JP2743346B2 - 水−有機物溶液の脱水法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、概略、水および有機
物を含む溶液を気化させて生成した『有機物蒸気と水蒸
気とを含む蒸気混合物』を、特定のガス透過性能を有す
る芳香族ポリイミド製気体分離膜が内蔵されている分離
膜モジュールへ供給し、そして、その分離膜モジュール
内の前記分離膜の透過側を減圧状態とすると共にその透
過側に不活性な乾燥ガスまたは分離膜モジュールの未透
過蒸気の一部をキャリヤーガスとして流通させながら、
前記分離膜の供給側から透過側へ水蒸気を選択的に透過
させて前記蒸気混合物から水蒸気を除去しこれにより水
蒸気含有量が減少した有機物蒸気を得ることによって水
−有機物を含む溶液を脱水する方法に係わる。

【０００２】

【従来技術の説明】従来、有機物水溶液などの脱水方法
としては、蒸留法が一般的に採用されており、通常の蒸
留では分離不能な共沸混合物や沸点の接近している有機
物混合液の場合には、共沸蒸留法や抽出蒸留法などが用
いられていた。

【０００３】例えば、バイオマスからのエタノール製造
では、バイオマスから製造されるエタノール濃度が１０
重量％以下であるので、まず、蒸留法により第一の蒸留
塔で共沸組成である９５．６重量％まで濃縮し、次い
で、この共沸濃縮液中の水と共沸混合物を構成すると共
に、エタノールよりも低い沸点を有するベンゼンなどの
第三成分（エントレーナー）を該共沸濃縮物に添加し、
第二の蒸留塔で共沸蒸留を行い、高純度エタノールを製
造している。しかし、前述の高純度エタノールの製法で
は、第二の蒸留塔で、水−エタノール共沸組成物から少
量の水を除去するのに多量のエネルギーを必要とし、し
かも、水とベンゼンとの分離操作が必要であるという欠
点がある。

【０００４】最近、蒸留法の欠点を改良した省エネルギ
ータイプの有機物水溶液の脱水法として、気体分離膜を
使用するパーベーパレイション法が提案されているが、
この方法では、気体分離膜の一方（供給側）に有機物水
溶液を液状のまま供給して、他方（透過側）を減圧に保
つか、又は、キャリヤーガスを供給するかして、水分を
水蒸気として選択的に透過させて、有機物水溶液から水
分を水蒸気として除去するものである。しかし、パーベ
ーパレイション法は、気体分離膜が直接に有機物水溶液
と接触するので、該分離膜が膨潤して、選択透過性が低
下したり、該分離膜自体が長期間の耐久性を失ったりす
るという欠点があった。

【０００５】また、他の脱水法としては、特開昭６０−
９９３１４号公報に記載されているように、ポリアミド
製、セルロース製、酢酸セルロース製などの気体分離膜
を使用して、該分離膜の一方（供給側）に、有機物水溶
液を気化させた有機物蒸気と水蒸気とを含む蒸気混合物
を供給して、他方（透過側）を高い減圧状態に保つか、
又は、不活性な乾燥ガスをキャリヤーガスとして供給す
るかして、水蒸気を選択的に透過させて、脱水する気相
脱水法が提案されている。

【０００６】しかし、前記の高分子材料製の分離膜を用
いる方法では、有機物蒸気と水蒸気とを含む蒸気混合物
から脱水するためには、該有機物水溶液の沸点よりも高
い温度で操作する必要があり、この方法で使用される気
体分離膜としては高い耐熱性と耐有機溶剤性とが要求さ
れるのに対して、公知のポリアミド製、セルロース製、
酢酸セルロース製などの気体分離膜は、耐熱性と耐有機
溶剤性とが不充分であり、特に長期間の連続使用におけ
る分離透過性能の安定性に欠けるという欠点があり、さ
らに、水蒸気透過速度および有機物蒸気に対する水蒸気
の選択透過性においても充分ではなかった。

