JP2015071139A - System and method for separation of liquid organic material and water - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液体有機物と水の分離システム及び分離方法に関し、特に浸透気化法を用いた分離システム及び分離方法に関する。 The present invention relates to a separation system and separation method for liquid organic matter and water, and more particularly to a separation system and separation method using an osmotic vaporization method.
従来から、液体有機物と水の混合液を液体有機物と水に分離する手法として、混合液を減圧して蒸留する方法(減圧蒸留法)が知られている。しかし、この方法は蒸留に多くのエネルギを必要とする。省エネルギ性能に優れた手法として、浸透気化法(PV法)が知られている。 2. Description of the Related Art Conventionally, as a method for separating a liquid mixture of liquid organic material and water into liquid organic material and water, a method of distillation under reduced pressure (vacuum distillation method) is known. However, this method requires a lot of energy for distillation. As a technique excellent in energy saving performance, a pervaporation method (PV method) is known.
特許文献1には、N−メチル−2−ピロリドン(以下、NMPという)と水との混合液からPV法によってNMPを分離する方法が述べられている。PV法では分離される成分と親和性のある分離膜(浸透気化膜)が用いられる。浸透気化膜の入口側に混合液を供給し、透過側を減圧することで、混合液を入口側から透過側へ移動させる駆動力が得られ、NMPと水の透過速度差により分離が行われる。浸透気化膜はゼオライト膜で構成されている。ゼオライトの高い親水性により、水が浸透気化膜を透過し、NMPが浸透気化膜の入口側に残存する。浸透気化膜を透過した透過水は環境に放出される。 Patent Document 1 describes a method for separating NMP by a PV method from a mixed solution of N-methyl-2-pyrrolidone (hereinafter referred to as NMP) and water. In the PV method, a separation membrane (permeation vaporization membrane) having an affinity for components to be separated is used. By supplying the liquid mixture to the inlet side of the pervaporation membrane and reducing the pressure on the permeate side, a driving force for moving the liquid mixture from the inlet side to the permeate side is obtained, and separation is performed by the difference in the permeation speed between NMP and water. . The pervaporation membrane is composed of a zeolite membrane. Due to the high hydrophilicity of zeolite, water permeates the pervaporation membrane and NMP remains on the inlet side of the pervaporation membrane. The permeated water that has permeated the pervaporation membrane is released to the environment.
特許文献1に記載の手法では、浸透気化膜を透過した透過水の全量が外部に排出される。しかし、液体有機物の一部が水とともに透過側に随伴されるため、透過水には液体有機物が含まれる。透過水に含まれる液体有機物は環境に放出され、回収することができないため、液体有機物の回収効率を改善するうえで制約となっている。 In the method described in Patent Document 1, the entire amount of permeated water that has permeated the pervaporation membrane is discharged to the outside. However, since a part of the liquid organic substance is accompanied to the permeation side together with water, the permeated water contains the liquid organic substance. Since the liquid organic substance contained in the permeated water is released to the environment and cannot be recovered, there is a restriction in improving the recovery efficiency of the liquid organic substance.
本発明は、液体有機物と水の分離性能が改善された、液体有機物と水の分離システム及び分離方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a separation system and a separation method for a liquid organic material and water in which the separation performance of the liquid organic material and water is improved.
本発明の液体有機物と水の分離システムは、直列で接続され、最上流に位置する第1の浸透気化膜モジュールと、最下流に位置する第2の浸透気化膜モジュールと、を含む複数の浸透気化膜モジュールを有している。各浸透気化膜モジュールは、水と水より沸点の高い液体有機物との混合液を供給され、供給される混合液を、供給される混合液よりも液体有機物の濃度が高い濃縮液と、供給される混合液よりも水の濃度が高い希薄蒸気と、に分離する。第2の浸透気化膜モジュールを除く各浸透気化膜モジュールは、分離された濃縮液を供給される混合液として、次段の浸透気化膜モジュールに供給する。分離システムはさらに、第1の浸透気化膜モジュールに供給される混合液を貯留する貯留槽と、第1の浸透気化膜モジュールで生成された希薄蒸気を外部に放出する希薄蒸気放出手段と、第2の浸透気化膜モジュールで生成された希薄蒸気を貯留槽または貯留槽と第1の浸透気化膜モジュールを接続する配管に戻す再循環手段と、第2の浸透気化膜モジュールで生成された濃縮液の回収手段と、を有している。 The separation system for liquid organic matter and water of the present invention is connected in series, and includes a plurality of permeation membrane modules including a first pervaporation membrane module located at the uppermost stream and a second pervaporation membrane module located at the most downstream side. It has a vaporization membrane module. Each pervaporation membrane module is supplied with a mixed liquid of water and a liquid organic substance having a boiling point higher than water, and supplied with the mixed liquid and a concentrated liquid having a higher concentration of the liquid organic substance than the supplied mixed liquid. And dilute vapor having a higher water concentration than the mixed liquid. Each pervaporation membrane module except the second pervaporation membrane module supplies the separated concentrated liquid to the next-stage pervaporation membrane module as a mixed liquid to be supplied. The separation system further includes a storage tank for storing the mixed liquid supplied to the first pervaporation membrane module, a lean steam discharge means for releasing the lean steam generated by the first pervaporation membrane module to the outside, A recirculation means for returning the dilute vapor generated by the second pervaporation membrane module to the storage tank or the pipe connecting the storage tank and the first pervaporation membrane module; and the concentrated liquid generated by the second pervaporation membrane module Recovery means.
本発明の液体有機物と水の分離方法は、直列で接続され、最上流に位置する第1の浸透気化膜モジュールと、最下流に位置する第2の浸透気化膜モジュールと、を含む複数の浸透気化膜モジュールを用いた、液体有機物と水の分離方法である。本方法は、各浸透気化膜モジュールで、供給される液体有機物と水の混合液を、供給される混合液よりも液体有機物の濃度が高い濃縮液と、供給される混合液よりも水の濃度が高い希薄蒸気と、に分離し、第2の浸透気化膜モジュールを除く各浸透気化膜モジュールで、分離された濃縮液を供給される混合液として、次段の浸透気化膜モジュールに供給する工程と、第1の浸透気化膜モジュールで生成された希薄蒸気を外部に放出する工程と、第2の浸透気化膜モジュールで生成された希薄蒸気を、第1の浸透気化膜モジュールに供給される混合液を貯留する貯留槽または貯留槽と第1の浸透気化膜モジュールを接続する配管に戻す工程と、第2の浸透気化膜モジュールで生成された濃縮液を回収する工程と、を有している。 The separation method of the liquid organic substance and water of the present invention is connected in series, and includes a plurality of permeation units including a first pervaporation membrane module located at the uppermost stream and a second pervaporation membrane module located at the most downstream side. This is a method for separating liquid organic matter from water using a vaporized membrane module. In this method, in each pervaporation membrane module, a liquid mixture of liquid organic substance and water to be supplied is concentrated with a higher concentration of liquid organic substance than the liquid mixture supplied, and the water concentration is higher than the liquid mixture to be supplied. The separated pervaporation membrane module excluding the second pervaporation membrane module and supplying the separated concentrated liquid to the next-stage pervaporation membrane module as a mixed solution supplied to each of the pervaporation membrane modules except the second pervaporation membrane module And a step of releasing the lean steam generated by the first pervaporation membrane module to the outside, and a mixture for supplying the lean steam generated by the second pervaporation membrane module to the first pervaporation membrane module A step of returning to a storage tank for storing the liquid or a pipe connecting the storage tank and the first pervaporation membrane module, and a step of recovering the concentrated liquid generated by the second pervaporation membrane module. .
