JP2765032B2 - 揮発性有機液体水溶液の濃縮液の製造方法 - Google Patents
揮発性有機液体水溶液の濃縮液の製造方法Info
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- JP2765032B2 JP2765032B2 JP1092976A JP9297689A JP2765032B2 JP 2765032 B2 JP2765032 B2 JP 2765032B2 JP 1092976 A JP1092976 A JP 1092976A JP 9297689 A JP9297689 A JP 9297689A JP 2765032 B2 JP2765032 B2 JP 2765032B2
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本願発明はキャリアガスを膜の２次側蒸気の捕集に使
用する揮発性有機液体優先透過型浸透気化膜および水優
先透過型蒸気透過膜とを利用して、比較的低濃度の揮発
性有機液体水溶液から揮発性有機液体濃縮液を製造する
新規な方法に関するものであり、アルコール発酵液から
のアルコールの濃縮・分離、特に連続発酵法等のアルコ
ール発酵液からのアルコールの濃縮・分離に好ましく用
いられる。
用する揮発性有機液体優先透過型浸透気化膜および水優
先透過型蒸気透過膜とを利用して、比較的低濃度の揮発
性有機液体水溶液から揮発性有機液体濃縮液を製造する
新規な方法に関するものであり、アルコール発酵液から
のアルコールの濃縮・分離、特に連続発酵法等のアルコ
ール発酵液からのアルコールの濃縮・分離に好ましく用
いられる。
（従来の技術） 液体混合物の分離方法としては最もひろく実用化され
ている技術の一つは蒸留法である。また近年、逆浸透法
および浸透気化法（Pervaporation法）等の分離膜を使
用する方法が鋭意研究されている。
ている技術の一つは蒸留法である。また近年、逆浸透法
および浸透気化法（Pervaporation法）等の分離膜を使
用する方法が鋭意研究されている。
比較的低濃度の揮発性有機液体水溶液を濃縮する場
合、蒸留法は大量の水分を蒸発させて分離するため多大
な分離エネルギーが必要である。例えば、発酵法による
エタノールの製造では連続発酵法や固定化酵素法のよう
なバイオテクノロジーを駆使した新規な方法の発酵生産
性は著しく高い。にもかかわらず発酵液中のエタノール
濃度が従来の回分式発酵法より低濃度のため、蒸留法に
よる濃縮・分離のエネルギーが増大してむしろエタノー
ルの製造コストが不利になると云われている。また、化
学工業の製造プロセスでは、しばしば低濃度の揮発性有
機液体水溶液が生成するが、蒸留法等の従来技術で濃縮
・分離して回収するにはコストがかかりすぎて経済性が
失われるため、公害源や焼却処理等により資源の浪費の
原因となっている。
合、蒸留法は大量の水分を蒸発させて分離するため多大
な分離エネルギーが必要である。例えば、発酵法による
エタノールの製造では連続発酵法や固定化酵素法のよう
なバイオテクノロジーを駆使した新規な方法の発酵生産
性は著しく高い。にもかかわらず発酵液中のエタノール
濃度が従来の回分式発酵法より低濃度のため、蒸留法に
よる濃縮・分離のエネルギーが増大してむしろエタノー
ルの製造コストが不利になると云われている。また、化
学工業の製造プロセスでは、しばしば低濃度の揮発性有
機液体水溶液が生成するが、蒸留法等の従来技術で濃縮
・分離して回収するにはコストがかかりすぎて経済性が
失われるため、公害源や焼却処理等により資源の浪費の
原因となっている。
このため、低濃度溶液に対して、少量成分で有用な有
機液体成分を選択的に透過させる膜分離技術が分離に要
するエネルギーが原理的に最も少なくてすむ理想的分離
方法として期待されている。しかしこの場合、逆浸透法
は水を選択的に透過・分離する方法であり、大量成分で
ある水を透過させるためエネルギー的に有利とはいえ
ず、また濃度の上昇に伴う浸透圧の増大と操作圧力の限
界との関係で高濃度の濃縮液を得ることは困難である。
他方、浸透気化法は特定の成分を高い分離率で選択的に
透過・捕集しうる膜分離法として期待され精力的に研究
開発の努力が注がれている。水溶液を対象とする場合に
は水を優先的に透過させる浸透気化法で分離性能の著し
く高い浸透気化膜が開発され実用化の段階に付近きつつ
あり、高濃度液の脱水技術として注目されている。しか
し、有機液体水溶液から有機液体を選択的に透過させる
高性能の浸透気化膜の開発は現在まだ基礎的研究の段階
にあり、本技術を直ちに実用化とするのに十分な分離性
能の高い浸透気化膜はまだ開発されていない。しかし、
揮発性有機液体水溶液から有機液体を優先的に透過させ
る浸透気化膜として特開昭60−75306、61−277430、62
−201605、EP−0254758（A1）等に提案された分離膜が
比較的高い分離性能を有していて注目される。
機液体成分を選択的に透過させる膜分離技術が分離に要
するエネルギーが原理的に最も少なくてすむ理想的分離
方法として期待されている。しかしこの場合、逆浸透法
は水を選択的に透過・分離する方法であり、大量成分で
ある水を透過させるためエネルギー的に有利とはいえ
ず、また濃度の上昇に伴う浸透圧の増大と操作圧力の限
界との関係で高濃度の濃縮液を得ることは困難である。
