JP2012050974A - 膜分離装置及び膜分離方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】成分A及び成分Bを含む流体Xが供給され、分離膜を用いて流体Xを成分Aの濃度が流体Xより高い流体Yと成分Aの濃度が流体Xより低い流体Zとに分離する膜分離器20と、流体Yを断熱圧縮する第1の圧縮機21と、第1の圧縮機21によって断熱圧縮された流体Yが熱源として導入される第1の熱交換器11と、流体Zが熱源として導入される第2の熱交換器12と、を備えた膜分離装置10であって、流体Xは、第1及び第2の供給ライン31、32とに分岐して運ばれ、分岐した流体Xがそれぞれ第1及び第2の熱交換器11、12によって加熱され、再度合流して膜分離器20に供給される。
【選択図】図1
Description
単位操作部は、単位操作によって入力流体から生成される出力流体を出力する。出力された出力流体は、圧縮機によって圧縮される。入力流体は、熱交換器によって、圧縮後の出力流体と熱交換される。ここで、単位操作部の一例として、膜分離器が挙げられている。
ところが、特許文献1に記載の技術においては、この単位操作部(膜分離器)の出力流体は1つのみであり、残りの流体についての言及がなされていない。
本発明は、膜分離器の不透過側と透過側からそれぞれ出る流体Y、Zを利用して膜分離器に供給される流体Xを加熱し、装置全体の消費エネルギーを低減することが可能な膜分離装置及び膜分離方法を提供することを目的とする。
前記膜分離器から出た前記流体Yを断熱圧縮する第1の圧縮機と、
前記第1の圧縮機によって断熱圧縮された前記流体Yが熱源として導入される第1の熱交換器と、
前記流体Zが熱源として導入される第2の熱交換器と、を備えた膜分離装置であって、
前記流体Xは、第1の供給ラインと第2の供給ラインとに分岐して運ばれ、該第1及び第2の供給ラインによって運ばれた前記流体Xがそれぞれ前記第1及び第2の熱交換器によって加熱され、再度合流して前記膜分離器に供給される。
前記膜分離器から出た前記流体Zを断熱圧縮する第2の圧縮機と、
前記膜分離器から出た前記流体Yが熱源として導入される第1の熱交換器と、
前記第2の圧縮機によって断熱圧縮された前記流体Zが熱源として導入される第2の熱交換器と、を備えた膜分離装置であって、
前記流体Xは、第1の供給ラインと第2の供給ラインとに分岐して運ばれ、該第1及び第2の供給ラインによって運ばれた前記流体Xがそれぞれ前記第1及び第2の熱交換器によって加熱され、該第1の供給ライン及び該第2の供給ラインが合流する合流点にて再度合流し、該合流点と前記膜分離器との間に設けられた第3の圧縮機によって断熱圧縮され、前記膜分離器に供給される。
前記第1のバルブを操作する制御装置とを更に備え、
前記第2の熱交換器により加熱された前記流体Xと、該第2の熱交換器に熱源として導入される前記流体Zとの温度差ΔT2が基準値TS2以上となった場合に、
前記制御装置が、前記温度差ΔT2と前記基準値TS2との差に基づいて、前記第1のバルブの開度を調節し、前記第2の熱交換器にて交換される熱量を制御することができる。
前記第1の熱交換器により加熱された前記流体Xと、該第1の熱交換器に熱源として導入される前記流体Yとの温度差ΔT1が基準値TS1以上となった場合に、
前記制御装置が、前記温度差ΔT1と前記基準値TS1との差に基づいて、前記第2のバルブの開度を調節し、前記第1の熱交換器にて交換される熱量を制御することができる。
前記インバータは、前記膜分離器から出た前記流体Zの圧力が予め決められた範囲に収まるように、前記第2の圧縮機の回転数を制御することができる。
前記第3の圧縮機に入る前記流体Xが、前記スーパーヒータによって加熱された後、前記冷却器によって温度調整されてもよい。
該膜分離装置を立ち上げる際に、前記バイパスラインによって前記入口側と前記出口側とが接続され、空気又は不活性ガスが前記スーパーヒータ及び前記第3の圧縮機の間で循環することが好ましい。
前記分離膜は、ゼオライト膜又はポリイミド膜であることが好ましい。
前記工程αにより分離された前記流体Yを昇温及び昇圧する工程βと、を含む膜分離方法であって、
