JP4414922B2 - Distillation-membrane separation hybrid apparatus and separation method combining distillation and membrane separation - Google Patents
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Description
本発明は、液体混合物の分離装置に関し、さらに詳しくは、蒸留手段と膜分離手段とを相乗的に組み合わせた分離効率およびエネルギー効率に優れ、耐熱性が高い蒸留−膜分離ハイブリッド装置に関する。 The present invention relates to an apparatus for separating a liquid mixture, and more particularly, to a distillation-membrane separation hybrid apparatus that is excellent in separation efficiency and energy efficiency and has high heat resistance, in which distillation means and membrane separation means are synergistically combined.
蒸留操作は、液体混合物の気液平衡関係を利用する分離操作であり、装置スペースが大きく、エネルギー消費量が多い単位操作である。しかし通常の蒸留操作の分離性能は、必ずしも十分ではなく、特に共沸混合物の蒸留に際しては、分離濃度に限界がある。このため共沸混合物の蒸留操作においては、第３成分を添加して一方の構成成分を抽出して、共沸状態の気液平衡をずらして行なう抽出蒸留や、エントレーナを添加して別の共沸混合物を形成させて、エントレーナとともに蒸留する共沸蒸留があるが、共沸蒸留塔およびエントレーナの再生塔等の増設が必要となる。また気液平衡関係が近い混合物を蒸留手段により分離するには、蒸留塔の棚段数が非常に多くなるため、蒸留塔の高さが高くなり、装置スペースがいっそう巨大となる問題点を有する。 The distillation operation is a separation operation that utilizes the vapor-liquid equilibrium relationship of the liquid mixture, and is a unit operation that requires a large apparatus space and consumes a large amount of energy. However, the separation performance of a normal distillation operation is not always sufficient, and the separation concentration is limited particularly when an azeotropic mixture is distilled. For this reason, in the distillation operation of the azeotrope, the third component is added to extract one constituent component and extractive distillation is performed by shifting the vapor-liquid equilibrium in the azeotropic state, or the other component is added by adding an entrainer. There is azeotropic distillation in which a boiling mixture is formed and distilled together with the entrainer. However, an additional azeotropic distillation column and regeneration column of the entrainer are required. In addition, in order to separate a mixture having a close vapor-liquid equilibrium relationship by distillation means, the number of distillation towers is extremely large, which causes a problem that the height of the distillation tower is increased and the apparatus space is further increased.
例えば、エタノール／水系混合液は、エタノール濃度８９モル％（９５重量％）に共沸点があり、このため通常の蒸留操作においては８９モル％（９５重量％）を超えてエタノールの濃縮ができない。そこでベンゼンをエントレーナとして添加して共沸蒸留塔で３成分の共沸状態にして、塔底から過剰の１００％エタノールを取り出し、塔頂から留出する３成分混合液をデカンタとエントレーナ回収塔および水回収塔の２つの蒸留塔で分離する共沸蒸留法が広く用いられている。エタノールを精製する方法として、この共沸蒸留法が工業化されているが、大きな設備装置が必要であること、さらに多大なエネルギーを要することから蒸留に代わるエタノール精製技術の開発は、重要な課題となっている。 For example, an ethanol / water mixture has an azeotropic point at an ethanol concentration of 89 mol% (95 wt%), and therefore ethanol cannot be concentrated beyond 89 mol% (95 wt%) in a normal distillation operation. Therefore, benzene is added as an entrainer to bring the azeotropic distillation tower into a ternary azeotropic state, excess 100% ethanol is removed from the bottom of the tower, and the ternary mixed liquid distilled from the top of the tower is decanter and entrainer recovery tower and An azeotropic distillation method in which two water recovery towers separate the azeotropic distillation is widely used. Although this azeotropic distillation method has been industrialized as a method for purifying ethanol, the development of ethanol purification technology to replace distillation is an important issue because it requires a large equipment and further requires a lot of energy. It has become.