他方、浸透気化法は特定の成分を高い分離率で選択的に
透過・捕集しうる膜分離法として期待され精力的に研究
開発の努力が注がれている。水溶液を対象とする場合に
は水を優先的に透過させる浸透気化法で分離性能の著し
く高い浸透気化膜が開発され実用化の段階に付近きつつ
あり、高濃度液の脱水技術として注目されている。しか
し、有機液体水溶液から有機液体を選択的に透過させる
高性能の浸透気化膜の開発は現在まだ基礎的研究の段階
にあり、本技術を直ちに実用化とするのに十分な分離性
能の高い浸透気化膜はまだ開発されていない。しかし、
揮発性有機液体水溶液から有機液体を優先的に透過させ
る浸透気化膜として特開昭60−75306、61−277430、62
−201605、EP−0254758（A1）等に提案された分離膜が
比較的高い分離性能を有していて注目される。
この様な状況を背景にして、揮発性有機液体水溶液か
ら有機液体を優先的に透過させる浸透気化膜を用いた分
離方法の研究の例はまだ非常に少なく、アルコール水溶
液等に関して特開昭58−58108、59−216605、61−56085
等に提案されているような方法および学会等で、揮発性
有機液体優先透過型浸透気化膜の使用方法あるいは揮発
性有機液体優先透過型浸透気化膜と水優先透過型浸透気
化膜とを組合せて使用するという基本的概念に関する基
礎的定性的研究が提案されているという状況であり、具
体的に経済性を検討して工業的に有利であることを確か
めた例は非常に少ない。
ら有機液体を優先的に透過させる浸透気化膜を用いた分
離方法の研究の例はまだ非常に少なく、アルコール水溶
液等に関して特開昭58−58108、59−216605、61−56085
等に提案されているような方法および学会等で、揮発性
有機液体優先透過型浸透気化膜の使用方法あるいは揮発
性有機液体優先透過型浸透気化膜と水優先透過型浸透気
化膜とを組合せて使用するという基本的概念に関する基
礎的定性的研究が提案されているという状況であり、具
体的に経済性を検討して工業的に有利であることを確か
めた例は非常に少ない。
（発明が解決しようとする課題） 本発明者らは、このような事情を鑑み、現実的に入手
の可能性のある分離性能の浸透気化膜を使用した、揮発
性有機液体優先透過型浸透気化膜と水優先透過型の蒸気
透過膜とを組合せて使用する工業的規模で経済的に有利
となる分離方法を提供しようとするものである。
の可能性のある分離性能の浸透気化膜を使用した、揮発
性有機液体優先透過型浸透気化膜と水優先透過型の蒸気
透過膜とを組合せて使用する工業的規模で経済的に有利
となる分離方法を提供しようとするものである。
（課題を解決するための手段） 本発明は、45％以下の低濃度の揮発性有機液体成分を
含有する水溶液から、該揮発性有機液体成分の１種以上
の成分を含む揮発性有機液体濃縮液を製造する方法に於
て、揮発性有機液体水溶液の原液を揮発性有機液体優先
透過型浸透気化膜からなる浸透気化装置の１次側に供給
し、２次側に不活性ガスからなるキャリアガスを流して
膜を透過する揮発性有機液体成分に富む蒸気を捕集し、
ひきつづいて揮発性有機液体成分を含有するキャリアガ
スを水優先透過型膜からなる蒸気透過型膜分離装置の１
次側に導入し、該蒸気透過型膜分離装置の２次側に乾燥
した不活性ガスを流して膜を通してキャリアガス中に含
まれる水分を除去し、しかる後、１次側のキャリアガス
を凝縮器に導入して冷却し、揮発性有機液体成分を凝縮
液として取り出すに際し、前記揮発性有機液体優先透過
型浸透気化置の２次側に供給するキャリアガスとして、
凝縮器で冷却し揮発性有機液体成分の大部分を凝縮液と
して捕集した後の、揮発性有機液体成分蒸気および水蒸
気の一部を含有する不活性ガスを繰返し還流して使用
し、かつ前記水優先透過型膜からなる蒸気透過型膜分離
装置の１次側から比較的高い温度で取り出される揮発性
有機液体成分を含有するキャリアガスを熱源とする熱交
換器で、凝縮器で冷却されたキャリアガスを予備加熱す
ることを特徴とする、揮発性有機液体水溶液の濃縮液の
製造方法に関する。
含有する水溶液から、該揮発性有機液体成分の１種以上
の成分を含む揮発性有機液体濃縮液を製造する方法に於
て、揮発性有機液体水溶液の原液を揮発性有機液体優先
透過型浸透気化膜からなる浸透気化装置の１次側に供給
し、２次側に不活性ガスからなるキャリアガスを流して
膜を透過する揮発性有機液体成分に富む蒸気を捕集し、
ひきつづいて揮発性有機液体成分を含有するキャリアガ
スを水優先透過型膜からなる蒸気透過型膜分離装置の１
次側に導入し、該蒸気透過型膜分離装置の２次側に乾燥
した不活性ガスを流して膜を通してキャリアガス中に含
まれる水分を除去し、しかる後、１次側のキャリアガス
を凝縮器に導入して冷却し、揮発性有機液体成分を凝縮
液として取り出すに際し、前記揮発性有機液体優先透過
型浸透気化置の２次側に供給するキャリアガスとして、
凝縮器で冷却し揮発性有機液体成分の大部分を凝縮液と
して捕集した後の、揮発性有機液体成分蒸気および水蒸
気の一部を含有する不活性ガスを繰返し還流して使用
し、かつ前記水優先透過型膜からなる蒸気透過型膜分離
装置の１次側から比較的高い温度で取り出される揮発性
有機液体成分を含有するキャリアガスを熱源とする熱交
換器で、凝縮器で冷却されたキャリアガスを予備加熱す
ることを特徴とする、揮発性有機液体水溶液の濃縮液の
製造方法に関する。
