JP3899032B2 - 膜接触器を使用する液体混合物の分画 - Google Patents
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Description
低沸点成分に富む蒸気流(留出物)のための排出口および液体流のための供給口を一端に備えられ、かつ蒸気流のための供給口および高沸点成分に富む液体流(残渣)のための排出口を他端に備えられた容器を含み、
該容器が、分画されるべき液体混合物(供給物)のための供給口をさらに備え、
該容器が、液体流の輸送のための液体チャンネルを含む少なくとも2の膜接触器を含み、膜接触器の液体チャンネルが、隣の膜接触器の液体チャンネルと連結しており、その結果、液体流が容器の一端から他端へ膜接触器を介して輸送され得、
膜接触器の膜が高沸点成分および低沸点成分を同じ程度に通し、
膜接触器の壁が蒸気に対して透過性であり、そして
容器が蒸気流の輸送のための蒸気チャンネルを含む、
ところのデバイスをも提供する。
図1では、本発明に従う方法が、2つの膜接触器1および2に関して表されている。低沸点成分および高沸点成分を含む液体流L2がライン27を介して、液体チャンネル25を取り囲む壁24から成る膜接触器2に供給される。液体チャンネルは、例えば、中空ファイバーである。L2と比較して高沸点成分に富む液体流L1が、ライン26を介して膜接触器2を出る。そして、その後、膜接触器1を通される。
蒸留に当てはまる親指の法則、公知の物理的特性、匹敵するシステムにおける膜接触器の公知の物質移動係数および適するSherwood方程式に基づいて、大気中のカラムにおけるトルエン/ベンゼンのモデル混合物のための理論プレートの高さ当量(HETP)が推定された。この混合物では、ベンゼンの方がトルエンよりも揮発性であり、その結果、蒸発する液体はベンゼンに富む。一方、凝縮する蒸気はトルエンに富む。その混合物は共沸混合物を形成しない。
平均物理的特性、夫々、液体(L)および気体(G)の密度(ρ)および粘度(η):
ρL=800kg/m3
ρG=2.8kg/m3
ηL=2.8×10-4Ns/m2
ηG=10-5Ns/m2
液体:DL=5×10-9m2/s
蒸気:DG=10-5m2/s
外径:dext=1mm
壁厚:δ=0mm
長さ:L=200mm
実施例1と同様の仮定。さらに、下記特性を有する多孔性支持層の上に上部層がある。
膜壁厚:100μm
上部層厚さゲル:100nm
支持層における拡散係数:10-5m/s
ゲル層における拡散係数:10-9m/s
ゲル層の目的は、物質移動を妨げることなく、したがって選択性を伴うことなく膜の多孔性部分に液体が浸透することを防ぐことである。
接触ゾーンにおいて、体積当たり、はるかに大きい接触表面を設けることができ、その結果、より低い温度で分画が可能であるという点でのエネルギーの節約。より低いエネルギー等級からのエネルギーの使用。
接触ゾーンにおいて、体積当たり、はるかに大きい接触表面を設けることができ、その結果、より小さいデバイスで同じ分離が行われるという点での体積の節約。
蒸気および液体が、水平向流で接触ゾーンを通過することもできる。
接触ゾーンがモジュールによって構築され得る。
モジュール構築および低い全高さによって、分離デバイスの拡大および維持が容易である。
モジュール構築および低い全高さによって、熱ポンプ(分画部分とストリッピング部分との間)の使用によるエネルギーの節約の実現が容易である。
好ましい液体流がない。したがって、液体分配器および再分配器が不要である。
下方に流れる液体の充満故に、許される蒸気速度の制限がない。
蒸気による小滴の飛沫同伴がない。したがって、ミストコレクターを必要としない。
所望により、特定の膜の使用による選択性の増加。
液体の圧力が、蒸気圧とは独立して設定され得る。
2 膜接触器
22 壁
23 液体チャンネル
24 壁
25 液体チャンネル
30 容器
31 供給物
43 再蒸発器
44 凝縮器
53 連結器
54 連結器
58 プレート
60 プレート
Claims (20)
- 低沸点成分および高沸点成分を含む液体混合物を分画するための方法において、
該液体混合物が第一の膜接触器の液体チャンネルを通され、ここで、該液体チャンネルの壁は蒸気に対して透過性である;
蒸気が該液体チャンネルに沿って蒸気チャンネルを通され;
該液体チャンネルの壁を介して該液体混合物と該液体チャンネルの外側の蒸気との間で物質交換が生じ、それによって、低沸点成分が液体から蒸気チャンネルに移され、かつ高沸点成分が蒸気から液体チャンネルに移され;
その結果、低沸点成分に富む第一蒸気が形成され、かつ該液体混合物が高沸点成分に富むようにされて第二液体混合物を形成するところの方法。 - 低沸点成分に富むようにされた第一蒸気が、その壁が蒸気に対して透過性であるところの液体チャンネルを含む第二の膜接触器に沿って通され;