【０００７】さらに、他の脱水法としては、特開昭６３
−２６７４１５号公報に記載されているように、有機物
を含む水溶液を気化させて有機物蒸気と水蒸気とを含む
気体混合物を生成させ、次いでこの気体混合物を７０℃
以上の温度にて芳香族ポリイミド製気体分離膜の一方の
側に接触させた状態で水蒸気を選択的に透過除去し、こ
れにより水蒸気含有量が減少した有機物上記含有気体混
合物を得ることからなる有機物水溶液の脱水濃縮方法が
提案されており、その場合に、分離膜の透過側（二次
側）を高いレベルの減圧に保持して気体混合物から水蒸
気を選択的に透過・除去する方法が実施例などとして記
載されており、そして、二次側を減圧に保つ代わりに、
乾燥状態の気体を二次側表面に沿ってキャリヤーガスと
して流通させることのみにより、水蒸気を選択的に透過
・除去する方法が実施例などとして記載されている。

【０００８】前記の公知の脱水方法におけるように、気
体分離膜の透過側を減圧とするか、或いは、透過側に乾
燥ガスのキャリヤーガスを流通させて、蒸気脱水を行う
方法では、いずれも、気体分離膜の単位面積当たりの水
蒸気の透過量が必ずしも充分に高くできない（分離膜モ
ジュールが大型化してしまう）と共に、気体分離膜の未
透過側における未透過蒸気が到達する乾燥度（水分の除
去率）が容易に充分に高くならないという問題があり、
そして、高い減圧下に脱水を行うために、大容量の真空
ポンプが必要になったり、真空ポンプ駆動のためのエネ
ルギー消費量が大きくなったりし、一方、常圧下にキャ
リヤーガスのみで充分な脱水を行うためには、コストの
高い乾燥ガスを多量にキャリヤーガスとして使用する必
要があったりするという問題があった。

【０００９】

【本発明が解決しようとする問題点】この発明は、前述
の公知の蒸気脱水法における種々の問題を一挙に解決す
ることができ、高いレベルの乾燥度（極めて低い水分含
有率）である乾燥有機物蒸気を、比較的少ない膜面積で
ある小型の気体分離膜モジュールを使用して、効率的
（気体分離膜の単位面積当たりの水蒸気透過量を大きく
すること）にまた容易に得ることができる水−有機物蒸
気の脱水法を提供することを目的としている。

【００１０】

【問題を解決するための手段】この発明は、水および有
機物を含む溶液を気化させて有機物蒸気と水蒸気とを含
む蒸気混合物を生成させ、次いで、 ａ）水蒸気透過速度（Ｐｈ₂Ｏ）が１×１０^-5ｃｍ³／ｃ
ｍ²・ｓｅｃ・ｃｍＨｇ以上（好ましくは５×１０^-1〜
１×１０^-4ｃｍ³／ｃｍ²・ｓｅｃ・ｃｍＨｇ程度、さら
に好ましくは０．１〜０．５×１０^-3ｃｍ³／ｃｍ²・ｓ
ｅｃ・ｃｍＨｇ程度）であり、 ｂ）水蒸気透過速度（Ｐｈ₂Ｏ）と有機物蒸気透過速度
（ＰＯｒｇ.）との透過速度比（Ｐｈ₂Ｏ／ＰＯｒｇ.）
が１００以上である芳香族ポリイミド製分離膜を内蔵す
る分離膜モジュールへ、前記の蒸気混合物を７０℃以上
（好ましくは８０〜２００℃程度）の温度で供給して、
さらに、前記分離膜モジュールにおいて、前記蒸気混合
物を前記分離膜の供給側と接触させ、一方、該分離膜の
透過側を５０〜５００ｍｍＨｇの減圧状態（好ましくは
６０〜２００ｍｍＨｇ程度の減圧状態）とすると共に、
不活性な乾燥ガス又は分離膜モジュールから排出される
未透過蒸気の一部をキャリヤーガスとして流通させなが
ら、該分離膜の供給側から透過側へ水蒸気を選択的に透
過させて該蒸気混合物から水蒸気を除去し、これにより
水蒸気含有量が減少した有機物蒸気を得ることを特徴と
する水−有機物を含む溶液の脱水法に関する。