液体有機物と水との分離性能は、浸透気化膜モジュールの入口側と透過側との水分密度差に依存するため、水分濃度の高い混合液を処理する第1の浸透気化膜モジュールは、混合液から水を効率的に分離する。第1の浸透気化膜モジュールで生成される希薄蒸気は液体有機物の濃度が低く抑えられ、そのまま系外に排出しても液体有機物の回収効率に大きな影響を与えない。これに対し、第2の浸透気化膜モジュールは水分濃度の低下した混合液を処理するため、生成される希薄蒸気中の液体有機物の濃度が相対的に高くなっている。そこで、第2の浸透気化膜モジュールで生成される希薄蒸気を貯留槽または貯留槽と第1の浸透気化膜モジュールを接続する配管に戻すことで、液体有機物の回収効率を改善することができる。このように、本発明では、第1及び第2の浸透気化膜モジュールを含む多段の浸透気化膜モジュールを利用し、第1の浸透気化膜モジュールで発生する希薄蒸気を排出し、第2の浸透気化膜モジュールで発生する希薄蒸気を再循環させるため、液体有機物と水との分離性能を高めることができる。 Since the separation performance between the liquid organic substance and water depends on the moisture density difference between the inlet side and the permeate side of the pervaporation membrane module, the first pervaporation membrane module that processes a mixed solution having a high moisture concentration is a mixed solution. Efficiently separates water from The diluted vapor generated by the first pervaporation membrane module has a low concentration of liquid organic matter, and even if it is discharged out of the system as it is, it does not greatly affect the recovery efficiency of the liquid organic matter. On the other hand, since the second pervaporation membrane module processes a mixed solution having a reduced moisture concentration, the concentration of the liquid organic substance in the generated diluted vapor is relatively high. Therefore, the recovery efficiency of the liquid organic matter can be improved by returning the diluted steam generated in the second pervaporation membrane module to the storage tank or the pipe connecting the storage tank and the first pervaporation membrane module. As described above, in the present invention, the multi-stage pervaporation membrane module including the first and second pervaporation membrane modules is used, the diluted vapor generated in the first pervaporation membrane module is discharged, and the second permeation is performed. Since the dilute vapor generated in the vaporized membrane module is recirculated, the separation performance between the liquid organic substance and water can be enhanced.
次に、図面を参照して本発明のいくつかの実施形態について説明する。本実施形態では液体有機物としてNMPが用いられるが、液体有機物はこれに限定されず、一般的には1気圧(1013hPa)時の沸点が水より高い液体有機物、好ましくは1気圧時の沸点が、浸透気化膜モジュールの一般的な運転温度である120℃、またはそれ以上の液体有機物を用いることができる。このような液体有機物の例を表1に示す。 Next, some embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In this embodiment, NMP is used as the liquid organic material, but the liquid organic material is not limited to this, and generally has a boiling point higher than that of water at 1 atm (1013 hPa), preferably a boiling point at 1 atm. A liquid organic substance having a general operating temperature of the pervaporation membrane module of 120 ° C. or higher can be used. Examples of such liquid organic substances are shown in Table 1.
NMPはリチウムイオン電池における製造過程で使用される。リチウムイオン電池の正極及び負極は、主として活物質、集電体及びバインダーから構成されている。バインダーは一般的には、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)を分散媒であるNMPに溶解させて製造されるバインダー混合スラリーとすることができる。活物質とバインダー混合スラリーとを集電体に塗布することで電極が製造される。NMPはスラリー塗布後の乾燥工程においてガス化し、環境への影響や費用の問題により大部分が回収される。最近は、回収したNMPがリチウムイオン電池の製造工程で再利用されることが多い。 NMP is used in the manufacturing process of lithium ion batteries. The positive electrode and negative electrode of the lithium ion battery are mainly composed of an active material, a current collector, and a binder. In general, the binder can be a binder mixed slurry produced by dissolving polyvinylidene fluoride (PVDF) in NMP as a dispersion medium. An electrode is manufactured by apply | coating an active material and a binder mixed slurry to a collector. NMP is gasified in the drying process after slurry application, and most of it is recovered due to environmental impact and cost issues. Recently, the recovered NMP is often reused in the manufacturing process of a lithium ion battery.
NMPは、排ガス中のNMPを吸着体または水スクラバーにより捕集することによって回収される。この工程により、NMP濃度70〜90%のNMPと水との混合液が得られる。その後、混合液からNMPが分離される。本発明の液体有機物と水の分離システム及び分離方法は、この混合液からNMPを分離する工程に用いられる。 NMP is recovered by collecting NMP in exhaust gas with an adsorbent or a water scrubber. By this step, a mixed liquid of NMP and water having an NMP concentration of 70 to 90% is obtained. Thereafter, NMP is separated from the mixed solution. The liquid organic matter and water separation system and separation method of the present invention are used in the step of separating NMP from this mixed solution.
図1を参照して、本発明の第1の実施形態に係る液体有機物と水の分離システム(以下、分離システム1という)の構成について説明する。 With reference to FIG. 1, the structure of the separation system (henceforth the separation system 1) of the liquid organic substance and water which concerns on the 1st Embodiment of this invention is demonstrated.
