JP2013121582A - 気液接触装置、蒸留装置、及び、熱交換装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】NMPを含むNMP含有ガスとNMPを吸収する水とを気液接触させるNMP回収システム1であって、水に対して浸透性を有し、水をホールドアップすると共に、内部に浸透した水が重力により移動し外部に流出する充填物10A〜10Dと、NMP含有ガスが充填物10A〜10Dにホールドアップされている水に接触するように、NMP含有ガスを通流させるNMP含有ガス通流手段30と、水が充填物10A〜10Dに浸透するように、水を通流させる水通流手段40と、を備え、充填物10A〜10Dにおいて、NMPを含有するNMP含有ガスとNMPを吸収する水とが気液接触し、NMP含有ガスのNMPが水に吸収されることでNMP含有ガスよりNMPが分離される。
【選択図】図7
Description
なお、NMPは、例えば、負電極を形成するための負極スラリーにおいて、負極導電剤(カーボン)、バインダとしてのPVDF(ポリフッ化ビニリデン)を溶解する溶剤(混合溶剤)として使用される。
そして、混合溶剤としてのNMPを含む負極スラリーは電極板に塗布された後、熱風乾燥機で乾燥され、この乾燥によりNMPが熱風中に気化し、気化したNMPを含む排気ガスが排出される。
このような気液接触装置によれば、液体通流手段によって通流する液体が充填物に浸透する。一方、気体通流手段によって通流する気体が、充填物にホールドアップされている液体に接触する。
すなわち、充填物において、気体と液体とが気液接触し、気体の被吸収物が液体に吸収(物質移動)されることで分離される。そして、被吸収物を吸収した液体が、重力(自重)により、充填物の内部を移動(移行)した後、外部に流出する。
このようにして、被吸収物を含む気体と、充填物にホールドアップされている液体とを気液接触させ、気体の被吸収物を液体で吸収し、分離できる。
また、液体供給手段が、充填物から流出し、被吸収物を含む液体を、気体の通流方向において、上流の液体通流手段に供給する。すなわち、下流の充填物から流出した被吸収物の少ない液体が、液体供給手段によって、その上流の液体通流手段に供給され、気体の通流方向の上流に向かうにつれて、被吸収物を濃縮できる。
一方、高沸点物質は一旦蒸気となっても、その後に液化し易く、充填物内を移動し外部に流出し易くなる。これにより、充填物から流出した残留液は、高沸点物質を主成分とする。
このようにして、原料を好適に蒸留し、低沸点物質と高沸点物質とを分けることができる。
まず、本実施形態の要部である充填物10(規則充填物とも称される)について、図1〜図6を参照して説明する。なお、明確に説明するため、「上下左右前後」を便宜的に設定する。
図1〜図6に示す充填物10は、気体と液体とを効率的に気液接触させるためのものであり、図1〜図6の充填物10は同一のものであるが、その配置向きが異なる。詳細には、図1〜図3は、気体と液体とを直交流で気液接触させる場合の配置(横型配置)を示しており、図4〜図6は、気体と液体とを対向流で気液接触させる場合の配置(縦型配置)を示している。
なお、液体は、直交流用の横型配置、対向流用の縦型配置に共通して、充填物10を構成する後記するシート11、12内を鉛直下向きで通流する。
この他、無重力空間において、充填物10を使用する場合、例えば、遠心力等を利用した力場を形成することにより、気体と液体との密度差に基づいて、気体と液体とを対向流とすることもできる。
図1〜図3に示すように、充填物10において、気体と液体とを直交流させる場合、気体の通流方向は水平方向(図1〜図3の前後方向)となり、液体の通流方向は鉛直下向きとなる。
ただし、シート11、12の形状はこれに限定されず、その他に例えば、平板状でもよい。この場合において、平板状のシートは、スペーサ等によって隙間をあけつつ、シートが積層される。そして、この場合、隣り合うシートの隙間が気体の流路となる。
ただし、角度θ1〜θ3は、これに限定されず、適宜に変更してもよい。
また、これとは逆に、後記するようにフラッディングし難いので大流量、つまり、気体の流速を高めることもでき、気体流路の断面積を小さくすることもできる。
さらにまた、シート11、12に順次に供給される液体を小流量にすることもできる。
これにより、例えば、充填物10をNMP回収用に使用した場合、還流比(NMP含有ガス(気体)に対する水(液体)の流量比)を小さくでき、省エネルギ化される。
これを改善するべく、気体を大流量とし、「動的ホールドアップ量」を増加させると、液体が気体によってシートに押し付けられ、その結果、液体が入れ替わらず、気体の受ける圧力損失が大きくなり、フラッディング状態となる虞がある。よって、浸透性を有さない金属製のシートに対しては、気体及び液体の流量等についての制御可能範囲は狭くなる。
そして、液体は、シート11、12内を、その自重によって、ゆるやかな速度で鉛直下向きに通流し、そして、外部に流出するようになっている。
図4〜図6に示すように、充填物10において、気体と液体とを対向流とする場合、気体の通流方向は鉛直上向きとなり、液体の通流方向は鉛直下向きとなる。