【００１１】この発明の脱水法に使用することができる
装置の概略を示すフロー図を、図１に示す。以下、この
発明について、図１のフロー図を参照しながら詳しく説
明する。図１において、１は水−有機物溶液タンク（原
料タンク）、２はポンプ１０経由で供給された前記溶液
を蒸発させて有機物蒸気と水蒸気とを含む蒸気混合物を
発生させるための蒸発器、３はその蒸発器で発生した有
機物蒸気と水蒸気とを含む蒸気混合物をスーパーヒート
（過熱）するためのヒーター、４は前記蒸気混合物から
水蒸気を除去するための分離膜モジュール、５は分離膜
モジュールから排出される透過蒸気（水蒸気を主成分と
する蒸気）を含有するキャリヤーガスをクーラー６で冷
却して凝縮して得られた透過蒸気の凝縮液タンク、７
は、分離膜モジュールの透過側を減圧にするためのエゼ
クター型減圧ポンプ、８は分離膜モジュールから排出さ
れる未透過蒸気（乾燥された有機物蒸気）を凝縮させる
ためのクーラー、９は未透過蒸気を冷却して凝縮して得
られた乾燥有機物の製品タンク、そして、１１は分離膜
モジュールへ供給するための乾燥ガスからなるキャリヤ
ーガスを加熱するためのヒーターを示す。

【００１２】この発明の脱水方法に適用される有機物
は、沸点が２００℃以下、特に１５０℃以下のものであ
り、さらに好ましくは常温（２５℃）で液体である有機
物であることが適当である。そのような有機物として
は、エタノール、ｎ−プロパノール、イソプロパノー
ル、ｎ−ブタノール、ｓｅｃ−ブタノール、ｔｅｒｔ−
ブタノール、エチレングリコールなどの炭素数２〜５の
脂肪族アルコール、シクロヘキサノールなどの脂環式ア
ルコール、ベンジルアルコールなどの芳香族アルコー
ル、ギ酸、酢酸、プロピオン酸などの有機カルボン酸、
酢酸ブチル、酢酸エチルなどの有機酸エステル類、アセ
トン、メチルエチルケトンなどのアルキルケトン類、テ
トラヒドロフラン、ジオキサンなどの環状エーテル類、
及び、ジブチルアミン、アニリンなどの有機アミン類を
挙げることができる。

【００１３】この発明では、前記の水と有機物とを含有
する溶液は、脂肪族アルコールなどの有機物と水との溶
液が好適であり、特に、エタノール又はイソプロパノー
ル、或いは、アルキルケトン類からなる有機物と、水と
を含有する溶液を使用することが好ましい。この発明に
おいては、前記の水と有機物とを含有する溶液は、有機
物の濃度が特に限定されるものではないが、有機物の濃
度が５０重量％以上、特に８０重量％以上であり、そし
て、残部のすべてが水である溶液が最適である。

【００１４】この発明の脱水法においては、図１に示す
ようなヒーター１２を底部に有する蒸発器２を使用して
有機物蒸気と水蒸気とを含む蒸気混合物を生成させ、必
要であれば、その蒸気混合物をスーパーヒートするため
に（有機物蒸気および水蒸気がいずれも凝縮しないよう
な温度にまでスーパーヒートするために）ヒーター３で
充分に加熱して、次いで、水蒸気透過速度（Ｐｈ₂Ｏ）
が１×１０^-5ｃｍ³／ｃｍ²・ｓｅｃ・ｃｍＨｇ以上であ
り、水蒸気透過速度と有機物蒸気透過速度との比（Ｐｈ
₂Ｏ／ＰＯｒｇ.）が１００以上であって、耐熱性および
耐有機溶剤性を有する芳香族ポリイミド製の気体分離膜
（平膜又は中空糸膜）を内蔵する分離膜モジュール４
へ、前記蒸気混合物を７０℃以上の高温度で供給するこ
とが好ましい。

