CN114222621A - 纯化系统、纯化方法、膜分离装置及溶剂的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供能够高效地纯化包含多种溶剂的混合物的纯化系统。本发明的纯化系统100用于纯化包含第1溶剂、第2溶剂以及第1溶剂及第2溶剂以外的杂质的混合物70。纯化系统100具备具有渗透气化膜11的第1膜分离装置10和具有滤膜21的第2膜分离装置20。渗透气化膜11将混合物70分离为杂质的浓度比混合物70低、且第1溶剂的浓度比混合物70高的第1透过流体80、和杂质的浓度比混合物70高、且第1溶剂的浓度比混合物70低的第1浓缩流体81。滤膜21将第1浓缩流体81分离为杂质的浓度比第1浓缩流体81低的第2透过流体90和杂质的浓度比第1浓缩流体81高的第2浓缩流体91。

Description

纯化系统、纯化方法、膜分离装置及溶剂的制造方法
技术领域
本发明涉及适于纯化包含多种溶剂及杂质的混合物(例如,包含低级醇与低级醇以外的杂质的水溶液)的纯化系统、纯化方法及膜分离装置,以及包含该混合物的纯化方法的溶剂制造方法。
背景技术
包含多种溶剂的混合物例如在分离膜(例如,反渗透膜(RO膜))、半导体等的制造工序中用作清洗液。例如,专利文献1公开了以异丙醇和纯水的混合物作为半导体晶片的清洗液。从降低环境负荷的观点考虑,优选重复利用清洗液。然而,若重复利用清洗液,则清洗液中的来自被清洗物的杂质的浓度会上升,无法得到充分的清洗效果。因此,在重复利用清洗液的情况下,需要将清洗液中的杂质的浓度维持在较低值。
杂质的浓度例如可以通过将清洗液纯化,以从清洗液中除去杂质来进行调节。作为纯化清洗液的方法,一般为蒸馏法。作为蒸馏法以外的纯化方法,也可以考虑通过使清洗液与活性炭等吸附材料接触而除去杂质的方法(吸附法)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:专利第5819987号
专利文献2:日本特开平8-252434号公报
发明内容
发明所要解决的课题
然而,为了实施蒸馏法,需要对纯化对象的混合物赋予大量能量。在吸附法中,为了从纯化对象的混合物中充分地除去杂质,需要使用大量的吸附材料。吸附法中,也需要针对吸附有杂质的吸附材料进行再生处理。如此一来,蒸馏法及吸附法在效率方面均有问题。
因此,本发明的目的在于提供可以有效地纯化包含多种溶剂的混合物的纯化系统。
用于解决课题的手段
本申请的发明人进行了深入研究,结果意外发现,通过渗透气化法(渗透蒸发法(pervaporation method))可以除去包含多种溶剂的混合物中的杂质。一般而言,渗透气化法用作在水及低级醇的混合液中,使低级醇的浓度上升的方法(例如,专利文献1及2)。然而,据本申请的发明人所知,尚无在包含多种溶剂的混合物的纯化中利用渗透气化法的例子方面的报道。本申请的发明人基于有关渗透气化法的新见解进一步进行研究,从而完成了本发明。
本发明提供纯化系统,其为用于对包含第1溶剂、第2溶剂、以及上述第1溶剂及上述第2溶剂以外的杂质的混合物进行纯化的纯化系统,所述纯化系统具备:
第1膜分离装置,其具有渗透气化膜,上述渗透气化膜将上述混合物分离为第1透过流体和第1浓缩流体,上述第1透过流体为上述杂质的浓度比上述混合物低、且上述第1溶剂的浓度比上述混合物高的流体,上述第1浓缩流体为上述杂质的浓度比上述混合物高、且上述第1溶剂的浓度比上述混合物低的流体;和
第2膜分离装置,其具有滤膜,上述滤膜将上述第1浓缩流体分离为上述杂质的浓度比上述第1浓缩流体低的第2透过流体和上述杂质的浓度比上述第1浓缩流体高的第2浓缩流体。
此外,本发明提供纯化方法,其为包含第1溶剂、第2溶剂、以及上述第1溶剂及上述第2溶剂以外的杂质的混合物的纯化方法,所述纯化方法包括第1分离工序,其中,在使上述混合物与渗透气化膜的一面接触的状态下,对与上述渗透气化膜的另一面邻接的空间进行减压,由此在上述另一面的那侧得到上述杂质的浓度比上述混合物低、且上述第1溶剂的浓度比上述混合物高的可再利用的第1透过流体,并且在上述一面的那侧得到上述杂质的浓度比上述混合物高、且上述第1溶剂的浓度比上述混合物低的第1浓缩流体。
此外,本发明提供膜分离装置,其具备渗透气化膜,上述渗透气化膜将包含第1溶剂、第2溶剂、以及上述第1溶剂及上述第2溶剂以外的杂质的混合物分离为浓缩流体和可再利用的透过流体,上述可再利用的透过流体为上述杂质的浓度比上述混合物低、且上述第1溶剂的浓度比上述混合物高的流体,上述浓缩流体为上述杂质的浓度比上述混合物高、且上述第1溶剂的浓度比上述混合物低的流体。
发明效果
根据本发明,可提供能够有效地纯化包含多种溶剂的混合物的纯化系统。
附图说明
图1为本发明的一实施方式中所述的纯化系统的构成图。
图2为示出第1膜分离装置的一例的概略剖视图。
图3为示出渗透气化膜的一例的剖视图。
图4为示出第2膜分离装置的一例的概略剖视图。
图5为示出第1膜分离装置的另一例的概略剖视图。
图6为示出纯化系统的另一例的构成图。
图7为示出纯化系统的又一例的构成图。
具体实施方式
以下,说明本发明的详细情况,但以下的说明并非旨在将本发明限定为特定的实施方式。
<纯化系统>
如图1所示,本实施方式的纯化系统100具备第1膜分离装置10及第2膜分离装置20。第1膜分离装置10为使用渗透气化膜(PV膜)针对纯化对象混合物进行膜分离的膜分离装置。第1膜分离装置10所具有的渗透气化膜可以将纯化对象混合物分离为第1透过流体和第1浓缩流体。第1透过流体例如可以在规定的用途(例如,清洗液)中进行再利用。第2膜分离装置20是使用滤膜以对从第1膜分离装置10排出的第1浓缩流体进行膜分离的膜分离装置。第2膜分离装置20所具有的滤膜可以将第1浓缩流体分离为第2透过流体和第2浓缩流体。如后所述,第2透过流体例如与第1透过流体混合,与第1透过流体一同在规定的用途中进行再利用。需要说明的是,本说明书中,存在将“第1浓缩流体”及“第2浓缩流体”分别称为“第1非透过流体”及“第2非透过流体”的情况。
在本实施方式中,纯化对象混合物包含第1溶剂、第2溶剂、和第1溶剂及第2溶剂以外的杂质。典型地,第1溶剂为低级醇。典型地,第2溶剂为水。作为纯化对象混合物的一例,可举出在分离膜(例如RO膜)等的制造工序中,在分离膜等被清洗物的清洗中使用的清洗液。在混合物为用于被清洗物的清洗的清洗液的情况下,混合物中的杂质例如来自于被清洗物。不过,纯化对象混合物只要包含多种溶剂及杂质即可,没有特别限定,可以为在各种化学工艺中产生的废液等。本说明书中,有时将纯化对象混合物简称为“混合物”。
第1膜分离装置10的渗透气化膜是能够通过渗透气化法使混合物中所含的第1溶剂优先透过的分离膜。因此,通过渗透气化膜分离出的第1透过流体中杂质的浓度比混合物低、且第1溶剂的浓度比混合物高。另一方面,第1浓缩流体中杂质的浓度比混合物高、且第1溶剂的浓度比混合物低。
第2膜分离装置20的滤膜是能够使第1浓缩流体中所含的第2溶剂优先透过的分离膜。因此,通过滤膜分离出的第2透过流体中杂质的浓度比第1浓缩流体低。另一方面,第2浓缩流体中杂质的浓度比第1浓缩流体高。