分離システム1は、水とNMPとの混合液を貯留する貯留槽2を有している。貯留槽2は上述した回収工程で得られた混合液Sを貯留する。貯留槽2は他の任意の方法によって供給または製造された水とNMPとの混合液を貯留することもできる。
The separation system 1 has a
貯留槽2の下流には直列で接続された複数の浸透気化膜モジュール3,4が設けられている。複数の浸透気化膜モジュール3,4は、本実施形態では上流に位置する第1の浸透気化膜モジュール3と、第1の浸透気化膜モジュール3の下流に位置する第2の浸透気化膜モジュール4と、からなっている。「上流」及び「下流」は混合液Sの流れる方向に沿って定義される。
A plurality of
第1の浸透気化膜モジュール3は貯留槽2から混合液Sを供給され、供給された混合液Sを供給された混合液SよりもNMPの濃度が高い第1の濃縮液C1と、供給された混合液Sよりも水の濃度が高い第1の希薄蒸気V1と、に分離する。第1の浸透気化膜モジュール3は、第1の濃縮液C1を第2の浸透気化膜モジュール4に、新たな混合液C1として供給する。
The first
第2の浸透気化膜モジュール4は第1の浸透気化膜モジュール3から混合液C1を供給され、供給された混合液C1を供給された混合液C1よりもNMPの濃度が高い第2の濃縮液C2と、供給された混合液C1よりも水の濃度が高い第2の希薄蒸気V2と、に分離する。第2の浸透気化膜モジュール4で生成された第2の濃縮液C2は回収手段50によって回収され、リチウムイオン電池における製造過程で再使用される。
The second
複数の浸透気化膜モジュールは、直列で接続された3以上の浸透気化膜モジュールで構成することもできる。その場合、最上流に位置する浸透気化膜モジュールが本実施形態の第1の浸透気化膜モジュール3に対応し、最下流に位置する浸透気化膜モジュールが本実施形態の第2の浸透気化膜モジュール4に対応する。各浸透気化膜モジュールは以下のように作動する。
The plurality of pervaporation membrane modules can also be composed of three or more pervaporation membrane modules connected in series. In that case, the permeation vaporization membrane module located in the uppermost stream corresponds to the first permeation
第1の浸透気化膜モジュール3は貯留槽2から混合液Sを供給され、供給された混合液Sを供給された混合液SよりもNMPの濃度が高い第1の濃縮液C1と、供給された混合液Sよりも水の濃度が高い第1の希薄蒸気V1と、に分離する。第1の浸透気化膜モジュール3は、第1の濃縮液C1を次段の浸透気化膜モジュールに、新たな混合液C1として供給する。
The first
第1の浸透気化膜モジュール3と第2の浸透気化膜モジュール4の中間に位置する各浸透気化膜モジュールは、前段の浸透気化膜モジュールで生成された濃縮液を新たな混合液として供給され、供給された混合液を供給された混合液よりもNMPの濃度が高い濃縮液と、供給された混合液よりも水の濃度が高い希薄蒸気と、に分離する。各浸透気化膜モジュールは、濃縮液を次段の浸透気化膜モジュールに、新たな混合液として供給する。
Each of the pervaporation membrane modules located between the first
第2の浸透気化膜モジュール4は、前段の浸透気化膜モジュールで生成された濃縮液を新たな混合液として供給され、供給された混合液を供給された混合液よりもNMPの濃度が高い第2の濃縮液C2と、供給された混合液よりも水の濃度が高い第2の希薄蒸気V2と、に分離する。第2の浸透気化膜モジュール4で生成された第2の濃縮液C2は回収手段50によって回収され、リチウムイオン電池における製造過程で再使用される。
The second
第1の浸透気化膜モジュール3は第1の浸透気化膜31を備えている。第1の浸透気化膜31は、第1の浸透気化膜モジュール3の第1の入口側空間32を第1の透過側空間33から仕切るとともに、第1の入口側空間32に供給される混合液を、第1の入口側空間32に滞留する第1の濃縮液C1と、第1の透過側空間33に透過する第1の希薄蒸気V1と、に分離する。
The first
第2の浸透気化膜モジュール4は第2の浸透気化膜41を備えている。第2の浸透気化膜41は、第2の浸透気化膜モジュール4の第2の入口側空間42を第2の透過側空間43から仕切るとともに、第2の入口側空間42に供給される混合液を、第2の入口側空間42に滞留する第2の濃縮液C2と、第2の透過側空間43に透過する第2の希薄蒸気V2と、に分離する。
The second
図2は浸透気化膜モジュールの概略構成を示している。第1、第2の浸透気化膜モジュール3,4(及び他の浸透気化膜モジュール)は実質的に同一の構成を備えることができる。図2(a)の全体断面図に示すように、浸透気化膜モジュール3,4は、円筒状のケーシング5と、ケーシング5の内部に配置された多数の管体6と、を有している。図2(b)は図2(a)中のb−b線に沿った管体6の断面図を示している。各管体6は、円筒形状の無機材料からなる基材7と、基材7の外周面に設けられたゼオライト膜8と、で構成されている。基材7はアルミナ、ムライト等の多孔質性のセラミック材料からなっている。浸透気化膜モジュールの構成は図2に限定されず、浸透気化膜を使用している限り、任意の形状及び構成のモジュールを用いることができる。
FIG. 2 shows a schematic configuration of the pervaporation membrane module. The first and second
ケーシング5の内部は仕切り板9で上部空間10と下部空間11とに仕切られている。管体6の上端12は開かれており、下端13は閉じられている。上部空間10は管体6の上端12を収容しており、下部空間11は管体6の上端12を除くほとんどの部位を収容している。管体6の内部6aと上部空間10は透過側空間(第1及び第2透過側空間33,43)を構成し、その他の内部空間は入口側空間(第1及び第2入口側空間32,42)を構成している。ケーシング5の下部に設けられた入口部14から混合液が供給され(矢印A1)、下部空間11に充填される。混合液は管体6の側壁を構成するゼオライト膜8と接触することで脱水され、主に水が管体6の内部6aに透過し(矢印A2)、NMPの濃縮液が管体6の外部に残留する(矢印A3)。NMPの濃縮液は下部空間11の上部に設けられた濃縮液出口15から排出され(矢印A4)、管体6の内部6aに透過した、主に水からなる蒸気は管体6の上端12を通って上部空間10に流入し(矢印A5)、上部空間10に開口する蒸気出口16から排出される(矢印A6)。
The inside of the casing 5 is partitioned into an
ゼオライト膜8は、A型、Y型、T型、MOR型、CHA型等のゼオライトを使用することができる。これらのゼオライトは骨格構造及びSiとAlの比率が異なり、Si/Al比が高いほど疎水性、すなわち水を透過させにくい性質がある。A型は特に脱水効率に優れ、好適に使用できる。一つの好ましい実施形態では、第1及び第2の浸透気化膜31,41のゼオライト膜8はA型ゼオライトのみで構成される。
The zeolite membrane 8 can use zeolite of A type, Y type, T type, MOR type, CHA type or the like. These zeolites have different skeletal structures and ratios of Si and Al, and the higher the Si / Al ratio, the more hydrophobic, that is, the more difficult it is to permeate water. Type A is particularly excellent in dehydration efficiency and can be used preferably. In one preferred embodiment, the zeolite membrane 8 of the first and