【００１５】この発明の脱水法においては、前記蒸気混
合物を分離膜モジュール４へ供給して、さらに、前記分
離膜モジュール４において、前記蒸気混合物を前記分離
膜の供給側と接触させ、一方、該分離膜の透過側をエゼ
クター７等で充分なレベルの減圧状態とすると共に、不
活性な乾燥ガス（窒素ガスなどのキャリヤーガス）を必
要であればヒーター１１で加熱して分離膜モジュール４
へ供給するか、または、分離膜モジュールの未透過蒸気
の排出口（ｄ）から出てくる『乾燥有機物の未透過蒸
気』の一部を、コントロールバルブ２２付きのキャリヤ
ーガス導入ライン２１経由で、分離膜モジュール４へキ
ャリヤーガスとして供給するかして、気体分離膜の透過
側にキャリヤーガスを流通させながら、該分離膜の供給
側から透過側へ水蒸気を選択的に透過させて該蒸気混合
物から水蒸気を実質的に除去し、これにより水蒸気含有
量が著しく減少した有機物蒸気（乾燥有機物の未透過蒸
気）を得ることができるのである。

【００１６】この発明では、分離膜モジュールにおける
脱水操作において、分離膜モジュール内に特定の分離性
能の芳香族ポリイミド製の気体分離膜（特に中空糸膜）
が内蔵されていること、そして、この気体分離膜の透過
側を、充分なレベルの減圧状態（５０〜５００ｍｍＨ
ｇ、好ましくは８０〜２００ｍｍＨｇ程度の減圧状態）
とすると共に、不活性な乾燥ガス〔水分の含有率が１容
量％以下、特に０．５容量％以下である新しい乾燥ガス
（窒素ガスなど）〕をキャリヤーガスとして気体分離膜
の透過側に流通させるか、又は、分離膜モジュールから
排出される未透過蒸気の一部をキャリヤーガスとして気
体分離膜の透過側に流通させて循環使用することに、主
な特徴がある。

【００１７】この発明では、図２に示すように、未透過
蒸気の一部をキャリヤーガスとして気体分離膜の透過側
に供給する場合には、クーラー６によって有機物蒸気を
凝縮させることによって、気体分離膜の透過側を十分な
減圧状態に維持することができ、エゼクター、減圧ポン
プなどの減圧器の稼働をかなり少なくすることができる
ので、好適である。

【００１８】この発明において、前記の乾燥ガスからな
るキャリヤーガスの流通量は、特に限定されるものでは
ないが、分離膜モジュールへ供給される『水及び有機物
を含有する蒸気混合物』の供給量に対して５〜５０容量
％、特に１０〜４０容量％程度の割合であることが好ま
しい。

【００１９】この発明では、さらに、前述のようにして
得られた有機物蒸気は、クーラー８などで冷却し凝縮さ
せて、乾燥された有機物蒸気の凝縮液となし、その凝縮
液を製品タンク９に回収することが好ましい。一方、前
述の分離膜モジュール４において、気体分離膜を透過し
た水蒸気を主成分とする透過蒸気は、クーラー６で冷却
されて透過蒸気（水分を主成分とする蒸気）の凝縮液タ
ンク５に回収されて、さらに、必要であれば、外部へ排
出されるのである。

【００２０】前記の芳香族ポリイミド製の気体分離膜と
しては、芳香族テトラカルボン酸又はその酸二無水物か
らなる酸成分と、芳香族ジアミン成分とを重合して得ら
れた芳香族ポリアミック酸又は芳香族ポリイミドの溶液
を使用して、凝固液による湿式製膜法などで形成された
非対称性構造を有する気体分離膜（極めて薄い緻密膜層
と比較的厚い多孔質層とから一体に形成されている気体
分離膜）、或いは、種々の材質の多孔質膜の表面に芳香
族ポリアミド酸又は芳香族ポリイミド溶液を塗布して芳
香族ポリイミドに薄い緻密膜層が形成されている複合分
離膜であって、前述のように、高い『水蒸気透過速度』
と、高い『水蒸気と有機物蒸気との透過速度比』とから
なる気体分離性能を有するものであればよい。