第１図は本願発明の低濃度揮発性有機液体水溶液の濃
縮液の製造方法を示すフローシートである。すなわち、
揮発性有機液体優先透過型浸透気化装置１の膜の１次側
に低濃度の原液を供給する。１次側供給液は熱交換器2a
により予備加熱したのち、浸透気化装置に付属する熱交
換器2bで加熱し所定温度に保持する。熱交換器2aの熱源
には該浸透気化装置の１次側出口から排出される揮発性
有機液体成分濃度の低下した通過液を利用し、回収する
ため原液生成工程へ還流する。膜の２次側には不活性ガ
スをキャリアガスとして流し、膜を透過する蒸気を捕集
する。揮発性有機液体蒸気を含有する不活性ガスは水優
先透過型蒸気透過装置３の１次側に導入する。水優先透
過型蒸気透過装置３の２次側には乾燥不活性ガスを流し
て、１次側のキャリアガス中の水分を除去する。水分を
除去された１次側の揮発性有機液体蒸気を含有する不活
性ガスは、熱交換器４で予備冷却する。
縮液の製造方法を示すフローシートである。すなわち、
揮発性有機液体優先透過型浸透気化装置１の膜の１次側
に低濃度の原液を供給する。１次側供給液は熱交換器2a
により予備加熱したのち、浸透気化装置に付属する熱交
換器2bで加熱し所定温度に保持する。熱交換器2aの熱源
には該浸透気化装置の１次側出口から排出される揮発性
有機液体成分濃度の低下した通過液を利用し、回収する
ため原液生成工程へ還流する。膜の２次側には不活性ガ
スをキャリアガスとして流し、膜を透過する蒸気を捕集
する。揮発性有機液体蒸気を含有する不活性ガスは水優
先透過型蒸気透過装置３の１次側に導入する。水優先透
過型蒸気透過装置３の２次側には乾燥不活性ガスを流し
て、１次側のキャリアガス中の水分を除去する。水分を
除去された１次側の揮発性有機液体蒸気を含有する不活
性ガスは、熱交換器４で予備冷却する。
熱交換器４の熱源には凝縮器６を経て冷却された該ガ
スを使用する。凝縮器６でさらに冷却して揮発性有機液
体蒸気を凝縮液として捕集する。熱交換器４と凝縮器６
との間に熱交換器５を設置して冷水でさらに冷却しても
良い。不活性ガスと揮発性有機液体蒸気の一部はブロワ
ー７により前述の熱交換器４を経て、揮発性有機液体優
先透過型浸透気化装置１の膜の２次側に還流する。ブロ
ワーは揮発性有機液体優先透過型浸透気化置１の膜の２
次側の出口側に設置しても良いし、凝縮器の後に設置し
ても良い。前者の場合には、揮発性有機液体優先透過型
浸透気化装置１の膜の２次側が減圧側になり、膜の分離
性能上有利となる。後者の場合にはキャリアガスの加温
に於て有利になる。水優先透過型蒸気透過装置３の２次
側に供給するキャリアガスは、該蒸気透過装置３の２次
側の排出ガスにより熱交換器９で加熱して、該蒸気透過
装置３の２次側キャリアガス入口に導入する。該キャリ
アガスのブロワー10は該キャリアガスの導入口側または
排出口側いずれに設置してもよい。しかし、図１のよう
に該キャリアガスの排出口側に設置して蒸気透過装置３
の２次側が減圧されるようにする方法が、分離性能上好
ましい。
スを使用する。凝縮器６でさらに冷却して揮発性有機液
体蒸気を凝縮液として捕集する。熱交換器４と凝縮器６
との間に熱交換器５を設置して冷水でさらに冷却しても
良い。不活性ガスと揮発性有機液体蒸気の一部はブロワ
ー７により前述の熱交換器４を経て、揮発性有機液体優
先透過型浸透気化装置１の膜の２次側に還流する。ブロ
ワーは揮発性有機液体優先透過型浸透気化置１の膜の２
次側の出口側に設置しても良いし、凝縮器の後に設置し
ても良い。前者の場合には、揮発性有機液体優先透過型
浸透気化装置１の膜の２次側が減圧側になり、膜の分離
性能上有利となる。後者の場合にはキャリアガスの加温
に於て有利になる。水優先透過型蒸気透過装置３の２次
側に供給するキャリアガスは、該蒸気透過装置３の２次
側の排出ガスにより熱交換器９で加熱して、該蒸気透過
装置３の２次側キャリアガス入口に導入する。該キャリ
アガスのブロワー10は該キャリアガスの導入口側または
排出口側いずれに設置してもよい。しかし、図１のよう
に該キャリアガスの排出口側に設置して蒸気透過装置３
の２次側が減圧されるようにする方法が、分離性能上好
ましい。
揮発性有機液体優先透過型浸透気化装置１に用いる膜
は、揮発性有機液体の水に対する分離係数αＳが５〜10
0程度の膜が使用でき、特に10〜50の範囲の膜が好まし
く使用できる。全透過速度は0.1kgm-2h-1以上であるこ
とが好ましい。現実的に入手できる膜としてはαＳ＝20
〜40、透過速度＝0.3〜3kgm-2h-1の範囲の膜が特に好ま
しく使用できできる。このような揮発性有機液体優先透
過型浸透気化膜の例としては、ポリ（１−トリメチルシ
リルピロピン−１）、ポリ（１−トリメチルシリル−１
−プロピン）またはポリフェニルプロピンのジメチルシ
ロキサン鎖グラフトポリマの膜、またはフルオロアクリ
レートをグラフトしたポリスチレンの膜およびこれらの
複合膜等が使用できる。更に、ポリフッ化ビニリデン、
ポリフェニレンオキサイド、ポリプロピレン又はポリテ
トラフルオロエチレン等を主成分とする多孔性膜も使用
することができる。
は、揮発性有機液体の水に対する分離係数αＳが５〜10
0程度の膜が使用でき、特に10〜50の範囲の膜が好まし
く使用できる。全透過速度は0.1kgm-2h-1以上であるこ
とが好ましい。現実的に入手できる膜としてはαＳ＝20
〜40、透過速度＝0.3〜3kgm-2h-1の範囲の膜が特に好ま
