JP2013188701A

JP2013188701A - 有機溶剤脱水装置

Info

Publication number: JP2013188701A
Application number: JP2012057427A
Authority: JP
Inventors: Akinari Kimura; 彰成木村
Original assignee: Toyobo Co Ltd
Current assignee: Toyobo Co Ltd
Priority date: 2012-03-14
Filing date: 2012-03-14
Publication date: 2013-09-26

Abstract

【課題】有機溶剤の連続精製を実現し、基本的に脱水材の交換が必要なく、多量な有機溶剤中から水分を高効率かつ安定に除去することができる有機溶剤脱水装置を提供する。
【解決手段】水分を含有した被処理有機溶剤を脱水材１１に導入させ接触させることにより、前記被処理有機溶剤に含有している水分を脱水除去する有機溶剤脱水装置であって、前記脱水材１１は、スチレン−ジビニルベンゼン共重合体を母体構造とする陽イオン交換樹脂であり、官能基がカルボン酸またはスルホン酸基であり、飽和水分含有率が２０〜４２重量％であり、前記脱水材１１が充填される脱水槽１５と、前記脱水槽１５に前記被処理有機溶剤を導入する被処理有機溶剤導入ライン１３と、前記脱水槽１５内を減圧させる減圧機２４と、前記脱水槽１５内で脱着したガスを脱水槽１５から排出して減圧機２４に導入する脱着ガス排出ライン２２を有する、有機溶剤脱水装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、有機溶剤から水分を除去する装置に関し、特に各種工場や研究施設等から発生した有機溶剤含有ガスから溶剤回収装置を用いて回収した有機溶剤の脱水に用いられる有機溶剤脱水装置である。

従来から、有機溶剤から水分を除去して有機溶剤を脱水する装置としては、蒸留精製装置が広く用いられている。すなわち、有機溶剤を加熱蒸発させ、沸点の違いを利用して有機溶剤と水分を分留することで、純度の高い有機溶剤を取得することができる装置である。

蒸留精製装置は大型な装置であるために広い設置スペースが必要であり、かつイニシャルコスト、ランニングコスト共に高いことが問題となっている。かかる問題を解決するために、ゼオライト、イオン交換樹脂、モレキュラーシーブス、活性アルミナ等の脱水材を充填させた脱水槽に有機溶剤を通液させて水分を取り除く方法が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

しかし、多量の有機溶剤から水分を分離する場合は多量の脱水材が必要であり、脱水材が破過状態になると脱水材の交換が必要であることから、脱水材の交換労力とランニングコストが増大する。そのため、研究室レベルでは有効な手段であるが、工場や研究施設等から回収される多量の有機溶剤から水分の分離を行なうには満足できるものではなかった。

そこで、下記の特許文献２には、有機溶剤を脱水槽に充填された脱水材に通流させることにより、有機溶剤中に含有している水分を該脱水材に吸着させる脱水工程と、脱水材に不活性化ガスまたは空気を通流させて脱水材に吸水された水分を脱着する脱着工程とを有し、脱水材に陽イオン交換樹脂を用いる有機溶剤脱水装置が提案されている。

特開２０００−２２５３１６号公報特開２００９−２９１６７６号公報

しかしながら、脱水材にイオン交換樹脂等を用いた場合には、脱水工程後の脱水材の脱着（乾燥）時に、脱着速度を上げると脱水材の内外層の水分含有量の違いにより脱水材が破壊される。その結果、脱水材の破片により脱水槽に設けられるフィルタに目詰まりが発生し、さらに脱水材が最密充填されていくため圧力損失が増大して脱着効率が低下し、有機溶剤脱水装置の脱水能力を低下させる恐れがある。

本発明は、従来技術の課題を背景になされたもので、有機溶剤脱水装置の脱水能力を低下させることのない構成を備える有機溶剤脱水装置を提供することを課題とするものである。

この発明に基づいた有機溶剤脱水装置においては、水分を含有した被処理有機溶剤を脱水材に導入させ接触させることにより、前記被処理有機溶剤に含有している水分を脱水除去する有機溶剤脱水装置であって、前記脱水材は、スチレン−ジビニルベンゼン共重合体を母体構造とする陽イオン交換樹脂であり、官能基がカルボン酸またはスルホン酸基であり、飽和水分含有率が２０〜４２重量％であり、前記脱水材が充填される脱水槽と、前記脱水槽に前記被処理有機溶剤を導入する被処理有機溶剤導入ラインと、前記脱水槽内を減圧させる減圧機と、前記脱水槽で脱着したガスを脱水槽から排出して減圧機に導入する脱着ガス排出ラインを含む。