纯化系统100进一步具备混合物供给路径30。混合物供给路径30是与第1膜分离装置10的混合物入口(入口13a)连接,用于从储存混合物的罐(未图示)等向第1膜分离装置10中供给混合物的路径。混合物供给路径30上例如配置有泵50及热交换器60。热交换器60例如位于泵50与第1膜分离装置10之间。泵50为用于将混合物升压的泵,通过控制泵50,可以对混合物的流量进行调节。热交换器60为例如在温水等热介质与混合物之间产生热交换的液-液热交换器,典型地,为板式热交换器。
纯化系统100进一步具备第1排出路径32、浓缩流体供给路径34、第2排出路径36及第3排出路径37。第1排出路径32是与第1膜分离装置10的透过流体出口(出口14a)连接,用于从第1膜分离装置10排出第1透过流体的路径。第1排出路径32上形成有用于从第1排出路径32排出第1透过流体的开口(排出口44)。第1排出路径32上配置有例如泵52及热交换器62。热交换器62位于泵52与排出口44之间。泵52为用于将第1膜分离装置10内进行减压的泵,通过对泵52进行控制,可以调节第1透过流体的流量。热交换器62为例如使防冻液等冷却介质与第1透过流体之间产生热交换的气-液热交换器或液-液热交换器,典型地,为板式热交换器。
浓缩流体供给路径34与第1膜分离装置10的浓缩流体出口(出口13b)、和第2膜分离装置20的浓缩流体入口(入口23a)连接,为用于从第1膜分离装置10向第2膜分离装置20供给第1浓缩流体的路径。浓缩流体供给路径34上例如配置有泵54。泵54为用于使第1浓缩流体升压的泵。
第2排出路径36与第2膜分离装置20的透过流体出口(出口24a)连接,为用于从第2膜分离装置20将第2透过流体排出的路径。第2排出路径36例如在合流位置40与第1排出路径32合流。合流位置40例如位于热交换器62与排出口44之间。第2排出路径36与第1排出路径32合流,由此可以在第1排出路径32内将第1透过流体与第2透过流体混合。需要说明的是,在第1排出路径32上还可以配置罐、第2排出路径36与该罐连接。此时,可以将配置在第1排出路径32上的罐视为合流位置40。
第3排出路径37与第2膜分离装置20的浓缩流体出口(出口23b)连接,为用于从第2膜分离装置20将第2浓缩流体排出的路径。在第3排出路径37上,形成有用于从第3排出路径37将第2浓缩流体排出的开口(排出口46)。
纯化系统100可以还具备原料供给路径38。原料供给路径38与第1排出路径32或第2排出路径36连接,为用于将包含选自由第1溶剂及第2溶剂组成的组中的至少一种的原料供给至第1排出路径32或第2排出路径36的路径。原料供给路径38优选在合流位置40或较合流位置40更靠下流侧的位置42处,与第1排出路径32连接。详细而言,较合流位置40更靠下流侧的位置42位于合流位置40与排出口44之间。原料供给路径38例如与储存原料的罐(未图示)等连接。原料优选由选自由第1溶剂及第2溶剂组成的组中的至少一种构成,实质上不含杂质。原料供给路径38适于对第1透过流体及第2透过流体的混合流体中的第1溶剂的浓度及第2溶剂的浓度进行调节。
需要说明的是,纯化系统100可以还具备针对从第1膜分离装置10排出的第1透过流体,使用渗透气化膜来进行膜分离的第3膜分离装置(未图示)。第3膜分离装置例如配置在第1排出路径32中的较热交换器62更靠下流侧、特别是在热交换器62与合流位置40之间。对于第3膜分离装置具备的渗透气化膜而言,除了膜面积之外,可以与第1膜分离装置10具备的渗透气化膜相同也可以不同。第3膜分离装置的渗透气化膜通过渗透气化法使第1透过流体中所含的第1溶剂优先透过。根据第3膜分离装置,可以得到杂质的浓度比第1透过流体更低、且第1溶剂的浓度比第1透过流体更高的第3透过流体。第3透过流体可以被送至合流位置40,与第2透过流体混合。
纯化系统100的路径中的各自例如可由金属制或树脂制的配管构成。
如上所述,在本实施方式中,第1溶剂典型地为低级醇。低级醇为例如碳原子数为5以下的醇。低级醇可以为一元醇,也可以为多元醇。低级醇可以为直链状,也可以为支链状。作为低级醇,例如可举出甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇(IPA)、正丁醇、2-丁醇、异丁醇、叔丁醇及正戊醇,优选为IPA。混合物中的第1溶剂的浓度例如为50wt%以下,优选为30wt%以下,更优选为10wt%以下。第1溶剂的浓度的下限值没有特别限定,例如为1wt%。需要说明的是,本说明书中,只要没有特别说明,“浓度”是指包含成为对象的成分的混合物或流体的温度为20℃时的重量百分比浓度。
在本实施方式中,第2溶剂典型地为水。混合物中的第2溶剂的浓度例如高于50wt%,优选为80wt%以上,更优选为90wt%以上。第2溶剂的浓度的上限值没有特别限定,例如为99wt%。
纯化对象混合物中所含的杂质没有特别限定,例如包含有机化合物,优选由有机化合物构成。不过,杂质可以包含无机化合物。杂质可以在混合物中溶解,也可以在混合物中不溶解。杂质中所含的有机化合物的沸点优选比混合物中所含的第1溶剂的沸点高,例如为85℃以上。有机化合物可以为分子量为1000以下的低分子化合物。有机化合物例如包含选自由氮原子及硫原子组成的组中的至少一种原子,典型地,包含选自由氨基、酰胺基及磺酸基组成的组中的至少一种官能团。作为一个例子,在RO膜的制造工序中,在RO膜的清洗中使用到的清洗液中,作为杂质,有时包含三乙胺(TEA)、月桂基硫酸钠(SLS)、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、樟脑磺酸(CSA)、对甲苯磺酸(p-TSA)、三乙醇胺(TEtA)、间苯二胺(MPD)等。混合物中的杂质的浓度例如为300ppm以上,可以为500ppm以上。在本说明书中,“ppm”是指质量百万分率。杂质的浓度的上限值没有特别限定,例如为1wt%。
[第1膜分离装置]
如图2所示,第1膜分离装置10具备渗透气化膜11及罐12。罐12具有第1室13及第2室14。渗透气化膜11配置于罐12的内部。在罐12的内部,渗透气化膜11将第1室13和第2室14隔开。渗透气化膜11从罐12的1对壁面的一面延伸至另一面。
第1室13具有入口13a及出口13b。第2室14具有出口14a。第1室13的入口13a是用于向第1膜分离装置10供给混合物70的开口。第2室14的出口14a是用于将通过使混合物70透过渗透气化膜11而得的第1透过流体80从第1膜分离装置10排出的开口。第1室13的出口13b是用于将未透过渗透气化膜11的混合物70(第1浓缩流体81)从第1膜分离装置10排出的开口。入口13a、出口13b及出口14a的各自例如形成于罐12的壁面。
渗透气化膜11只要能够使混合物70中所含的第1溶剂优先透过即可,没有特别限定。如图3所示,渗透气化膜11例如具备分离功能层1。渗透气化膜11可以还具备支承分离功能层1的多孔性支承体2、和保护分离功能层1的保护层3。分离功能层1例如位于多孔性支承体2与保护层3之间。
分离功能层1例如包含基质5及填料6。填料6分散于基质5,并埋置于基质5内。在图3所示的方式中,所有填料6相互分离。其中,填料6也可以部分聚集。