しく使用できできる。このような揮発性有機液体優先透
過型浸透気化膜の例としては、ポリ（１−トリメチルシ
リルピロピン−１）、ポリ（１−トリメチルシリル−１
−プロピン）またはポリフェニルプロピンのジメチルシ
ロキサン鎖グラフトポリマの膜、またはフルオロアクリ
レートをグラフトしたポリスチレンの膜およびこれらの
複合膜等が使用できる。更に、ポリフッ化ビニリデン、
ポリフェニレンオキサイド、ポリプロピレン又はポリテ
トラフルオロエチレン等を主成分とする多孔性膜も使用
することができる。
上述のような分離膜を使用する場合、揮発性有機液体
優先透過型浸透気化装置１に供給する比較的低濃度の水
溶液としては、有機液体によって有利に濃縮できる濃度
範囲が異なるので、一律に濃度の規定をすることは困難
であるが、おおよそ１％以上45％以下の濃度の水溶液に
対して本発明を適用するのが有利である。特に好ましく
は３％以上35％以下の濃度の水溶液を対象とするのがよ
い。１％以下の水溶液からは、多くの揮発性有機液体に
対しては、水優先透過型浸透気化装置３で直接脱水して
濃縮できるほどに濃縮することが難しい。また、高濃度
の水溶液に対しては、該浸透気化装置１をあえて使用す
るまでもないことが多い。
優先透過型浸透気化装置１に供給する比較的低濃度の水
溶液としては、有機液体によって有利に濃縮できる濃度
範囲が異なるので、一律に濃度の規定をすることは困難
であるが、おおよそ１％以上45％以下の濃度の水溶液に
対して本発明を適用するのが有利である。特に好ましく
は３％以上35％以下の濃度の水溶液を対象とするのがよ
い。１％以下の水溶液からは、多くの揮発性有機液体に
対しては、水優先透過型浸透気化装置３で直接脱水して
濃縮できるほどに濃縮することが難しい。また、高濃度
の水溶液に対しては、該浸透気化装置１をあえて使用す
るまでもないことが多い。
水優先透過型蒸気透過装置３に使用される蒸気透過膜
には従来公知の水優先透過型浸透気化膜を使用すること
ができる。例えば、ポリビニルアルコール系膜、キトサ
ン系膜、アルギン酸系膜、ポリアクリロニトリル系膜、
ポリイミド系浸透気化膜、ポリアミド系浸透気化膜、ポ
リアミドイミド系浸透気化膜、多糖類系浸透気化膜およ
びこれらの複合膜等が好ましく使用できる。この様な水
優先透過型蒸気透過膜としては揮発性有機液体濃度が50
％〜95％の濃度範囲の水溶液に対して、50℃〜100℃で
水の揮発性有機液体に対する分離係数αH20が50以上よ
り好ましくは100以上、透過速度が0.05kgm-2h-1以上よ
り好ましくは0.1kgm-2h-1以上の性能を有する膜が好ま
しい。
には従来公知の水優先透過型浸透気化膜を使用すること
ができる。例えば、ポリビニルアルコール系膜、キトサ
ン系膜、アルギン酸系膜、ポリアクリロニトリル系膜、
ポリイミド系浸透気化膜、ポリアミド系浸透気化膜、ポ
リアミドイミド系浸透気化膜、多糖類系浸透気化膜およ
びこれらの複合膜等が好ましく使用できる。この様な水
優先透過型蒸気透過膜としては揮発性有機液体濃度が50
％〜95％の濃度範囲の水溶液に対して、50℃〜100℃で
水の揮発性有機液体に対する分離係数αH20が50以上よ
り好ましくは100以上、透過速度が0.05kgm-2h-1以上よ
り好ましくは0.1kgm-2h-1以上の性能を有する膜が好ま
しい。
分離性能が上述の様な範囲にある膜の揮発性有機液体
優先透過型浸透気化装置と水優先透過型蒸気透過装置と
を上手に組合せると、系の物質収支と熱収支とが好まし
い範囲にバランスする条件が存在するために本発明の方
法が有利となるのである。
優先透過型浸透気化装置と水優先透過型蒸気透過装置と
を上手に組合せると、系の物質収支と熱収支とが好まし
い範囲にバランスする条件が存在するために本発明の方
法が有利となるのである。
この様な揮発性有機液体優先透過型浸透気化装置と水
優先透過型蒸気透過装置の形式に関しては特に制約はな
く、プレートアンドフレーム型の平膜モジュール、スパ
イラル型の膜モジュール、あるいは中空糸型膜モジュー
ル等いずれも好ましく採用することができる。
優先透過型蒸気透過装置の形式に関しては特に制約はな
く、プレートアンドフレーム型の平膜モジュール、スパ
イラル型の膜モジュール、あるいは中空糸型膜モジュー
ル等いずれも好ましく採用することができる。
揮発性有機液体優先透過型浸透気化装置１および水優
先透過型蒸気透過装置３の２次側のキャリアガスの供給
に使用するブロワーには、いずれの形式のものも使用す
る事ができる。しかし、ブロワーの吸引側に浸透気化装
置または蒸気透過装置を設置する場合には、吸引側の減
圧度をより高くできる形式のものの方がより好ましい。
減圧度は760mmHg以下、好ましくは500〜700mmHgの範囲
に保持できる性能のものが特に良い。熱交換器および凝
縮器も形式上の制約は特にない。揮発性有機液体優先透
過型浸透気化装置１に付属する熱交換器は、該装置に組
込まれた形式のものでも、外部循環式のものでも良く、
あるいは両者を具備した構造の浸透気化装置であっても
良い。水優先透過型蒸気透過装置３の乾燥不活性ガスと
しては窒素ガス、空気、アルゴンガス等を使用すること
ができるが、通常は乾燥空気を使用するのが経済的であ
る。この場合、水の分離性能をより高くするためには水
優先透過型蒸気透過装置３に供給する空気中の相対湿度