他の形態においては、前記脱水材を加熱する脱水材加熱手段および／または前記脱水材を冷却する脱水材冷却手段を含む。

他の形態においては、前記脱着ガス排出ラインおよび／または減圧機からのガス排出ラインに冷却凝縮設備を備えている。

他の形態においては、前記脱水槽を少なくとも２槽有し、その脱水槽の内の少なくとも１槽が脱着ガス排出ラインから減圧機によって脱水槽が減圧状態となり、脱水槽に充填された脱水材に付着した有機溶剤と脱水材によって吸水された水分が蒸発し、脱着ガス排出ラインから前記蒸発した有機溶剤ガスと水蒸気が排出されている時、それ以外の脱水槽では被処理有機溶剤導入ラインから被処理有機溶剤を導入することで、連続的に有機溶剤の脱水処理を可能とする。

この発明に基づいた有機溶剤脱水装置によれば、脱水能力を低下させることのない構成を備える有機溶剤脱水装置を提供することを可能とする。

実施の形態における脱水槽が２槽型方式の有機溶剤脱水装置を示す図である。他の実施の形態における脱水槽の最適な構造例である。活性炭素繊維を用いた有機溶剤ガス処理装置を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、図を参照して詳細に説明する。なお、以下に示す実施の形態においては、同一または対応する部分について図中同一の符号を付し、その説明は繰り返さない場合がある。また、以下に説明する実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本発明の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。

本発明に基づいた有機溶剤脱水装置は、水分を含有する有機溶剤を脱水槽に充填された脱水材に通流させてこの脱水材に水分を吸水させる脱水工程設備と、脱水材が充填されている脱水槽内を減圧機を用いて減圧することで、脱水材に吸水された水分を脱着する脱着工程設備を備え、かかる工程を交互に行う有機溶剤脱水装置である。かかる構造を採用することにより、処理を連続的に行なうことができるからである。

より好ましい装置の構造としては、脱水材が幾つかに分割されており、それらの脱水工程と脱着工程をダンパ等にて切替操作を行い、脱水と脱着とを連続的に行う有機溶剤脱水装置であり、または、脱水材が回転することができ、脱水工程で水分を吸水した脱水材の部位が、脱水材の回転により、脱着工程へ移動する構造を有する有機溶剤脱水装置である。

以下、図面を参照して、本発明にかかる有機溶剤脱水装置について詳細に説明する。図１は本発明の好ましい実施の形態の一例である。図１に例示した有機溶剤脱水装置は、被処理有機溶剤タンク１２に貯蔵されている水分を含有した有機溶剤が、溶剤送液ポンプ１７を介して被処理有機溶剤導入ライン１３を通じて脱水材１１が充填された脱水槽１５に送られ、脱水処理済み有機溶剤排出ライン１０を通じて脱水処理済み有機溶剤タンク１４に脱水処理された有機溶剤が送られることで、脱水材１１により水分を除去して有機溶剤を脱水する脱水工程を有する。

本実施の形態における脱水材は、スチレン−ジビニルベンゼン共重合体を母体構造とする強酸性陽イオン交換樹脂であり、強酸性基がスルホン酸ナトリウム基（−ＳＯ_３Ｎａ)であり、飽和水分含有率が２０〜４２重量％である。好ましい飽和水分含有率は、２３〜４０重量％である。

陽イオン交換樹脂において、飽和水分含有率と架橋度は密接な関係にあり、一般的には飽和水分含有率が大きくなると架橋度は低くなる。

飽和水分含有率が４２重量％以下の場合、すなわち架橋度が高い場合は、脱水工程後の脱水材１１の乾燥時に乾燥速度を上げると脱水材１１の内外層の水分含有量の違いにより脱水材１１が破壊されにくく、有機溶剤脱水装置の脱水能力を低下させる問題が発生しない。水分含有率が４２重量％を超える場合、すなわち架橋度が低い場合、物理的強度が弱いため脱水材１１が破砕されやすく、フィルターの目詰まりや、脱水材１１が最密充填されていくことによる圧力損失の増加による脱着効率の低下を招く。また、飽和水分含有率が２０重量％未満の場合、水分を吸水する容量が低いため、脱水材１１としての脱水能力が低下する。

陽イオン交換樹脂において、中性塩分解容量と架橋度とは、一般に、架橋度が高くなると中性塩分解容量が大きくなるという傾向がある。そのため、本発明における脱水材１１は、中性塩分解容量によって規定することもできる。すなわち、本発明の脱水材１１は、中性塩分解容量が１．９〜２．３ｍｅｑ／ｍｌ−Ｒである強酸性陽イオン交換樹脂が好ましいと言える。

陽イオン交換樹脂の母体構造はスチレン−ジビニルベンゼンコポリマーに、カルボン酸基またはスルホン酸基が付与されていることが好ましい。特に、ＯＨ基との親和性が高いスルホン酸Ｎａ基が多く付与されていることがより好ましい。該ポリマーは溶剤耐性が高く、ポリマー構造が強固であるため吸水・乾燥時の体積変化率が小さいことから、陽イオン交換樹脂の破砕が起こりにくいためである。

脱水材１１が水分を吸水した後、減圧機２４を用いて脱水槽１５を減圧にし、脱水材１１に付着していた有機溶剤と脱水材１１に吸水されていた水分の混合ガスを脱着ガス排出ライン２２より減圧機２４を介して減圧機ガス排出ライン２７にて排出する脱着工程を有する。