第1の浸透気化膜31のゼオライト膜8は、A型以外、例えばT型、Y型、CHA型のゼオライトを用いることが好ましい場合もある。A型ゼオライトは、水分濃度が高い場合や、酸などの不純物が混合液中に含まれる場合に、リークや性能の低下が生じやすい。これに対し、A型以外のゼオライトは上述の環境でより長期間性能を保持することができる。後述するように、第1の浸透気化膜31のゼオライト膜8は第2の浸透気化膜41のゼオライト膜8と比べ高い脱水性能を必要としない。また、後述するように、第1の浸透気化膜モジュール3から発生した第1の希薄蒸気V1は系外に放出されるため、第1の浸透気化膜31のゼオライト膜8のリークを防止する必要性は特に高い。このため、他の好ましい実施形態では、第1の浸透気化膜31のゼオライト膜8は、A型ゼオライトを部分的に含んでいる。すなわち、第1の浸透気化膜31のゼオライト膜8は、A型ゼオライトと、上述した他のゼオライト(例えばT型、Y型、MOR型、CHA型)から選択された少なくとも1種類のゼオライトと、を含んでいる。
For the zeolite membrane 8 of the
この場合でも、第2の浸透気化膜41のゼオライト膜8は、A型ゼオライトからなることが望ましい。第2の浸透気化膜41に供給される混合液は既に相当量脱水されており、含有水分が少ないため、混合液中の水分が膜性能に悪影響を及ぼす可能性は低い。また、混合液中の水分が少ないため、脱水の駆動力が小さく、A型以外の膜ではA型よりも大きな膜面積を必要とする。このため、A型以外の膜では装置規模、装置コストが大きくなりやすい。
Even in this case, it is desirable that the zeolite membrane 8 of the
分離システム1は、第1の浸透気化膜モジュール3で生成された第1の希薄蒸気V1を外部に放出する希薄蒸気放出手段34を有している。希薄蒸気放出手段34は、第1の透過側空間33に接続された第1のドレンポット35と、第1のドレンポット35に接続された(あるいは、間接的に第1の透過側空間33に接続された)第1の真空ポンプ36と、を有している。第1の真空ポンプ36の入口配管37は第1のドレンポット35の上部空間35aに開口している。第1の真空ポンプ36は第1の透過側空間33を負圧にし、第1の浸透気化膜31に脱水のための駆動力を与える。希薄蒸気放出手段34はさらに、第1の浸透気化膜モジュール3と第1のドレンポット35との間に、第1の希薄蒸気V1を凝縮させる第1の冷却手段38を有している。第1の希薄蒸気V1が第1の冷却手段38で凝縮する際、VOC(揮発性有機化合物)が蒸気とともに液化して、凝縮した蒸気とともに第1のドレンポット35に取り込まれる。すなわち、VOCを回収する第1のドレンポット35を設けることで、VOCが気相で外部に排出されることが防止される。これによってVOCの放出管理が容易となり、VOCの排出規制への適合も容易となる。第1の冷却手段38は凝縮に必要な温度まで第1の希薄蒸気V1を冷却すればよく、例えば冷却塔を用いることができる。第1の透過側空間33に透過した第1の希薄蒸気V1は第1の冷却手段38によって、外部に放出される前に冷却され、凝縮する。凝縮水は第1のドレンポット35に回収される。回収された凝縮水は、第1のドレンポット35の底部に接続された排水管39を介して、外部に放出される。
The separation system 1 has a lean vapor discharge means 34 that discharges the first lean vapor V1 generated by the first
分離システム1は、第2の浸透気化膜モジュール4で生成された第2の希薄蒸気V2を貯留槽2に戻す再循環手段44を有している。再循環手段44は、第2の透過側空間43に接続された第2のドレンポット45と、第2のドレンポット45に接続された(あるいは、間接的に第2の透過側空間43に接続された)第2の真空ポンプ46と、を有している。第2の真空ポンプ46の入口配管47は第2のドレンポット45の上部空間45aに開口している。第2の真空ポンプ46は第2の透過側空間43を負圧にし、第2の浸透気化膜41に脱水のための駆動力を与える。再循環手段44はさらに、第2の浸透気化膜モジュール4と第2のドレンポット45との間に第2の冷却手段48を有している。
The separation system 1 has recirculation means 44 for returning the second lean vapor V2 generated by the second
第2の冷却手段48は第2の希薄蒸気V2を凝縮させるだけでなく、第2の透過側空間43の真空度を高めるために、できるだけ低い温度まで第2の希薄蒸気V2を冷却する必要があるため、冷水やブラインを用いることが好ましい。第2の透過側空間43に透過した第2の希薄蒸気V2は貯留槽2に戻される前に第2の冷却手段48によって冷却され、凝縮する。凝縮水は第2のドレンポット45に回収される。回収された凝縮水は、第2のドレンポット45の底部に接続された排水管49を介して、貯留槽2に戻される。回収された凝縮水は、貯留槽2と第1の浸透気化膜モジュール3を接続する配管58に戻すこともできる。すなわち排水管49は配管58に合流していてもよい。
The second cooling means 48 needs not only to condense the second lean vapor V2 but also to cool the second lean vapor V2 to the lowest possible temperature in order to increase the degree of vacuum of the second
分離システム1は、貯留槽2と第1の浸透気化膜モジュール3との間に第1のイオン交換樹脂51を有している。混合液には酸性物質や塩基性物質が含まれている場合があり、特に塩基性物質、とりわけアミン類がNMPに残留すると、バインダーを構成するPVDFが脱フッ化反応を起こす。脱フッ化反応を生じたPVDFは粘性が変化し、スラリー塗布工程に影響を及ぼす可能性がある。そのため、第1のイオン交換樹脂51で塩基性物質を除去することが望ましい。
The separation system 1 has a first
分離システム1は、貯留槽2と第1の浸透気化膜モジュール3との間にフィルタ52を有している。ゼオライト膜8は混合液に含まれる微粒子が付着(目詰まり)することで、脱水性能が低下する可能性がある。微粒子が第1の浸透気化膜モジュール3に流入する直前でフィルタ52によって微粒子を除去することが望ましい。フィルタ52としては精密ろ過膜(MF膜)、限外ろ過膜(UF膜)が好適に使用できる。本実施形態ではフィルタ52は第1のイオン交換樹脂51の上流に設けられているが、第1のイオン交換樹脂51の下流に設けられていてもよい。
The separation system 1 has a
分離システム1は、第1の浸透気化膜モジュール3の直前、すなわち、フィルタ52及び第1のイオン交換樹脂51と第1の浸透気化膜モジュール3の間に、加熱手段53を有している。加熱手段53は例えば、配管の外周に取り付けられるリボンヒータ、ベルトヒータであってよい。加熱手段53は配管中を流れる混合液の温度を少なくとも120℃まで高めることができる。混合液を加熱することで、第1及び第2の浸透気化膜モジュール3,4における脱水性能を高めることができる。
The separation system 1 has a heating means 53 immediately before the first
分離システム1は、第2の浸透気化膜モジュール4の第2の入口側空間42に接続された冷却手段54を有している。冷却手段54は、高温の第2の濃縮液C2を、回収手段50に移送する前に冷却する。
The separation system 1 has a cooling means 54 connected to the second
次に、以上説明した分離システム1の動作例について説明する。 Next, an operation example of the separation system 1 described above will be described.