が低いほどよいと考えられる。供給空気中の相対湿度は
ブロワーに供給する空気中の絶対湿度と熱交換器９で加
熱するので水優先透過型蒸気透過装置３に供給される空
気の温度で決まる。一般的に云えば、供給空気の相対湿
度は35％以下、より好ましくは20％以下がよい。例え
ば、30℃以下で相対湿度80％以下の空気を50℃以上に加
熱して水優先透過型蒸気透過装置３に供給するのが実際
的な態様である。
先透過型蒸気透過装置３の２次側のキャリアガスの供給
に使用するブロワーには、いずれの形式のものも使用す
る事ができる。しかし、ブロワーの吸引側に浸透気化装
置または蒸気透過装置を設置する場合には、吸引側の減
圧度をより高くできる形式のものの方がより好ましい。
減圧度は760mmHg以下、好ましくは500〜700mmHgの範囲
に保持できる性能のものが特に良い。熱交換器および凝
縮器も形式上の制約は特にない。揮発性有機液体優先透
過型浸透気化装置１に付属する熱交換器は、該装置に組
込まれた形式のものでも、外部循環式のものでも良く、
あるいは両者を具備した構造の浸透気化装置であっても
良い。水優先透過型蒸気透過装置３の乾燥不活性ガスと
しては窒素ガス、空気、アルゴンガス等を使用すること
ができるが、通常は乾燥空気を使用するのが経済的であ
る。この場合、水の分離性能をより高くするためには水
優先透過型蒸気透過装置３に供給する空気中の相対湿度
が低いほどよいと考えられる。供給空気中の相対湿度は
ブロワーに供給する空気中の絶対湿度と熱交換器９で加
熱するので水優先透過型蒸気透過装置３に供給される空
気の温度で決まる。一般的に云えば、供給空気の相対湿
度は35％以下、より好ましくは20％以下がよい。例え
ば、30℃以下で相対湿度80％以下の空気を50℃以上に加
熱して水優先透過型蒸気透過装置３に供給するのが実際
的な態様である。
分離対象となる揮発性有機液体としては、水よりも非
揮発度が高い液体であれば本発明を適用できるが、低級
アルコール、低級アルコールの脂肪酸エステル、ケトン
類、エーテル類、ニトリル類、およびこれらの物質の混
合物等に好ましく適用できる。アルコール類特にエタノ
ールの低濃度水溶液に対してはより有利に適用すること
ができる。
揮発度が高い液体であれば本発明を適用できるが、低級
アルコール、低級アルコールの脂肪酸エステル、ケトン
類、エーテル類、ニトリル類、およびこれらの物質の混
合物等に好ましく適用できる。アルコール類特にエタノ
ールの低濃度水溶液に対してはより有利に適用すること
ができる。
アルコール発酵液、例えば、連続アルコール発酵法の
発酵液からアルコールを濃縮して取り出す方法として特
に好ましく適用出来る。菌体固定化法または酵素固定化
法による連続発酵法の場合には、発酵液から菌体をロ過
法または沈降法で除去する工程が省略できるので特に有
利に適用できる。またさらに、揮発性有機液体優先透過
型浸透気化装置の１次側から排出される低濃度の通過液
を回収して、発酵槽の原料供給液の補給液として再利用
することができるので、一層本有利な態様である。
発酵液からアルコールを濃縮して取り出す方法として特
に好ましく適用出来る。菌体固定化法または酵素固定化
法による連続発酵法の場合には、発酵液から菌体をロ過
法または沈降法で除去する工程が省略できるので特に有
利に適用できる。またさらに、揮発性有機液体優先透過
型浸透気化装置の１次側から排出される低濃度の通過液
を回収して、発酵槽の原料供給液の補給液として再利用
することができるので、一層本有利な態様である。
原料液として揮発性有機液体優先透過型浸透気化装置
に供給する低濃度の揮発性有機液体水溶液としては、本
発明の趣旨から云えば約15％以下の揮発性有機液体水溶
液に適用するのがよい。さらに好ましくは0.1〜10％程
度の揮発性有機液体水溶液対して本発明を適用する場合
に本発明の効果を有利に発揮できる。
に供給する低濃度の揮発性有機液体水溶液としては、本
発明の趣旨から云えば約15％以下の揮発性有機液体水溶
液に適用するのがよい。さらに好ましくは0.1〜10％程
度の揮発性有機液体水溶液対して本発明を適用する場合
に本発明の効果を有利に発揮できる。
（発明の作用効果） 浸透気化法の場合には通常減圧された透過蒸気を冷却
して凝縮液として捕集する必要がある。このため、冷却
に要するエネルギーと真空ポンプの動力に使用されるエ
ネルギーが大きく、従来、低濃度の揮発性有機液体水溶
液からの有機液体の濃縮分離を工業的規模で経済的に有
利に行なうことは困難であった。しかし、本発明によれ
ば透過側を高い真空に保つ必要がない。またさらに、揮
発性有機液体成分に富む蒸気を冷却して凝縮させること
なく水優先透過型蒸気透過法により脱水するので、揮発
性有機液体優先透過型浸透気化装置で濃縮された成分蒸
気の凝縮に要するエネルギーを必要としない。さらに、
水優先透過型蒸気透過装置の２次側には乾燥した空気等
のキャリアガスを流通させるだけで、高い真空度を保持
することがなく、したがってまたより低温に冷却する凝
縮器を必要としない。揮発性有機液体優先透過型浸透気
化装置の供給液とキャリアガスの加熱に要した熱エネル
ギー、は熱交換をして有効に利用している。水優先透過
型蒸気透過装置で必要な熱エネルギーも有効に利用でき
る。さらに、水優先透過型蒸気透過装置から取り出され
た揮発性有機液体成分の濃縮された蒸気の冷却と凝縮に
ついても、蒸気の圧力が比較的高いので有利であり、循