基质5的材料没有特别限定,例如可举出有机硅树脂;聚丙烯等聚烯烃树脂。包含有机硅树脂的基质5适合于优先透过低级醇,并且抑制低级醇以外的有机化合物、例如包含氨基、酰胺基或磺酸基的有机化合物的透过。
填料6例如包含沸石等无机材料。填料6中所含的沸石优选为相对于氧化铝而言的二氧化硅的比率高的高硅沸石。高硅沸石由于耐水解性优异,因此在第2溶剂为水的情况下,适合于渗透气化膜11的用途。作为高硅沸石,可以使用Tosoh公司制的HSZ(注册商标)、UNION SHOWA K.K.制的HiSiv(注册商标)、UNION SHOWA K.K.制的USKY及中村超硬公司制的Zeoal(注册商标)。
填料6的形状例如为粒子状。在本说明书中,“粒子状”包括球状、椭圆体状、鳞片状及纤维状。填料6的平均粒径没有特别限定,例如为50μm以下,优选为20μm以下,更优选为10μm以下。填料6的平均粒径的下限值例如为0.01μm。填料6的平均粒径例如可以通过下述方法来确定。首先,用透射电子显微镜观察分离功能层1的剖面。在得到的电子显微镜图像中,通过图像处理算出特定的填料6的面积。将具有与算出的面积相同面积的圆的直径视为该特定的填料6的粒径(粒子的直径)。分别算出任意个数(至少50个)的填料6的粒径,将算出值的平均值视为填料6的平均粒径。
分离功能层1中的填料6的含有率例如为10wt%以上,优选30wt%以上,更优选40wt%以上。分离功能层1中的填料6的含有率的上限值没有特别限定、例如为70wt%。
分离功能层1的厚度例如为200μm以下,优选为100μm以下,更优选为80μm以下。分离功能层1的厚度可以为1.0μm以上,可以为10μm以上,也可以为30μm以上。
分离功能层1可以具有平均孔径小于0.01μm的微孔结构,优选为表面不具有孔的致密层。作为致密层的分离功能层1适于优先透过低级醇,并且抑制低级醇以外的有机化合物的透过。
作为多孔性支承体2,例如可举出:无纺布;多孔性聚四氟乙烯;芳香族聚酰胺纤维;多孔性金属;烧结金属;多孔性陶瓷;多孔性聚酯;多孔性尼龙;活性碳纤维;乳胶;有机硅;有机硅橡胶;包含选自由聚氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚氨酯、聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚砜、聚醚醚酮、聚丙烯腈、聚酰亚胺及聚苯醚组成的组中的至少一种的透过性(多孔性)聚合物;具有连续气泡或独立气泡的金属发泡体;具有连续气泡或独立气泡的聚合物发泡体;二氧化硅;多孔性玻璃;网筛等。多孔性支承体2可以是将这些中的2种以上组合而成的。
多孔性支承体2例如具有0.01~0.4μm的平均孔径。多孔性支承体2的厚度没有特别限定,例如为10μm以上,优选为50μm以上,更优选为100μm以上。多孔性支承体2的厚度例如为300μm以下,优选为200μm以下。
作为保护层3的材料没有特别限定,例如可举出有机硅树脂。保护层3的材料可以与分离功能层1的基质5的材料相同。保护层3的厚度没有特别限定、例如为5μm以上,优选为10μm以上,更优选为20μm以上。保护层3的厚度例如为100μm以下,优选为50μm以下。
渗透气化膜11例如可以通过如下方法进行制作。首先,制备包含分离功能层1的材料的涂布液。涂布液可以包含填料6、以及用于使填料6分散于涂布液中的分散剂。涂布液包含有机硅树脂的情况下,涂布液还可以包含用于使有机硅树脂固化的催化剂。接下来,通过将涂布液涂布在多孔性支承体2上而得到涂布膜。通过使涂布膜干燥,形成分离功能层1。
接下来,制备包含保护层3的材料的涂布液。通过将涂布液涂布在分离功能层1上而得到涂布膜。通过使涂布膜干燥,形成保护层3。由此,能够制作渗透气化膜11。
在渗透气化膜11中,相对于第2溶剂而言的第1溶剂的分离系数没有特别限定,优选不过高。作为一个例子,渗透气化膜11的相对于水而言的IPA的分离系数α例如为100以下,优选为60以下。分离系数α的下限值没有特别限定,例如为5。分离系数α可以通过以下方法测定。首先,在使包含IPA及水的混合液体与渗透气化膜11的一面(例如,渗透气化膜11的保护层侧的主面11a)接触的状态下,对与渗透气化膜11另一面(例如渗透气化膜11的多孔性支承体侧的主面11b)邻接的空间进行减压。由此,得到透过渗透气化膜11的透过流体。对透过流体中的水的重量比率及IPA的重量比率进行测定。在上述操作中,当以混合液体的温度为20℃进行测定的情况下,混合液体中的IPA的浓度为20wt%。与渗透气化膜11接触的混合液体的温度为40℃。与渗透气化膜11另一面邻接的空间以下述方式被减压,即,使得空间内的压力相对于测定环境中的大气压而言减小100kPa。分离系数α可以通过下式算出。其中,在下述式中,XA及XB各自为混合液体中的IPA的重量比率及水的重量比率。YA及YB各自为透过渗透气化膜11的透过流体中的IPA的重量比率及水的重量比率。
分离系数α=(YA/YB)/(XA/XB)
在上述的分离系数α的测定条件下,透过渗透气化膜11的IPA的通量例如为0.005(kg/m2/hr)以上,优选为0.01(kg/m2/hr)以上。透过渗透气化膜11的IPA的通量的上限值没有特别限定,例如为1.0(kg/m2/hr)。
[第2膜分离装置]
如图4所示,第2膜分离装置20具备滤膜21及罐22。罐22具有第3室23及第4室24。滤膜21配置在罐22的内部。在罐22的内部中,滤膜21将第3室23和第4室24隔开。滤膜21从罐22的1对壁面的一面延伸至另一面。
第3室23具有入口23a及出口23b。第4室24具有出口24a。第3室23的入口23a为用于将第1浓缩流体81供给至第2膜分离装置20的开口。第4室24的出口24a为用于将通过第1浓缩流体81透过滤膜21而得的第2透过流体90从第2膜分离装置20排出的开口。第3室23的出口23b为用于将未透过滤膜21的第1浓缩流体81(第2浓缩流体91)从第2膜分离装置20排出的开口。入口23a、出口23b及出口24a的各自例如形成于罐22的壁面。
滤膜21只要可以优先透过第1浓缩流体81中所含的第2溶剂即可,没有特别限定。滤膜21可以根据杂质的组成而适当选择,例如可举出RO膜、纳滤膜(NF膜)、超滤膜(UF膜)、微滤膜(MF膜)、离子交换膜等。滤膜21优选为RO膜或NF膜。RO膜及NF膜适于抑制包含低分子化合物的杂质的透过。在杂质包含盐的情况下,作为滤膜21,也可以使用离子交换膜。
在本说明书中,RO膜是指,在操作压力1.5MPa的条件下过滤氯化钠的浓度为2000mg/L的试验液时的氯化钠的除去率为93%以上的膜。NF膜是指,在操作压力1.5MPa的情况下过滤氯化钠的浓度为2000mg/L的试验液时的氯化钠的除去率为5%以上、小于93%的膜。
NF膜及RO膜的各自通常包括支承致密层和致密层的多孔性支承体。致密层的厚度没有特别限定,例如为0.001~2μm,优选为0.005~1μm。作为多孔性支承体,可以使用上述的支承体。
致密层的材料没有特别限定,例如可以使用改性聚醚砜、纤维素酯(例如乙酸纤维素)、聚酰胺(例如芳香族聚酰胺)、聚酯、聚酰亚胺、乙烯基聚合物、聚醚砜、乙烯-乙烯醇共聚物等高分子材料。