一方、膜分離法を利用した分離手段は、液体混合物を分離膜の片側（供給側）に接触させて、反対側（透過側）を減圧することにより、特定の液体（透過物質）を気化させ分離するパーベーパレーション法（浸透気化法）、気体混合物を蒸気状態で供給し分離膜に接触させて、透過側を減圧して特定の蒸気を分離するベーパーパーミエーション法（蒸気透過法）などがある。このような膜分離方法は、従来、簡単な方法では分離できなかった液体混合物、すなわち上記の共沸混合物や、沸点が近接して比揮発度が小さい液体混合物、加熱によって重合や変成を起こしやすい物質を含む混合物を分離または濃縮する新しい分離法として注目されている。 On the other hand, the separation means using the membrane separation method vaporizes a specific liquid (permeate) by bringing the liquid mixture into contact with one side (supply side) of the separation membrane and reducing the pressure on the opposite side (permeation side). Pervaporation method to separate (pervaporation method), vapor permeation method (vapor permeation method) to supply a gas mixture in vapor state and contact the separation membrane, depressurize the permeate side and separate specific vapor is there. Such a membrane separation method is a liquid mixture that could not be separated by a simple method in the past, that is, the above azeotropic mixture, a liquid mixture having a close boiling point and a low relative volatility, and is likely to undergo polymerization or modification by heating. It attracts attention as a new separation method for separating or concentrating a mixture containing a substance.
また、膜分離法を利用する分離手段は、分離膜の有効面積を最大限に広くすることが課題となっている。例えば、ベーパーパーミエーション法（蒸気透過法）では、分離膜の表面に混合蒸気が凝縮してしまうと、凝縮部分では分離操作が機能せず、有効な膜面積が減少してしまうことになる。このため、供給蒸気を十分に加熱して、分離膜に接しても凝縮させない方法があるが、供給蒸気の加熱処理に費やされるエネルギー量が多いため、消費エネルギーが少ないという膜分離法の特徴を、損なうこととなってしまう。 Further, the separation means using the membrane separation method has a problem of maximizing the effective area of the separation membrane. For example, in the vapor permeation method (vapor permeation method), if the mixed vapor condenses on the surface of the separation membrane, the separation operation does not function in the condensed portion, and the effective membrane area decreases. For this reason, there is a method in which the supplied steam is sufficiently heated and does not condense even when it comes into contact with the separation membrane, but the amount of energy consumed for the heating treatment of the supplied steam is large, so the feature of the membrane separation method is that it consumes less energy. , You will lose.
特許文献１は、共沸蒸留法と膜分離法を組み合わせて、共沸蒸留塔頂部からエントレーナを、共沸蒸留塔底部からエチル第３ブチルエーテルを集め、共沸蒸留塔の中段側面からエタノールに富んだ混合液を抜き取り、膜分離によりエタノールを分離する方法を提案している。しかし、特許文献１は、高分子膜を使用しているため、耐熱性、耐溶剤性、および機械的強度が低いことから、蒸留と膜分離を組み合わせた有機化合物の精製方法としては、その適用範囲に限界があり、工業化することが難しいという課題がある。
本発明の蒸留−膜分離ハイブリッド装置の目的は、上述のような課題がある液体混合物の分離操作において、設備スペースがコンパクトでありながら、分離性能が優れ、エネルギー効率が高い液体混合物の分離装置を提供することにある。 The purpose of the distillation-membrane separation hybrid apparatus of the present invention is to provide a liquid mixture separation apparatus having excellent separation performance and high energy efficiency in a separation operation of a liquid mixture having the above-mentioned problems while having a compact equipment space. It is to provide.
さらに詳しくは、蒸留−膜分離ハイブリッド装置において、膜分離手段への供給蒸気が、膜モジュールにおいて凝縮せずに安定的に分離処理され、高い膜モジュール効率が得られるとともに、分離性能が向上し、熱エネルギーが効率的に利用され、さらに設備のコンパクト化を達成することができる蒸留−膜分離ハイブリッド装置を提供することである。 More specifically, in the distillation-membrane separation hybrid apparatus, the supply steam to the membrane separation means is stably separated without condensing in the membrane module, high membrane module efficiency is obtained, and separation performance is improved. It is to provide a distillation-membrane separation hybrid apparatus in which thermal energy is efficiently used and further downsizing of the equipment can be achieved.