脱着工程の前に、脱水槽１５に貯まっている被処理有機溶剤を返送ライン２３より被処理有機溶剤タンク１２に返送することが好ましい。脱水槽１５に有機溶剤が貯まったまま脱着工程に移ると、減圧機２４に多量の有機溶剤が流入する可能性があるだけでなく、脱水槽１５に多量に残った有機溶剤を蒸発させる必要があり、脱着工程にエネルギーと時間がかかるためである。また、脱着工程の前に脱水槽１５に貯まっている被処理有機溶剤は、全て脱水材１１を所定流速で通過しないために水分が比較的高い濃度であることから、脱水処理済み有機溶剤タンク１４ではなく、被処理有機溶剤タンク１２に返送することが好ましい。

脱着工程において、脱水材１１を加熱する脱水材加熱手段を備えていることが好ましい。脱水槽１５を減圧下にすることで水分、有機溶剤は蒸発するが、このときに気化熱として熱エネルギーが脱水材から奪われて蒸発速度が遅くなるため、脱水材加熱手段で脱水材１１を加熱することで蒸発速度が上がり、脱着工程の時間を短縮することができる。

脱水材加熱手段だが、特に限定するものではないが、爆発性がある有機溶剤の特性を考慮すると、安全性の高い間接加熱方式が好ましい。例えば、図２に示すようなシェル＆チューブ方式熱交換器を応用した脱水槽１５の構造が考えられる。チューブ内に脱水材１１を充填した場合、脱水槽１５下部より被処理有機溶剤を導入してチューブ内の脱水材１１に接触させ、脱水槽１５上部から排出する（脱水工程）。その後、脱水槽１５に貯まっている有機溶剤を下部より被処理有機溶剤タンク１２に返送し、脱水槽１５下部より減圧機を用いて脱水槽１５内を減圧にする（脱着工程）。このとき、同時にスチームを熱媒導入ライン１８より導入してスチームドレンは熱媒排出ライン１９より排出することで、脱水材１１を効率的に間接加熱することができる。また、脱水材１１をシェル内のチューブの外側に充填することも可能で、その場合、被処理有機溶剤が導入、排出されるラインと減圧機２４で減圧されるラインは上記で説明した熱媒導入ライン１８と熱媒排出ライン１９を用い、スチームは脱水槽１５の上部よりチューブに導入して下部より排出することができ、逆構造にすることで同じ効果を得ることも可能である。また、間接加熱方法であれば、特に図２の構造に限定するものではない。

脱着工程において、脱着ガス排出ライン２２および／または減圧機ガス排出ライン２７に冷却凝縮設備を備えていることが好ましい。脱水槽１５が減圧されて蒸発した有機溶剤と水分の混合ガスが脱着ガス排出ライン２２において、冷却凝縮設備により混合ガスの一部を凝縮させることで、減圧機２４に導入されるガス量を減少させることができ、脱着効率が高まり、脱着工程を短縮することができる。また、減圧機ガス排出ライン２７に冷却凝縮設備を備えることで、蒸発した有機溶剤を回収することができ、これを水分と分離することで被処理有機溶剤タンク１２へ返送することで、被処理有機溶剤の歩留まりを向上することが可能である。
脱着ガス排出ライン２２および／または減圧機ガス排出ライン２７に冷却凝縮設備を備えている場合、凝縮した水と溶剤の混合液は凝縮液タンク２６に貯まり、任意に水と溶剤に分離した後に被処理溶剤タンク１２に返送することが可能である。
脱着ガス排出ライン２２および減圧機ガス排出ライン２７に冷却凝縮設備を備えていることがより好ましい。

脱着工程により発生したガスは微量の有機溶剤を含有しており、減圧機ガス排出ライン２７より排出されたガスを、直接燃焼装置や触媒燃焼装置、蓄熱式燃焼装置等の燃焼装置や活性炭素繊維を使用した溶剤回収装置等の一般的に用いられるガス処理装置にて処理することができる。

脱着工程において、窒素２０を窒素導入ライン２１より脱水槽１５に導入することが好ましい。窒素２０を導入することで脱水槽１５内の酸素濃度を低下させて爆発の危険性を低下させることができ、更に脱水槽内に気流が生じて間接加熱時の熱伝導効果が高まるため、脱着効率を向上させることができ、脱着工程の時間を短縮することができるためである。