その他については、直交流用の横型配置と同様である。
次に、本発明の第1実施形態について、図7を参照して説明する。
なお、第1実施形態は、4つの充填物10A〜10Dを横型(図1〜図3参照)、かつ、図7の右向き(水平方向)に通流するNMP含有ガス(気体、)に対して直列となるように配置し、充填物10A〜10Dにおいて、NMP含有ガスと水(液体)とを直交流させる形態である。
第1実施形態に係るNMP回収システム1(気液接触装置)は、リチウムイオン電池を製造する際に乾燥施設Dで生成したNMP(被吸収物)を含有するNMP含有ガス(被吸収物含有ガス、気体)と、水(吸収媒体、液体)とを気液接触させて、NMPを吸収・分離し、回収するシステムである。
ただし、充填物10A〜10Dの数はこれに限定されず、変更自由である。
NMP含有ガス通流手段30は、第1フィルタ31と、第2フィルタ32と、第1送風機33と、熱交換器34と、第2送風機35と、流量制御弁36と、温湿度センサ37と、温度センサ38と、を備えている。
第1フィルタ31は、微粒子(塵、埃等)を除去するためのフィルタであり、第2フィルタ32は、塩害防止用のフィルタである。
熱交換器34の熱交換方式は特に限定はなく、例えば、プレート式の熱交換器を使用できる。
なお、NMP含有ガスの温度は、熱交換器34での熱交換により低下し、充填物10Aに向かうNMP含有ガスの温度は、所定温度範囲(例えば45〜55℃程度)となる。
充填物10A〜10Dは、それぞれ横型配置されており(図1〜図3参照)、NMP含有ガスの通流方向(水平方向)において直列に並んでおり、上流から下流に向かって、充填物10A、10B、10C、10Dの順となっている。つまり、充填物10A〜10Dは、NMP含有ガスの通流方向において、4段(複数段)で配置されている。
そして、充填物10A〜10Dの上部に水通流手段40によって水がそれぞれ供給され、供給された水は充填物10A〜10D全体に浸透、拡散しつつ(ホールドアップされつつ)、その自重により、鉛直下向きで移動するようになっている。この水は、充填物10A〜10D内を鉛直下向きで移動しながらNMP含有ガスと気液接触し、NMPを吸収(回収)するようになっている。
各水通流手段40は、充填物10A〜10Dに対してそれぞれ設けられ、各ケーシング21内に貯溜する水を汲み上げ、充填物10A〜10Dの上部に供給し、充填物10A〜10Dに浸透させることにより、水が充填物10A〜10Dを経由するように循環させる手段である。
このように、各充填物10A〜10Dに対して水が循環するように構成されているので、循環が進むにつれて、水に吸収されているNMPの濃度は徐々に高くなり、NMPの濃縮が進むようになっている。
本実施形態では、水供給手段である配管51aを3本備えている。
具体的には、各配管51aは、NMP含有ガスの通流方向において隣り合うケーシング21、21の下部同士を接続している。そして、その上流側のケーシング21に貯溜する水が減ると、その下流側のケーシング21に貯溜する水が、その配管51aを通って、その上流側のケーシング21に供給されるようになっている。
このようなNMP回収システム1によれば、次の作用効果を得る。
NMP含有ガスに対して充填物10A〜10Dを直列で配置し、また、充填物10A〜10Dにおいて、NMP含有ガスと水とを直交流とし、さらに、水を循環させ、さらに、循環する水の一部を上流に移送する構成であるので、NMPを回収しつつ、NMPの濃度を高め、濃縮できる。
以上、本発明の第1実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されず、例えば次のように変更できる。
具体的に例えば、被吸収物が、DMF(N、N−ジメチルホルムアミド)、DMSO(ジメチルスルホキシド)、DMAc(ジメチルアセトアミド)等であってもよい。
次に、本発明の第2実施形態について、図8を参照して説明する。なお、第1実施形態と異なる部分を説明する。
配管44bには、流量センサ45が取り付けられており、配管44bの水の流量を検出するようになっている。
ただし、充填物10Bに供給される水の流量は、配管35bを通流する浄化後ガスに含まれる水の流量以下に設定される。
次に、本発明の第3実施形態について、図9を参照して説明する。なお、第1実施形態と異なる部分を説明する。
すなわち、充填物10A〜10Dが水平方向に配置されているので、塔型の蒸留装置に対して、その全体高さは低くなり、高さ制限のある箇所にも設置可能となっている。
なお、原料は、充填物10Bを収容するケーシング21に貯溜する混合液を循環させる配管42aに導入されるようになっている。
したがって、蒸気の流れ方向の上流(充填物10A)に向かうにつれて、ケーシング21に貯溜された混合液は、高沸点物質が徐々に多くなり、低沸点物質が徐々に少なくなる。よって、充填物10Aを収容するケーシング21に貯溜された混合液は、高沸点物質が最も多く、低沸点物質が最も少なくなる。
なお、充填物10Aを収容するケーシング21に貯溜された混合液は、ポンプ41の作動により、配管41a、配管41bを通って、リボイラ47に向かうようになっている。
次に、本発明の第4実施形態について、図10を参照して説明する。なお、第3実施形態と異なる部分を説明する。
