CN101247870B - 溶液的分离装置 - Google Patents

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Abstract

能够通过1次处理得到很高浓度的溶液。溶液的分离装置将溶液以薄雾的形式雾化到输送气体中，然后将包含被雾化的薄雾的输送气体移送到回收部(3)中，在回收部(3)中，从雾化的薄雾成分中分离并回收特定的目标物质。溶液的分离装置借助输送气体使薄雾成分与具有分子筛作用的分子筛吸附剂(4)接触，使包含在薄雾成分中的吸附成分吸附到分子筛吸附剂(4)中，将吸附成分从薄雾成分中分离。从包含在分离了吸附成分的输送气体中的薄雾成分中分离没有吸附到分子筛吸附剂(4)中的非吸附成分，从而从输送气体中分离目标物质。

Description

溶液的分离装置
技术领域
本发明涉及从含有两种以上的物质的混合物中分离目标物质的浓度高的高浓度溶液、或者将包含在溶液中的目标物质分离的方法和装置，特别涉及适合于从生物乙醇(biomass alcohol)、酒、酒原料等醇溶液中分离更高浓度的醇、或者从石油中分离目标物质的浓度高的溶液的装置。
背景技术
近年来，由于使用在汽油中添加醇的燃料，所以希望有提高醇浓度的技术。醇可以通过使玉米等有机物发酵而便宜地制造。但是，由于通过该方法制造的生物乙醇浓度较低，所以需要将水分离而处理为高浓度。为了从醇中分离水而变为高浓度，使用蒸馏的方法。但是，该方法有能量消耗变大的缺点。如果为了将醇处理为高浓度而消耗大量的能量，则即使将其添加到汽油中并燃烧，总体上也不能节约汽油消耗。
本发明者开发了以较少的能量消耗提高醇浓度的分离装置(参照专利文献1)
专利文献1：特开2001-314724号公报
该分离装置将醇溶液填充到密闭构造的雾化室中，通过超声波振子使该雾化室的醇溶液产生超声波振动而雾化为薄雾，使雾化的薄雾凝聚回收，来分离高浓度的醇溶液。该分离装置能够分离高浓度的醇作为目标物质是通过以下的动作达到的。
醇比水容易移动到溶液的表面，表面的溶液的醇的浓度变高。如果在此状态下使其超声波振动，则高浓度的醇在超声波振动的能量作用下变为薄雾，以细微的粒子释放到空气中。被释放到空气中的薄雾的醇浓度变高。这是因为醇浓度较高的表面的溶液容易变为薄雾。此外，醇比水容易气化也使薄雾的醇浓度变高。这是因为，从醇水溶液的薄雾中醇比水更多地气化，使包含在输送气体中的醇浓度变高。因而，如果从输送气体中回收包含在输送气体中的雾化的薄雾、和从薄雾中气化的成分即薄雾成分，则分离出高浓度的醇溶液。该方法能够不将溶液加热而分离高浓度的醇溶液。因此，能够以较少的能量消耗高浓度地分离目标物质。此外，由于不加热，所以还具有能够不使目标物质变质而分离的特长。
但是，以上的分离装置具有不能使醇水溶液的浓度成为很高、例如90％以上的高浓度的缺点。因此，为了使例如醇浓度成为90％以上的高浓度，需要多次反复用分离装置将醇水溶液分离来提高浓度。但是，如果多次反复分离，则有总的能量消耗变大的缺点。
发明内容
本发明是以消除该缺点为目的而开发的，本发明的重要的目的是提供一种能够通过1次处理得到很高浓度的溶液的溶液分离装置。
本发明将溶液以薄雾的形式雾化到输送气体中，将包含雾化的薄雾的输送气体移送到回收部3中，在回收部3中，从雾化的薄雾成分中分离并回收特定的目标物质。溶液的分离是通过以下工序而从输送气体中分离目标物质：借助输送气体，使薄雾成分与具有分子筛作用的分子筛吸附剂4接触，从而使包含在薄雾成分中的吸附成分吸附到分子筛吸附剂4中，由此从薄雾成分中分离吸附成分的吸附工序；和从包含在由吸附工序分离了吸附成分的输送气体中的薄雾成分中分离没有吸附到分子筛吸附剂4中的非吸附成分的分离工序。
本发明能够使溶液超声波振动而以薄雾的形式雾化到输送气体中。此外，本发明能够将溶液从喷雾喷嘴15喷雾而以薄雾的形式雾化到输送气体中。
本发明可以使用合成沸石的分子筛作为分子筛吸附剂4。
本发明可以使溶液为醇水溶液、使分离的目标物质为比溶液浓度高的醇、通过分子筛吸附剂4吸附包含在薄雾成分中的水作为吸附成分、将没有吸附到分子筛吸附剂4中的非吸附成分作为目标物质的醇。在该分离中，可以在吸附工序中吸附吸附成分的水而从薄雾成分中分离，在分离工序中从分离了水的薄雾成分中分离作为非吸附成分的目标物质的醇。
本发明可以使包含在由吸附工序分离了吸附成分的薄雾成分中的非吸附成分在分离工序中吸附到第2吸附剂7中而从输送气体中分离。
本发明可以在将输送气体用冷却部19冷却后，使其与分子筛吸附剂4接触，从而使吸附成分吸附到分子筛吸附剂4中。
本发明的溶液的分离装置具备将溶液雾化到输送气体中的雾化室1、使溶液以薄雾的形式雾化到该雾化室1的输送气体中的雾化机构2、和使分子筛吸附剂4吸附由雾化机构2雾化而用输送气体移送的薄雾成分而从输送气体中分离的回收部3。回收部3具备吸附回收部5和分离回收部6。在吸附回收部5中，使具有分子筛作用的分子筛吸附剂4吸附包含在输送气体的薄雾成分中的吸附成分，并且从分子筛吸附剂4释放吸附的吸附成分，从而从薄雾成分中分离。在分离回收部6中，从由吸附回收部5排出的包含薄雾成分的输送气体中分离包含在没有被吸附回收部5吸附的薄雾成分中的非吸附成分分离。在分离装置中，由吸附回收部5吸附薄雾成分的吸附成分而从输送气体中分离，由分离回收部6吸附并分离薄雾成分的非吸附成分。