上記の脱水工程→脱着工程を連続的に繰り返すことで、水分を含有する有機溶剤から水分を効果的、且つ経済的に脱水除去できる装置となる。かかる連続的な脱水−減圧脱着により、低コストで、安定に、高い能力で有機溶剤中の水分を除去することができる。さらに、脱着工程から脱水工程に移る際、脱水材１１を冷却する脱水材冷却手段を有することが好ましい。高温状態の脱水槽１５に有機溶剤を導入すると短時間に多量の有機溶剤が気化して脱水槽１５の加圧状態を引き起こし、爆発の危険性が高まるためである。また、水分を含む被処理有機溶剤の温度が高いほど、脱水材１１による脱水効果が低くなるためである。脱水材冷却手段は特に限定されるものではないが、安全性の高い間接冷却方法が好ましい。例えば、図２に示すようなシェル＆チューブ方式熱交換器を応用した脱水槽１５の構造が考えられる。チューブ内に脱水材１１を充填した場合、脱水槽１５下部より被処理有機溶剤を導入してチューブ内の脱水材１１に接触させ、脱水槽１５上部から排出する（脱水工程）。その後、脱水槽１５に貯まっている有機溶剤を下部より被処理有機溶剤タンク１２に返送し、脱水槽１５下部より減圧機を用いて脱水槽１５内を減圧にする（脱着工程）。その後、冷却水または冷水または冷却風を熱媒導入ライン１８より導入し、熱媒排出ライン１９より排出することで、脱水材１１を効率的に間接冷却することができる。また、脱水材１１をシェル内のチューブの外側に充填することも可能で、その場合、被処理有機溶剤が導入、排出されるラインと減圧機２４で減圧されるラインは上記で説明した熱媒導入ライン１８と熱媒排出ライン１９を用い、冷却水または冷水または冷却風は脱水槽１５の上部または下部よりチューブに導入して下部または上部より排出することができ、逆構造にすることで同じ効果を得ることも可能である。

本実施の形態にかかる脱水材１１の運転は、図１のように脱水槽１５を２つ以上設けた連続除去可能なシステムを採用することが好ましいが、除去すべき含有水分の量、被処理有機溶剤の量等を勘案して、間欠運転としても良いし、脱水槽を１槽にしても良い。含有水分の量あるいは被処理有機溶剤の量が少ない条件では、連続運転であることまで要求されず、運転コストを削減できるからである。

本実施の形態において脱水可能な有機溶剤は、酢酸エチル、酢酸メチル、トルエン、キシレン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、塩化メチレン、クロロホルム、ジクロロメタン等、またその混合物と特に限定されるものではなく、多種の有機溶剤において適応可能である。

本実施の形態において脱水可能な有機溶剤は、フィルムを積層させるドライラミネート工程等、多分野における工場等から排出される有機溶剤を含有したガスを、有機溶剤回収処理装置を用いて回収される有機溶剤にも適応可能である。

例えば、図３に示すような溶剤回収処理装置は、被処理ガス４１がファン４２より導入されて吸着塔４３に充填されている活性炭素繊維エレメント４４で有機溶剤を吸着し、清浄ガス４６として外気に排出される吸着工程と、活性炭素繊維エレメント４４にスチーム４５を導入することで有機溶剤を脱着し、コンデンサ４８で冷却凝縮してセパレータ４９で溶剤と水を分離し、回収溶剤５０を回収する脱着工程があり、吸着工程と脱着工程を交互に行うことで連続的に処理可能なシステムである。

このタイプの溶剤回収処理装置は脱着にスチームを用いることや、冷却凝縮をすることから回収溶剤中に水分が混入することから、本実施の形態における有機溶剤脱水装置を適用することで、回収溶剤から水分を効果的に除去することが可能である。

なお、図３に示す有機溶剤回収処理装置によって回収された有機溶剤を図１に示す有機溶剤脱水装置で脱水処理する場合において、図１に示す有機溶剤脱水装置の減圧機ガス排出ライン２７より排出された有機溶剤ガスと水蒸気の混合ガスは、図３に記載の被処理ガス４１に返送することで、有機溶剤の歩留まりが向上し、より経済的である。

（陽イオン交換樹脂の粒径範囲と平均粒径）
球状の陽イオン交換樹脂の測定は、日本工業規格（ＪＩＳＺ８８２５−１）に規定される「粒子径解析レーザー回折法」に基づき、粒度分布測定機器(ＨＯＲＩＢＡＬＡ−９５０Ｖ２）を用いて行なった。

（飽和水分含有率）
十分な水に陽イオン交換樹脂を浸し、室温で３時間静置した。その後、なるべく水が入らないように樹脂を取り出し、メスシリンダーで正確に１０．０ｍｌを取り、テーブルトップ遠心機４０００（久保田商事）で室温、２００ｒｐｍ、１０分間遠心分離して樹脂と水を分離させた。遠心分離した樹脂を全量秤量瓶に移し、重量を測定した。遠心分離した陽イオン交換樹脂の入った該全量秤量瓶を５０℃で８時間真空乾燥し、真空乾燥させた陽イオン交換樹脂の重量を測定した。そして、遠心分離後の重量Ａと、真空乾燥後の重量Ｂから、陽イオン交換樹脂の飽和水分含有率を算出した。飽和水分含有率＝（Ａ−Ｂ）／Ａ×１００（％）