滤膜21的厚度没有特别限定,优选为10~200μm,更优选为20~75μm。
滤膜21的截止分子量例如为10000以下,优选为5000以下,更优选为1000以下。滤膜21的截止分子量的下限值没有特别限定,例如为100。滤膜21的截止分子量可以通过已知的方法确定。确定滤膜21的截止分子量的方法的一例如下所述。首先,准备平均分子量彼此不同并且分子量分布为单分散性的多种聚乙二醇。将以5000ppm的浓度含有多种聚乙二醇中的1种的水溶液在温度25℃、压力4kg/cm2的条件下供给至滤膜21的膜面。由此,可测定聚乙二醇的排除率。以同样的方法测定其他聚乙二醇的排除率。制作示出得到的排除率与聚乙二醇的平均分子量的关系的截止曲线。基于截止曲线,确定排除率成为90%的聚乙二醇的平均分子量。可将特定的平均分子量视为滤膜21的截止分子量。
[混合物的纯化方法]
在本实施方式中,混合物70的纯化方法包括使用第1膜分离装置10的第1分离工序。第1分离工序是例如对用于被清洗物的清洗的清洗液(混合物70)最先实施的分离工序。第1分离工序例如以下述方式实施。首先,通过混合物供给路径30,将混合物70供给至第1膜分离装置10的第1室13。由此,可以使混合物70与渗透气化膜11的一面接触。混合物70的供给量没有特别限定,可根据第1膜分离装置10的处理能力而定。混合物70的供给量例如为0.5kg/hr~500kg/hr。供给至第1室13的混合物70可以通过配置于混合物供给路径30的热交换器60而被预先加热。供给至第1室13的混合物70的温度例如为30℃以上。混合物70的温度的上限值例如为75℃。
接下来,在使混合物70与渗透气化膜11的一面接触的状态下,对与渗透气化膜11的另一面邻接的空间进行减压。详细而言,通过出口14a,将第2室14内减压。第2室14内的减压可以通过配置于第1排出路径32的泵52进行。第2室14被减压,以使得第2室14内的空间相对于测定环境的大气压而言减小例如10kPa以上,优选为减小50kPa以上,更优选为减小80kPa以上。
通过将第2室14内减压,在渗透气化膜11的另一面侧,可以得到杂质的浓度低的第1透过流体80。换言之,第1透过流体80被供给至第2室14。在第2室14内,第1透过流体80可以为气体,也可以为液体。第1透过流体80通过出口14a,被排出至第1膜分离装置10的外部。被排出至第1膜分离装置10的外部的第1透过流体80例如可通过配置于第1排出路径32的热交换器62冷却。由此,气体的第1透过流体80液化。通过热交换器62冷却的第1透过流体80的温度例如为10℃以下,优选为0℃以下。
另一方面,混合物70中的杂质的浓度从第1室13的入口13a向出口13b慢慢上升。在第1室13中被处理的混合物70(第1浓缩流体81)通过出口13b被排出至第1膜分离装置10的外部。第1浓缩流体81典型地为液体。
如上所述,第1膜分离装置10的渗透气化膜11可以使混合物70中所含的第1溶剂优先透过。因此,通过第1分离工序得到的第1透过流体80的杂质的浓度比混合物70低。通过第1分离工序,能够将第1透过流体80中的杂质的浓度降至例如100ppm以下,根据情况降至50ppm以下,进一步降至10ppm以下。通过下式算出的第1分离工序中的杂质的除去率例如为80%以上,优选为90%以上,更优选为95%以上,进一步优选为99%以上。
杂质的除去率(%)={(混合物中的杂质的浓度(ppm)-第1透过流体中的杂质的浓度(ppm))/混合物中的杂质的浓度(ppm)}×100
通过第1分离工序得到的第1透过流体80的第1溶剂的浓度比混合物70高。相对于混合物70中的第1溶剂的浓度(wt%)而言的第1透过流体80中的第1溶剂的浓度(wt%)之比没有特别限定,例如为1.5~5.0。
第1浓缩流体81的杂质的浓度比混合物70高,并且第1浓缩流体81的第1溶剂的浓度比混合物70低。第1浓缩流体81中的杂质的浓度(ppm)相对于混合物70中的杂质的浓度(ppm)之比例如为1.1以上,优选为1.2以上。第1浓缩流体81中的第1溶剂的浓度(wt%)相对于混合物70中的第1溶剂的浓度(wt%)之比例如为0.5以下,优选为0.2以下。
如上所述,通过第1分离工序,能够得到杂质的浓度比混合物70低、并且第1溶剂的浓度比混合物70高的第1透过流体80。第1分离工序与蒸馏法相比所需的能量小,并且不需要吸附法中使用的吸附材料。如此,根据包括第1分离工序的纯化方法,与以往的纯化方法相比,可以高效地纯化包含多种溶剂的混合物70。
需要说明的是,在第1溶剂为低级醇、第2溶剂为水的情况下,为了得到杂质的浓度低的第1透过流体80,在第1分离工序中利用的渗透气化膜11需要使混合物70中所含的低级醇优先透过。专利文献1中记载了将从清洗装置排出的清洗液供给至浓缩器,并利用渗透气化法,使清洗液中的醇的浓度增加(图1及0027-0028段)。然而,在专利文献1的0047段中,记载了由浓缩器浓缩的清洗液被来自被清洗物的杂质污染。根据这些记载,可以理解专利文献1的浓缩器中使用的渗透气化膜是优先透过水而非醇的分离膜。在专利文献1中,透过渗透气化膜的透过流体不会被再利用,而被送至废液罐。
本实施方式的纯化方法例如还包括使用第2膜分离装置20的第2分离工序。就第2分离工序而言,针对由第1分离工序得到的第1浓缩流体81例如以下述方式实施。首先,通过浓缩流体供给路径34,将第1浓缩流体81供给至第2膜分离装置20的第3室23。由此,第1浓缩流体81与滤膜21的一面接触,在滤膜21的另一面侧(第4室24内),可以得到杂质的浓度低的第2透过流体90。
在第2分离工序中,第3室23的内部也可以由第1浓缩流体81充满。此外,第4室24的内部由第2溶剂(或第2透过流体90)充满。在第2分离工序中,也可以使用配置于浓缩流体供给路径34的泵54,对充满第3室23的第1浓缩流体81加压。此时,第3室23内的压力例如为10bar以上,优选为20bar以上,更优选40bar以上。第3室23内的压力例如为100bar以下。
第1浓缩流体81中的杂质的浓度由第3室23的入口23a向出口23b慢慢上升。在第3室23中被处理的第1浓缩流体81(第2浓缩流体91)通过出口23b而被排出至第2膜分离装置20的外部。第2浓缩流体91通过第3排出路径37而从排出口46被排出。
如上所述,第2膜分离装置20的滤膜21可以使第1浓缩流体81中所含的第2溶剂优先透过。因此,通过第2分离工序得到的第2透过流体90的杂质的浓度比第1浓缩流体81低。通过第2分离工序,能够将第2透过流体90中的杂质的浓度例如降低至100ppm以下,根据情况降低至50ppm以下,进一步降低至10ppm以下。通过与第1分离工序中的杂质的除去率同样的方法而算出的第2分离工序中的杂质的除去率例如为80%以上,优选为90%以上,更优选为95%以上,进一步优选为99%以上。另一方面,第2浓缩流体91的杂质的浓度比第1浓缩流体81高。第2浓缩流体91中的杂质的浓度(ppm)相对于第1浓缩流体81中的杂质的浓度(ppm)之比例如为1.1以上,优选为1.2以上。