環系で必要な熱エネルギーとして有効に利用している。
このため、本発明によれば、分離に要するエネルギーを
大幅に節減できる。
して凝縮液として捕集する必要がある。このため、冷却
に要するエネルギーと真空ポンプの動力に使用されるエ
ネルギーが大きく、従来、低濃度の揮発性有機液体水溶
液からの有機液体の濃縮分離を工業的規模で経済的に有
利に行なうことは困難であった。しかし、本発明によれ
ば透過側を高い真空に保つ必要がない。またさらに、揮
発性有機液体成分に富む蒸気を冷却して凝縮させること
なく水優先透過型蒸気透過法により脱水するので、揮発
性有機液体優先透過型浸透気化装置で濃縮された成分蒸
気の凝縮に要するエネルギーを必要としない。さらに、
水優先透過型蒸気透過装置の２次側には乾燥した空気等
のキャリアガスを流通させるだけで、高い真空度を保持
することがなく、したがってまたより低温に冷却する凝
縮器を必要としない。揮発性有機液体優先透過型浸透気
化装置の供給液とキャリアガスの加熱に要した熱エネル
ギー、は熱交換をして有効に利用している。水優先透過
型蒸気透過装置で必要な熱エネルギーも有効に利用でき
る。さらに、水優先透過型蒸気透過装置から取り出され
た揮発性有機液体成分の濃縮された蒸気の冷却と凝縮に
ついても、蒸気の圧力が比較的高いので有利であり、循
環系で必要な熱エネルギーとして有効に利用している。
このため、本発明によれば、分離に要するエネルギーを
大幅に節減できる。
（実施例） 以下に実施例によって具体的に本願発明を説明する
が、本発明の適用の範囲が本実施例によって制約されな
いことはいうまでもない。
が、本発明の適用の範囲が本実施例によって制約されな
いことはいうまでもない。
図１のフローで示した方法でエタノール５％の水溶液
を濃縮して、分離に要するエネルギーを見積もった。
を濃縮して、分離に要するエネルギーを見積もった。
揮発性有機液体優先透過型浸透気化装置１にはエタノ
ール濃度３〜15％の水溶液に対して60〜70℃の条件の平
均性能がαEtOH＝30、透過速度＝1.0kgm-2h-1の性能を
有するポリ（１−トリメチルシリル−１−プロピン）の
平膜を、フィルタ−プレス型のプレートアンドフレーム
式モジュールに組み込んで使用した。水優先透過型蒸気
透過法膜分離装置３にはエタノール60〜90％の濃度範囲
の水溶液に対して60℃で平均の分離係数αH20が100〜12
00、透過速度1.0〜0.35kgm-2h-1の性能を示すキトサン
を活性層とする複合中空糸の膜モジュールを使用した。
ール濃度３〜15％の水溶液に対して60〜70℃の条件の平
均性能がαEtOH＝30、透過速度＝1.0kgm-2h-1の性能を
有するポリ（１−トリメチルシリル−１−プロピン）の
平膜を、フィルタ−プレス型のプレートアンドフレーム
式モジュールに組み込んで使用した。水優先透過型蒸気
透過法膜分離装置３にはエタノール60〜90％の濃度範囲
の水溶液に対して60℃で平均の分離係数αH20が100〜12
00、透過速度1.0〜0.35kgm-2h-1の性能を示すキトサン
を活性層とする複合中空糸の膜モジュールを使用した。
５％で25℃のエタノール水溶液を47.32kgh-1の割合で
揮発性有機液体優先透過型浸透気化装置１に供給した。
熱交換器2a通過後の供給液の温度は65℃で、エタノール
３％の回収液45.53kgh-1の温度は70℃から28℃に低下し
た。揮発性有機液体優先透過型浸透気化装置１の付属の
熱交換器2bの熱源として、供給液側を70℃に保つために
ゲージ圧0.8kgcm-2の水蒸気1.6kgh-1が必要であった。
該浸透気化装置１の２次側には70℃に加熱した窒素ガス
3.98kgh-1を該浸透気化装置１の２次側の出口側に設置
したブロワー７で循環した。窒素ガスの加熱には熱交換
器８で0.07kgh-1の水蒸気を要した。水優先透過型蒸気
透過法膜分離装置３の１次側に通過した蒸気を含んだ窒
素ガスは55℃であった。このガスを熱交換器４と５で予
備冷却してから凝縮器６で−５℃のブラインで冷却し、
蒸気を凝縮液として捕集した。凝縮液は約92％で、1.09
kgh-1抜出すことができた。凝縮器の冷凍機に必要なエ
ネルギーは150kcalh-1で、120WHの電力が必要であると
見積もられた。熱交換器４を通過した凝縮後の窒素ガス
の温度は40℃であった。窒素ガス循環用のブロワーの電
力は約22WHであった。水優先透過型蒸気透過法膜分離装
置３の２次側の乾燥不活性ガスには空気を熱交換器９で
50℃に加熱して使用した。熱源には該蒸気透過法膜分離
装置３の２次側の約60℃の排出空気を利用した。乾燥空
気量は7.5kgh-1で循環し、ブロワー10の所要電力は30WH
であった。
揮発性有機液体優先透過型浸透気化装置１に供給した。
熱交換器2a通過後の供給液の温度は65℃で、エタノール
３％の回収液45.53kgh-1の温度は70℃から28℃に低下し
た。揮発性有機液体優先透過型浸透気化装置１の付属の
熱交換器2bの熱源として、供給液側を70℃に保つために
ゲージ圧0.8kgcm-2の水蒸気1.6kgh-1が必要であった。
該浸透気化装置１の２次側には70℃に加熱した窒素ガス
3.98kgh-1を該浸透気化装置１の２次側の出口側に設置
したブロワー７で循環した。窒素ガスの加熱には熱交換
器８で0.07kgh-1の水蒸気を要した。水優先透過型蒸気