（中性塩分解容量）
陽イオン交換樹脂をカラムに詰め、これに樹脂容量の２５倍量の２Ｎ−ＨＣｌ水溶液を通液し、対イオンをＨ形に変換し、脱塩水で水洗する。この樹脂を１０．０ｍｌ採り、ガラスカラムに充填し、洗浄濾液が中性になるまで十分に脱塩水で洗浄する。その後５％ＮａＣｌ水溶液を２５倍量通液し流出液を全て捕集する。この流出液を１Ｎ−塩酸で滴定することにより、中性塩分解容量を測定する。これを１ｍｌの樹脂当たりに換算し、体積当たりの中性塩分解容量を算出する。

以下、各実施例１から３、および比較例１から２により本発明に基づいた実施の形態における有機溶剤脱水装置の詳細を更に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。なお、表１に、実施例１から実施例３、および比較例１から比較例２に用いられる脱水材の諸条件を示す。

（実施例１）
図１に示す有機溶剤脱水装置において、脱水材１１がスチレン-ジビニルベンゼンコポリマーを母体構造とするスルホン酸Ｎａ基を修飾した陽イオン交換樹脂が複数用いられ、粒径範囲は０．３ｍｍから１．２ｍｍ、平均粒径０．７ｍｍ、飽和水分含有率４０重量％、中性塩分解容量が２．１ｍｅｑ／ｍＬ−Ｒであった。

この陽イオン交換樹脂２．１ｋｇを脱水槽１５に充填させ、脱水工程として、水分３重量％、酢酸エチル９７重量％の混合液を２０Ｌ／ｈｒで被処理有機溶剤導入ライン１３より脱水槽１５に導入し、脱水処理溶剤タンク１４に脱水した有機溶剤を得た。この脱水工程２．５ｈｒ中の脱水材１１の周囲の有機溶剤温度は３０℃であった。

次に、脱水槽１５に充填された有機溶剤を被処理有機溶剤タンク１２に排出した後、脱着工程として、減圧機２４を用いて脱水槽１５内を１５０Ｔｏｒｒ下の減圧にした。脱着工程５ｈｒ中、窒素２０を１Ｌ／ｈｒで窒素導入ライン２１より導入させた。

脱水工程→脱着工程は合わせて７．５ｈｒ要し、この工程を１０サイクル繰り返したところ、脱水工程において脱水処理された有機溶剤中の出口の平均水分濃度は０．９重量％まで低減された。

さらに、この工程を１００サイクル繰り返したところ、上記１０サイクル時とあまり変化がなく、脱水工程において脱水処理された混合溶剤中の出口の平均水分濃度は０．９７重量％まで低減された。このとき、脱水材１１の陽イオン交換樹脂の平均粒径は０サイクルと比較して０．７ｍｍから０．６５ｍｍとなり、粒径範囲は０．３〜１．２ｍｍから０．２〜１．０ｍｍとなった。これより、本実施例１において有機溶剤脱水装置により脱水処理された有機溶剤は、脱水工程→脱着工程を繰り返しても、脱水処理された混合溶剤中の出口平均水分濃度はほとんど変化がなく、安定して高効率で脱水処理が可能であった。

これは、脱水材１１がスチレン-ジビニルベンゼンコポリマーを母体構造とするスルホン酸Ｎａ基を修飾した陽イオン交換樹脂であり、飽和水分含有率４０重量％、中性塩分解容量が２．１ｍｅｑ／ｍＬ−Ｒであることから架橋度が高いようイオン交換樹脂であったことから、脱着工程においても陽イオン交換樹脂がほとんど破壊されず、脱水材１１の破片により脱水槽１５に設けられるフィルターに目詰まりが発生したり、また脱水材１１の破片により陽イオン交換樹脂が最密充填されたりして圧力損失が増大することで脱着効率が低下することなく、有機溶剤脱水装置の脱水能力が維持された結果である。

（実施例２）
図１に示す有機溶剤脱水装置において、脱水材１１がスチレン-ジビニルベンゼンコポリマーを母体構造とするスルホン酸Ｎａ基を修飾した陽イオン交換樹脂が複数用いられ、粒径範囲は０．３ｍｍから１．２ｍｍ、平均粒径０．７ｍｍ、飽和水分含有率３６重量％、中性塩分解容量が２．１５ｍｅｑ／ｍＬ−Ｒであった。

この陽イオン交換樹脂２．４ｋｇを脱水槽１５に充填させ、脱水工程として、水分３重量％、酢酸エチル８０重量％、酢酸ｎ−プロピル１７重量％の混合液を２０Ｌ／ｈｒで被処理有機溶剤導入ライン１３より脱水槽１５に導入し、脱水処理溶剤タンク１４に脱水した有機溶剤を得た。この脱水工程２．５ｈｒ中の脱水材１１の周囲の有機溶剤温度は３０℃であった。

