JP2021181048A - 膜式消毒用エタノール製造システム - Google Patents
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- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
- Heat Treatment Of Water, Waste Water Or Sewage (AREA)
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Abstract
Description
ここで、分離膜の一次側に供給する低濃度エタノール原料は、固体残渣成分を除去した120から200℃の範囲の蒸気状態にて供給することが望ましい。120℃未満だと十分なエタノール濃縮効果が得られず、また200℃より高温だと必要以上にエタノールを濃縮したり、装置を構成する部品が耐熱仕様となり、装置コストが増大する。分離膜の一次側の操作圧力は、原料エタノール水の所定の運転温度における蒸気圧を越えない範囲で、出来るだけ高圧で運転することが望ましい。蒸気圧が1M Paを超える場合は、安全性の観点から1M Pa以下の範囲で運転することが望ましい。
エタノール濃度計15にて製造されるエタノール濃度を確認し、所定のエタノール濃度(70から83vol%)よりもエタノール濃度が小さい場合は膜運転温度を上昇させ、所定のエタノール濃度(70から83vol%)よりもエタノール濃度が大きい場合は膜運転温度を低下させる。
本発明の製造システムを、図1にフローシートを示すシステムにより、低濃度エタノール(エタノール濃度5から40vol%)を新型コロナウィルス抑制に有効な消毒用エタノール(エタノール濃度70から83vol%)に転換するプロセス解析を実施した。分離膜としては、ビストリエトキシシリルエタン(B T E S E)を重合して得られるナノ粒子を製膜して得られる-Si-C2H4-Si-結合を有するシリカ系無機有機ハイブリッド分離膜(オルガノシリカ膜)を想定し、水透過度8×10−6[mol/(m2・s・Pa)]、エタノール透過度2×10−8[mol/(m2・s・Pa)]、水とエタノールの透過度比400の性能を仮定して、長さ80cm、直径12mmの管状の膜エレメント31本を束ねた膜モジュール1基(有効膜面積0.935m2)を、温度120から200℃の範囲、膜透過側圧力常圧の範囲で運転するプロセス解析を行った。エタノール製造条件としては、原料としてエタノール10vol%の低濃度エタノール水を流量50kg/hにて供給し、エタノール濃度70から83vol%の消毒用エタノールを製造するプロセスシミュレーションを実施した。尚、膜モジュールの分離膜における一次側作動圧力は、エタノール組成に応じた蒸気圧にて解析を行った。
実施例1の試験において、原料流量を100kg/hにスケールアップして解析を行った。
実施例1の試験において、原料流量を150kg/hにスケールアップして解析を行った。
実施例1の試験において、原料流量を400kg/hにスケールアップして解析を行った。
比較のため、実施例1の試験において、膜温度100℃の条件で解析を行った。
比較のため、実施例1の試験において、膜温度110℃の条件で解析を行った。
比較のため、実施例4の試験において、膜温度210℃の条件で解析を行った。
実施した試験1から4において、本発明のシステムにおいて原料流量に応じて膜温度を120から200℃の範囲で調整することで、所定のエタノール濃度(エタノール濃度70から83vol%)の消毒用エタノールが、高エタノール回収率(90%以上)で製造できることを確認した。一方で、比較例1、2においては、所定のエタノール濃度までエタノールを濃縮することが困難であった。また比較例3では所定の消毒用エタノール濃度(70から83vol%)以上に濃縮され、エタノール回収率は90%以下に低下した。比較例3は燃料用などの無水エタノールを製造する際には有用と思われるが、消毒用エタノールとしてはオーバースペックとなった。
以上から、本発明の消毒用エタノールの実施形態の有用性が確認された。
2 送液ポンプ
3 処理液(低濃度エタノール(エタノール濃度5から40vol%))
4 一次加熱熱交換器
5 二次加熱熱交換器
6 蒸発器
7 残渣受槽
8 粉末残渣
9 低濃度エタノール蒸気(温度120から200℃の範囲)
10 膜モジュール
11 分離膜
12 水分を主成分とする膜透過蒸気
13 エタノール濃縮蒸気(エタノール濃度70から83vol%)
14 エタノール濃縮液(液体)
15 エタノール濃度計
16 製品タンク
17 排液(液体)
Claims (2)
- 処理液(低濃度エタノール(エタノール濃度5から40vol%))を一次加熱する熱交換器と、二次加熱する熱交換器と、三次加熱する蒸発器と、膜モジュールに搭載した分離膜と、エタノール濃度計と、を備え、処理液は前記蒸気発生器にて120から200℃の範囲に加熱、加圧され、固体残渣成分を除去した蒸気状態にて前記分離膜の一次側に供給され、前記分離膜の二次側(膜透過側)は常圧状態で、処理蒸気の水分が蒸気として優先的に前記分離膜を透過することで処理蒸気のエタノール濃度を高め、蒸気として膜透過した成分の熱エネルギーを前記処理液を一次加熱する熱交換器にて回収し、膜モジュールの保持側(非透過側)から排出されるエタノール濃縮蒸気の熱エネルギーを前記処理液を二次加熱する熱交換器にて回収することを特徴とする、膜分離による消毒用エタノール(エタノール濃度70から83vol%)製造システム。
- 前期分離膜の分離層が-Si-C2H4-Si-結合を有するシリカ系無機有機ハイブリッドの蒸気分離膜であることを特徴とする、請求項1記載の消毒用エタノール製造システム。
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