【００２１】前記の芳香族テトラカルボン酸成分として
は、３，３’，４，４’−ベンゾフェノンテトラカルボ
ン酸、２，３，３’，４’−ベンゾフェノンテトラカル
ボン酸、３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボ
ン酸、２，３，３’，４’−ビフェニルテトラカルボン
酸、ピロメリット酸、および、それらの芳香族テトラカ
ルボン酸の酸二無水物、エステル化物などから誘導され
る芳香族テトラカルボン酸類を挙げることができる。こ
の発明では、前述の芳香族テトラカルボン酸類の内で、
３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無
水物で代表されるビフェニルテトラカルボン酸から誘導
される酸骨格を有する芳香族ポリイミド製の気体分離膜
（特に非対称性分離膜、さらに、非対称性中空糸分離
膜）が最適である。

【００２２】前記の芳香族ジアミン成分としては、ｐ−
フェニレンジアミン、ｍ−フェニレンジアミン、２，４
−ジアミノトルエン、３，５−ジアミノ安息香酸、３，
４’−ジアミノジフェニルエーテル、４，４’−ジミア
ノジフェニルエーテル、４，４’−ジミアノジフェニル
メタン、ｏ−トリジン、１，４−ビス（４−アミノフェ
ノキシ）ベンゼン、ｏ−トリジンスルホン、ビス（４−
アミノフェノキシ−フェニル）メタン、および、ビス
（４−アミノフェノキシ−フェニル）スルホンなどを挙
げることができる。この発明では、特に、芳香族ジアミ
ン骨格としては、３，４’−ジアミノジフェニルエーテ
ル、４，４’−ジミアノジフェニルエーテル、および、
ジアミノジフェニルメタンからなる群から選ばれた少な
くとも一種の芳香族ジアミン化合物を用いて得られた芳
香族ポリイミド製の気体分離膜を用いた場合に、前述の
水蒸気透過速度、および、水蒸気とエタノール蒸気との
透過速度比（選択透過性）が優れているので好ましい。

【００２３】前記の芳香族ポリイミド製の気体分離膜を
製造する方法としては、例えば、前述の芳香族ジアミン
からなる芳香族ジアミン成分と、前述のビフェニルテト
ラカルボン酸成分とを略等モル、フェノール系溶媒中
で、約１４０℃以上の温度で一段で重合及びイミド化し
て芳香族ポリイミドを生成し、その芳香族ポリイミド溶
液（濃度：約３〜３０重量％）をドープ液として使用し
て、約５〜６０℃の温度の基材上に塗布又は流延する
か、或いは中空糸状に押し出して、該ドープ液の薄膜
（平膜状又は中空糸膜状）を形成し、次いで、その薄膜
を凝固液に浸漬して凝固膜を形成し、その凝固膜から溶
媒、凝固液などを洗浄して除去し、最後に熱処理して芳
香族ポリイミド製の非対称性分離膜（平膜又は中空糸
膜）を形成する製膜法を挙げることができる。

【００２４】芳香族ポリイミド製の気体分離膜は、膜厚
が約１０〜２００μｍ、特に２０〜１５０μｍ程度であ
り、外径が５０〜２０００μｍ、特に１００〜１０００
μｍ程度である非対称性中空糸膜であることが好まし
い。この発明の脱水法で使用される分離膜モジュール
は、前記の中空糸膜の糸束を形成しその両端部を熱硬化
性樹脂（樹脂板）１３で固着し結束しさらに裁断して各
中空糸の両端が開口した糸束エレメントを製造し、その
糸束エレメントを、図１に示すような分離膜モジュール
用の容器〔蒸気混合物の供給口（ａ）、キャリヤーガス
の供給口（ｂ）、透過蒸気（水蒸気）の排出口（ｃ）お
よび未透過蒸気（有機物蒸気）の排出口（ｄ）を有する
容器〕に密封して収納した分離膜モジュールであること
が好ましく、その場合に、分離膜モジュールは、その各
サイズが特に限定されないが、前述の気体分離膜の有効
膜面積が１〜１０００ｍ^２、特に５〜５００ｍ^２程度で
あることが好ましい。