次に、脱水槽１５に充填された有機溶剤を被処理有機溶剤タンク１２に排出した後、脱着工程として、減圧機２４を用いて脱水槽１５内を１５０Ｔｏｒｒ下の減圧にした。このとき、脱水槽１５は図２に示す構造物を用い、チューブ内に充填されている脱水材１１を加温させるために、熱媒供給ライン１８より０．１ＭＰａのスチームを供給し、窒素２０を１Ｌ／ｈｒで窒素導入ライン２１より導入させた。２ｈｒ後、熱媒供給ライン１８より供給していたスチームを止め、冷却水を導入して脱水槽１５を０．５ｈｒ冷却した。

脱水工程→脱着工程は合わせて５ｈｒ要し、この工程を１０サイクル繰り返したところ、脱水工程において脱水処理された有機溶剤中の出口の平均水分濃度は０．９４重量％まで低減された。

さらに、この工程を１００サイクル繰り返したところ、上記１０サイクル時とあまり変化がなく、脱水工程において脱水処理された混合溶剤中の出口の平均水分濃度は０．９８重量％まで低減された。このとき、脱水材１１の陽イオン交換樹脂の平均粒径は０サイクルと比較して０．７ｍｍから０．６６ｍｍとなり、粒径範囲は０．３〜１．２ｍｍから０．２３〜１．０５ｍｍとなった。これより、本実施例１において有機溶剤脱水装置により脱水処理された有機溶剤は、脱水工程→脱着工程を繰り返しても、脱水処理された混合溶剤中の出口平均水分濃度はほとんど変化がなく、安定して高効率で脱水処理が可能であった。

これは、脱水材１１がスチレン-ジビニルベンゼンコポリマーを母体構造とするスルホン酸Ｎａ基を修飾した陽イオン交換樹脂であり、飽和水分含有率３６重量％、中性塩分解容量が２．１５ｍｅｑ／ｍＬ−Ｒであることから架橋度が高いようイオン交換樹脂であったことから、脱着工程においても陽イオン交換樹脂がほとんど破壊されず、脱水材１１の破片により脱水槽１５に設けられるフィルターに目詰まりが発生したり、また脱水材１１の破片により陽イオン交換樹脂が最密充填されたりして圧力損失が増大することで脱着効率が低下することなく、有機溶剤脱水装置の脱水能力が維持された結果である。

（実施例３）
図１に示す有機溶剤脱水装置において、脱水材１１がスチレン-ジビニルベンゼンコポリマーを母体構造とするスルホン酸Ｎａ基を修飾した陽イオン交換樹脂が複数用いられ、粒径範囲は０．３ｍｍから１．２ｍｍ、平均粒径０．７ｍｍ、飽和水分含有率２３重量％、中性塩分解容量が２．１５ｍｅｑ／ｍＬ−Ｒであった。

この陽イオン交換樹脂３．０ｋｇを脱水槽１５に充填させ、脱水工程として、水分２重量％、塩化メチレン８８重量％、メタノール１０重量％の混合液を２０Ｌ／ｈｒで被処理有機溶剤導入ライン１３より脱水槽１５に導入し、脱水処理溶剤タンク１４に脱水した有機溶剤を得た。この脱水工程２．５ｈｒ中の脱水材１１の周囲の有機溶剤温度は３０℃であった。

脱水工程→脱着工程は合わせて５ｈｒ要し、この工程を１０サイクル繰り返したところ、脱水工程において脱水処理された有機溶剤中の出口の平均水分濃度は０．５重量％まで低減された。

さらに、この工程を１００サイクル繰り返したところ、上記１０サイクル時とあまり変化がなく、脱水工程において脱水処理された混合溶剤中の出口の平均水分濃度は０．５４重量％まで低減された。このとき、脱水材１１の陽イオン交換樹脂の平均粒径は０サイクルと比較して０．７ｍｍから０．６８ｍｍとなり、粒径範囲は０．３〜１．２ｍｍから０．２５〜１．１ｍｍとなった。これより、本実施例１において有機溶剤脱水装置により脱水処理された有機溶剤は、脱水工程→脱着工程を繰り返しても、脱水処理された混合溶剤中の出口平均水分濃度はほとんど変化がなく、安定して高効率で脱水処理が可能であった。

これは、脱水材１１がスチレン-ジビニルベンゼンコポリマーを母体構造とするスルホン酸Ｎａ基を修飾した陽イオン交換樹脂であり、飽和水分含有率２３重量％、中性塩分解容量が２．１５ｍｅｑ／ｍＬ−Ｒであることから架橋度が高いようイオン交換樹脂であったことから、脱着工程においても陽イオン交換樹脂がほとんど破壊されず、脱水材１１の破片により脱水槽１５に設けられるフィルターに目詰まりが発生したり、また脱水材１１の破片により陽イオン交換樹脂が最密充填されたりして圧力損失が増大することで脱着効率が低下することなく、有機溶剤脱水装置の脱水能力が維持された結果である。

（比較例１）
図１に示す有機溶剤脱水装置において、脱水材１１がスチレン-ジビニルベンゼンコポリマーを母体構造とするスルホン酸Ｎａ基を修飾した陽イオン交換樹脂が複数用いられ、粒径範囲は０．３ｍｍから１．２ｍｍ、平均粒径０．７ｍｍ、飽和水分含有率５９重量％、中性塩分解容量が１．２５ｍｅｑ／ｍＬ−Ｒであった。