前記流体Xが、第1の供給ラインと第2の供給ラインとに分岐して運ばれ、該第1及び第2の供給ラインによって運ばれた前記流体Xが、それぞれ前記工程βにて昇温及び昇圧された前記流体Y及び前記膜分離器から出た前記流体Zと熱交換して加熱され、再度合流して前記膜分離器に供給される。
前記工程αにより分離された前記流体Yを膨張させる工程εと、
前記工程αにより分離された前記流体Zを昇温及び昇圧する工程γとを含む膜分離方法であって、
前記流体Xが、第1の供給ラインと第2の供給ラインとに分岐して運ばれ、該第1及び第2の供給ラインによって運ばれた前記流体Xが、それぞれ前記工程εにて膨張した前記流体Y及び前記工程γにて昇温及び昇圧された前記流体Zと熱交換して加熱され、再度合流して断熱圧縮され、前記膜分離器に供給される。
図1に示すように、本発明の第1の実施の形態に係る膜分離装置10は、外部より供給されたエタノール(成分Aの一例)と水(成分Bの一例)とが混合されたエタノール混合液をより濃度の高いエタノールと水に分離することができる。この膜分離装置10は、第1の熱交換器11と、第2の熱交換器12と、第3の熱交換器13と、膜分離器20と、第1の圧縮機21と、第2の圧縮機22とを備えている。以下、膜分離器20、第1の圧縮機21、第1の熱交換器11、第2の圧縮機22、第2の熱交換器12、及び第3の熱交換器13の順に説明する。
膜分離器20は、分離膜がケーシングに収納された膜モジュールを複数備えている。この分離膜は、例えばゼオライト膜やポリイミド膜である。分離膜は、水を透過させ易く、エタノールを透過させ難い性質を有している。膜分離器20は、この性質を利用するとともに、膜分離器20の入口側と出口側の圧力差を推進力として、エタノール混合蒸気からエタノール蒸気と水蒸気とを分離することができる。
同様に、第2の供給ライン32によって運ばれたエタノール混合液は、第2の熱交換器12によって加熱される。第2の熱交換器12によって加熱されたエタノール混合液も、エタノール混合蒸気となって、更に下流に運ばれる。
第1の供給ライン31及び第2の供給ライン32によってそれぞれ運ばれるエタノール混合蒸気は、合流点bにて再度合流する。合流したエタノール混合蒸気は、第3の熱交換器13によって温度調整され、膜分離器20に供給される。ここで、第3の熱交換器13は、エタノール混合蒸気の温度等の供給条件が変動した場合に、この変動を抑制するように作用する。例えば、エタノール混合液の流量が変動し、第1及び第2の熱交換器11、12から出たエタノール混合蒸気の温度が予め設定された温度よりも低下した場合に、第3の熱交換器13はエタノール混合液の温度を上げるように熱交換量を増加させる。このように、供給されるエタノール混合液の流量が変動する場合であっても、第3の熱交換器13によって膜分離装置10を安定して運転させることが可能となる。また、膜分離装置10の立ち上げの際には、第1及び第2の熱交換器11、12によって、エタノール混合液が充分に加熱されないため、第3の熱交換器13は、その加熱不足分を補うことができ、膜分離装置10を安定して運転することができる。
膜分離器20に供給されたエタノール混合蒸気は、分離膜によって、エタノール蒸気と水蒸気とに分離される。
第3の圧縮機43は、合流点bと膜分離器20の間であって、第3の熱交換器13の下流側に設けられている。第3の圧縮機43は、第3の熱交換器13から出たエタノール混合蒸気を断熱圧縮することができる。第3の圧縮機43から出たエタノール混合蒸気は、膜分離器20に導入される。
膨張機44は、膜分離器20から出た高圧のエタノール蒸気を低圧にする過程において、膨張エネルギーを動力として回収することができる。
エタノール混合液は、ポンプ27によって送出され、分岐点aにて第1の供給ライン31と第2の供給ライン32とに分岐して運ばれる。第1の供給ライン31によって運ばれたエタノール混合液は、第1の熱交換器11によって加熱される。第1の熱交換器11によって加熱されたエタノール混合液は、エタノール混合蒸気となって、更に下流に運ばれる。
同様に、第2の供給ライン32によって運ばれたエタノール混合液は、第2の熱交換器12によって加熱される。第2の熱交換器12によって加熱されたエタノール混合液も、エタノール混合蒸気となって、更に下流に運ばれる。