在本发明的溶液的分离装置中，雾化机构2可以具备通过超声波振动将雾化室1的溶液雾化为薄雾并使其飞散到输送气体中的超声波振子11、和连接在该超声波振子11上并对超声波振子11供给高频率电力使其产生超声波振动的超声波电源12。
在本发明的溶液的分离装置中，雾化机构2可以具备将溶液以薄雾的形式喷雾到雾化室1中而雾化的喷雾喷嘴15、和对该喷雾喷嘴15加压供给溶液的加压泵16。
在本发明的溶液的分离装置中，可以使吸附吸附成分的分子筛吸附剂4为合成沸石的分子筛。
在本发明的溶液的分离装置中，可以使溶液为醇水溶液，使吸附回收部5的分子筛吸附剂4为将包含在薄雾成分中的水作为吸附成分吸附的分子筛。
在本发明的溶液的分离装置中，分离回收部6可以具备将包含在由吸附回收部5的分子筛吸附剂4分离了吸附成分的薄雾成分中的非吸附成分吸附而分离的第2吸附剂7，该第2吸附剂7吸附非吸附成分而从输送气体中分离。
在本发明的溶液的分离装置中，可以使溶液为醇水溶液，使吸附回收部5的分子筛吸附剂4为将包含在薄雾成分中的水作为吸附成分吸附的分子筛，使分离回收部6的第2吸附剂7为吸附醇的吸附剂。
在本发明的溶液的分离装置中，吸附回收部5可以在密闭室20中填充有分子筛吸附剂4，并且在该密闭室20上连结有真空泵22，由真空泵22从密闭室20排气，从分子筛吸附剂4释放吸附成分。
在本发明的溶液的分离装置中，可以将密闭室20经由开闭阀21连结到雾化室1，将开闭阀21打开而从雾化室1将包含薄雾成分的输送气体供给到密闭室20中，使吸附成分吸附到分子筛吸附剂4中，将开闭阀21关闭而将密闭室20减压，从分子筛吸附剂4释放薄雾成分。
在本发明的溶液的分离装置中，可以在一对密闭室20中填充有分子筛吸附剂4，一对密闭室20经由开闭阀21连结到雾化室1。在该分离装置中，可以将一个开闭阀21打开而将包含薄雾成分的输送气体供给到密闭室20中，使吸附成分吸附到分子筛吸附剂4中，将另一个开闭阀21关闭而从密闭室20排气，从分子筛吸附剂4释放吸附成分，将开闭阀21交替地开闭，从输送气体中分离吸附成分。
在本发明的溶液的分离装置中，吸附回收部5可以具备温度控制部26。该温度控制部26可以将吸附输送气体的吸附成分的分子筛吸附剂4的温度控制得比释放吸附成分的分子筛吸附剂4的温度低。
本发明具有能够通过1次处理得到很高浓度的溶液的特征。图7是表示本发明能够通过1次处理使醇水溶液成为高浓度的图表。该图在横轴上表示处理前的醇水溶液的浓度，在纵轴上表示处理后的醇水溶液的浓度。由该图表可知，本发明的装置能够通过1次处理将40重量％的醇水溶液浓缩为约97重量％的高浓度。虽然没有图示，但在本发明者以前开发的、专利文献1所示的方法中，通过1次的处理只能够将40重量％的醇水溶液浓缩为约60重量％、将60重量％的醇水溶液浓缩为约80重量％，此外，对于80重量％的醇水溶液几乎不能浓缩。因而，由此可知，本发明的装置能够通过1次处理使醇水溶液成为高浓度。此外，本发明与蒸馏的方法相比较，还实现了能够显著减少消耗能量的特征。这是因为，本发明将溶液以薄雾的形式雾化到输送气体中，使包含在雾化的薄雾成分中的吸附成分吸附到分子筛吸附剂中而分离，从被分子筛吸附剂吸附而分离了吸附成分的输送气体中分离没有吸附到分子筛吸附剂中的非吸附成分。
附图说明
图1是表示有关本发明的一实施例的溶液的分离装置的概略结构图。
图2是表示有关本发明的另一实施例的溶液的分离装置的概略结构图。
图3是表示有关本发明的另一实施例的溶液的分离装置的概略结构图。
图4是表示有关本发明的另一实施例的溶液的分离装置的概略结构图。
图5是表示雾化室和超声波雾化机的一例的概略剖视图。
图6是表示温度控制部的一例的概略结构图。
图7是表示溶液的分离装置使醇水溶液成为高浓度的图表。
符号说明
1雾化室
2雾化机构
3回收部
4分子筛吸附剂
5吸附回收部
6分离回收部
7第2吸附剂
8送风机
9移送管道
10超声波雾化机
11超声波振子
12超声波电源
13泵
14原液槽
15喷雾喷嘴
16加压泵
17压缩机
18冷却管
19冷却部
20密闭室
20A第1密闭室
20B第2密闭室
21开闭阀
22真空泵
23吸引管道
24吸引阀
25冷却器
26温度控制部
27热交换器
28加温机构
29冷却机构
30控制阀
31温水箱
32冷水箱
33冷冻循环
34散热器
35吸热器
36压缩器
37膨胀阀
38冷却器
40密闭室
40A第1密闭室
40B第2密闭室
41开闭阀
42真空泵
43吸引管道
44吸引阀
45冷却器
46温度控制部
47冷却部
W溶液面
P液柱
具体实施方式
以下，基于附图说明本发明的实施例。但是，以下所示的实施例是例示用来将本发明的技术思想具体化的溶液的分离方法和分离装置的实施例，本发明并不将溶液的分离装置特定为以下的结构。
进而，该说明书为了使权利要求书容易理解，将对应于实施例所示的部件的标号赋予给权利要求书及发明内容中所示的部件。但是，决不是将权利要求书所示的部件确定为实施例的部件。
本发明的溶液的分离装置从含有至少两种物质的溶液中分离高浓度的特定溶液。本发明并没有特定溶液的溶剂和溶质，溶剂主要是水，但除了水以外也可以使用醇等有机溶剂。溶液例如是以下的物质。