【００２５】

【実施例】以下、この発明の実施例を示す。 参考例１〜３ ３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無
水物１００モル％のテトラカルボン酸成分と、４，４’
−ジアミノジフェニルエーテル４０モル％、および、
１，４−ビス（４−アミノフェノキシ）ベンゼン６０モ
ル％からなるジアミン成分とを重合して得られた芳香族
ポリイミド溶液を用いて製膜した芳香族ポリイミド製の
気体分離中空糸膜（非対称性中空糸膜、膜厚：８８μ
ｍ、及び、外径：４７９μｍ、内径：３０３μｍ）を準
備した。前記の非対称性分離膜は、水蒸気の透過速度
（３０℃）が１．０×１０^−３ｃｍ^３／ｃｍ^２・ｓｅｃ
・ｃｍＨｇであって、そして、水蒸気とエタノール蒸気
との透過速度比（ＰＨ_２Ｏ／ＰＥｔＯＨ）が約２２２で
あり、水蒸気とイソプロパノール蒸気との透過速度比
（ＰＨ_２Ｏ／Ｐｉｓ−ＰｒｏＯＨ）が約２４００であ
り、さらに、水蒸気とアセトン蒸気との透過速度比（Ｐ
Ｈ_２Ｏ／ＰＡｃｅｔｏｎｅ）が約４３５００であった。

【００２６】前記の非対称性中空糸膜を使用して中空糸
束を作成し、その両端を硬化性樹脂で硬化・結束して、
裁断して各中空糸の両端が開口した糸束エレメント（長
さ：１．５ｍ）を作成し、図１に示すような形状の分離
膜モジュール用の容器（蒸気混合物の供給口、キャリヤ
ーガスの供給口、透過蒸気の排出口及び未透過蒸気の排
出口を有する）へ収納して、分離膜モジュールＡ（有効
面積：３８ｍ^２）、分離膜モジュールＢ（有効面積：２
９ｍ^２）及び分離膜モジュールＣ（有効面積：３０
ｍ^２）を製造した。

【００２７】実施例１−ａ 図１に示すようなフローの脱水装置に、エタノール８５
重量％及び水１５重量％を含有する溶液を、水−有機物
溶液タンク１から、ポンプ１０経由で、蒸発器２へ供給
して、ヒーター１２で加熱して前記溶液を気化させて、
蒸気混合物を生成し、さらに、その蒸気混合物をヒータ
ー３で１２０℃にスーパーヒートして、蒸気混合物の供
給口（ａ）から分離膜モジュール（Ａ）４へ供給して、
蒸気混合物をその非対称性中空糸膜と中空部内で接触さ
せて、気体分離膜による脱水操作を行った。

【００２８】その分離膜モジュールにおける脱水操作に
おいては、蒸気混合物を非対称性中空糸膜と中空部内で
接触させながら、一方、乾燥窒素ガス（キャリヤーガ
ス）をヒーター１１で１２０℃に加熱し、供給口（ｂ）
から分離膜モジュールへ供給してその非対称性中空糸膜
の外側（中空糸の周辺部、透過側）に流通させると共
に、エゼクター（減圧器）７によって非対称性中空糸膜
の透過側を１００ｍｍＨｇに減圧して、蒸気混合物中の
水蒸気を選択的に膜透過させて除去することによって蒸
気混合物の脱水操作を行った。

【００２９】分離膜モジュールの透過蒸気の排出口
（ｃ）から排出される透過蒸気は、クーラー６で冷却し
水蒸気成分などを凝縮させ、透過蒸気の凝縮液タンクに
溜めて、窒素ガスは外部に排出する。又、分離膜モジュ
ールの未透過蒸気（乾燥された有機物蒸気）の排出口
（ｄ）から排出される未透過蒸気は、クーラー８で冷却
されて凝縮させて、未透過蒸気の凝縮液を得て、製品タ
ンク９に回収した。その脱水操作の結果を、第１表に示
す。