第1の供給ライン31及び第2の供給ライン32によってそれぞれ運ばれるエタノール混合蒸気は、合流点bにて再度合流する。合流したエタノール混合蒸気は、第3の熱交換器13によって温度調整され、第3の圧縮機43によって断熱圧縮される。断熱圧縮されたエタノール混合蒸気は昇温及び昇圧され、膜分離器20に供給される。
以降の動作は第1の実施の形態に係る膜分離装置10と同様であるので、その説明は省略する。
J = P*(ph − pl)/δ 式(1)
ここで、P:ガス透過係数[kmol・m/(s・m2・kPa)]、ph:1次側圧力(kPaA)、pl:2次側圧力(kPaA)、δ:膜の有効厚さ(m)である。
従って、膜分離器20に導入される前のエタノール混合蒸気を第3の圧縮機43を用いて昇圧することにより、膜分離器の推進力(ph − pl)が大きくなり、透過速度Jが大きくなる。従って、透過速度Jが大きくなった分、必要な膜面積を低減することができる。
例えば、2次側圧力plを13kPaAとし、1次側圧力phを101.3kPaAから520kPaAに昇圧した場合の膜透過速度ついて、式(1)に基づいて試算すると、以下の通りである。
J1 = P*(101.3 − 13)/δ 式(2)
J2 = P*(520 − 13)/δ 式(3)
J1/J2 = 5.7 式(4)
ここで、J1:1次側圧力phを101.3kPaAとした場合のガスの透過速度、J2:1次側圧力phを520kPaAとした場合のガスの透過速度である。
即ち、透過速度Jは5.7倍になるため、必要な分離膜面積を、5.7分の1に削減することができる。
なお、第3の圧縮機43に代えて、外部蒸気等の熱媒体を用い、エタノール混合蒸気を昇温及び昇圧することも可能である。
図3に示すように、第1の供給ライン31には、第1のバルブ51が設けられ、第1の供給ライン31を流れるエタノール混合液の流量を増減することができる。なお、第1のバルブ51は、第1の供給ライン31上であれば、第1の熱交換器11の後段に設けられていてもよい。
また、第2の供給ライン32には、第2のバルブ52が設けられ、第2の供給ライン32を流れるエタノール混合液の流量を増減することができる。なお、第2のバルブ52は、第2の供給ライン32上であれば、第2の熱交換器12の後段に設けられていてもよい。
第2の供給ライン32の第2の熱交換器12の後段には、第2の温度センサ62が設けられ、第2の熱交換器12により加熱されたエタノール混合蒸気の温度T2を計測することができる。
不透過側ライン35の第1の熱交換器11の入側と膨張機44の出側との間には、第3の温度センサ63が設けられ、第1の熱交換器11に熱源として導入されるエタノール蒸気の温度T3を計測することができる。
透過側ライン37の第2の熱交換器12の入側と第2の圧縮機22の出側との間には、第4の温度センサ64が設けられ、第2の熱交換器12に熱源として導入される水蒸気の温度T4を計測することができる。
制御装置(CNT)68は、第1〜4の温度センサ61〜64の計測値がそれぞれ入力され、これら計測値に基づいて第1及び第2のバルブ51、52の開度を調整することができる。
制御装置68は、第1の温度センサ61と第3の温度センサ63により計測された温度の差ΔT1(=T3−T1)を監視している。また、制御装置68は、第2の温度センサ62と第4の温度センサ64により計測された温度の差ΔT2(=T4−T2)を監視している。
第1及び第2のバルブ51、52は、温度差ΔT1及び温度差ΔT2がそれぞれ予め設定された基準値TS1、TS2よりも小さい場合には、全開の状態である。この基準値TSは、例えば、2〜50℃とすることができ、好ましくは2〜30℃、更に好ましくは2〜20℃とすることができる。
一方、温度差ΔT2が基準値TS2以上になった場合は、第1のバルブ51の開度を小さくし、第1の供給ライン31を流れるエタノール混合液の流量を絞る。そうすると、より多くのエタノール混合液が第2の供給ライン32を流れるようになるため、第2の熱交換器12にてより多くの熱交換がされる。
温度差ΔT1及び温度差ΔT2が、それぞれ基準値TS1、TS2以上となった場合には、それぞれの基準値TS1、TS2からの偏差dT1、dT2を求め、偏差dT1及び偏差dT2の大きさに基づいて、第1及び第2のバルブ51、52の開度を小さくして、エタノール混合液の流量を調整することができる。具体的には、偏差dT2が偏差dT1よりも大きい場合は、第1のバルブ51の開度を小さくし、偏差dT2が偏差dT1以下となる場合は、第2のバルブ52の開度を小さくして、エタノール混合液の流量を調整することができる。