(1)生物乙醇
(2)清酒、啤酒、葡萄酒、食醋、料酒、烈酒、烧酒、白兰地、威士忌、利久酒
(3)含有蒎烯、里哪醇、柠檬萜、多酚类等香料、芳香成分或香气成分的溶液
(4)含有属于作为饱和烃的链烷烃、环链烷烃、作为不饱和烃的链烯烃、环链烯烃、链炔、或者醚、硫醚、或者芳香族烃中的任一种有机化合物、或者它们结合而成的物质的溶液
(5)含有将属于作为饱和烃的链烷烃、环链烷烃、作为不饱和烃的链烯烃、环链烯烃、链炔、或者醚、硫醚、或者芳香族烃中的任一种的有机化合物、或者它们的结合体的至少一个氢原子或官能团用卤素取代后的物质的溶液
(6)含有将属于作为饱和烃的链烷烃、环链烷烃、作为不饱和烃的链烯烃、环链烯烃、链炔、或者醚、硫醚、或者芳香族烃中的任一种有机化合物、或者它们的结合体的至少一个氢原子或官能团用羟基取代后的物质的溶液
(7)含有将属于作为饱和烃的链烷烃、环链烷烃、作为不饱和烃的链烯烃、环链烯烃、链炔、或者醚、硫醚、或者芳香族烃中的任一种有机化合物、或者它们的结合体的至少一个氢原子或官能团用氨基取代后的物质的溶液
(8)含有将属于作为饱和烃的链烷烃、环链烷烃、作为不饱和烃的链烯烃、环链烯烃、链炔、或者醚、硫醚、或者芳香族烃中的任一种有机化合物、或者它们的结合体的至少一个氢原子或官能团用羰基取代后的物质的溶液
(9)含有将属于作为饱和烃的链烷烃、环链烷烃、作为不饱和烃的链烯烃、环链烯烃、链炔、或者醚、硫醚、或者芳香族烃中的任一种有机化合物、或者它们的结合体的至少一个氢原子或官能团用羧基取代后的物质的溶液
(10)含有将属于作为饱和烃的链烷烃、环链烷烃、作为不饱和烃的链烯烃、环链烯烃、链炔、或者醚、硫醚、或者芳香族烃中的任一种有机化合物、或者它们的结合体的至少一个氢原子或官能团用硝基取代后的物质的溶液
(11)含有将属于作为饱和烃的链烷烃、环链烷烃、作为不饱和烃的链烯烃、环链烯烃、链炔、或者醚、硫醚、或者芳香族烃中的任一种有机化合物、或者它们的结合体的至少一个氢原子或官能团用氰基取代后的物质的溶液
(12)含有将属于作为饱和烃的链烷烃、环链烷烃、作为不饱和烃的链烯烃、环链烯烃、链炔、或者醚、硫醚、或者芳香族烃中的任一种有机化合物、或者它们的结合体的至少一个氢原子或官能团用巯基取代后的物质的溶液
(13)含有将在上述(4)～(12)的溶液中含有的任一种以上的原子用金属离子取代后的物质的溶液
(14)含有将在上述(4)～(12)的溶液中含有的分子中的任意的氢原子、碳原子或官能团用(4)～(12)的分子中的任意的分子取代后的物质的溶液
本发明将含有两种以上的物质的溶液以薄雾的状态喷雾到输送气体中，成为雾化的薄雾成分。为了雾化为薄雾，使溶液进行超声波振动而以薄雾的状态喷雾到输送气体中，或者从喷雾喷嘴将溶液以细微的粒子的状态喷雾到输送气体中。被喷雾到输送气体中的薄雾成分通过使特定的吸附成分吸附在分子筛吸附剂中而从输送气体中分离。分子筛吸附剂是将包含在薄雾成分中的吸附成分吸附的、具有分子筛作用的吸附剂。由分子筛吸附剂分离了吸附成分的薄雾成分再从输送气体中将非吸附成分分离。
本发明例如从醇水溶液中分离高浓度的醇。在该方式中，使吸附在分子筛吸附剂中的吸附成分为水、使不被吸附的非吸附成分为醇，能够高效率地分离高浓度的醇。在该方式中，使醇水溶液以薄雾的形式雾化到输送气体中。在雾化的薄雾成分中，使吸附成分的水吸附到分子筛吸附剂中。在将吸附成分的水吸附并分离后的薄雾成分中，作为非吸附成分的醇浓度变高。在此状态下，非吸附成分的高浓度的醇被从输送气体中分离。通过超声波振动使溶液雾化为薄雾的方法能够更高效率地得到高浓度的醇。这是因为超声波振动的雾化能够使薄雾的醇浓度比溶液高。
通过超声波振动而使被雾化的薄雾和没有成为薄雾而残留的溶液中含有的物质的浓度变得不同的一个理由是因为包含在溶液中的物质移动到表面而变为表面过剩的比例不同。变为表面过剩的物性较强的溶液由于表面浓度变高，所以如果使其超声波振动而使表面的溶液成为薄雾并雾化，则薄雾中容易变为表面过剩的物质的浓度变高。因而，如果从该薄雾中回收表面过剩的物性较强的物质，则其浓度变高。即，能够从溶液中分离含有高浓度的物质的部分。
进而，即使溶液被喷雾喷嘴以薄雾的状态喷雾到输送气体中，因为前面所述的理由，薄雾成分中容易气化的成分的浓度也变得比溶液高。因此，如果通过喷雾喷嘴将醇水溶液喷雾到输送气体中，则薄雾成分的醇浓度变得比溶液高。进而，本发明中，将溶液的被雾化的薄雾成分通过分子筛吸附剂分离为吸附成分和非吸附成分。因而，本发明并不将使溶液雾化为薄雾的手段特定为超声波振动。例如，也可以将溶液从喷雾喷嘴以细微的粒子喷雾到输送气体中而使其成为薄雾。
以下，表示使溶液为醇、从醇中分离高浓度的醇的装置和方法。但是，本发明并不将溶液特定为醇。这是因为，被雾化为薄雾的薄雾成分能够通过吸附剂分离为吸附成分和非吸附成分。
图1至图4所示的分离装置具备将溶液雾化到输送气体中的雾化室1、将溶液以薄雾的形式雾化到该雾化室1的输送气体中的雾化机构2、将由雾化机构2从溶液中以薄雾的形式雾化的薄雾成分回收的回收部3、和将由雾化室1雾化的薄雾成分与输送气体一起向回收部3移送的送风机8。
图1和图2的雾化机构2使溶液超声波振动而雾化为薄雾。图3和图4的雾化机构2通过加压泵16将溶液加压而供给到喷雾喷嘴15中，从喷雾喷嘴15喷雾而雾化为薄雾。