本实施方式的纯化方法例如进一步包括将第1透过流体80与第2透过流体90混合的混合工序。混合工序可以通过经由第2排出路径36而将第2透过流体90送至第1排出路径32的合流位置40来实施。不将第1分离工序中得到的第1浓缩流体81废弃,而对第1浓缩流体81进一步进行第2分离工序及混合工序,由此可以大幅降低被废弃的流体的量。
需要说明的是,理论上也可以调换第1分离工序和第2分离工序的顺序。然而,在第1溶剂为低级醇、第2溶剂为水的情况下,若调换第1分离工序与第2分离工序的顺序,则将会成为下述情况,即,针对低级醇的浓度较高、渗透压高的混合物70利用滤膜进行膜分离,需将混合物70加压至非常高的压力。此外,由于第1分离工序中得到的浓缩流体的量较多,因此若在第2分离工序之后进行第1分离工序,则被废弃的流体的量增加。如上所述,为了有效地纯化混合物70,优选在第1分离工序之后进行第2分离工序。
本实施方式的纯化方法可以进一步包括调节工序,该调节工序中,向第1透过流体80、第2透过流体90、或第1透过流体80与第2透过流体90的混合流体中加入包含选自由第1溶剂及第2溶剂组成的组中的至少一种的原料,以调节流体中的第1溶剂的浓度及第2溶剂的浓度。调节工序可以例如通过经由原料供给路径38,将上述原料供给至第1排出路径32或第2排出路径36来实施。调节工序虽可以在混合工序之前实施,但优选在混合工序后实施。即,在调节工序中,优选在第1透过流体80与第2透过流体90的混合流体中加入上述原料。在本说明书中,有时将经由混合工序及调节工序而调节了第1溶剂的浓度及第2溶剂的浓度的混合流体称为“纯化物”。
在调节工序中,加入至流体的原料的组成及重量可以根据纯化物中的第1溶剂的浓度、第2溶剂的浓度、及纯化物的重量而适当确定。纯化物中的第1溶剂的浓度、第2溶剂的浓度、及纯化物的重量可以与混合物70相同也可以不同。
根据本实施方式的纯化方法,能够将纯化物中的杂质的浓度例如降低至100ppm以下,根据情况降低至50ppm以下,进一步降低至10ppm以下。在本实施方式的纯化方法中,相对于混合物70中所含的第1溶剂的重量而言的,第1透过流体80中所含的第1溶剂的重量与第2透过流体90中所含的第1溶剂的重量的合计值的比率(第1溶剂的回收率)没有特别限定,例如为75%以上,优选为85%以上,更优选为90%以上。相对于混合物70中所含的第2溶剂的重量而言的,第1透过流体80中所含的第2溶剂的重量与第2透过流体90中所含的第2溶剂的重量的合计值的比率(第2溶剂的回收率)没有特别限定,例如为50%以上,优选为70%以上。通过本实施方式的纯化方法得到的纯化物例如可以在规定的用途(例如,清洗液)中进行再利用。本发明从其另一个方面出发,提供包括上述纯化方法的溶剂的制造方法。通过该制造方法得到的溶剂例如包含第1溶剂,典型地,包含第1溶剂及第2溶剂。
需要说明的是,纯化系统100所具备的第1膜分离装置10及第2膜分离装置20适于流通式(连续式)的膜分离方法。不过,这些膜分离装置也可用于间歇式的膜分离方法。
[第1膜分离装置的变形例]
在纯化系统100中,第1膜分离装置10也可以是如图5所示的螺旋型的膜元件。图5的第1膜分离装置15具备中心管16及层叠体17。层叠体17包括渗透气化膜11。
中心管16具有圆筒形状。在中心管16的表面形成有用于使第1透过流体80流入至中心管16的内部的多个孔或狭缝。作为中心管16的材料,例如可举出丙烯腈·丁二烯·苯乙烯共聚树脂(ABS树脂)、聚苯醚树脂(PPE树脂)、聚砜树脂(PSF树脂)等树脂;不锈钢、钛等金属。中心管16的内径例如在20~100mm的范围内。
层叠体17除包括渗透气化膜11外还包括供给侧流路材18及透过侧流路材19。层叠体17卷绕在中心管16的周围。第1膜分离装置15可以还具备外装材(未图示)。
作为供给侧流路材18及透过侧流路材19,可以使用例如由聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚苯硫醚(PPS)或乙烯-氯三氟乙烯共聚物(ECTFE)形成的树脂制的网、机织物或针织物。
使用了第1膜分离装置15的膜分离例如通过如下方法进行。首先,向经卷绕的层叠体17的一端供给混合物70。将中心管16的内部的空间减压。由此,透过了层叠体17的渗透气化膜11的第1透过流体80向中心管16的内部移动。第1透过流体80通过中心管16被排出至外部。在第1膜分离装置15中被处理的混合物70(第1浓缩流体81)从经卷绕的层叠体17的另一端被排出至外部。
需要说明的是,在纯化系统100中,第2膜分离装置20可以是具有与第1膜分离装置15同样的构成的螺旋型的膜元件。
<纯化系统的变形例>
纯化系统100可以还具备将从第2膜分离装置20排出的第2浓缩流体91的一部分送至浓缩流体供给路径34的结构。图6所示的本实施方式的纯化系统110还具备再循环路径31、阀56及阀57。除此之外,本实施方式的纯化系统110的结构与纯化系统100的结构是相同的。因此,对纯化系统100与本实施方式的纯化系统110共通的要素赋予相同的参照符号,有时省略对其的说明。即,以下的各实施方式所涉及的说明只要在技术上不矛盾,就可相互适用。此外,只要在技术上不矛盾,各实施方式也可以相互组合。
再循环路径31可与第3排出路径37及浓缩流体供给路径34的各自连接。详细而言,再循环路径31从第3排出路径37的分支位置45分支,在合流位置47与浓缩流体供给路径34合流。再循环路径31是用于将从第2膜分离装置20排出的第2浓缩流体91的一部分送至浓缩流体供给路径34的路径。通过再循环路径31,在浓缩流体供给路径34内,可以将第2浓缩流体91的一部分与第1浓缩流体81混合。需要说明的是,对于第2浓缩流体91的组成而言,除了各成分的浓度之外,与从第1膜分离装置10排出的第1浓缩流体81基本相同。因此,在本说明书中,方便起见,有时也将第2浓缩流体91的一部分与第1浓缩流体81的混合流体称为“第1浓缩流体81”。
合流位置47例如位于第1膜分离装置10及泵54之间。需要说明的是,也可以在浓缩流体供给路径34上进一步配置罐,再循环路径31与该罐连接。此时,可以将配置于浓缩流体供给路径34的罐设为合流位置47。
阀56配置于分支位置45与排出口46之间的第3排出路径37。阀57配置于再循环路径31。作为阀56及57,可以使用流量调节阀。例如,通过调节阀56及57各自的开度,能够对从第3排出路径37送至再循环路径31的第2浓缩流体91的流量、及从排出口46排出的第2浓缩流体91的流量的比率进行适当调节。需要说明的是,代替阀56及57,纯化系统110也可以具备用于对从第3排出路径37送至再循环路径31的第2浓缩流体91的流量进行调节的泵。
在本实施方式中,纯化方法还包括例如通过再循环路径31而将第2浓缩流体91的一部分送至浓缩流体供给路径34的再循环工序。进行再循环工序时,在合流位置47处,第2浓缩流体91的一部分与第1浓缩流体81混合。在合流位置47得到的混合流体被送至第2膜分离装置20。通过再循环工序,可以容易地提高第2溶剂的回收率。
在再循环工序中,相对于刚从第2膜分离装置20排出后的第2浓缩流体91的流量(kg/hr)而言,通过再循环路径31的第2浓缩流体91的流量(kg/hr)的比率(再循环率A)可根据目标的第2溶剂的回收率而适当设定,例如为68%~98%。
<纯化系统的其他变形例>