まず、リチウムイオン電池の製造に用いられた使用済みのNMPと水との混合液が貯留槽2に供給される。混合液Sはフィルタ52で不溶解性の微粒子等の不純物を除去され、次に、第1のイオン交換樹脂51で溶解性の不純物、特にアミン類が除去される。次に、混合液は加熱手段53で70℃以上、好ましくは100℃以上、より好ましくは120℃以上の温度に加熱され、第1の浸透気化膜モジュール3に供給される。なお、膜とモジュールの接合部分等の耐熱性の観点から、混合液の供給温度は200℃未満であることが望ましい。
First, a mixed liquid of used NMP and water used for manufacturing a lithium ion battery is supplied to the
第1の浸透気化膜モジュール3は第1の浸透気化膜31によって第1の入口側空間32と、第1の透過側空間33と、に分離されている。混合液Sが加熱されていること、及び第1の透過側空間33が第1の真空ポンプ36によって負圧にされていることによって、第1の浸透気化膜31には、混合液Sを第1の透過側空間33に透過させる駆動力が与えられる。ゼオライト膜8を有する第1の浸透気化膜31は主として水を透過させ、第1の入口側空間32にNMPの濃度の高められた第1の濃縮水C1が生成され、第1の透過側空間33にNMPを少量含んだ第1の希薄蒸気V1が生成される。
The first
NMPの濃縮水C1は次に、第2の浸透気化膜モジュール4に供給され、同様の原理によって、第2の入口側空間42にNMPの濃度のさらに高められた第2の濃縮水C2が生成され、第2の透過側空間43にNMPを少量含んだ第2の希薄蒸気V2が生成される。第2の濃縮水C2は冷却手段54で冷却され、回収手段50に移送されて、リチウムイオン電池の製造プロセスで使用される。
Next, the concentrated water C1 of NMP is supplied to the second
第1の透過側空間33に生成された第1の希薄蒸気V1は第1の冷却手段38によって冷却され、凝縮する。凝縮水は第1のドレンポット35に収集され、外部に排水される。第2の透過側空間43に生成された第2の希薄蒸気V2は第2の冷却手段48によって冷却され、凝縮する。凝縮水は第2のドレンポット45に収集され、貯留槽2に戻され、再び上述の工程が繰り返される。従って、貯留槽2に戻されたNMPは次サイクル以降の工程で回収することができる。
The first lean vapor V1 generated in the first
浸透気化膜モジュールの脱水性能は、浸透気化膜を挟んだ両側、すなわち入口側空間と透過側空間の水分密度差と、透過側の真空度に依存する。具体的には入口側空間の水分密度が大きいほど、あるいは透過側の真空度が高いほど(絶対圧力が低いほど)脱水性能が向上する。第1の浸透気化膜モジュール3に供給される混合液は水の濃度が通常10〜30%であり、第1の浸透気化膜モジュール3は大きな水分密度差によって、大量の水を分離することができる。これに対し、第2の浸透気化膜モジュール4は既に脱水された混合液を処理するため、分離される水は少量である。一方、NMPの透過量は水分密度差に大きく依存しない。このため、第1の浸透気化膜モジュール3で生成される水蒸気のNMP濃度は極めて低く、第2の浸透気化膜モジュール4で生成される水蒸気のNMP濃度はこれより高くなる。
The dewatering performance of the pervaporation membrane module depends on the moisture density difference between both sides of the pervaporation membrane, that is, the inlet side space and the permeation side space, and the degree of vacuum on the permeation side. Specifically, the higher the moisture density in the inlet side space or the higher the degree of vacuum on the permeate side (the lower the absolute pressure), the better the dehydration performance. The liquid mixture supplied to the first
本実施形態では、第1の浸透気化膜モジュール3で生成される、NMP濃度の低い第1の希薄蒸気V1(凝縮水)は外部に排出され、第2の浸透気化膜モジュール4で生成される、NMP濃度の高い第2の希薄蒸気V2(凝縮水)は貯留槽2に戻される。これによって、システム全体のNMP回収効率を高めることができる。貯留槽2に戻される凝縮水は、第1の浸透気化膜モジュール3で分離される水に比べ少量であり、水を戻すことによる脱水効率の低下は限定的である。
In the present embodiment, the first lean vapor V1 (condensed water) having a low NMP concentration generated by the first
また、浸透気化膜モジュールの脱水性能は、供給される混合液の単位流量あたりの浸透気化膜流路面積(浸透気化膜の流路面積を混合液の流量で割った値)と正の相関関係にある。従って、単一の浸透気化膜モジュールで必要な脱水性能を得る場合、浸透気化膜流路面積を増加させる必要がある。一方、NMPの透過量も浸透気化膜流路面積と正の相関関係にあるため、脱水性能を高めるために流路面積の大きな単一の浸透気化膜モジュールを用いた場合、NMPの透過量もこれに応じて増加する。これに対し本実施形態では、第1の浸透気化膜モジュール3は必要な脱水量の一部を脱水すればよく、流路面積を過度に大きくする必要がない。第2の浸透気化膜モジュール4は、透過するNMPは貯留槽2に回収されるため、脱水性能を高めるために流路面積を大きくしても問題とならない。換言すれば、第1の浸透気化膜モジュール3は脱水量とNMP透過量のバランスが考慮されるが、第2の浸透気化膜モジュール4はこのようなバランスを考慮する必要がない。このように2つの浸透気化膜モジュールを直列で設け、第2の浸透気化膜モジュール4を透過するNMPを回収することで、必要な脱水性能を得るとともに、NMPの系外放出量を抑制することができる。以上のことから明らかなように、第2の浸透気化膜モジュール4(より一般的には、凝縮水が回収される浸透気化膜モジュール)は、第1の浸透気化膜モジュール3(より一般的には、凝縮水が系外に放出される浸透気化膜モジュール)と比べ、浸透気化膜の流路面積(あるいは混合液の単位流量あたりの流路面積)を大きくすることが可能である。
The dewatering performance of the pervaporation membrane module has a positive correlation with the permeate vaporization membrane channel area per unit flow rate of the supplied liquid mixture (the value obtained by dividing the permeation vaporization membrane channel area by the flow rate of the liquid mixture). It is in. Therefore, in order to obtain the required dewatering performance with a single pervaporation membrane module, it is necessary to increase the permeate vaporization membrane channel area. On the other hand, since the permeation amount of NMP is also positively correlated with the permeate vaporization membrane channel area, when a single pervaporation membrane module with a large channel area is used to improve the dewatering performance, the permeation rate of NMP is also increased. It increases accordingly. On the other hand, in the present embodiment, the first
放出される凝縮水のNMP濃度が低いことから、放出時の処理も容易となる。上述のとおり、NMPの排出はVOC排出規制の適用を受ける場合があるが、NMP濃度が低い凝縮水はそのまま、または希釈して、排出できる可能性が高い。ただし、放出される凝縮水にはNMP由来の窒素、炭素成分が高濃度に含まれるため、除去することが望ましい場合がある。高濃度の炭素を除去するため、流動担体型嫌気処理、嫌気MBR法等の嫌気処理が適用できる。高濃度の窒素を除去する方法として、生物学的窒素除去方法が多数提案されている。例えば、グラニュールを利用した方法が適用できる場合がある(特開2006−289310号公報)。この方法では、硝化菌グラニュールの核として、嫌気性細菌を主体とするグラニュールが利用され、安定的な硝化処理が行われる。グラニュールは、UASB(Upflow Anaerobic Sludge Blanket;上向流嫌気性スラッジブランケット)に代表される反応装置で形成される。 Since the NMP concentration of the condensed water to be discharged is low, processing at the time of discharge becomes easy. As described above, NMP emissions may be subject to VOC emission regulations, but condensed water having a low NMP concentration is likely to be discharged as it is or after dilution. However, since the condensed water to be released contains nitrogen and carbon components derived from NMP in high concentrations, it may be desirable to remove them. In order to remove high-concentration carbon, anaerobic treatment such as fluid carrier type anaerobic treatment or anaerobic MBR method can be applied. Many biological nitrogen removal methods have been proposed as methods for removing high concentrations of nitrogen. For example, a method using granules may be applicable (Japanese Patent Laid-Open No. 2006-289310). In this method, a granule mainly composed of anaerobic bacteria is used as the nucleus of the nitrifying bacteria granule, and a stable nitrification treatment is performed. The granule is formed in a reaction apparatus represented by UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket).