通过超声波振动将溶液雾化为薄雾的雾化机构2是使雾化室1的溶液超声波振动而雾化为薄雾的超声波雾化机10。该超声波雾化机10具备使雾化室1的溶液超声波振动而雾化为薄雾的1个或多个超声波振子11、和连接在该超声波振子11上而对超声波振子11供给高频率电力使其产生超声波振动的超声波电源12。这些图中所示的装置将在雾化室1中从溶液变为薄雾而雾化的薄雾成分用送风机8与输送气体一起移送到回收部3中。其中，尽管没有图示，但分离装置也可以做成利用静电场或超声波移送薄雾的构造。
雾化室1如图所示，经由泵13连结储存有溶液的原液槽14，能够从原液槽14连续地供给溶液。该装置一边将雾化室1的溶液排出，一边从原液槽14供给溶液，防止雾化室1的溶液的醇等目标物质浓度降低。此外，如图的箭头A所示，雾化室1的溶液不会循环到原液槽14中而排出到外部，可以防止原液槽14中含有的目标物质的浓度降低。其中，雾化室也可以在目标物质的浓度降低后将溶液替换为新的溶液。该方法是经过一定的时间则将溶液替换为新的溶液的方法、即批量式更换溶液。
雾化室1的溶液被超声波雾化机10雾化为薄雾。被超声波雾化机10雾化的薄雾中，目标物质的浓度比溶液高。因而，通过用超声波雾化机10将溶液雾化为薄雾，从薄雾中分离并回收目标物质，能够将高浓度的溶液高效率地分离。
通过超声波雾化机10使雾化室1的溶液超声波振动，成为比雾化室1的溶液浓度高的薄雾而从溶液面W飞散。如果使溶液超声波振动，则在溶液面W上形成液柱P，从该液柱P的表面产生薄雾。图5所示的超声波雾化机10在填充有溶液的雾化室1的底部，朝上配设有超声波雾化机10的超声波振子11。超声波振子11从底部朝向溶液面W朝上放射超声波，使溶液面W产生超声波振动，产生液柱P。超声波振子11沿垂直方向放射超声波。
图中的超声波雾化机10具备多个超声波振子11和使这些超声波振子11产生超声波振动的超声波电源12。超声波振子11以水密封构造固定在雾化室1的底部上。多个超声波振子11使溶液超声波振动的装置可以更有效地将溶液雾化为薄雾。
超声波振子11及超声波电源12如果将雾化室1的溶液加热则有品质降低的问题。热带来的害处可以通过将超声波振子11强制地冷却来消除。进而，优选地将超声波电源12也冷却。超声波电源12虽然不会直接将溶液加热，但将周围加热而间接地将溶液加热。超声波振子11及超声波电源12如图5所示，可以在它们上以热耦合的状态配设冷却管18，即通过以接触的状态配设冷却管18来冷却。冷却管18中流过由冷却机冷却的液体或冷却剂、或者地下水或自来水等的冷却水，从而将超声波振子11和超声波电源12冷却。
图3的雾化机构2具备将溶液吸入并加压的加压泵16、和将从该加压泵16供给的加压的溶液以薄雾的状态喷雾而雾化的喷雾喷嘴15。喷雾喷嘴15将溶液以薄雾状态喷雾到雾化室1的输送气体中而雾化。
图4的雾化机构2具备喷雾喷嘴15和对该喷雾喷嘴15供给加压的输送气体的气体的压缩机17。输送气体是空气或惰性气体。使输送气体为空气的装置在压缩机17中使用压缩器。该雾化机构2的喷雾喷嘴15是供给溶液和加压气体、使溶液成为细微的薄雾而喷雾的双流体喷嘴。该喷雾喷嘴15通过从压缩机17供给的加压气体，使溶液成为细微的薄雾而喷雾以进行雾化。
在雾化室1中被雾化的溶液的薄雾借助输送气体流入到回收部3中。为了使薄雾流入到回收部3中，将回收部3用移送管道9连结在雾化室1上。图2至图4所示的分离装置是通过送风机8使输送气体循环到回收部3和雾化室1中的构造。在这些分离装置中，使从雾化室1移送到回收部3中，被分离了薄雾成分的输送气体回流到雾化室1中。这些分离装置优选地将惰性气体作为输送气体填充到雾化室1和回收部3中。该装置通过惰性气体防止雾化室1及回收部3中的溶液的变质。因此，能够在更高品质的状态下得到高浓度的溶液。其中，在输送气体中也可以使用空气。此外，图1所示的分离装置不将从雾化室1移送到回收部3中的输送气体再次回流到雾化室1中而释放到大气中。这些分离装置使用空气作为输送气体。
回收部3从输送气体中分离由雾化机1雾化的薄雾成分并回收。回收部3具备从输送气体中回收包含在薄雾成分中的吸附成分的吸附回收部5、和从薄雾成分中分离没有被吸附回收部5吸附的薄雾成分中含有的非吸附成分的分离回收部6。进而，图1和图3所示的回收部3具备将供给到吸附回收部5中的输送气体冷却的冷却部19。
冷却部19将包含薄雾成分的输送气体冷却，提高吸附剂的吸附效率。此外，该冷却部19将包含在输送气体中的薄雾凝聚，将比溶液浓度高的醇溶液回收。由冷却部19回收的醇溶液比溶液的浓度高，但是比由分离回收部6回收的醇溶液浓度低。例如，在使溶液的醇浓度为40～80重量％时，由冷却部19回收的醇溶液的浓度为约55重量％～约85重量％。使溶液的醇浓度为40～80重量％时，以下详述的由分离回收部6回收的醇溶液的浓度为97重量％以上的很高的浓度。
图示的冷却部19在密闭构造的腔室中内装有将输送气体和薄雾冷却的冷却器38。图中的冷却器38是将翅片(未图示)固定在热交换管上的热交换器。该冷却器38使冷却用的冷却剂或冷却水循环到热交换管中而冷却。但是，冷却器也可以做成具备珀尔帖元件等的电子冷却器。在雾化室1中被雾化的薄雾成分的一部分结露、凝聚在冷却器38上而被回收。含有被冷却部19冷却的薄雾成分的输送气体被移送到吸附回收部5中。由于薄雾不是气体，所以不一定要冷却而凝聚回收。但是，通过将薄雾冷却可以迅速地回收。