低沸点成分および高沸点成分を含む第二液体混合物が第二の膜接触器の液体チャンネルを通され;
該液体チャンネルの壁を介して第二液体混合物と該液体チャンネルの外側の蒸気との間で物質交換が生じ;
その結果、第一蒸気と比較して低沸点成分に富む第二蒸気が形成され、かつ第二液体混合物が高沸点成分に富むようにされる、請求項1記載の方法。 - 低沸点成分および高沸点成分を含む液体混合物を分画するための方法において、
該液体混合物が第一の膜接触器の液体チャンネルを通され、ここで、該液体チャンネルの壁は蒸気に対して透過性である;
蒸気が該液体チャンネルに沿って蒸気チャンネルを通され;
該蒸気チャンネルは、第一の膜接触器に沿った蒸気チャンネルが隣の膜接触器に沿った蒸気チャンネルと連結するように形成され、その結果、蒸気流が膜接触器に沿って輸送され得る;
該液体チャンネルの壁を介して該液体混合物と該液体チャンネルの外側の蒸気との間で物質交換が生じ;
その結果、低沸点成分に富む第一蒸気が形成され、かつ該液体混合物が高沸点成分に富むようにされて第二液体混合物を形成するところの方法。 - 高沸点成分に富む第二液体混合物が第一の膜接触器を通され、そして高沸点成分にさらに富むようにされる、請求項2または3記載の方法。
- 低沸点成分および高沸点成分を含む液体流を分画するための請求項1〜4のいずれか1項記載の方法において、該液体流が少なくとも2の膜接触器を通され、液体流が該膜接触器を順次通って流れ、そして各膜接触器において高沸点成分に富むようにされ、かつ蒸気流が、該膜接触器に沿って該液体流の方向と反対の方向に通され、該蒸気流が該液体流からの低沸点成分に富むようにされるところの方法。
- 全ての膜接触器を通過した蒸気流が凝縮され、そして該蒸気流の方向と反対の方向に最後の膜接触器へ液体流として部分的に再循環される、請求項5記載の方法。
- 全ての膜接触器を通って流れた液体流が部分的に再蒸発され、そして該液体流の方向と反対の方向に最後の膜接触器へ蒸気流として再循環される、請求項5または6記載の方法。
- 分画されるべき液体混合物を含む供給物が、膜接触器の1つに供給される、請求項5〜7のいずれか1項記載の方法。
- 供給物が、液体流が該供給物と同じ組成を有するところの膜接触器の近傍に供給される、請求項8記載の方法。
- 液体チャンネルに近接する蒸気流が、該液体チャンネルに沿って液体流と反対の方向に流れる、請求項1〜9のいずれか1項記載の方法。
- 膜接触器を通る液体流の流れの方向が、該膜接触器を通る蒸気流に関して横方向である、請求項1〜10のいずれか1項記載の方法。
- 請求項1〜11のいずれか1項記載の方法を行うためのデバイスにおいて、該デバイスが、
低沸点成分に富む蒸気流(留出物)のための排出口および液体流のための供給口を一端に備えられ、かつ蒸気流のための供給口および高沸点成分に富む液体流(残渣)のための排出口を他端に備えられた容器を含み、
該容器が、分画されるべき液体混合物(供給物)のための供給口をさらに備え、
該容器が、液体流の輸送のための液体チャンネルを含む少なくとも2の膜接触器を含み、膜接触器の液体チャンネルが、隣の膜接触器の液体チャンネルと連結しており、その結果、液体流が容器の一端から他端へ膜接触器を介して輸送され得、
膜接触器の膜が高沸点成分および低沸点成分を同じ程度に通し、
膜接触器の壁が蒸気に対して透過性であり、そして
容器が蒸気流の輸送のための蒸気チャンネルを含む、
ところのデバイス。 - 膜接触器が、実質的に平行な中空膜ファイバーのセグメントによって形成されている、請求項12記載のデバイス。
- 膜接触器が少なくとも2の平らな膜によって形成されている、請求項12記載のデバイス。
- 容器が、留出物のための排出口と連結した凝縮器をさらに備えており、該凝縮器は、液体流のための供給口と連結した、凝縮した留出物のための排出口を備えている、請求項12〜14のいずれか1項記載のデバイス。
- 容器が再蒸発器をさらに備えており、該再蒸発器は残渣のための排出口に連結し、かつ蒸気流のための供給口に連結した排出口を備えている、請求項12〜15のいずれか1項記載のデバイス。
- 膜接触器に近接する蒸気流を該膜接触器に沿って液体流に対して向流の向きに案内するプレートが膜接触器間に配置されている、請求項12〜16のいずれか1項記載のデバイス。
- プレートが容器の一方の壁および他方の壁から交互に延び、それによって、蒸気流および液体流のための通路を開けている、請求項17記載のデバイス。
- プレートが、少なくとも部分的に穴を有しかつ容器の幅全体に亘って延びている、請求項17記載のデバイス。
- プレートが、蒸気流および液体流のための通路を得るために部分的に穴を有する、請求項19記載のデバイス。
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