第1の浸透気化膜モジュール3は大きな水分密度差に起因する高い脱水性能を有しているため、さらに脱水性能を上げるために真空度を高める必要性が小さい。浸透気化膜モジュール3,4の透過側空間33,43に作用する負圧はドレンポット35,45の空間部35a,45aの水蒸気圧で決まる。水蒸気圧が低下すると、真空度が高められ、脱水性能が向上する。一方、水蒸気圧は凝縮水の水温が低いほど低下するため、脱水性能を上げるためには凝縮水を低温で冷却することが必要となる。しかし、第1の浸透気化膜モジュール3で発生した第1の希薄蒸気V1は30〜40℃程度まで冷却すれば十分であり、外気を利用した冷却塔など、運転コストの低い冷却手段38を用いることができる。
Since the first
これに対し、第2の浸透気化膜モジュール4は最終段の浸透気化膜モジュールであり、必要とされるNMP濃度を実現するため、高い真空度が求められる。一例では1.0kPA以下の真空度が要求される。このような高い真空度を実現するためには冷凍機などの運転コストの高い冷却手段を用いる必要がある。しかし、前述のように第2の浸透気化膜モジュール4で生成される第2の希薄蒸気V2は少量であり、運転コストの増加は限定的である。
On the other hand, the second
このように、第1の浸透気化膜モジュール3で生成された第1の希薄蒸気V1は、凝縮後排出し、第2の浸透気化膜モジュール4で生成された第2の希薄蒸気V2は、凝縮後貯留槽2に戻すことで、NMPの回収効率の改善と、動力費の抑制を実現することができる。
As described above, the first lean vapor V1 generated in the first
分離システム1が3つ以上の直列配置された浸透気化膜モジュールを備える場合、第1の浸透気化膜モジュール3と第2の浸透気化膜モジュール4の間の中間の浸透気化膜モジュールから生成される希薄蒸気は、第1の希薄蒸気V1と同様外部に排出することもできるし、第2の希薄蒸気V2と同様貯留槽2に戻すこともできる。ただし、外部に排出される希薄蒸気は冷却塔等の冷却手段で冷却することが望ましく、貯留槽2に戻される希薄蒸気は冷凍機等の冷却手段で冷却することが望ましい。
When the separation system 1 includes three or more permeation vapor membrane modules arranged in series, the separation system 1 is generated from an intermediate pervaporation membrane module between the first
特許文献1に記載されているような単段式の浸透気化膜モジュールに対する本発明のメリットは以下の通りである。 Advantages of the present invention over a single-stage pervaporation membrane module as described in Patent Document 1 are as follows.
(1)まず、NMPの回収効率が改善される。単段式の浸透気化膜モジュールでは、単一の浸透気化膜モジュールで所望のNMP濃度を得ることが必要である。特にリチウムイオン電池の製造工程では水分濃度を0.1%以下、好ましくは0.05%以下、より好ましくは0.02%以下まで低下させることが必要とされる。このような水分濃度を実現するためには浸透気化膜の透過側空間を高い真空度に維持する必要がある。浸透気化膜モジュールは大きな水分密度差によって、大量の水を分離することができるが、脱水性能を高めるために流路面積を増加させた場合、透過側空間に透過するNMPの量が増え、結果として透過側蒸気のNMP濃度が高くなる。従って、必要な脱水性能を確保しつつNMPの回収効率を高めることが困難である。これに対して本発明では、第1の浸透気化膜モジュール3で大量の水を分離できるとともに、透過側空間に透過するNMPの量は限定的である。従って、NMPの回収効率を高めることが可能となる。透過側蒸気のNMP濃度が低いため、排水処理の負担も小さい。
(1) First, NMP recovery efficiency is improved. In a single-stage pervaporation membrane module, it is necessary to obtain a desired NMP concentration with a single pervaporation membrane module. In particular, in the production process of a lithium ion battery, it is necessary to reduce the water concentration to 0.1% or less, preferably 0.05% or less, more preferably 0.02% or less. In order to realize such a moisture concentration, it is necessary to maintain the permeate-side vapor transmission membrane at a high degree of vacuum. The pervaporation membrane module can separate a large amount of water due to a large difference in water density, but if the flow path area is increased in order to improve the dewatering performance, the amount of NMP that permeates into the permeate side space increases. As a result, the NMP concentration of the permeate side vapor increases. Therefore, it is difficult to increase the recovery efficiency of NMP while ensuring the necessary dehydration performance. On the other hand, in the present invention, a large amount of water can be separated by the first
(2)次に、運転コストが改善される。単段式の浸透気化膜モジュールでは、浸透気化膜の透過側空間を高い真空度に維持するため、大量の排出蒸気を低い温度(例えば0℃)で冷却する必要がある。そのため、冷凍機などの運転コストが増大する。これに対して本発明では、第1の浸透気化膜モジュール3で大量に発生する蒸気を低い温度で冷却する必要がなく(例えば30〜40℃で十分である)、冷却塔などの運転コストの低い手段を採用できる。第2の浸透気化膜モジュール4で発生する蒸気は冷凍機などで冷却する必要があるが、冷却する蒸気量が限られているため、トータルの運転コストが大幅に低減される。
(2) Next, the operating cost is improved. In a single-stage pervaporation membrane module, it is necessary to cool a large amount of discharged steam at a low temperature (for example, 0 ° C.) in order to maintain the permeate vaporization membrane space on the permeation side at a high degree of vacuum. For this reason, the operating cost of the refrigerator or the like increases. On the other hand, in the present invention, it is not necessary to cool a large amount of steam generated in the first
(3)さらに、排水処理の負担が改善される。単段式の浸透気化膜モジュールでは、透過側蒸気のNMP濃度が高いため(例えば10%程度)、排水処理の負担も大きい。これに対して本発明では、排出される蒸気のNMP濃度が低いため(例えば2%程度)、排水処理の負担が小さい。 (3) Furthermore, the burden of wastewater treatment is improved. In the single-stage pervaporation membrane module, since the NMP concentration of the permeate side vapor is high (for example, about 10%), the burden of wastewater treatment is also large. On the other hand, in the present invention, since the NMP concentration of the discharged steam is low (for example, about 2%), the burden of wastewater treatment is small.