図4に示すように、膜分離装置70は、第2の実施の形態に係る膜分離装置40の第3の熱交換器13に代えて、スーパーヒータ71を備えている。また、エタノール混合蒸気の温度を調整するため、スーパーヒータ71と第3の圧縮機43との間に冷却器74を備えている。
以降の動作は第2の実施の形態に係る膜分離装置40と同様であるので、その説明は省略する。
バイパスライン72は、定常運転の際には、接続点e、fにて、合流点bと膜分離器20とを接続する第3の供給ライン73から切り離されている。
しかし、バイパスライン72は、装置立ち上げの際には、接続点e、fにて第3の供給ライン73に接続される。更に、接続点e、fにて流体が流れる方向が切り替えられ、接続点fから出発してスーパーヒータ71、冷却器74、第3の圧縮機43、スーパーヒータ71、及び接続点eを経て再び接続点fへと戻る循環ラインが構成される(図5参照)。
循環ラインには、図示しないガス供給口から不活性ガスが充填される。
このように、バイパスライン72を接続して循環ラインを構成し、第3の圧縮機43を暖機運転することにより、膜分離装置70の立ち上げの際に第3の圧縮機43の内部の凝縮を防止することができる。その結果、第3の圧縮機43の損傷を防止することができる。
分岐点aにて分岐され、第1の供給ライン31によって移送されるエタノール混合液は、第1の熱交換器11によって加熱される。熱源は、第1の圧縮機21によって断熱圧縮されたエタノール蒸気である。一方、第2の供給ライン32によって移送されるエタノール混合液は、第2の熱交換器12によって加熱される。熱源は、膜分離器20から排出される透過蒸気である。前述したように、透過蒸気を凝縮させることによって、第2の熱交換器12では顕熱と潜熱を利用した熱交換が行われ、不透過側のエタノールと比較して流量が少量となる透過蒸気からも効率的に熱回収が行われる。
図7に示すように、従来の一般的な膜分離装置90においては、ポンプ91によって送出されたエタノール混合液が加熱器92によって加熱され、エタノール混合蒸気となって膜分離器93に供給される。供給されたエタノール混合蒸気は、エタノール蒸気と水蒸気に分離される。膜分離器93から出たエタノール蒸気は、膨張機94にて膨張し、コンデンサ95により冷却される。一方、膜分離器93から出た水蒸気は、チラー96により冷却され、真空ポンプ97によって圧縮され、凝縮する。
この従来の膜分離装置90においては、ポンプ91及び加熱器92によってエネルギーが消費される。なお、真空ポンプ97による消費エネルギーは僅かであるため、無視する。また、膨張機94によって、エネルギーが回収される。
膜分離装置90に供給されたエタノール混合液、エタノール混合蒸気、エタノール蒸気、及び水蒸気の状態は、それぞれ図7に示す通りである。同図に示す条件の下では、各機器による消費エネルギー(蒸気換算)は以下のようにシミュレーションされた。
(1)ポンプ91:0.044(kW)
(2)加熱器92:8.37×0.366(kW)
(3)膨張機94:−0.297(kW)
従って、消費エネルギー(電力換算)の合計E1は、以下の通りである。
E1=(0.044+8.37×0.366−0.297)
=2.810(kW)
第1の実施の形態に係る膜分離装置10においては、ポンプ27、第1の圧縮機21、及び第2の圧縮機22によって、エネルギーが消費される。
膜分離装置10に供給されたエタノール混合液、エタノール混合蒸気、エタノール蒸気、及び水蒸気の状態は、それぞれ図8に示す通りである。同図に示す条件の下では、各機器による消費エネルギー(電力換算)は以下のようにシミュレーションされた。
(1)ポンプ27:0.044(kW)
(2)第1の圧縮機21:0.220(kW)
(3)第2の圧縮機22:1.716(kW)
従って、消費エネルギーの合計E2は、以下の通りである。
E2=0.044+0.220+1.716
=1.980(kW)
本実施例と比較例とを比べると、本実施例の方が、消費エネルギーが大きく低減されることが分かる。