吸附回收部5使包含在由冷却部19冷却的输送气体和薄雾成分中的吸附成分的水吸附到分子筛吸附剂4中而分离。吸附回收部5通过以下工序将吸附成分的水从输送气体的薄雾成分中分离：使包含在薄雾成分中的吸附成分的水接触分子筛吸附剂4而吸附的吸附工序、和使在吸附工序中吸附在分子筛吸附剂4中的吸附成分的水从分子筛吸附剂4中释放的释放工序。
在吸附回收部5中，使释放工序中的压力比吸附工序中的压力低，从而将吸附成分的水从薄雾成分中分离。即，在吸附回收部5中，使释放吸附的吸附成分时的压力比吸附吸附成分时的压力低，从而将吸附成分的水从薄雾成分中分离。
使释放工序中的压力比吸附工序中的压力低是因为分子筛吸附剂4的吸附量随着压力而变化。分子筛吸附剂4吸附吸附成分的水的特性根据分子筛吸附剂4的种类和吸附成分的种类而不同，但一般有在相同的温度下如果压力变高则吸附量增加、如果压力变低则吸附量减少的趋势。此外，分子筛吸附剂4的吸附量在相同的压力下具有如果温度变高则减少、温度变低则增加的趋势。
本发明的分离装置利用该特性，将包含在薄雾成分中的吸附成分分离，将更高浓度的醇等目标物质回收。即，通过使释放工序中的压力比吸附工序中的压力低，在吸附工序中使分子筛吸附剂4吸附大量的吸附成分，在释放工序中减少分子筛吸附剂4能够吸附的吸附成分的量，从分子筛吸附剂4中释放吸附成分。
吸附回收部5具备填充有分子筛吸附剂4的密闭室20、控制流入到该密闭室20中或从密闭室20排出的输送气体的通过的开闭阀21、和连结到密闭室20并从密闭室20排气的真空泵22。
密闭室20是封闭的腔室，在内部中填充有分子筛吸附剂4。分子筛吸附剂4是合成沸石的分子筛。有关分子筛，使用可吸附吸附成分的水的有效细孔径的分子筛、例如有效细孔径为3埃的分子筛。分子筛吸附剂4根据吸附成分的不同而有效细孔径不同。例如，有效细孔径为5埃的分子筛吸附碳数为3以上的正构烷烃，而不吸附异构烷烃、苯、甲苯等。因此，使用该有效细孔径的分子筛，能够从异构烷烃、苯、甲苯等中吸附而分离碳数为3以上的正构烷烃。
密闭室20经由移送管道9连结在冷却部19的排出侧。从冷却部19流入的包含薄雾成分的输送气体在通过密闭室20时，使吸附成分吸附到分子筛吸附剂4中。密闭室20将排出侧连结到分离回收部6上，将吸附了吸附成分的水的输送气体供给到分离回收部6中。
进而，图1至图4所示的密闭室20将排出侧经由移送管道9连结到分离回收部6上。在连结到密闭室20的流入侧和排出侧的移送管道9上设有开闭阀21。吸附回收部5在将开闭阀21打开的状态下将包含薄雾成分的输送气体供给到密闭室20中，使分子筛吸附剂4吸附包含在输送气体中的薄雾成分。
进而，密闭室20经由吸引管道23连结到真空泵22的吸入侧。在吸引管道23上设有吸引阀24。真空泵22从密闭室20强制地排气而将密闭室20减压。分子筛吸附剂4如果被减压则将吸附的吸附成分释放。真空泵22将从分子筛吸附剂4释放的吸附成分强制地排气。图1和图3的装置在真空泵22的排出侧连结着冷却器25。冷却器25将从分子筛吸附剂4释放的吸附成分冷却而结露，或者凝聚而成为液体的水回收。因而，冷却器25将被分子筛吸附剂4吸附的吸附成分的水排出。但是，如图2和图4所示，并不一定需要该冷却器。这是因为，使吸附成分为水的装置能够将从分子筛吸附剂释放的吸附成分的水丢弃。
图3所示的分离装置将送风机8配设在冷却部19和吸附回收部5之间。该分离装置将由送风机8循环的输送气体以加压状态供给到吸附回收部5和分离回收部6中。送风机8可以将例如加压到比大气压高压的输送气体供给到吸附回收部5和分离回收部6中。使供给到吸附回收部5和分离回收部6中的输送气体成为加压状态的分离装置具有能够增加吸附工序中的吸附量的特长。因此，能够高效率地从输送气体中分离吸附成分和非吸附成分。但是，吸附回收部5也可以分别控制连结到密闭室20的吸入侧的开闭阀21、和连结到密闭室20的排出侧的开闭阀21，调节供给到密闭室20中的输送气体的压力。进而，分离装置并不一定需要使供给的输送气体的压力比大气压高，也可以使其为大气压。
进而，图中所示的吸附回收部5具备由第1密闭室20A和第2密闭室20B构成的一对密闭室20。该构造的吸附回收部5具有能够一边将一对密闭室20切换为吸附工序和释放工序一边在一对密闭室20中高效率地将吸附成分的水分离的特长。该构造的吸附回收部5如以下这样从输送气体中分离吸附成分。
(1)将第1密闭室20A的开闭阀21打开，将第2密闭室20B的开闭阀21和第1密闭室20A的吸引阀24关闭。在此状态下从冷却部19供给的输送气体流入到第1密闭室20A内，使填充在第1密闭室20A中的分子筛吸附剂4吸附吸附成分的水。
(2)经过规定的时间后，将第1密闭室20A的开闭阀21和第2密闭室20B的吸引阀24关闭，将第2密闭室20B的开闭阀21打开。在此状态下从冷却部19供给的输送气体不流入到第1密闭室20A中而流入到第2密闭室20B内，使填充在第2密闭室20B中的分子筛吸附剂4吸附吸附成分的水。
(3)将第1密闭室20A的吸引阀24打开，通过真空泵22从第1密闭室20A排气。第1密闭室20A被减压，从分子筛吸附剂4将吸附成分的水分离。
