stosowane są w małych instalacjach, np. w gorzelniach rolniczych. Służą one do otrzymywania spirytusu surowego o stężeniu 89-92% obj. etanolu. W gorzelniach przemysłowych oraz w zakładach oczyszczania spirytusu stosuje się aparaty o działaniu ciągłym. Służą one do oczyszczania spirytusu surowego oraz do rektyfikacji prze-fermentowanej brzeczki.

Na rys. 11.1 przedstawiono przykładowy schemat zestawu aparatów odpę-dowo-rektyfikacyjnych o działaniu ciągłym. W skład instalacji wchodzą trzy kolumny: zacierowa (1), epiuracyjna (2) oraz rektyfikacyjna (3). Odpędzanie etanolu z przefermentowanej brzeczki odbywa się w kolumnie zacierowej (1). Z dołu tej kolumny odbierany jest wywar gorzelniany, zaś opary zawierające ok. 40-50% etanolu, kierowane są do kolumny epiuracyjnej (2). W kolumnie epiuracyjnej zostają odrektyfikowane frakcje lekko wrzące (przedgony). Roztwór z dołu kolumny epiuracyjnej przepływa do kolumny rektyfikacyjnej (3). Z górnych półek kolumny (3) obierany jest spirytus rektyfikowany, z dolnej części kolumny odbierane są fuzle, zaś u dołu kolumny odprowadzana jest woda wywarowa.

Oczyszczanie spirytusu surowego jest prowadzone w układach zbliżonych do przedstawionego, tyle, że bez kolumny odpędowej. Spirytus poddawany oczyszczeniu rozcieńcza się wstępnie do ok. 50%.

rektyfikat

wywar

Rys. 11.1. Trzykolunmowy zestaw do rektyfikacji etanolu: 1 - kolumna zacierowa, 2 - kolumna cpiuracyjna. 3 - kolumna rektyfikacyjna, 4 - dcflcgmatory

11.6.2. Otrzymywanie etanolu bezwodnego

Metoda tradycyjna polega na destylacji znad środków hygroskopijnych, np. wapna palonego (CaO), chlorku wapnia (CaCl₂) lub gipsu (CaS0₄). Stosuje się również ciecze hygroskopijne, np. glicerynę. Metody te sprawiają duże kłopoty techniczne, straty etanolu są znaczne.

Najbardziej rozpowszechnione są metody odwadniania etanolu przez rektyfikację z dodatkowym składnikiem (rektyfikacja ekstrakcyjna). W metodach tych wykorzystuje się zmianę równowagi ciecz-para, w wyniku wprowadzenia do roztworu dodatkowego składnika, jak np. benzen, gliceryna.

Na rys. 11.2 przedstawiono przykładowy schemat instalacji do rektyfikacji azeotropowej z benzenem. Układ składa się z trzech kolumn. Do pierwszej kolumny podawany jest spirytus surowy. Z dołu kolumny odbierany jest spirytus bezwodny. Opary z kolumny (1) zawierające 24% etanolu, 22% wody i 54% benzenu, po skropleniu kierowane są do rozdzielacza. W rozdzielaczu następuje oddzielenie dwóch faz. Faza organiczna zawierająca 74% benzenu, 22% etanolu i 4% wody kierowana jest jako flegma do kolumny (1). Faza wodna, zawierająca 61% wody, 35% etanolu i 4% benzenu kierowana jest do