また、後述する比較例で示すように、透過水の全量を貯留槽2に戻す場合、大量の水が貯留槽2に戻されるため、浸透気化膜モジュールでの脱水負荷がサイクル数の増加とともに増加する。本実施形態では透過水に含まれる水の一部が貯留槽2に戻されるが、浸透気化膜モジュールに供給される水の濃度が上昇し、脱水駆動力が増えるため、水の増加による影響が相殺される。
In addition, as shown in a comparative example described later, when the entire amount of permeated water is returned to the
本実施形態では、液相の混合液を浸透気化膜モジュールに供給しているが、従来の蒸気透過法のように蒸気を浸透気化膜モジュールに供給することは下記の理由から好ましくない。すなわち、浸透気化膜モジュールに凝縮水を蒸気相で戻す必要があり、蒸発器が別途必要になる。また、NMP等の高沸点液体有機物と水の混合液は、まず水が蒸発するため、浸透気化膜モジュールに水の蒸気が供給されやすくなる。水と高沸点液体有機物の濃度を浸透気化膜モジュールにとって適切な範囲に制御するため、水の一部を脱水するための設備が新たに必要となる。 In the present embodiment, the liquid phase mixture is supplied to the pervaporation membrane module. However, it is not preferable to supply steam to the pervaporation membrane module as in the conventional vapor permeation method for the following reasons. That is, it is necessary to return the condensed water to the pervaporation membrane module in the vapor phase, and an evaporator is required separately. Further, in the mixed liquid of high boiling point liquid organic material such as NMP and water, water is first evaporated, so that water vapor is easily supplied to the pervaporation membrane module. In order to control the concentration of water and the high-boiling-point liquid organic substance to an appropriate range for the pervaporation membrane module, a facility for dehydrating part of the water is newly required.
本発明の分離システム1では、さらに以下の変形実施形態が可能である。 In the separation system 1 of the present invention, the following modified embodiments are possible.
まず、希薄蒸気放出手段34は、第1の希薄蒸気V1に含まれるNMPの濃度を検出するセンサ55を有していてもよい。上述のように、第1の浸透気化膜モジュール3では大量の水が分離されるため、凝縮液に含まれるNMPの濃度は極めて低い。従って、第1の浸透気化膜31にリークが発生し第1の透過側空間33にNMPが侵入した場合、NMPの濃度は急激に上昇し、センサ55で容易に検知することができる。これによって、分離システム1をただちに停止し、大量のNMPの環境放出を防止することができる。また、上流の浸透気化膜は大量の水を処理するため、下流側の浸透気化膜より劣化しやすい。センサ55でNMPの濃度を監視することで、最も劣化しやすい第1の浸透気化膜31の状態を把握することができる。以上の効果は、第1の浸透気化膜モジュール3と第2の浸透気化膜モジュール4の直列構成を採用したことで得られることに留意されたい。
First, the lean vapor discharge means 34 may have a
さらに、再循環手段44は第2のイオン交換樹脂56を有していてもよい。浸透気化膜モジュールで分離された水には、浸透気化膜の基材7からはく離した無機成分由来、あるいは配管由来の溶解性不純物が混入している。そのため、本実施形態では上述した第1のイオン交換樹脂51に加え、第2のイオン交換樹脂56を有している。イオン交換樹脂のイオン除去効率は処理される液体の水分濃度と正の相関関係があり、水分濃度が高い液体ほどイオンが効率的に除去される。第2の浸透気化膜モジュール4で生成される凝縮水は、貯留槽2と第1の浸透気化膜モジュール3の間を流れる混合液よりも水分含有率が高い場合が多く、このような場合イオンの除去が容易である。このため、貯留槽2に凝縮水を戻す前にイオンを除去することで、システム全体のイオン除去効率を高めることができる。また、第1のイオン交換樹脂51の負荷を軽減し、使用するイオン樹脂の節約や通水可能時間の延長を実現することが可能となる。なお、排水管49を配管58に合流させる場合、第2のイオン交換樹脂56の出口側配管を配管58に接続することが好ましい。
Further, the recirculation means 44 may have a second
(実施例)
実施例では、図3に示す構成の分離システムでNMPの回収効率などを測定した。ゼオライト膜8はA型ゼオライト膜を用いた。イオン交換樹脂はダウケミカル社MR型混床樹脂EG290を用いた。MF膜は膜厚0.1μmのポリエチレンフィルターを用いた。混合液はMF膜52及びイオン交換樹脂51で処理した後、蒸気で120℃まで加熱し(加熱手段53)、第1及び第2の浸透気化膜モジュール3,4に順次供給した。第1の浸透気化膜モジュール3で生成された第1の希薄蒸気V1は冷却水で冷却し(第1の冷却手段38)、排出した。第2の浸透気化膜モジュール4で生成された第2の希薄蒸気V2はブラインで冷却し(第2の冷却手段48)、貯留槽2との合流点に設けたタンク57に戻した。
(Example)
In the examples, NMP recovery efficiency and the like were measured by the separation system having the configuration shown in FIG. As the zeolite membrane 8, an A-type zeolite membrane was used. As the ion exchange resin, Dow Chemical Company MR type mixed bed resin EG290 was used. As the MF membrane, a polyethylene filter having a thickness of 0.1 μm was used. The mixed liquid was treated with the
(比較例)
比較例では、図4に示す構成の分離システムでNMPの回収効率などを測定した。第1及び第2の浸透気化膜モジュール3,4で生成された希薄蒸気は合流させた後、ブラインで冷却し(第2の冷却手段48)、排出した。その他の条件は実施例と同じとした。
(Comparative example)
In the comparative example, NMP recovery efficiency and the like were measured with the separation system having the configuration shown in FIG. The dilute vapors generated in the first and second
実施例の運転データを表2に、比較例の運転データを表3にそれぞれ示す。実施例でのNMPの回収率は99.50%であり、比較例の98%より良好である。実施例では透過液中のNMP量が比較例の1/4に減少しており、従ってNMPの未回収率も1/4に低減した。第1の浸透気化膜モジュール3で生成された第1の希薄蒸気V1を常温の冷却水で冷却したため、実施例の第1の浸透気化膜モジュール3にかかる負圧は6kPaAであった。これに対し、実施例、比較例とも第2の浸透気化膜モジュール4にかかる負圧は1kPaAであった。このため、実施例ではブラインの冷却エネルギも減少した。
Table 2 shows the operation data of the example, and Table 3 shows the operation data of the comparative example. The recovery rate of NMP in the example is 99.50%, which is better than 98% of the comparative example. In the examples, the amount of NMP in the permeate was reduced to ¼ that of the comparative example. Therefore, the unrecovered NMP rate was also reduced to ¼. Since the 1st diluted vapor V1 produced | generated by the 1st
1 液体有機物と水の分離システム
2 貯留槽
3 第1の浸透気化膜モジュール
31 第1の浸透気化膜
32 第1の入口側空間
33 第1の透過側空間
34 希薄蒸気放出手段
35 第1のドレンポット
36 第1の真空ポンプ
4 第2の浸透気化膜モジュール
41 第2の浸透気化膜
42 第2の入口側空間
43 第2の透過側空間
44 再循環手段
45 第2のドレンポット
46 第2の真空ポンプ
5 ケーシング
6 管体
7 基材
8 ゼオライト膜
50 回収手段
51 第1のイオン交換樹脂
52 フィルタ
53 加熱手段
54 冷却手段
55センサ
56 第2のイオン交換樹脂
C1 第1の濃縮液
C2 第2の濃縮液
S 混合液
V1 第1の希薄蒸気
V2 第2の希薄蒸気
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Separation system of liquid organic matter and
Claims (12)
前記第1の浸透気化膜モジュールに供給される前記混合液を貯留する貯留槽と、
前記第1の浸透気化膜モジュールで生成された前記希薄蒸気を外部に放出する希薄蒸気放出手段と、
前記第2の浸透気化膜モジュールで生成された前記希薄蒸気を前記貯留槽または前記貯留槽と前記第1の浸透気化膜モジュールを接続する配管に戻す再循環手段と、
前記第2の浸透気化膜モジュールで生成された前記濃縮液の回収手段と、