3、4 蒸留装置
10A、10B、10C、10D 充填物
11、12 シート
20 NMP含有ガス通流手段(気体通流手段)
40 水通流手段(液体通流手段)
47 リボイラ
48 コンデンサ
51 供給弁(液体供給手段)
51a 配管(液体供給手段)
Claims (12)
- 被吸収物を含む気体と前記被吸収物を吸収する液体とを気液接触させる気液接触装置であって、
液体に対して浸透性を有し、液体をホールドアップすると共に、内部に浸透した液体が重力により移動し外部に流出する充填物と、
気体が前記充填物にホールドアップされている液体に接触するように、気体を通流させる気体通流手段と、
前記液体が前記充填物に浸透するように、液体を通流させる液体通流手段
を備え、
前記充填物において、前記被吸収物を含有する気体と前記被吸収物を吸収する液体とが気液接触し、前記気体の前記被吸収物が前記液体に吸収されることで気体より分離される
ことを特徴とする気液接触装置。 - 前記液体通流手段は、前記充填物の上部に液体を導入する
ことを特徴とする請求項1に記載の気液接触装置。 - 前記液体通流手段は、被吸収物を吸収し前記充填物から流出した液体を、前記充填物に供給し、液体が前記充填物を循環するように構成されている
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の気液接触装置。 - 前記充填物は、断面が波形を呈し積層されたセラミックス製の複数のシートを備え、
気体は前記複数のシートの間を通流し、
前記充填物において、気体の通流方向と、液体の通流方向とは直交するように構成されている
ことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の気液接触装置。 - 気体の通流方向において、直列で配置された複数の前記充填物と、
前記各充填物に設けられた前記液体通流手段と、
前記充填物から流出した液体を、気体の通流方向において、上流の前記液体通流手段に供給する液体供給手段と、
を備える
ことを特徴とする請求項4に記載の気液接触装置。 - 前記充填物は、断面が波形を呈し積層されたセラミックス製の複数のシートを備え、
気体は前記複数のシートの間を通流し、
前記充填物において、気体の通流方向と、液体の通流方向とは対向するように構成されている
ことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の気液接触装置。 - 沸点の異なる低沸点物質及び高沸点物質を含む原料を蒸留する蒸留装置であって、
原料に対して浸透性を有し、原料をホールドアップすると共に、内部に浸透した原料が重力により移動し外部に流出する充填物と、
原料を加熱して蒸気を生成するリボイラと、
前記リボイラで生成し前記充填物に向かう蒸気が通流する蒸気配管と、
前記充填物からの蒸気を冷却して凝縮液を生成するコンデンサと、
前記コンデンサで生成した凝縮液が前記充填物に還流される凝縮液配管と、
を備え、
前記充填物において、蒸気と、当該充填物にホールドアップされている原料又は凝縮液とが気液接触する
ことを特徴とする蒸留装置。 - 前記充填物は、断面が波形を呈し積層されたセラミックス製の複数のシートを備え、
蒸気は前記複数のシートの間を通流し、
前記充填物において、蒸気の通流方向と、原料又は凝縮液の通流方向とは直交するように構成されている
ことを特徴とする請求項7に記載の蒸留装置。 - 前記充填物は、断面が波形を呈し積層されたセラミックス製の複数のシートを備え、
蒸気は前記複数のシートの間を通流し、
前記充填物において、蒸気の通流方向と、原料又は凝縮液の通流方向とは対向するように構成されている
ことを特徴とする請求項7に記載の蒸留装置。 - 気体と、前記気体を冷却する冷却液体又は前記気体を加熱する加熱液体である液体との間で熱交換させる熱交換装置であって、
液体に対して浸透性を有し、液体をホールドアップすると共に、内部に浸透した液体が重力により移動し外部に流出する充填物と、
気体が前記充填物にホールドアップされている液体に接触するように、気体を通流させる気体通流手段と、
前記液体が前記充填物に浸透するように、液体を通流させる液体通流手段と、
を備え、
前記充填物において、気体と、前記冷却液体又は前記加熱液体である液体とが気液接触する
ことを特徴とする熱交換装置。 - 前記充填物は、断面が波形を呈し積層されたセラミックス製の複数のシートを備え、
気体は前記複数のシートの間を通流し、
前記充填物において、気体の通流方向と、前記冷却液体又は前記加熱液体である液体の通流方向とは直交するように構成されている
ことを特徴とする請求項10に記載の熱交換装置。 - 前記充填物は、断面が波形を呈し積層されたセラミックス製の複数のシートを備え、
気体は前記複数のシートの間を通流し、
前記充填物において、気体の通流方向と、前記冷却液体又は前記加熱液体である液体の通流方向とは対向するように構成されている
ことを特徴とする請求項10に記載の熱交換装置。
Priority Applications (8)
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