膜分離装置10では、第1及び第2の圧縮機21、22を用いてそれぞれエタノール蒸気及び水蒸気を昇温及び昇圧させている。これにより凝縮点を上昇させ、これら蒸気が有する潜熱と顕熱を有効に利用している。
付言すると、膜分離装置10では、従来の膜分離装置90に必要であったチラー動力も不要となると考えられる。
第4の実施の形態に係る膜分離装置70(定常動作時)においては、ポンプ27、膨張機44、第2の圧縮機22、及び第3の圧縮機43によって、エネルギーが消費される。
膜分離装置70に供給されたエタノール混合液、エタノール混合蒸気、エタノール蒸気、及び水蒸気の状態は、それぞれ図9に示す通りである。同図に示す条件の下では、各機器による消費エネルギー(電力換算)は以下のようにシミュレーションされた。
(1)ポンプ27:0.044(kW)
(2)膨張機44:−0.227(kW)
(3)第2の圧縮機22:0.792(kW)
(4)第3の圧縮機43:1.949(kW)
従って、消費エネルギーの合計E3は、以下の通りである。
E3=0.044−0.227+0.792+1.949
=2.558(kW)
本実施例と比較例とを比べると、本実施例のほうが、消費エネルギーが低いことが分かる。
第5の実施の形態に係る膜分離装置80においては、ポンプ27、第1の圧縮機21によって、エネルギーが消費される。既述した理由により真空ポンプ81による消費エネルギーは僅かであるため、無視する。なお、本実施例では、エタノール混合液の温度を25℃としたことに伴い、熱交換後のエタノール及び透過蒸気(凝縮水)の温度を30℃にしている。
膜分離装置80に供給されたエタノール混合液、エタノール混合蒸気、エタノール蒸気、及び水蒸気の状態は、それぞれ図10に示す通りである。同図に示す条件の下では、各機器による消費エネルギー(電力換算)は以下のようにシミュレーションされた。
(1)ポンプ27:0.044(kW)
(2)第1の圧縮機21:0.331(kW)
従って、消費エネルギーの合計E4は、以下の通りである。
E4=0.044+0.331
=0.375(kW)
本実施例と比較例とを比べると、本実施例のほうが、消費エネルギーが低いことが分かる。
ポンプ27は、膜分離装置の一部として設置されてもよいし、膜分離装置の外部に設置されてもよい。
膜分離装置は、エタノールの分離に限らず、半導体工場にて用いられる溶剤(例えば、イソプロパノール)の分離に適用することができる。
膜分離器は、ベーパーパーミエーション法によるものに限らない。液体を気化させて分離するパーベーパレーション(浸透気化)法によるものであっても、透過側の気体の潜熱を回収し、不透過側の液体の顕熱を回収することで同様に膜分離装置を構成できる。
また、第1の圧縮機21に代えて、外部蒸気を熱源とする第1の加熱器を備え、エタノール蒸気が第1の加熱器によって昇温及び昇圧されてもよい。更に、第2の圧縮機22に代えて外部蒸気を熱源とする第2の加熱器を備え、水蒸気が、第2の加熱器によって昇温及び昇圧されてもよい。
Claims (17)
- 成分A及び成分Bを含む流体Xが供給され、分離膜を用いて前記流体Xを前記成分Aの濃度が該流体Xより高い流体Yと前記成分Aの濃度が該流体Xより低い流体Zとに分離する膜分離器と、
前記膜分離器から出た前記流体Yを断熱圧縮する第1の圧縮機と、
前記第1の圧縮機によって断熱圧縮された前記流体Yが熱源として導入される第1の熱交換器と、
前記流体Zが熱源として導入される第2の熱交換器と、を備えた膜分離装置であって、
前記流体Xは、第1の供給ラインと第2の供給ラインとに分岐して運ばれ、該第1及び第2の供給ラインによって運ばれた前記流体Xがそれぞれ前記第1及び第2の熱交換器によって加熱され、再度合流して前記膜分離器に供給されることを特徴とする膜分離装置。 - 請求項1記載の膜分離装置において、前記膜分離器と前記第2の熱交換器との間に、前記膜分離器から出た前記流体Zを断熱圧縮する第2の圧縮機を更に備え、
前記第2の圧縮機によって断熱圧縮された前記流体Zを前記第2の熱交換器に導入することを特徴とする膜分離装置。 - 成分A及び成分Bを含む流体Xが供給され、分離膜を用いて前記流体Xを前記成分Aの濃度が該流体Xより高い流体Yと前記成分Aの濃度が該流体Xより低い流体Zとに分離する膜分離器と、