を有する液体有機物と水の分離システム。 A plurality of pervaporation membrane modules including a first pervaporation membrane module connected in series and located at the most upstream, and a second pervaporation membrane module located at the most downstream, each pervaporation membrane module Is supplied with a mixed liquid of water and a liquid organic substance having a boiling point higher than water, and the supplied mixed liquid is supplied with a concentrated liquid having a higher concentration of the liquid organic substance than the supplied mixed liquid. Each of the pervaporation membrane modules excluding the second pervaporation membrane module is separated into a dilute vapor having a higher water concentration than the liquid mixture, and the separated liquid is used as the supplied liquid mixture. A plurality of pervaporation membrane modules to be supplied to the next-stage pervaporation membrane module;
A storage tank for storing the mixed liquid supplied to the first pervaporation membrane module;
Lean vapor discharge means for releasing the lean vapor generated by the first pervaporation membrane module to the outside;
Recirculation means for returning the lean vapor generated by the second pervaporation membrane module to the storage tank or a pipe connecting the storage tank and the first pervaporation membrane module;
Means for collecting the concentrate produced by the second pervaporation membrane module;
Liquid organic matter and water separation system.
前記第2の浸透気化膜モジュールは第2の浸透気化膜を備え、前記第2の浸透気化膜は、前記第2の浸透気化膜モジュールの第2の入口側空間を第2の透過側空間から仕切るとともに、前記第2の入口側空間に供給される前記混合液を、前記第2の入口側空間に滞留する第2の濃縮液と、前記第2の透過側空間に透過する第2の希薄蒸気と、に分離し、
前記希薄蒸気放出手段は、前記第1の透過側空間に接続された第1の真空ポンプと、前記第1の希薄蒸気を外部に放出する前に冷却し、凝縮させる冷却手段と、を有し、
前記再循環手段は、前記第2の透過側空間に接続された第2の真空ポンプと、前記第2の希薄蒸気を前記貯留槽または前記配管に戻す前に冷却し、凝縮させる冷却手段と、を有する、請求項1に記載の分離システム。 The first pervaporation membrane module includes a first pervaporation membrane, and the first pervaporation membrane moves the first inlet side space of the first pervaporation membrane module from the first permeation side space. A first dilute solution that partitions and supplies the mixed liquid supplied to the first inlet-side space and permeates the first permeate-side space, and a first dilute liquid that stays in the first inlet-side space. Separated into steam,
The second pervaporation membrane module includes a second pervaporation membrane, and the second pervaporation membrane moves the second inlet side space of the second pervaporation membrane module from the second permeation side space. A second concentrated liquid that partitions and supplies the mixed liquid supplied to the second inlet-side space to the second inlet-side space and a second lean liquid that permeates the second permeate-side space. Separated into steam,
The lean vapor discharge means has a first vacuum pump connected to the first permeation side space, and a cooling means for cooling and condensing the first lean vapor before releasing it to the outside. ,
The recirculation means includes a second vacuum pump connected to the second permeation side space, a cooling means for cooling and condensing the second lean steam before returning to the storage tank or the pipe, The separation system of claim 1, comprising:
各浸透気化膜モジュールで、供給される液体有機物と水の混合液を、前記供給される混合液よりも前記液体有機物の濃度が高い濃縮液と、前記供給される混合液よりも前記水の濃度が高い希薄蒸気と、に分離し、前記第2の浸透気化膜モジュールを除く各浸透気化膜モジュールで、分離された前記濃縮液を前記供給される混合液として、次段の浸透気化膜モジュールに供給する工程と、
前記第1の浸透気化膜モジュールで生成された前記希薄蒸気を外部に放出する工程と、
前記第2の浸透気化膜モジュールで生成された前記希薄蒸気を、前記第1の浸透気化膜モジュールに供給される前記混合液を貯留する貯留槽または前記貯留槽と前記第1の浸透気化膜モジュールを接続する配管に戻す工程と、
前記第2の浸透気化膜モジュールで生成された前記濃縮液を回収する工程と、
を有する分離方法。 Liquid organic matter and water using a plurality of pervaporation membrane modules connected in series and including a first pervaporation membrane module located at the most upstream and a second pervaporation membrane module located at the most downstream A separation method,
In each pervaporation membrane module, a liquid mixture of liquid organic substance and water to be supplied, a concentrated liquid having a higher concentration of the liquid organic substance than the liquid mixture supplied, and a concentration of the water higher than the liquid mixture supplied In each pervaporation membrane module excluding the second pervaporation membrane module, the separated concentrated solution is used as the supplied mixed solution in the next permeation vaporization membrane module. Supplying, and
Releasing the lean vapor generated by the first pervaporation membrane module to the outside;
A storage tank for storing the mixed liquid supplied to the first pervaporation membrane module or the storage tank and the first pervaporation membrane module for the dilute vapor generated by the second pervaporation membrane module Returning the pipe to the connecting pipe,
Recovering the concentrate produced by the second pervaporation membrane module;
A separation method.
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