(4)从第1密闭室20A的分子筛吸附剂4分离的吸附成分的水被从第1密闭室20A排出而流入到冷却器25中，被冷却器25冷却、凝结、凝聚而回收。吸附成分也可以不通过冷却器冷却，而从真空泵排气到外部。
(5)进而，经过规定的时间后，将第1密闭室20A的开闭阀21打开，将第2密闭室20B的开闭阀21和第1密闭室20A的吸引阀24关闭。在此状态下，从冷却部19供给的输送气体不流入到第2密闭室20B内而流入到第1密闭室20A内，使填充到第1密闭室20A中的分子筛吸附剂4吸附吸附成分的水。
(6)将第2密闭室20B的吸引阀24打开，通过真空泵22从第2密闭室20B排气。第2密闭室20B被减压，从分子筛吸附剂4将吸附成分的水分离。
(7)从第2密闭室20B的分子筛吸附剂4分离的吸附成分被从第2密闭室20B排出而流入到冷却器25中，被冷却器25冷却、凝结、凝聚而回收。该吸附成分也可以从真空泵排气到外部。
(8)重复(2)～(7)的工序，即将开闭阀21交替地开闭，通过一对密闭室20将吸附成分从薄雾成分中分离。
进而，吸附回收部5能够使吸附工序中的分子筛吸附剂4的温度比释放工序中的分子筛吸附剂4的温度低，从而更高效率地将输送气体的吸附成分回收。这如上所述，是因为分子筛吸附剂4的吸附量也随着温度而变化。吸附回收部5例如在吸附工序中可以将分子筛吸附剂4冷却而增加吸附量。
图1和图3所示的回收部3通过冷却部19将输送气体和薄雾成分冷却，供给到吸附回收部5中。该装置可增加吸附工序中的吸附成分的吸附量，大量地吸附包含在薄雾成分中的吸附成分。但是，回收部并不一定需要设置冷却部，也可以不将包含薄雾成分的输送气体用冷却部冷却而供给到吸附回收部中。
进而，吸附回收部5也可以在释放工序中将分子筛吸附剂4加温。被加温的分子筛吸附剂4由于能够吸附的吸附成分的量减少，所以能够将吸附的吸附成分高效率地分离。该吸附回收部虽然没有图示，但具备将分子筛吸附剂加温的温度控制部。该温度控制部例如是加温器，配设在密闭室的内部中，将分子筛吸附剂加温。在加温器中，可以使用加热用热交换器或加热器。
进而，图2和图4的吸附回收部5为了控制填充在密闭室20中的分子筛吸附剂4的温度而具备温度控制部26。该温度控制部26是能够将填充在密闭室20中的分子筛吸附剂4冷却及加温的构造。
图6中表示温度控制部26。该图所示的温度控制部26具备配设在各密闭室20中的热交换器27、使温水循环到一个密闭室20的热交换器27中的加温机构28、使冷水循环到另一个密闭室20中的冷却机构29、切换循环到各密闭室20中的温水和冷水的控制阀30、和将加温机构28的温水箱31加热并将冷却机构29的冷水箱32冷却的冷冻循环33。
热交换器27配设在密闭室20的内部中。热交换器27在内部循环有温水的状态下将分子筛吸附剂4加温，在内部中循环有冷水的状态下将分子筛吸附剂4冷却。加温机构28在温水箱31的内部中配设有冷冻循环33的散热器34，使由散热器34加温的温水循环到循环路径中，从而将密闭室20加温。冷却机构29在冷水箱32的内部中配设有冷冻循环33的吸热器35，使由吸热器35冷却的冷水循环到循环路径中，从而将密闭室20冷却。但是，加温机构和冷却机构也可以使水以外的冷却剂循环。
冷冻循环33具备将气化的冷却剂加压的压缩器36、使由该压缩器36加压的冷却剂液化的散热器34、通过液化的冷却剂的气化热强制地冷却的吸热器35、和连接在散热器34和吸热器35之间的膨胀阀37。膨胀阀37使被加压冷却而液化的冷却剂在吸热部35的内部中隔热膨胀，通过冷却剂的气化热将吸热器35强制地冷却。该冷冻循环33调节膨胀阀37的开度和压缩器36的输出，以使散热器34和吸热器35的温度成为设定温度。
以上构造的温度控制部26切换控制阀30，使温水循环到一个密闭室20的热交换器27中而加温，使冷水循环到另一个密闭室20的热交换器27中而冷却。该构造的温度控制部26由于能够通过一个冷冻循环33将一对密闭室20加温及冷却，所以能够高效率地对填充在一对密闭室20中的分子筛吸附剂4进行温度控制。具备一对密闭室20的吸附回收部5在一个密闭室20处于吸附工序的状态下，另一个密闭室20处于释放工序。因而，该温度控制部26能够将处于吸附工序的密闭室20冷却而使分子筛吸附剂4高效率地吸附吸附成分，并且能够将处于释放工序的密闭室20加温而将吸附到分子筛吸附剂4中的吸附成分高效率地分离。
分离回收部6将由吸附回收部5分离吸附成分的水、提高了非吸附成分的醇浓度的薄雾成分回收。该分离回收部6使第2吸附剂7吸附非吸附成分的醇而分离。分离回收部6通过以下工序从输送气体的薄雾成分中分离非吸附成分的醇：使包含在薄雾成分中的非吸附成分的醇接触而吸附在第2吸附剂7上的吸附工序、和使在吸附工序中吸附在第2吸附剂7中的非吸附成分的醇从第2吸附剂7释放的释放工序。
分离回收部6与吸附回收部5同样，使释放工序中的压力比吸附工序中的压力低，将非吸附成分的醇从薄雾成分中分离。
使释放工序中的压力比吸附工序中的压力低是因为第2吸附剂7的吸附量与分子筛吸附剂4同样随着压力而变化。此外，第2吸附剂7的吸附量在相同的压力下有如果温度变高则减少、如果温度变低则增加的趋势。