纯化系统110可以还具备将从第1膜分离装置10排出的第1透过流体80的一部分送至混合物供给路径30的结构。图7所示的本实施方式的纯化系统120还具备再循环路径33、阀58及阀59。在纯化系统120中,第2排出路径36不与第1排出路径32合流。此外,纯化系统120不具备原料供给路径38。除此之外,本实施方式的纯化系统120的结构与纯化系统110的结构相同。需要说明的是,在本说明书中,有时将再循环路径33称为“第1再循环路径”,将再循环路径31称为“第2再循环路径”。
第1再循环路径33与第1排出路径32及混合物供给路径30的各自连接。详细而言,第1再循环路径33从第1排出路径32的分支位置48分支,在合流位置49与混合物供给路径30合流。第1再循环路径33是用于将从第1膜分离装置10排出的第1透过流体80的一部分送至混合物供给路径30的路径。通过第1再循环路径33,在混合物供给路径30内,可以将第1透过流体80的一部分与混合物70混合。需要说明的是,第1透过流体80的组成除各成分的浓度之外,与供给至第1膜分离装置10的混合物70是基本相同的。因此,在本说明书中,方便起见,有时也将第1透过流体80的一部分与混合物70的混合流体称为“混合物70”。
分支位置48例如位于较热交换器62更靠下流侧,例如位于热交换器62与排出口44之间。合流位置49例如位于较泵50更靠下流侧,例如位于泵50与热交换器60之间。需要说明的是,可以在混合物供给路径30上进一步配置罐,第1再循环路径33与该罐连接。此时,可以将配置于混合物供给路径30的罐视为合流位置49。
阀58配置于第1再循环路径33。阀59配置于分支位置48与排出口44之间的第1排出路径32。作为阀58及59,可以使用流量调节阀。例如,通过对阀58及59各自的开度进行调节,可以对从第1排出路径32送至第1再循环路径33的第1透过流体80的流量、及从排出口44排出的第1透过流体80的流量的比率进行适当调节。需要说明的是,代替阀58及59,纯化系统120可以具备用于对从第1排出路径32送至第1再循环路径33的第1透过流体80的流量进行调节的泵。
如上所述,在纯化系统120中,第2排出路径36不与第1排出路径32合流。在本实施方式中,在第2排出路径36上,形成有用于从第2排出路径36将第2透过流体90排出的开口(排出口43)。
在本实施方式中,纯化方法还包括例如通过第1再循环路径33,将第1透过流体80的一部分送至混合物供给路径30的再循环工序。进行再循环工序时,在合流位置49,第1透过流体80的一部分与混合物70混合。在合流位置49得到的混合流体送至第1膜分离装置10。需要说明的是,在本说明书中,有时将利用第1再循环路径33进行的再循环工序称为“第1再循环工序”,将利用第2再循环路径31进行的再循环工序称为“第2再循环工序”。
根据第1再循环工序,能够在不大幅增加纯化系统120的运转所需的能量、进而在不采用具有高分离性能的膜作为第1膜分离装置10中的渗透气化膜11的情况下,容易地增加第1透过流体80中的第1溶剂的浓度。通过本实施方式的纯化方法得到的第1透过流体80的第1溶剂的浓度较高,可于各种用途中进行再利用。
在第1再循环工序中,相对于刚从第1膜分离装置10排出后的第1透过流体80的流量(kg/hr)而言的、通过再循环路径33的第1透过流体80的流量(kg/hr)的比率(再循环率B)可以根据目标第1透过流体80的组成而适当设定,例如为5%~60%。
需要说明的是,本实施方式中,纯化方法不包括将第1透过流体80和第2透过流体90混合的混合工序。即,本实施方式中,第1透过流体80及第2透过流体90被分别回收。详细而言,第1透过流体80通过第1排出路径32,从排出44被排出。第2透过流体90通过第2排出路径36而从排出口43被排出。
实施例
以下,通过实施例及比较例对本发明进行更详细地说明,但本发明并不限定于此。
(测定例1)
首先,通过以下方法制作渗透气化膜。将有机硅树脂(Momentive PerformanceMaterials Japan公司制的YSR3022)2.810kg(固态成分浓度30wt%)、甲苯4.778kg、高硅沸石(UNION SHOWA K.K.制的HiSiv3000)0.843kg、分散剂(日油公司制的Malialim AWS-0851)0.004kg、有机硅固化催化剂(Momentive Performance Materials Japan公司制的YC6831)0.028kg及作为固化阻滞剂的乙酰丙酮0.084kg混合而制备涂布液。接下来,通过将涂布液涂布在厚度150μm的多孔性支承体(日东电工公司制的RS-50)的上而得到涂布膜(厚度500μm)。将涂布膜于90℃加热4分钟,使其干燥,由此制作厚度67μm的分离功能层。在分离功能层中,有机硅树脂与高硅沸石的重量比为50:50。
接下来,将有机硅树脂(Momentive Performance Materials Inc.制的YSR3022)4.617kg(固态成分浓度30wt%)、甲苯2.308kg、有机硅固化催化剂(MomentivePerformance Materials Inc.制的YC6831)0.046kg及作为固化阻滞剂的乙酰丙酮0.138kg混合而制备涂布液。接下来,通过将涂布液涂布在分离功能层上而得到涂布膜(厚度200μm)。将涂布膜于90℃加热4分钟,使其干燥,由此制作厚度33μm的保护层。由此,得到渗透气化膜。
使用得到的渗透气化膜,制作如图5所示的螺旋型的膜元件。膜元件的长度为300mm,外径为63mm。膜元件中的透过侧流路材的厚度为250μm。供给侧流路材的厚度为300μm。膜元件中的渗透气化膜的膜面积为0.86m2
接下来,使用得到的膜元件,进行包含IPA、水及杂质的混合物的纯化试验。纯化对象混合物中的IPA的浓度为6.3wt%。混合物中所含的杂质为三乙胺(TEA)、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、樟脑磺酸(CSA)及间苯二胺(MPD),其浓度的合计值为889ppm。各杂质的浓度示于表1。
在纯化试验中,以8.3g/min(0.498kg/hr)的流量将上述混合物供给至膜元件。供给至膜元件的混合物的温度为40℃。就膜元件的中心管的内部的空间而言,以空间内的压力相对于测定环境中的大气压而言减小100kPa的方式进行减压。由此,由膜元件得到气体透过流体。通过使用-196℃的液氮来冷却气体透过流体而将透过流体液化。使用气相色谱法来分析液体透过流体的组成。透过流体中的IPA的浓度为19.3wt%。透过渗透气化膜的IPA的流量为0.0160kg/hr,水的流量为0.0669kg/hr。将透过流体中所含的杂质的浓度示于表1。
[表1]
Figure BDA0003506410360000241
如表1所示,由膜元件得到的透过流体中的杂质的浓度的合计值为2.5ppm左右,可知通过膜元件能够大幅降低杂质的浓度。基于膜元件的杂质的除去率为99.7%,是非常高的值。
(测定例2)
<第1分离工序>