前記膜分離器から出た前記流体Zを断熱圧縮する第2の圧縮機と、
前記膜分離器から出た前記流体Yが熱源として導入される第1の熱交換器と、
前記第2の圧縮機によって断熱圧縮された前記流体Zが熱源として導入される第2の熱交換器と、を備えた膜分離装置であって、
前記流体Xは、第1の供給ラインと第2の供給ラインとに分岐して運ばれ、該第1及び第2の供給ラインによって運ばれた前記流体Xがそれぞれ前記第1及び第2の熱交換器によって加熱され、該第1の供給ライン及び該第2の供給ラインが合流する合流点にて再度合流し、該合流点と前記膜分離器との間に設けられた第3の圧縮機によって断熱圧縮され、前記膜分離器に供給されることを特徴とする膜分離装置。 - 請求項3記載の膜分離装置において、前記膜分離器と前記第1の熱交換器との間に、膨張機を更に備えたことを特徴とする膜分離装置。
- 請求項1〜4のいずれか1項に記載の膜分離装置において、前記第1の供給ラインを流れる前記流体Xの流量を調節する第1のバルブと、
前記第1のバルブを操作する制御装置とを更に備え、
前記第2の熱交換器により加熱された前記流体Xと、該第2の熱交換器に熱源として導入される前記流体Zとの温度差ΔT2が基準値TS2以上となった場合に、
前記制御装置が、前記温度差ΔT2と前記基準値TS2との差に基づいて、前記第1のバルブの開度を調節し、前記第2の熱交換器にて交換される熱量を制御することを特徴とする膜分離装置。 - 請求項5記載の膜分離装置において、前記第2の供給ラインを流れる前記流体Xの流量を調節する第2のバルブを更に備え、
前記第1の熱交換器により加熱された前記流体Xと、該第1の熱交換器に熱源として導入される前記流体Yとの温度差ΔT1が基準値TS1以上となった場合に、
前記制御装置が、前記温度差ΔT1と前記基準値TS1との差に基づいて、前記第2のバルブの開度を調節し、前記第1の熱交換器にて交換される熱量を制御することを特徴とする膜分離装置。 - 請求項6記載の膜分離装置において、前記基準値TS1、TS2は、それぞれ2〜50℃であることを特徴とする膜分離装置。
- 請求項2〜4のいずれか1項に記載の膜分離装置において、前記第2の圧縮機を駆動するインバータを更に備え、
前記インバータは、前記膜分離器から出た前記流体Zの圧力が予め決められた範囲に収まるように、前記第2の圧縮機の回転数を制御することを特徴とする膜分離装置。 - 請求項1〜8のいずれか1項に記載の膜分離装置において、前記第1の供給ライン及び前記第2の供給ラインが合流する合流点と前記膜分離器との間に、外部熱源により前記流体Xの温度を調整する第3の熱交換器を更に備えたことを特徴とする膜分離装置。
- 請求項3又は4記載の膜分離装置において、前記合流点と前記第3の圧縮機との間に、該第3の圧縮機によって圧縮された前記流体Xを熱源とし、該合流点にて合流した前記流体Xを加熱するスーパーヒータと、前記スーパーヒータによって加熱された該流体Xの温度を調整する冷却器とを更に備え、
前記第3の圧縮機に入る前記流体Xが、前記スーパーヒータによって加熱された後、前記冷却器によって温度調整されることを特徴とする膜分離装置。 - 請求項10記載の膜分離装置において、前記スーパーヒータの被加熱流体の入口側と前記被加熱流体を加熱する加熱流体の出口側とを接続することが可能なバイパスラインが設けられ、
該膜分離装置を立ち上げる際に、前記バイパスラインによって前記入口側と前記出口側とが接続され、空気又は不活性ガスが前記スーパーヒータ及び前記第3の圧縮機の間で循環することを特徴とする膜分離装置。 - 請求項1記載の膜分離装置において、前記膜分離器と前記第2の熱交換器との間に、外部蒸気を熱源とする加熱器を更に備え、
前記流体Zが、前記加熱器によって昇温及び昇圧され、昇温及び昇圧された該流体Zを前記第2の熱交換器に導入することを特徴とする膜分離装置。 - 請求項1〜12のいずれか1項に記載の膜分離装置において、前記流体Y、及び前記流体Zは、それぞれ気体であり、
前記分離膜は、ゼオライト膜又はポリイミド膜であることを特徴とする膜分離装置。 - 請求項13記載の膜分離装置において、前記成分Aがエタノールであり、前記成分Bが水であることを特徴とする膜分離装置。
