Ethanol

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Zu Bioethanol!

Die Abbildung zeigt das Schema der geplanten Druckstufenanlage zu Erzeugung von Bioethanol in einem kontinuierlichen Verfahren. Es sind drei Destillationskolonnen dargestellt: die vorhandene Brennkolonne, die Rektifizierkolonne und die Absolutierkolonne. Sie sind farblich so gewählt, dass die hellste Kolonne den höchsten Druck aufweist. Die Wasserkühler der Brennkolonne sowie andere Details sind in diesem Übersichtsschema bewusst nicht dargestellt.

Energiefluss:

• Die Absolotierungskolonne A wird mit etwa 14 bar betrieben und als einzige über den Heizkörper HK3 mit Dampf vom Kessel versorgt.
• Die Dämpfe am Kopf der Kolonne sind bei diesem Druck noch so heiß, dass sie über den Heizkörper HK2 zum Verdampfen des Lutterwassers im Sumpf der Rektifizierkolonne R, die bei etwa 4 bar arbeitet, dienen.
• Die Temperatur der Brüden von R wiederum reicht aus, um die Schlempe im Sumpf der unter Normaldruck stehenden Brennkolonne B über den Heizkörper HK1 zu verdampfen. Die alkoholischen Dämpfe am Kopf dieser Kolonne werden im bestehenden Wärmetauscher WT1 kondensiert und dabei die zuströmende kalte Maische vorgewärmt.
• Die beiden energetisch aufgesetzten Druck- und Hochdruckkolonnen werden dabei so ausgelegt, dass sie genau die Energie brauchen, die die Brennkolonne B benötigt. So verbraucht die gesamte Anlage später in etwa die gleiche Energie wie ohne Absolutierung. (Abgesehen von den Abstrahlungsverlusten!)

Stofffluss:

• Im Wärmetauscher WT2 wird die Maische im Gegenstrom mit der ausströmenden Schlempe auf Siedetemperatur gebracht und in die Brennkolonne B eingespeist. Hierin wird ihr auf klassische Art und Weise im Maischeteil der Alkohol entzogen und im Verstärkungsteil dieser auf zirka 87%vol angereichert. Das aus dem Rücklauf des Dephlegmators entnommene Kopfprodukt wird über den Wärmetauscher WT3 im Gegenstrom zum Sumpfabzug der R-Kolonne vorgewärmt und dieser zugeführt.
• Zusammen mit der anfallenden wässrigen Alkohollösung aus der Absolutierung wird hier der Alkohol weiter auf etwa 96%vol entwässert. Das Lutterwasser aus dem Sumpf der R-Kolonne wird zur thermischen Nutzung in der Kolonne B aufgearbeitet. Das Kopfprodukt wird dem Rücklauf entnommen und über den Wärmetauscher WT4 im Gegenstrom zum fertigen Bioethanol aus der A-Kolonne, dieser vorgewärmt zugeführt.
• Zusammen mit dem eingespeisten Cyclohexan bildet hier das Alkohol-Wasser-Gemisch ein ternäres Azeotrop. Dieses Dreistoffgemisch hat die Eigenschaft leichter zu sieden als der reine Alkohol und reichert sich somit am Kopf der Kolonne an. Der schwerer siedende reine Alkohol fällt in diesem Fall am Sumpf an.
• Das Kopfprodukt wird dem kondensierten Rücklauf entnommen und gegen das einzuspeisende Cyclohexan im WT5 abgekühlt. Bevor es in den Dekanter zur Flüssigphasentrennung eintritt, wärmt es im WT6 die wässrige Unterphase des Ruhegefäßes zur eigenen Abkühlung auf (die Phasentrennung ist bei niedrigen Temperaturen effektiver). Die Trennwirkung im Dekanter wird noch mehr erhöht, indem zusätzliches Weichwasser zugegeben wird. Die Unterphase muß vor der Rückführung in die R-Kolonne noch weiter vorgewärmt werden. Dies geschieht im WT7 im Gegenstrom zum austretenden Fertigprodukt, das so auf eine lagerfähige Temperatur abgekühlt wird.