【００３０】実施例１−ｂ 図２に示すようなフローの脱水装置を使用し、分離膜モ
ジュール４の未透過蒸気の排出口（ｄ）から排出する未
透過蒸気の一部をキャリヤーガスの供給口（ｂ）から供
給して分離膜モジュールの非対称性中空糸膜の透過側
（外側）に流通させたほかは、実施例１ーａと同様にし
て脱水操作を実施した。その脱水操作の結果を、第１表
に示す。

【００３１】比較例１−ａ 分離膜モジュールの非対称性中空糸膜の透過側（外側）
を減圧とせず常圧としたほかは、実施例１−ａと同様に
して脱水操作を実施した。その脱水操作の結果を、第１
表に示す。

【００３２】比較例１−ｂ キャリヤーガスを全く供給せず、非対称性中空糸膜の透
過側を１０ｍｍＨｇまで減圧したほかは、実施例１−ａ
と同様にして脱水操作を行った。その脱水操作の結果な
どを、第１表に示す。

【００３３】比較例１−ｃ キャリヤーガスを全く供給せず、膜面積が約１１０ｍ^２
程度である非対称性中空糸膜が内蔵されている分離膜モ
ジュールを使用し、非対称性中空糸膜の透過側を１０ｍ
ｍＨｇまで減圧したほかは、比較例１−ｂと同様にして
の脱水操作に行った結果、未透過蒸気の凝縮液（製品）
として、含水率が０．０１１重量％にまで乾燥されてい
るエタノール液が得られたが、その際に、エタノール液
の回収量は２１．６８ｋｇ／ｈに低下し、そして、その
エタノールの回収率は８７．３３％に低下した。

【００３４】

【表１】

【００３５】実施例２−ａ 膜面積が２９ｍ^２である非対称性中空糸膜を内蔵する分
離膜モジュール（Ｂ）を使用し、水−有機物溶液として
イソプロパノール（ＩＰＡ）８５重量％及び水１５重量
％からなる溶液を使用したほかは、実施例１−ａと同様
にして脱水操作を行った。その脱水操作の結果などを、
第２表にそれぞれ示す。

【００３６】実施例２−ｂ 図２に示すようなフローの脱水装置を使用し、分離膜モ
ジュール４の未透過蒸気の排出口（ｄ）から排出する未
透過蒸気の一部をキャリヤーガスの供給口（ｂ）から供
給して分離膜モジュールの非対称性中空糸膜の透過側
（外側）に流通させたほかは、実施例２−ａと同様にし
て脱水操作を実施した。その脱水操作の結果などを、第
２表に示す。

【００３７】比較例２−ａ 分離膜モジュールの非対称性中空糸膜の透過側（外側）
を減圧とせず常圧としたほかは、実施例２−ａと同様に
して脱水操作を実施した。その脱水操作の結果などを、
第２表に示す。

【００３８】比較例２−ｂ キャリヤーガスを全く供給せず、非対称性中空糸膜の透
過側を１０ｍｍＨｇまで減圧したほかは、実施例２−ａ
と同様にして脱水操作を行った。その脱水操作の結果な
どを、第２表に示す。

【００３９】比較例２−ｃ キャリヤーガスを全く供給せず、膜面積が約３００ｍ^２
程度である非対称性中空糸膜が内蔵されている分離膜モ
ジュールを使用し、非対称性中空糸膜の透過側を１０ｍ
ｍＨｇまで減圧したほかは、実施例２−ａと同様にして
の脱水操作に行った結果、未透過蒸気の凝縮液（製品）
として、含水率が０．０１１重量％にまで乾燥されてい
るイソプロパノール液が得られたが、その際に、イソプ
ロパノール（ＩＰＡ）液の回収量は４８．９０ｋｇ／ｈ
に低下し、そして、ＩＰＦの回収率は９５．８８％にま
で低下した。