透過法膜分離装置３の１次側に通過した蒸気を含んだ窒
素ガスは55℃であった。このガスを熱交換器４と５で予
備冷却してから凝縮器６で−５℃のブラインで冷却し、
蒸気を凝縮液として捕集した。凝縮液は約92％で、1.09
kgh-1抜出すことができた。凝縮器の冷凍機に必要なエ
ネルギーは150kcalh-1で、120WHの電力が必要であると
見積もられた。熱交換器４を通過した凝縮後の窒素ガス
の温度は40℃であった。窒素ガス循環用のブロワーの電
力は約22WHであった。水優先透過型蒸気透過法膜分離装
置３の２次側の乾燥不活性ガスには空気を熱交換器９で
50℃に加熱して使用した。熱源には該蒸気透過法膜分離
装置３の２次側の約60℃の排出空気を利用した。乾燥空
気量は7.5kgh-1で循環し、ブロワー10の所要電力は30WH
であった。
以上の結果から、５％の水溶液から92％に濃縮して取
り出すための分離エネルギーは、エタノール1kg当りの
蒸気の使用量が1.67kg、電力の使用量は172WHと見積も
られた。従来法の蒸留の場合には蒸気3.2kgを要すると
算定される。蒸気のコストを３円/kg、電気代を0.015円
/WHと仮定すると、本発明では7.59円／エタノール−kg
であり、従来の蒸留法では10.4円／エタノール−kgとな
る。すなわち、本発明によれば分離に要するエネルギー
コストを大幅に節減できる。
り出すための分離エネルギーは、エタノール1kg当りの
蒸気の使用量が1.67kg、電力の使用量は172WHと見積も
られた。従来法の蒸留の場合には蒸気3.2kgを要すると
算定される。蒸気のコストを３円/kg、電気代を0.015円
/WHと仮定すると、本発明では7.59円／エタノール−kg
であり、従来の蒸留法では10.4円／エタノール−kgとな
る。すなわち、本発明によれば分離に要するエネルギー
コストを大幅に節減できる。
第１図は本発明のフローシートを示す図である。１は揮
発性有機液体優先透過型浸透気化装置を示す。３は水優
先透過型蒸気透過装置である。2a、2b、４、５、８、お
よび９はそれぞれ熱交換器である。６は凝縮器、７およ
び10はブロワーである。
発性有機液体優先透過型浸透気化装置を示す。３は水優
先透過型蒸気透過装置である。2a、2b、４、５、８、お
よび９はそれぞれ熱交換器である。６は凝縮器、７およ
び10はブロワーである。
Claims (5)
- 【請求項１】45％以下の低濃度の揮発性有機液体成分を
含有する水溶液から、該揮発性有機液体成分の１種以上
の成分を含む揮発性有機液体濃縮液を製造する方法に於
て、揮発性有機液体水溶液の原液を揮発性有機液体優先
透過型浸透気化膜からなる浸透気化装置の１次側に供給
し、２次側に不活性ガスからなるキャリアガスを流して
膜を透過する揮発性有機液体成分に富む蒸気を捕集し、
ひきつづいて揮発性有機液体成分を含有するキャリアガ
スを水優先透過型膜からなる蒸気透過型膜分離装置の１
次側に導入し、該蒸気透過型膜分離装置の２次側に乾燥
した不活性ガスを流して膜を通してキャリアガス中に含
まれる水分を除去し、しかる後、１次側のキャリアガス
を凝縮器に導入して冷却し、揮発性有機液体成分を凝縮
液として取り出すに際し、前記揮発性有機液体優先透過
型浸透気化置の２次側に供給するキャリアガスとして、
凝縮器で冷却し揮発性有機液体成分の大部分を凝縮液と
して捕集した後の、揮発性有機液体成分蒸気および水蒸
気の一部を含有する不活性ガスを繰返し還流して使用
し、かつ前記水優先透過型膜からなる蒸気透過型膜分離
装置の１次側から比較的高い温度で取り出される揮発性
有機液体成分を含有するキャリアガスを熱源とする熱交
換器で、凝縮器で冷却されたキャリアガスを予備加熱す
ることを特徴とする、揮発性有機液体水溶液の濃縮液の
製造方法。 - 【請求項２】揮発性有機液体成分蒸気および水蒸気の一
部を含有する不活性ガスを繰返しキャリアガスとして使
用するに際し、水優先透過型膜からなる蒸気透過型膜分
離装置の１次側から水分を除去され昇温されて取り出さ
れる揮発性有機液体成分を含有するキャリアガスを凝縮
器で冷却されたキャリアガスで予備冷却したのち凝縮器
で冷却して揮発性有機液体成分を捕集し、しかる後ブロ
ワーに供給して加熱し揮発性有機液体優先透過型浸透気
化置の２次側に供給することを特徴とする、請求項１記
載の揮発性有機液体水溶液の濃縮液の製造方法。 - 【請求項３】蒸気透過型膜分離装置の２次側に乾燥した
不活性ガスを流して膜を通してキャリアガス中に含まれ
る水分を除去するに当り、不活性ガスとして空気を使用
し、揮発性有機液体成分を含有するキャリアガスによっ
て加熱され水分を含んだ蒸気透過型膜分離装置の２次側
出口から排出される空気で熱交換器を介して加温して、
該蒸気透過型膜分離装置の２次側に供給することを特徴
とする、請求項１記載の揮発性有機液体水溶液の濃縮液
の製造方法。 - 【請求項４】蒸気透過型膜分離装置の２次側に供給する
乾燥空気が、相対湿度35％以下であることを特徴とす
る、請求項３記載の揮発性有機液体水溶液の濃縮液の製
造方法。 - 【請求項５】揮発性有機液体水溶液が、低級アルコー
ル、低級アルコールの脂肪酸エステル、ケトン類、エー
テル類、ニトリル類、およびこれらの物質の混合物等の
低濃度の水溶液であることを特徴とする請求項１記載の