上記目的を達成する本発明の蒸留−膜分離ハイブリッド装置は、二成分以上の液体混合物を分離する蒸留手段と、蒸留手段の塔頂から留出する混合蒸気を分離するゼオライト膜を有する膜分離手段とからなる分離装置であって、混合蒸気の一部を蒸留手段へ還流する経路内に圧力調整弁およびその後段に２基以上の凝縮器を配置してなる圧力制御手段、並びに塔頂と膜分離手段の間に配置された絞り機構を有する圧力調整弁からなる過熱度調整手段を有することを特徴とするものである。 The distillation-membrane separation hybrid apparatus of the present invention that achieves the above object includes a distillation means for separating a liquid mixture of two or more components and a membrane separation means having a zeolite membrane for separating mixed vapor distilled from the top of the distillation means. A pressure control means in which a pressure regulating valve and two or more condensers are arranged in a subsequent stage in a path for refluxing a part of the mixed vapor to the distillation means, and a top and a membrane It has a superheat degree adjusting means comprising a pressure adjusting valve having a throttle mechanism disposed between the separating means.
さらに、本発明の分離方法は、二成分以上の液体混合物を分離する方法において、蒸留手段により二成分以上の液体混合物を蒸留し、蒸留手段の塔頂から留出する混合蒸気を、塔頂と連通してなりゼオライト膜を有する膜分離手段により、膜分離する方法であって、混合蒸気の一部を蒸留手段へ還流する経路内に配置された、圧力調整弁およびその後段の２基以上の凝縮器からなる圧力制御手段により、混合蒸気の温度を高くする工程、塔頂と膜分離手段の間に配置された絞り機構を有する圧力調整弁からなる過熱度調整手段により、混合蒸気を過熱状態とする工程、並びに膜分離手段において、混合蒸気を凝縮させずに膜分離する工程を有する蒸留と膜分離を組み合わせた分離方法である。 Furthermore, the separation method of the present invention is a method for separating a liquid mixture of two or more components, wherein the liquid mixture of two or more components is distilled by a distillation means, and the mixed vapor distilled from the top of the distillation means is Membrane separation by a membrane separation means having a zeolite membrane in communication, wherein two or more pressure regulating valves and two or more downstream stages are arranged in a path for refluxing part of the mixed vapor to the distillation means The step of increasing the temperature of the mixed steam by the pressure control means comprising a condenser, the superheated state of the mixed steam by the superheat degree adjusting means comprising a pressure regulating valve having a throttle mechanism disposed between the top of the column and the membrane separation means And a separation method that combines distillation and membrane separation, including a step of membrane separation without condensing the mixed vapor in the membrane separation means.
本発明の蒸留−膜分離ハイブリッド装置は、蒸留手段および膜分離手段からなり、蒸留手段から留出する飽和蒸気を、過熱度調整手段を通して、過熱度１〜５０℃の安定な過熱状態として、膜分離手段へ供給することができる。 The distillation-membrane separation hybrid apparatus of the present invention comprises a distillation means and a membrane separation means. The saturated steam distilled from the distillation means is converted into a stable superheat state with a superheat degree of 1 to 50 ° C. through the superheat degree adjustment means. It can be supplied to the separating means.
膜分離手段は、過熱状態の高温蒸気を処理することにより、蒸気の凝縮が起こらず分離膜の有効面積を最大限に広くできること、分離膜を構成するゼオライト膜が、耐熱性、耐溶剤性、耐酸性および機械的強度に優れること、高温下での膜分離処理により分離性能を高く維持できること等のメリットがあり、膜分離手段の分離性能を最大限に引き出すことができる。 The membrane separation means can process the high-temperature steam in an overheated state, so that the condensation of the vapor does not occur and the effective area of the separation membrane can be maximized, and the zeolite membrane constituting the separation membrane has heat resistance, solvent resistance, There are advantages such as excellent acid resistance and mechanical strength, and high separation performance can be maintained by membrane separation treatment at high temperature, and the separation performance of the membrane separation means can be maximized.