分离回收部6的第2吸附剂7将包含在薄雾成分中的非吸附成分吸附，将更高浓度的醇等目标物质回收。即，通过使释放工序中的压力比吸附工序中的压力低，在吸附工序中使第2吸附剂7吸附大量的非吸附成分，在释放工序中减少能够吸附到第2吸附剂7中的非吸附成分的量，从第2吸附剂7释放非吸附成分。
分离回收部9与吸附回收部5同样，具备填充第2吸附剂7的密闭室40、控制流入到该密闭室40中或从密闭室40排出的输送气体的通过的开闭阀41、和连结到密闭室40并从密闭室40排气的真空泵42。
密闭室40是封闭的腔室，在内部中填充有第2吸附剂7。第2吸附剂7是吸附不被分子筛吸附剂4吸附的非吸附成分的醇的合成沸石的分子筛。有关分子筛，使用可吸附非吸附成分的醇的有效细孔径的分子筛、例如有效细孔径为5埃的分子筛。第2吸附剂7可以使用能够吸附由分子筛吸附剂4分离了吸附成分的薄雾成分的所有的吸附剂，例如也可以使用沸石、活性炭、氧化锂、硅胶中的任一种、或者它们的混合物。
密闭室40经由移送管道9连结在吸附回收部5的排出侧。进而，在图1和图3的装置中，经由冷却部47将分离回收部6的密闭室40连结到吸附回收部5。该分离回收部6使第2吸附剂7从由冷却部47冷却的输送气体中吸附非吸附成分的醇而分离。
进而，图2至图4所示的密闭室40将排出侧经由移送管道9连结到雾化室1，图1的密闭室40将输送气体的排出侧开放到大气中。在连结到密闭室40的流入侧和排出侧的移送管道9上设有开闭阀41。分离回收部6在将开闭阀41打开的状态下将包含薄雾成分的输送气体供给到密闭室40中，使第2吸附剂7吸附包含在输送气体中的薄雾成分的非吸附成分。
进而，密闭室40经由吸引管道43连结到真空泵42的吸入侧。在吸引管道43上设有吸引阀44。真空泵42从密闭室40强制地排气而将密闭室40减压。第2吸附剂7如果被减压则将吸附的非吸附成分释放。真空泵42将从第2吸附剂7释放的非吸附成分强制地排气。图中的装置在真空泵42的排出侧连结着冷却器45。
冷却器45将从第2吸附剂7释放的非吸附成分冷却而结露，或者凝聚而将高浓度的醇回收。因而，从冷却器45排出被第2吸附剂7吸附的非吸附成分的高浓度的醇。
分离装置如图3的点划线所示，可以将送风机8连结在吸附回收部5和分离回收部6之间。该送风机8将从吸附回收部5排出的输送气体以加压状态供给到分离回收部6中。该送风机8可以将例如加压到高压的输送气体供给到分离回收部6中，使吸附工序中的非吸附成分的吸附量增加。但是，分离装置并不一定需要在吸附回收部与分离回收部之间连结送风机。
进而，图中所示的分离回收部6与吸附回收部5同样，具备由第1密闭室40A和第2密闭室40B构成的一对密闭室40。该构造的分离回收部6具有能够一边将一对密闭室40切换为吸附工序和释放工序一边在一对密闭室40中高效率地将非吸附成分的醇分离的特长。
该构造的分离回收部6如以下这样从输送气体中分离非吸附成分。
(1)将第1密闭室40A的开闭阀41打开，将第2密闭室40B的开闭阀41和第1密闭室40A的吸引阀40关闭。在此状态下从吸附回收部5供给的输送气体流入到第1密闭室40A内，使填充在第1密闭室40A中的第2吸附剂7吸附非吸附成分的醇。
(2)经过规定的时间后，将第1密闭室40A的开闭阀41和第2密闭室40B的吸引阀40关闭，将第2密闭室40B的开闭阀41打开。在此状态下从冷却部19供给的输送气体不流入到第1密闭室40A中而流入到第2密闭室40B内，使填充在第2密闭室40B中的第2吸附剂7吸附非吸附成分的醇。
(3)将第1密闭室40A的吸引阀40打开，通过真空泵42从第1密闭室40A排气。第1密闭室40A被减压，从第2吸附剂7将非吸附成分的醇分离。
(4)从第1密闭室40A的第2吸附剂7分离的非吸附成分的醇被从第1密闭室40A排出而流入到冷却器45中，被冷却器45冷却、凝结、凝聚、成为高浓度的醇而回收。
(5)进而，经过规定的时间后，将第1密闭室40A的开闭阀41打开，将第2密闭室40B的开闭阀41和第1密闭室40A的吸引阀40关闭。在此状态下，从冷却部19供给的输送气体不流入到第2密闭室40B内而流入到第1密闭室40A内，使填充在第1密闭室40A中的第2吸附剂7吸附非吸附成分的醇。
(6)将第2密闭室40B的吸引阀40打开，通过真空泵42从第2密闭室40B排气。第2密闭室40B被减压，从第2吸附剂7将非吸附成分的醇在高浓度的状态下分离。
(7)从第2密闭室40B的第2吸附剂7分离的非吸附成分被从第2密闭室40B排出而流入到冷却器45中，被冷却器45冷却、凝结、凝聚而回收。
(8)重复(2)～(7)的工序，即将开闭阀41交替地开闭，通过一对密闭室40将作为非吸附成分的高浓度的醇从薄雾成分中分离。
进而，分离回收部6与吸附回收部5同样，能够使吸附工序中的第2吸附剂7的温度比释放工序中的第2吸附剂7的温度低、更高效率地将输送气体的非吸附成分回收。
图1和图3所示的回收部3通过冷却部47将输送气体和薄雾成分冷却，供给到分离回收部6中。该装置可增加分离工序中的非吸附成分的吸附量，大量地吸附包含在薄雾成分中的非吸附成分。但是，回收部并不一定需要设置该冷却部，也可以不将包含薄雾成分的输送气体冷却而供给到分离回收部中。
进而，分离回收部与吸附回收部同样，可以在释放工序中将第2吸附剂加温而将吸附的非吸附成分高效率地分离。该分离回收部通过温度控制部将第2吸附剂加温。温度控制部例如是加温器，配设在密闭室的内部中，将第2吸附剂加温。在加温器中可以使用加热用热交换器或加热器。