揮発性有機液体水溶液の濃縮液の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1092976A JP2765032B2 (ja) | 1989-04-14 | 1989-04-14 | 揮発性有機液体水溶液の濃縮液の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1092976A JP2765032B2 (ja) | 1989-04-14 | 1989-04-14 | 揮発性有機液体水溶液の濃縮液の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02273518A JPH02273518A (ja) | 1990-11-08 |
| JP2765032B2 true JP2765032B2 (ja) | 1998-06-11 |
Family
ID=14069429
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1092976A Expired - Fee Related JP2765032B2 (ja) | 1989-04-14 | 1989-04-14 | 揮発性有機液体水溶液の濃縮液の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2765032B2 (ja) |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03169327A (ja) * | 1989-11-29 | 1991-07-23 | Nitto Denko Corp | 希薄溶液中の有価物回収方法 |
| JPH04298222A (ja) * | 1991-03-25 | 1992-10-22 | Tsusho Sangyosho Kiso Sangyokyokucho | 混合液体の膜分離方法 |
| JPH0768134A (ja) * | 1993-06-29 | 1995-03-14 | Ube Ind Ltd | 油中の水分除去法 |
| BRPI0614461A2 (pt) | 2005-08-04 | 2012-11-27 | Saban Ventures Pty Ltd | método para desinfetar ou esterilizar um artigo, ou parte do artigo |
| AU2008210270B8 (en) | 2007-02-02 | 2012-04-26 | Saban Ventures Pty Limited | Membrane vapour concentrator |
| JP5148578B2 (ja) * | 2007-03-15 | 2013-02-20 | 三菱重工業株式会社 | 脱水システム |
| JP5734684B2 (ja) * | 2011-01-28 | 2015-06-17 | 宇部興産株式会社 | 含水溶剤の脱水濃縮方法 |
| DE102011108909B4 (de) * | 2011-07-29 | 2017-08-31 | Major Bravo Limited | Membrandestillationsvorrichtung |
| CA2867883C (en) * | 2012-03-28 | 2020-06-02 | Rasirc, Inc. | Method of delivering a process gas from a multi-component solution |
| US10196685B2 (en) | 2014-05-13 | 2019-02-05 | Rasirc, Inc. | Methods and systems for delivering process gases to critical process applications |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58180204A (ja) * | 1982-04-19 | 1983-10-21 | Kuri Kagaku Sochi Kk | 滲透蒸発膜を用いる分離法 |
| JPS59216605A (ja) * | 1983-05-24 | 1984-12-06 | Kuri Kagaku Sochi Kk | 滲透蒸発膜を用いる分離法 |
| JPS62225207A (ja) * | 1986-03-28 | 1987-10-03 | Agency Of Ind Science & Technol | 液体混合物の分離方法 |
| JPS6362504A (ja) * | 1986-09-02 | 1988-03-18 | Mitsubishi Rayon Eng Co Ltd | 有機成分含有水溶液中の有機成分の濃縮方法 |
| JPH0761411B2 (ja) * | 1986-12-06 | 1995-07-05 | 宇部興産株式会社 | 有機物水溶液の濃縮方法 |
-
1989
- 1989-04-14 JP JP1092976A patent/JP2765032B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02273518A (ja) | 1990-11-08 |
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