【００４０】

【表２】

【００４１】実施例３−ａ 膜面積が３０ｍ^２である非対称性中空糸膜を内蔵する分
離膜モジュール（Ｃ）を使用し、水−有機物溶液として
アセトン８５重量％及び水１５重量％からなる溶液を使
用したほかは、実施例１と同様にして脱水操作を行っ
た。その脱水操作の結果などを、第３表に示す。

【００４２】実施例３−ｂ 図２に示すようなフローの脱水装置を使用し、分離膜モ
ジュール４の未透過蒸気の排出口（ｄ）から排出する未
透過蒸気の一部をキャリヤーガスの供給口（ｂ）から供
給して分離膜モジュールの非対称性中空糸膜の透過側
（外側）に流通させたほかは、実施例３−ａと同様にし
て脱水操作を実施した。前述の脱水操作の結果などを、
第３表に示す。

【００４３】比較例３−ａ 分離膜モジュールの非対称性中空糸膜の透過側（外側）
を減圧とせず常圧としたほかは、実施例２−ａと同様に
して脱水操作を実施した。前述の脱水操作の結果を、第
３表に示す。

【００４４】比較例３−ｂ キャリヤーガスを全く供給せず、非対称性中空糸膜の透
過側を１０ｍｍＨｇまで減圧したほかは、実施例３−ａ
と同様にして脱水操作を行った。その脱水操作の結果な
どを、第３表に示す。

【００４５】

【表３】

【００４６】

【本発明の作用効果】この発明は、水及び有機物を含む
溶液を気化させて生成した『有機物蒸気と水蒸気とを含
む蒸気混合物』を、特定のガス透過性能を有する芳香族
ポリイミド製の気体分離膜が内蔵されている分離膜モジ
ュールへ供給し、そして、その分離膜モジュール内の前
記分離膜の透過側を減圧状態とすると共にその透過側に
不活性な乾燥ガス又は分離膜モジュールから排出される
未透過蒸気の一部をキャリヤーガスとして流通させなが
ら、前記分離膜の供給側から透過側へ水蒸気を選択的に
透過させて前記蒸気混合物から水蒸気を除去し、これに
より水蒸気含有量が極めて高いレベルにまで減少した乾
燥された有機物蒸気を効率的に得ることができる「水−
有機物を含む溶液を脱水する方法」に係わる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の脱水法に使用する脱水装置の一例の
フロー概図である。

【図２】この発明の脱水法に使用する脱水装置の他の例
のフロー概図である。

【符号の説明】 １：水−有機物溶液タンク ２：蒸発器 ３：ヒーター ４：分離膜モジュール ５：透過蒸気の凝縮液タンク ６：クーラー ７：エゼクター ８：クーラー ９：製品タンク １０：ポンプ １１：キャリヤーガス用ヒーター ２１：未透過蒸気のキャリヤーガス導入ライン ２２：コントロールバルブ

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】水および有機物を含む溶液を気化させて有
   機物蒸気と水蒸気とを含む蒸気混合物を生成させ、次い
   で、 水蒸気透過速度（Ｐｈ₂Ｏ）が１×１０^-5ｃｍ³／ｃｍ²
   ・ｓｅｃ・ｃｍＨｇ以上であり、水蒸気透過速度と有機
   物蒸気透過速度との比（Ｐｈ₂Ｏ／ＰＯｒｇ.）が１００
   以上である芳香族ポリイミド製分離膜を内蔵する分離膜
   モジュールへ、前記蒸気混合物を７０℃以上の温度で供
   給して、さらに、 前記分離膜モジュールにおいて、前記蒸気混合物を前記
   分離膜の供給側と接触させ、一方、該分離膜の透過側を
   ５０〜５００ｍｍＨｇの減圧状態とすると共に、不活性
   な乾燥ガス又は分離膜モジュールから排出される未透過
   蒸気の一部をキャリヤーガスとして流通させながら、該
   分離膜の供給側から透過側へ水蒸気を選択的に透過させ
   て該蒸気混合物から水蒸気を除去し、これにより水蒸気
   含有量が減少した有機物蒸気を得ることを特徴とする水
   −有機物を含む溶液の脱水法。