この陽イオン交換樹脂１．４ｋｇを脱水槽１５に充填させ、脱水工程として、水分３重量％、酢酸エチル９７重量％の混合液を２０Ｌ／ｈｒで被処理有機溶剤導入ライン１３より脱水槽１５に導入し、脱水処理溶剤タンク１４に脱水した有機溶剤を得た。この脱水工程２．５ｈｒ中の脱水材１１の周囲の有機溶剤温度は３０℃であった。

脱水工程→脱着工程は合わせて７．５ｈｒ要し、この工程を１０サイクル繰り返したところ、脱水工程において脱水処理された有機溶剤中の出口の平均水分濃度は０．７５重量％まで低減された。

さらに、この工程を１００サイクル繰り返したところ、脱水工程において脱水処理された混合溶剤中の出口の平均水分濃度は２．０重量％であり、上記１０サイクル時よりも大幅に平均水分濃度が低下した。このとき、脱水材１１の陽イオン交換樹脂の平均粒径は０サイクルと比較して０．７ｍｍから０．３５ｍｍとなり、粒径範囲は０．３〜１．２ｍｍから０．１〜０．７ｍｍと、粒径が小さくなっていることが確認された。これより、本比較例１において有機溶剤脱水装置により脱水処理された有機溶剤は、脱水工程→脱着工程を繰り返すことで、脱水処理された混合溶剤中の出口平均水分濃度が上昇していき、脱水性能が低下することが確認された。

これは、脱水材１１がスチレン-ジビニルベンゼンコポリマーを母体構造とするスルホン酸Ｎａ基を修飾した陽イオン交換樹脂であるが、飽和水分含有率５９重量％と高く、中性塩分解容量が１．２５ｍｅｑ／ｍＬ−Ｒと低いことから、架橋度が低いことがわかる。架橋度が低いことで、脱着工程においても陽イオン交換樹脂が経時的に破壊されていき、脱水材１１の破片により脱水槽１５に設けられるフィルターに目詰まりが発生したり、また脱水材１１の破片により陽イオン交換樹脂が最密充填されたりして圧力損失が増大したことで脱着効率が低下した。

（比較例２）
図１に示す有機溶剤脱水装置において、脱水材１１がスチレン-ジビニルベンゼンコポリマーを母体構造とするスルホン酸Ｎａ基を修飾した陽イオン交換樹脂が複数用いられ、粒径範囲は０．３ｍｍから１．２ｍｍ、平均粒径０．７ｍｍ、飽和水分含有率４５重量％、中性塩分解容量が１．８７ｍｅｑ／ｍＬ−Ｒであった。

この陽イオン交換樹脂１．９ｋｇを脱水槽１５に充填させ、脱水工程として、水分３重量％、酢酸エチル８０重量％、酢酸ｎ−プロピル１７重量％の混合液を２０Ｌ／ｈｒで被処理有機溶剤導入ライン１３より脱水槽１５に導入し、脱水処理溶剤タンク１４に脱水した有機溶剤を得た。この脱水工程２．５ｈｒ中の脱水材１１の周囲の有機溶剤温度は３０℃であった。

脱水工程→脱着工程は合わせて５ｈｒ要し、この工程を１０サイクル繰り返したところ、脱水工程において脱水処理された有機溶剤中の出口の平均水分濃度は０．９５重量％まで低減された。

さらに、この工程を１００サイクル繰り返したところ、脱水工程において脱水処理された混合溶剤中の出口の平均水分濃度は１．４重量％であり、上記１０サイクル時よりも大幅に平均水分濃度が低下した。このとき、脱水材１１の陽イオン交換樹脂の平均粒径は０サイクルと比較して０．７ｍｍから０．４５ｍｍとなり、粒径範囲は０．３〜１．２ｍｍから０．１５〜０．８ｍｍと、粒径が小さくなっていることが確認された。これより、本比較例２において有機溶剤脱水装置により脱水処理された有機溶剤は、脱水工程→脱着工程を繰り返すことで、脱水処理された混合溶剤中の出口平均水分濃度が上昇していき、脱水性能が低下することが確認された。

これは、脱水材１１がスチレン-ジビニルベンゼンコポリマーを母体構造とするスルホン酸Ｎａ基を修飾した陽イオン交換樹脂であるが、飽和水分含有率５９重量％と高く、中性塩分解容量が１．２５ｍｅｑ／ｍＬ−Ｒと低いことから、架橋度が低いことがわかる。架橋度が低いことで、脱着工程においても陽イオン交換樹脂が経時的に破壊されていき、脱水材１１の破片により脱水槽１５に設けられるフィルターに目詰まりが発生したり、また脱水材１１の破片により陽イオン交換樹脂が最密充填されたりして圧力損失が増大したことで脱着効率が低下したためである。