- 膜分離器を用いて、成分A及び成分Bを含む流体Xを前記成分Aの濃度が該流体Xより高い流体Yと前記成分Aの濃度が該流体Xより低い流体Zとに分離する工程αと、
前記工程αにより分離された前記流体Yを昇温及び昇圧する工程βと、を含む膜分離方法であって、
前記流体Xが、第1の供給ラインと第2の供給ラインとに分岐して運ばれ、該第1及び第2の供給ラインによって運ばれた前記流体Xが、それぞれ前記工程βにて昇温及び昇圧された前記流体Y及び前記膜分離器から出た前記流体Zと熱交換して加熱され、再度合流して前記膜分離器に供給されることを特徴とする膜分離方法。 - 請求項15記載の膜分離方法において、前記膜分離器から出た前記流体Zを昇温及び昇圧する工程γを更に含み、前記第2の供給ラインに分岐された前記流体Xを昇温及び昇圧された前記流体Zと熱交換して加熱することを特徴とする膜分離方法。
- 膜分離器を用いて、成分A及び成分Bを含む流体Xを前記成分Aの濃度が該流体Xより高い流体Yと前記成分Aの濃度が該流体Xより低い流体Zとに分離する工程αと、
前記工程αにより分離された前記流体Yを膨張させる工程εと、
前記工程αにより分離された前記流体Zを昇温及び昇圧する工程γとを含む膜分離方法であって、
前記流体Xが、第1の供給ラインと第2の供給ラインとに分岐して運ばれ、該第1及び第2の供給ラインによって運ばれた前記流体Xが、それぞれ前記工程εにて膨張した前記流体Y及び前記工程γにて昇温及び昇圧された前記流体Zと熱交換して加熱され、再度合流して断熱圧縮され、前記膜分離器に供給されることを特徴とする膜分離方法。
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CN103537191A (zh) * | 2013-10-24 | 2014-01-29 | 哈尔滨工业大学 | 一种采用膜蒸馏浓缩葡萄糖的方法 |
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CN111822464B (zh) * | 2020-07-29 | 2021-08-10 | 南京市锅炉压力容器检验研究院 | 一种油罐车优先透有机物膜法清洗系统及运行工艺 |
Citations (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS55137036A (en) * | 1979-04-13 | 1980-10-25 | Toray Ind Inc | Recovering method for heat energy |
JPS5670833A (en) * | 1979-11-13 | 1981-06-13 | Toray Ind Inc | Heat recovering method |
JPS57196707A (en) * | 1981-05-26 | 1982-12-02 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Reducing apparatus for so2 |
JPS5881401A (ja) * | 1981-11-11 | 1983-05-16 | ギユンタ−・エフ・トウゼ−ル | 有機液体と水の混合物の脱水方法およびその装置 |
JPS61114703A (ja) * | 1984-11-10 | 1986-06-02 | メタル ゲゼルシャフト アクチェン ゲゼルシャフト | 蒸気透過により液体混合物を分離する装置 |
JPH02273636A (ja) * | 1989-04-14 | 1990-11-08 | Toray Ind Inc | エタノール濃縮液の製造方法 |
JPH03169386A (ja) * | 1989-11-30 | 1991-07-23 | Hitachi Ltd | 水循環装置 |
JPH03181302A (ja) * | 1989-12-12 | 1991-08-07 | Hitachi Ltd | 蒸留装置 |
JP2009095802A (ja) * | 2007-10-18 | 2009-05-07 | Chiyoda Corp | 反応装置 |
JP2011502960A (ja) * | 2007-10-12 | 2011-01-27 | エプコン・エナジー・アンド・プロセス・コントロール・アーエス | 主にエタノール及び水の混合物を脱水するための方法 |