本発明の蒸留−膜分離ハイブリッド装置は、特に、液体混合物の分離性能に優れ、共沸混合物の分離に際しても、その共沸点以上にまで濃縮・精製することができる分離装置である。 The distillation-membrane separation hybrid apparatus of the present invention is a separation apparatus that is particularly excellent in the separation performance of a liquid mixture, and can be concentrated and purified to an azeotropic point or higher when separating an azeotropic mixture.
本発明の蒸留−膜分離ハイブリッド装置は、従来の共沸蒸留法等、特殊な蒸留方法でしか分離することができなかった液体混合物の分離操作に代わる新しい分離装置であり、蒸留塔に大きな設備を追加する必要がなく、設備スペースが極めてコンパクトでありながら、分離性能に優れ、エネルギー効率が高い混合物分離装置である。 The distillation-membrane separation hybrid apparatus of the present invention is a new separation apparatus that replaces the separation operation of a liquid mixture that could only be separated by a special distillation method such as a conventional azeotropic distillation method, and has a large facility in a distillation column. It is a mixture separation device that has excellent separation performance and high energy efficiency while having an extremely compact installation space.
本発明の蒸留と膜分離を組み合わせた分離方法は、蒸留手段および膜分離手段を相乗的に組み合わせた分離方法であり、蒸留手段からの留出蒸気を安定な過熱状態として、膜分離手段へ供給することができる方法である。膜分離手段の膜モジュールにおいては、過熱状態の高温蒸気を処理することにより供給蒸気の凝縮が起こらず高いモジュール効率が得られること、分離膜にゼオライト膜を使用するため耐熱性、耐溶剤性、耐酸性に優れること、高温操作によりゼオライト膜の分離性能が高い状態で発揮できること等のメリットがあり、膜モジュールの性能を最大限に引き出すことができる。 The separation method combining distillation and membrane separation of the present invention is a separation method in which distillation means and membrane separation means are synergistically combined, and the distillate vapor from the distillation means is supplied to the membrane separation means as a stable superheated state. This is how you can do it. In the membrane module of the membrane separation means, it is possible to obtain high module efficiency without condensing the supply steam by treating high temperature steam in an overheated state, heat resistance, solvent resistance, because a zeolite membrane is used for the separation membrane, There are merits such as excellent acid resistance and high performance of zeolite membrane separation performance by high temperature operation, and the performance of the membrane module can be maximized.
以下に、本発明を詳細に説明する。 The present invention is described in detail below.
本発明の蒸留−膜分離ハイブリッド装置は、二成分以上の液体混合物を分離する蒸留手段と、蒸留手段の塔頂から留出する混合蒸気を分離するゼオライト膜を有する膜分離手段とからなる分離装置であって、混合蒸気の一部を蒸留手段へ還流する還流ラインに配置された圧力調整弁およびその後段の２基以上の凝縮器からなり、蒸留手段の塔頂から留出する飽和蒸気の温度を高める圧力制御手段、並びに塔頂と膜分離手段の間に配置され、蒸留手段から留出し膜分離手段へ送る混合蒸気の過熱度を調整する絞り機構を有する圧力調整弁からなる過熱度調整手段を有することを特徴とするものである。 The distillation-membrane separation hybrid apparatus of the present invention is a separation apparatus comprising a distillation means for separating a liquid mixture of two or more components and a membrane separation means having a zeolite membrane for separating mixed vapor distilled from the top of the distillation means. The temperature of the saturated steam distilled from the top of the distillation means, comprising a pressure regulating valve arranged in a reflux line for refluxing a part of the mixed steam to the distillation means and two or more condensers at the subsequent stage. And a superheat degree adjusting means comprising a pressure adjusting valve having a throttling mechanism arranged between the top of the column and the membrane separation means for adjusting the superheat degree of the mixed steam sent from the distillation means to the distillation membrane separation means. It is characterized by having.