（比較例３）
図１に示す有機溶剤脱水装置において、脱水材１１がスチレン-ジビニルベンゼンコポリマーを母体構造とするスルホン酸Ｎａ基を修飾した陽イオン交換樹脂が複数用いられ、粒径範囲は０．３ｍｍから１．２ｍｍ、平均粒径０．７ｍｍ、飽和水分含有率１４重量％、中性塩分解容量が２．２ｍｅｑ／ｍＬ−Ｒであった。

脱水工程→脱着工程は合わせて５ｈｒ要し、この工程を１０サイクル繰り返したところ、脱水工程において脱水処理された有機溶剤中の出口の平均水分濃度は１．１重量％までしか低減されなかった。

さらに、この工程を１００サイクル繰り返したところ、上記１０サイクル時とあまり変化がなく、脱水工程において脱水処理された混合溶剤中の出口の平均水分濃度は１．１重量％まで低減された。このとき、脱水材１１の陽イオン交換樹脂の平均粒径は０サイクルと比較して０．７ｍｍから０．６９ｍｍとなり、粒径範囲は０．３〜１．２ｍｍから０．２８〜１．１５ｍｍとなった。これより、本比較例３において有機溶剤脱水装置により脱水処理された有機溶剤は、脱水工程→脱着工程を繰り返しても、脱水処理された混合溶剤中の出口平均水分濃度はほとんど変化がないが、脱水性能が低いことが確認された。

これは、脱水材１１がスチレン-ジビニルベンゼンコポリマーを母体構造とするスルホン酸Ｎａ基を修飾した陽イオン交換樹脂であり、飽和水分含有率１４重量％と低く、中性塩分解容量が２．２ｍｅｑ／ｍＬ−Ｒと高いことから、架橋度が高く、脱着工程においても陽イオン交換樹脂が経時的に破壊されずに脱水性能が低下する傾向は見られなかったものの、飽和水分含有率が１４重量％と低いため、出口平均水分濃度が１０サイクル目から高く、すなわち水分を除去する脱水性能そのものが低いためである。

本発明の有機溶剤脱水装置は、溶剤の連続精製を実現し、基本的に脱水材の交換が必要なく、多量の水分を高効率かつ安定に除去することができる有機溶剤脱水装置であるため、設備増大を必要とせずに、脱水材交換作業を省略でき、コスト低減、水分安定除去できる。これより、特に研究所や工場等の幅広い分野から発生する排ガスから溶剤回収処理装置を用いて回収される溶剤の脱水に利用することができ、産業界に寄与することが大である。

１０脱水処理済み有機溶剤排出ライン
１１脱水材
１２被処理有機溶剤タンク
１３被処理有機溶剤導入ライン
１４脱水処理済み有機溶剤タンク
１５脱水槽
１６脱水槽加熱・冷却設備
１７溶剤送液ポンプ
１８熱媒導入ライン
１９熱媒排出ライン
２０窒素
２１窒素導入ライン
２２脱着ガス排出ライン
２３返送ライン
２４減圧機
２５コンデンサー
２６凝縮液タンク
２７減圧機ガス排出ライン
４１被処理ガス
４２ファン
４３吸着塔
４４活性炭素繊維エレメント
４５スチーム
４６清浄ガス
４７ダンパ
４８コンデンサー
４９セパレータ
５０回収溶剤

Claims

水分を含有した被処理有機溶剤を脱水材に導入させ接触させることにより、前記被処理有機溶剤に含有している水分を脱水除去する有機溶剤脱水装置であって、
前記脱水材は、スチレン−ジビニルベンゼン共重合体を母体構造とする陽イオン交換樹脂であり、官能基がカルボン酸またはスルホン酸基であり、飽和水分含有率が２０〜４２重量％であり、
前記脱水材が充填される脱水槽と、
前記脱水槽に前記被処理有機溶剤を導入する被処理有機溶剤導入ラインと、
前記脱水槽内を減圧させる減圧機と、
前記脱水槽内で脱着したガスを脱水槽から排出して減圧機に導入する脱着ガス排出ラインを有する、
有機溶剤脱水装置。
前記脱水材を加熱する脱水材加熱手段および／または前記脱水材を冷却する脱水材冷却手段を有する請求項１に記載の有機溶剤脱水装置。
前記脱着ガス排出ラインおよび／または前記減圧機からのガス排出ラインに冷却凝縮設備を備えている請求項１または２に記載の有機溶剤脱水装置。
前記脱水槽を少なくとも２槽有し、その脱水槽の内の少なくとも１槽が脱着ガス排出ラインから減圧機によって脱水槽が減圧状態となり、脱水槽に充填された脱水材に付着した有機溶剤と脱水材によって吸水された水分が蒸発し、脱着ガス排出ラインから蒸発した有機溶剤ガスと水蒸気が排出されているとき、それ以外の脱水槽では被処理有機溶剤導入ラインから被処理有機溶剤を導入することで、連続的に有機溶剤の脱水処理が可能である請求項１から３のいずれかに記載の有機溶剤脱水装置。