Family Cites Families (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4911845A (en) * | 1986-05-20 | 1990-03-27 | Ube Industries, Ltd. | Process and apparatus for separation of volatile components |
JPS63258604A (ja) * | 1987-04-16 | 1988-10-26 | Mitsubishi Rayon Co Ltd | 膜分離方法 |
JPH07227517A (ja) * | 1994-02-17 | 1995-08-29 | Nisso Eng Kk | 液体混合物の分離方法 |
FR2737424B1 (fr) * | 1995-07-31 | 1997-09-12 | Air Liquide | Procede et appareil de chauffage d'un gaz |
AU2001281329A1 (en) * | 2000-07-25 | 2002-02-05 | Apollo Energy Systems, Incorporated | Ammonia cracker for production of hydrogen |
CA2351272C (en) * | 2001-06-22 | 2009-09-15 | Petro Sep International Ltd. | Membrane-assisted fluid separation apparatus and method |
CN2493608Y (zh) * | 2001-08-10 | 2002-05-29 | 西安联合超滤净化设备有限公司 | 节能安全膜制氮机 |
IL166089A0 (en) * | 2002-07-20 | 2006-01-15 | Idalex Technologies Inc | Evaporative duplex counterheat exchanger |
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Patent Citations (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS55137036A (en) * | 1979-04-13 | 1980-10-25 | Toray Ind Inc | Recovering method for heat energy |
JPS5670833A (en) * | 1979-11-13 | 1981-06-13 | Toray Ind Inc | Heat recovering method |
JPS57196707A (en) * | 1981-05-26 | 1982-12-02 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Reducing apparatus for so2 |
JPS5881401A (ja) * | 1981-11-11 | 1983-05-16 | ギユンタ−・エフ・トウゼ−ル | 有機液体と水の混合物の脱水方法およびその装置 |
JPS61114703A (ja) * | 1984-11-10 | 1986-06-02 | メタル ゲゼルシャフト アクチェン ゲゼルシャフト | 蒸気透過により液体混合物を分離する装置 |
JPH02273636A (ja) * | 1989-04-14 | 1990-11-08 | Toray Ind Inc | エタノール濃縮液の製造方法 |
JPH03169386A (ja) * | 1989-11-30 | 1991-07-23 | Hitachi Ltd | 水循環装置 |
JPH03181302A (ja) * | 1989-12-12 | 1991-08-07 | Hitachi Ltd | 蒸留装置 |
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