首先,通过以下方法来制作渗透气化膜。将有机硅树脂(Momentive PerformanceMaterials Japan公司制的YSR3022)1.650kg(固态成分浓度30wt%)、甲苯2.805kg、高硅沸石(UNION SHOWA K.K.制的HiSiv3000)0.495kg、有机硅固化催化剂(MomentivePerformance Materials Japan公司制的YC6831)0.0495kg及作为固化阻滞剂的乙酰丙酮0.0495kg混合来制备涂布液。接下来,通过将涂布液涂布在厚度150μm的多孔性支承体(日东电工公司制的RS-50)上而得到涂布膜(厚度500μm)。将涂布膜于90℃加热4分钟,使其干燥,由此制作厚度50μm的分离功能层。在分离功能层中,有机硅树脂与高硅沸石的重量比为50:50。由此,得到渗透气化膜。
使用得到的渗透气化膜,制作如图5所示的螺旋型的膜元件。膜元件的长度为300mm,外径为63mm。膜元件中的透过侧流路材的厚度为250μm。供给侧流路材的厚度为850μm。膜元件中的渗透气化膜的膜面积为0.4m2
接下来,使用将30件所得的膜元件串联连接而成的部件,针对包括IPA、水及杂质的混合物进行第1分离工序。纯化对象混合物中的IPA的浓度为4.1wt%。混合物中所含的杂质为三乙胺(TEA)、月桂基硫酸钠(SLS)、樟脑磺酸(CSA)、对甲苯磺酸(p-TSA)、三乙醇胺(TEtA)及间苯二胺(MPD),其浓度的合计值为525ppm。各杂质的浓度示于表2。
在第1分离工序中,以2.5kg/hr的流量将上述混合物供给至膜元件。供给至膜元件的混合物的温度为40℃。就膜元件的中心管的内部的空间而言,以空间内的压力相对于测定环境中的大气压而言减小100kPa的方式进行减压。由此,由膜元件得到气体透过流体(第1透过流体)。通过使用-7℃的冷却水来将气体透过流体冷却,以将透过流体液化。使用气相色谱法来分析液体透过流体的组成。透过流体中的IPA的浓度为14.4wt%。透过渗透气化膜的IPA的流量为0.0864kg/hr,水的流量为0.5136kg/hr。此外,使用气相色谱法来对未透过渗透气化膜的流体(第1非透过流体)的组成进行分析。第1非透过流体的总流量为1.9kg/hr,其中,IPA的流量为0.0076kg/hr,水的流量为18.9924kg/hr。透过流体及非透过流体中所含的杂质的浓度示于表2。由表2的结果可知,通过使用了渗透气化膜的第1分离工序而得到IPA被浓缩、且杂质的浓度降低的透过流体。
[表2]
Figure BDA0003506410360000261
<第2分离工序>
接下来,针对第1分离工序中得到的第1非透过流体,按照以下步骤进行第2分离工序。首先,准备设置有RO膜(日东电工公司制SWC5)的间歇式的膜分离装置C40-B(日东电工公司制)。设置的RO膜的膜面积为34.2cm2。向该膜分离装置供给第1非透过流体300ml。第1非透过流体的温度为室温(25℃)。接下来,通过向膜分离装置内供给氮气,以对第1非透过流体施加22.4bar的压力而进行第2分离工序。在实施第2分离工序期间,为了抑制所供给的第1非透过流体的浓度极化,使用设置于膜分离装置的磁力搅拌器来对第1非透过流体进行搅拌。通过第2分离工序得到液体的透过流体(第2透过流体)225ml。需要说明的是,由于通过第1分离工序从混合物中充分地除去了IPA,因此第1非透过流体中的IPA的浓度为较低的值,第1非透过流体的渗透压充分地降低。因此,仅通过对第1非透过流体施加22.4bar的压力,就能够充分地进行第2分离工序,容易使废液(第2非透过流体)的体积减小。
接下来,使用气相色谱法来对通过第2分离工序得到的各流体中的IPA的浓度进行分析。第2透过流体中的IPA的浓度小于0.1wt%,第2非透过流体中的IPA的浓度为1.0wt%。另外,将第2透过流体中所含的杂质的浓度示于表3。由表3可知,第2透过流体中的IPA的浓度及杂质的浓度充分降低,因此第2透过流体可用于稀释第1透过流体。
[表3]
Figure BDA0003506410360000271
(计算例1)
接下来,针对图1所示的纯化系统计算物料平衡。计算中使用过程模拟器Symmetry(Schlumberger公司制)。计算例1中,设定第1膜分离装置具备与测定例1的渗透气化膜有相同的层构成的渗透气化膜,其膜面积为1350m2。将纯化对象混合物(IPA+水)中的IPA的浓度设定为5.0wt%。将供给至第1膜分离装置的混合物的温度设定为40℃,将其流量设定为290kg/h。就第1膜分离装置的第2室内的空间而言,设定以相对于测定环境中的大气压而言减小100kPa的方式进行减压。在第2膜分离装置中,设定使用RO膜作为滤膜。设定充满第2膜分离装置的第3室内的第1浓缩流体被加压至22.4bar。
在计算例1中,算出从第1膜分离装置排出的第1透过流体的流量为73kg/hr,IPA的浓度为18.4wt%。算出从第1膜分离装置排出的第1浓缩流体的流量为217kg/hr,IPA的浓度为0.5wt%。算出从第2膜分离装置排出的第2透过流体的流量为168kg/hr,IPA的浓度为0.02wt%。算出从第2膜分离装置排出的第2浓缩流体(废液)的流量为49kg/hr,IPA的浓度为2.05wt%。基于由第1透过流体及第2透过流体回收的IPA的重量而计算出的IPA的回收率为93%。第1膜分离装置的运转所需要的能量为85kW/h,第2膜分离装置的运转所需要的能量为1kW/h。将结果示于表4。
(计算例2)
除了设定将充满第2膜分离装置的第3室内的第1浓缩流体加压至50bar以外,通过与计算例1相同的方法,针对图1所示的纯化系统来计算物料平衡。在计算例2中,算出从第2膜分离装置排出的第2透过流体的流量为197kg/hr,IPA的浓度为0.05wt%。算出从第2膜分离装置排出的第2浓缩流体(废液)的流量为20kg/hr,IPA的浓度为5wt%。基于通过第1透过流体及第2透过流体回收的IPA的重量而计算出的IPA的回收率为93%。第2膜分离装置的运转所需要的能量为3kW/h。将结果示于表4。
(计算例3)
在计算例3中,设定在使用计算例1的第2膜分离装置对混合物进行处理后,用计算例1的第1膜分离装置对从第2膜分离装置排出的浓缩流体进行处理。即,在计算例3中,交换了计算例1的第1分离工序与第2分离工序的顺序。其中,在计算例3中,设定将充满第2膜分离装置的第3室内的混合物加压至93bar。此外,将第1膜分离装置的渗透气化膜的膜面积设定为848m2。将供给至第1膜分离装置的浓缩流体的温度设定为40℃。
在计算例3中,算出从第2膜分离装置排出的透过流体的流量为145kg/hr。算出从第2膜分离装置排出的浓缩流体的流量为145kg/hr,IPA的浓度为10wt%。算出从第1膜分离装置排出的透过流体的流量为50kg/hr,IPA的浓度为28wt%。算出从第1膜分离装置排出的浓缩流体(废液)的流量为95kg/hr,IPA的浓度为0.5wt%。基于由从第1膜分离装置排出的透过流体回收的IPA的重量计算出的IPA的回收率为96%。第2膜分离装置的运转所需要的能量为7kW/h。第1膜分离装置的运转所需要的能量为50kW/h。将结果示于表4。
[表4]
Figure BDA0003506410360000291
*将从第2膜分离装置排出的透过流体作为废液处理的情况下的流量