进而，图2和图4的分离回收部6与吸附回收部5同样，具备控制填充在密闭室40中的第2吸附剂7的温度的温度控制部46。该温度控制部46做成与图6所示的吸附回收部5的温度控制部26相同的构造，能够将填充在密闭室40中的第2吸附剂7冷却及加温。
进而，温度控制部46将第2吸附剂7加温的分离回收部6具有能够将从分离回收部6循环到雾化室1中的输送气体加温、在雾化室1中高效率地产生薄雾的特长。这是因为，在雾化室1中溶液被雾化为薄雾的程度随着溶液和输送气体的温度而变化，如果输送气体和溶液的温度变高则薄雾的产生量增加。温度控制部46将输送气体加温到25～30℃。但是，温度控制部46也可以将输送气体加温到15～40℃而供给到雾化室1中。如果供给到雾化室1中的输送气体的温度变高则薄雾的产生量变多，但如果温度过高则使醇等目标物质变质。相反，如果温度较低，则有使目标物质成为薄雾的效率降低的倾向。
本发明的溶液的分离装置能够适合用于从生物乙醇、酒、酒原料等醇溶液中分离高浓度的醇等的用途中。

Claims (11)

1.一种溶液的分离装置，具备将溶液雾化到输送气体中的雾化室(1)、使溶液以薄雾的形式雾化到该雾化室(1)的输送气体中的雾化机构(2)、和使分子筛吸附剂(4)吸附由雾化机构(2)雾化而用输送气体移送的薄雾成分而从输送气体中分离的回收部(3)；
回收部(3)具备使具有分子筛作用的分子筛吸附剂(4)吸附包含在输送气体的薄雾成分中的吸附成分并且从分子筛吸附剂(4)释放吸附的吸附成分而从薄雾成分中分离的吸附回收部(5)、和从由该吸附回收部(5)排出的包含薄雾成分的输送气体中分离包含在没有被吸附回收部(5)吸附的薄雾成分中的非吸附成分的分离回收部(6)；
由吸附回收部(5)吸附薄雾成分的吸附成分而从输送气体中分离，由分离回收部(6)吸附并分离薄雾成分的非吸附成分。
2.如权利要求1所述的溶液的分离装置，其特征在于，雾化机构(2)具备通过超声波振动将雾化室(1)的溶液雾化为薄雾并使其飞散到输送气体中的超声波振子(11)、和连接在该超声波振子(11)上并对超声波振子(11)供给高频率电力使其产生超声波振动的超声波电源(12)。
3.如权利要求1所述的溶液的分离装置，其特征在于，雾化机构(2)具备将溶液以薄雾的形式喷雾到雾化室(1)中而雾化的喷雾喷嘴(15)、和对该喷雾喷嘴(15)加压供给溶液的加压泵(16)。
4.如权利要求1所述的溶液的分离装置，其特征在于，吸附吸附成分的分子筛吸附剂(4)是合成沸石的分子筛。
5.如权利要求1所述的溶液的分离装置，其特征在于，溶液是醇水溶液，吸附回收部(5)的分子筛吸附剂(4)是将包含在薄雾成分中的水作为吸附成分吸附的分子筛。
6.如权利要求1所述的溶液的分离装置，其特征在于，分离回收部(6)具备将包含在由吸附回收部(5)的分子筛吸附剂(4)分离了吸附成分的薄雾成分中的非吸附成分吸附而分离的第2吸附剂(7)，该第2吸附剂(7)吸附非吸附成分而从输送气体中分离。
7.如权利要求6所述的溶液的分离装置，其特征在于，溶液是醇水溶液，吸附回收部(5)的分子筛吸附剂(4)是将包含在薄雾成分中的水作为吸附成分吸附的分子筛，分离回收部(6)的第2吸附剂(7)是吸附醇的吸附剂。
8.如权利要求1所述的溶液的分离装置，其特征在于，吸附回收部(5)在密闭室(20)中填充有分子筛吸附剂(4)，并且在该密闭室(20)上连结有真空泵(22)，真空泵(22)从密闭室(20)排气，从分子筛吸附剂(4)释放吸附成分。
9.如权利要求8所述的溶液的分离装置，其特征在于，密闭室(20)经由开闭阀(21)连结到雾化室(1)，将开闭阀(21)打开而从雾化室(1)将包含薄雾成分的输送气体供给到密闭室(20)中，使吸附成分吸附到分子筛吸附剂(4)中，将开闭阀(21)关闭而将密闭室(20)减压，从分子筛吸附剂(4)释放薄雾成分。
10.如权利要求9所述的溶液的分离装置，其特征在于，吸附回收部(5)具备由第1密闭室(20A)和第2密闭室(20B)构成的一对密闭室(20)，
所述第1密闭室(20A)经由第1密闭室(20A)的流入侧的开闭阀(21)与雾化室(1)连结，且经由第1密闭室(20A)的吸引阀(24)与真空泵(22)连结，
所述第2密闭室(20B)经由第2密闭室(20B)的流入侧的开闭阀(21)与雾化室(1)连结，且经由第2密闭室(20B)的吸引阀(24)与真空泵(22)连结，
在所述吸附回收部(5)中，在将一个密闭室(20)的开闭阀(21)打开并将该密闭室(20)的吸引阀(24)关闭而使该密闭室(20)吸附吸附成分的状态下，将另一个密闭室(20)的开闭阀(21)关闭并将该另一个密闭室(20)的吸引阀(24)打开而使该另一个密闭室(20)释放吸附成分，从输送气体中分离吸附成分。
11.如权利要求1所述的溶液的分离装置，其特征在于，吸附回收部(5)具备温度控制部(26)，温度控制部(26)将吸附输送气体的吸附成分的分子筛吸附剂(4)的温度控制得比释放吸附成分的分子筛吸附剂(4)的温度低。
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