由计算例1及2的结果可知,根据使用了本实施方式的纯化系统的纯化方法,不需要大量能量就能够有效地纯化包含多种溶剂的混合物。与此相对,在交换第1分离工序与第2分离工序的顺序的计算例3中,与计算例1及2相比,废液的流量大,效率低。
(计算例4)
接下来,针对图7所示的纯化系统计算出物料平衡。计算中使用过程模拟器Symmetry(Schlumberger公司制)。在计算例4中,设定第1膜分离装置具备与测定例1的渗透气化膜有相同层构成的渗透气化膜,其膜面积为1350m2。在计算例4中,设定以上述再循环率B成为10%的方式,通过第1再循环路径而将从第1膜分离装置排出的第1透过流体的一部分送至混合物供给路径。详细而言,设定使用IPA的浓度为5wt%的水溶液来作为纯化对象混合物,将该水溶液与第1透过流体的一部分的混合流体供给至第1膜分离装置。将该混合流体的温度设定为40℃,并将其流量设定为290kg/h。就第1膜分离装置的第2室内的空间而言,设定以相对于测定环境中的大气压而言小100kPa的方式进行减压。在稳定状态下,供给至第1膜分离装置的混合流体中的IPA的浓度为5.4wt%。在第2膜分离装置中,设定使用RO膜作为滤膜。设定充满第2膜分离装置的第3室内的第1浓缩流体被加压至20.8bar。
在计算例4中,算出在稳定状态下从第1膜分离装置排出的第1透过流体的流量为74kg/hr,IPA的浓度为19.5wt%。算出从第1膜分离装置排出的第1浓缩流体的流量为216kg/hr,IPA的浓度为0.54wt%。算出从第2膜分离装置排出的第2透过流体的流量为166kg/hr,IPA的浓度为0.03wt%。算出从第2膜分离装置排出的第2浓缩流体(废液)的流量为50kg/hr,IPA的浓度为2.16wt%。基于由第1透过流体及第2透过流体回收的IPA的重量而计算出的IPA的回收率为92%。第1膜分离装置的运转所需要的能量为96kW/h,第2膜分离装置的运转所需要的能量为1kW/h。将结果示于表5。
(计算例5~8)
设定通过第1再循环路径将从第1膜分离装置排出的第1透过流体的一部分送至混合物供给路径,以使再循环率B为表5所示的值,除此以外,通过与计算例4相同的方法计算物料平衡(计算例5~8)。将结果示于表5。
[表5]
Figure BDA0003506410360000311
由表5可知,通过增加再循环率B,能够在不大幅增加纯化系统的运转所需要的能量的情况下,使稳定状态下的第1透过流体中的IPA的浓度容易地上升。
产业上的可利用性
本实施方式的纯化系统适于纯化包含多种溶剂的混合物,特别是用于清洗被清洗物的清洗液。

Claims (20)

1.纯化系统,其用于对包含第1溶剂、第2溶剂以及所述第1溶剂及所述第2溶剂以外的杂质的混合物进行纯化,所述纯化系统具备:
第1膜分离装置,其具有渗透气化膜,所述渗透气化膜将所述混合物分离为第1透过流体和第1浓缩流体,所述第1透过流体为所述杂质的浓度比所述混合物低、且所述第1溶剂的浓度比所述混合物高的流体,所述第1浓缩流体为所述杂质的浓度比所述混合物高、且所述第1溶剂的浓度比所述混合物低的流体;和
第2膜分离装置,其具有滤膜,所述滤膜将所述第1浓缩流体分离为所述杂质的浓度比所述第1浓缩流体低的第2透过流体和所述杂质的浓度比所述第1浓缩流体高的第2浓缩流体。
2.如权利要求1所述的纯化系统,其中,所述第1溶剂为低级醇,所述第2溶剂为水。
3.如权利要求1或2所述的纯化系统,其中,所述混合物是在被清洗物的清洗中使用的清洗液,且所述杂质来自所述被清洗物。
4.如权利要求1~3中任一项所述的纯化系统,其中,所述杂质是由有机化合物构成的。
5.如权利要求4所述的纯化系统,其中,所述有机化合物包含选自由氮原子及硫原子组成的组中的至少一种原子。
6.如权利要求4或5所述的纯化系统,其中,所述有机化合物的沸点比所述第1溶剂的沸点高。
7.如权利要求1~6中任一项所述的纯化系统,其中,所述渗透气化膜包含有机硅树脂。
8.如权利要求1~7中任一项所述的纯化系统,其中,所述渗透气化膜具有包含有机硅树脂的基质和分散于所述基质且包含沸石的填料。
9.如权利要求1~8中任一项所述的纯化系统,其中,所述滤膜为反渗透膜或纳滤膜。
10.如权利要求1~9中任一项所述的纯化系统,其中,所述混合物中的所述第1溶剂的浓度为50wt%以下。
11.如权利要求1~10中任一项所述的纯化系统,其还具备:
第1排出路径,其与所述第1膜分离装置连接,用于从所述第1膜分离装置排出所述第1透过流体;和
第2排出路径,其与所述第2膜分离装置连接,用于从所述第2膜分离装置排出所述第2透过流体,
所述第2排出路径在合流位置与所述第1排出路径合流。
12.如权利要求11所述的纯化系统,其还具备原料供给路径,所述原料供给路径与所述第1排出路径或所述第2排出路径连接,用于将包含选自由所述第1溶剂及所述第2溶剂组成的组中的至少一种的原料供给至所述第1排出路径或所述第2排出路径。
13.如权利要求1~10中任一项所述的纯化系统,其还具备:
混合物供给路径,其与所述第1膜分离装置连接,用于将所述混合物供给至所述第1膜分离装置;
第1排出路径,其与所述第1膜分离装置连接,用于从所述第1膜分离装置排出所述第1透过流体;和
再循环路径,其与所述混合物供给路径及所述第1排出路径的各自连接,用于将所述第1透过流体的一部分从所述第1排出路径送至所述混合物供给路径。
14.纯化方法,其为包含第1溶剂、第2溶剂以及所述第1溶剂及所述第2溶剂以外的杂质的混合物的纯化方法,其包括:
第1分离工序,其中,在使所述混合物与渗透气化膜的一面接触的状态下,对与所述渗透气化膜的另一面邻接的空间进行减压,由此在所述另一面的那侧得到所述杂质的浓度比所述混合物低、且所述第1溶剂的浓度比所述混合物高的可再利用的第1透过流体,并且在所述一面的那侧得到所述杂质的浓度比所述混合物高、且所述第1溶剂的浓度比所述混合物低的第1浓缩流体。
15.如权利要求14所述的纯化方法,其中,所述混合物是在被清洗物的清洗中使用的清洗液,且所述杂质来自所述被清洗物。
16.如权利要求15所述的纯化方法,其中,所述第1分离工序是针对所述被清洗物的清洗中使用的所述清洗液最先实施的分离工序。
17.如权利要求14~16中任一项所述的纯化方法,其还包括第2分离工序,所述第2分离工序中,用滤膜过滤所述第1浓缩流体,得到所述杂质的浓度比所述第1浓缩流体低的第2透过流体、和所述杂质的浓度比所述第1浓缩流体高的第2浓缩流体。
18.如权利要求17所述的纯化方法,其还包括将所述第1透过流体和所述第2透过流体混合的混合工序。
19.溶剂的制造方法,其包括权利要求14~18中任一项所述的纯化方法。
20.膜分离装置,其具备渗透气化膜,所述渗透气化膜将包含第1溶剂、第2溶剂以及所述第1溶剂及所述第2溶剂以外的杂质的混合物分离为浓缩流体和可再利用的透过流体,所述可再利用的透过流体为所述杂质的浓度比所述混合物低、且所述第1溶剂的浓度比所述混合物高的流体,所述浓缩流体为所述杂质的浓度比所述混合物高、且所述第1溶剂的浓度比所述混合物低的流体。
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