図１は、本発明の蒸留−膜分離ハイブリッド装置の一例として、エタノール／水混合系におけるエタノール精製装置を示す系統図である。なお、本発明の蒸留−膜分離ハイブリッド装置は、本系統図により制約を受けることなく、図１以外の装置系統においても、またエタノール／水混合系以外の液体混合物に対しても、有効に使用することができる。 FIG. 1 is a system diagram showing an ethanol purification apparatus in an ethanol / water mixed system as an example of the distillation-membrane separation hybrid apparatus of the present invention. In addition, the distillation-membrane separation hybrid apparatus of the present invention is effectively used in apparatus systems other than FIG. 1 and liquid mixtures other than ethanol / water mixed systems without being restricted by this system diagram. can do.
図１において、本発明の蒸留−膜分離ハイブリッド装置は、主に蒸留塔３および４からなる蒸留手段、並びに主に膜モジュール１３からなる膜分離手段とを含むものである。 In FIG. 1, the distillation-membrane separation hybrid apparatus of the present invention includes distillation means mainly composed of distillation columns 3 and 4 and membrane separation means mainly composed of a membrane module 13.
本発明の蒸留手段は、複数の段あるいは充填物からなる原料供給段より上部の蒸留塔（塔頂側）４と原料供給段より下部の蒸留塔（塔底側）３、原料供給段、リボイラー５、並びに凝縮器７、還流タンク９、および還流ポンプ１０等を有する還流ラインなどから構成される蒸留塔であり、耐圧性を有するものであれば特に制限がなく公知の蒸留塔を使用することができる。 The distillation means of the present invention comprises a distillation column (top side) 4 above a raw material supply stage consisting of a plurality of stages or packing, a distillation column (column bottom side) 3 below the raw material supply stage, a raw material supply stage, and a reboiler. 5, and a distillation column composed of a condenser 7, a reflux tank 9, a reflux line having a reflux pump 10 and the like, and there is no particular limitation as long as it has pressure resistance, and a known distillation column should be used. Can do.
本発明の膜分離手段は、膜モジュール１３、透過液凝縮器１７、透過液トラップ１８、真空ポンプ１９および濃縮液凝縮器２２などから構成されている。膜モジュール１３は、分離膜１４、被透過蒸気室１５とその両側に配置した透過蒸気室１６とからなり、被透過蒸気室１５と透過蒸気室１６とを分離膜１４により隔てた構成となっている。
The membrane separation means of the present invention comprises a membrane module 13, a permeate condenser 17, a permeate trap 18, a vacuum pump 19, a
蒸留塔（塔底側）３に供給された液体混合物は、気液平衡関係により分離され、過剰の高沸成分である水が、蒸留塔底部方向に流れ缶出液として抜き出される。一方、蒸留塔（塔頂側）４の塔頂からエタノール／水混合系の飽和蒸気が留出する。 The liquid mixture supplied to the distillation column (column bottom side) 3 is separated by a vapor-liquid equilibrium relationship, and water, which is an excessive high boiling point component, flows toward the bottom of the distillation column and is extracted as a bottom. On the other hand, saturated vapor of an ethanol / water mixed system is distilled from the top of the distillation column (column top side) 4.
所定圧力の飽和状態で留出した混合蒸気は、膜分離手段への供給分を除く残りの混合蒸気が、還流ラインへ入り、圧力制御手段を通じて凝縮し、還流タンクを通じて、蒸留塔（塔頂側）４の上部に、所定の還流比にて還流する。一方、膜分離手段へ供給するエタノール／水混合系の混合蒸気は、過熱度調整手段を通じて過熱状態となり、膜モジュール１３へ送られ、蒸気透過法により所定のエタノール濃度まで精製する。蒸気透過法により分離した水は、透過液トラップ１８を経て回収される。 The mixed steam distilled off in a saturated state at a predetermined pressure, the remaining mixed steam excluding the supply to the membrane separation means enters the reflux line, condenses through the pressure control means, passes through the reflux tank, ) Reflux at the upper part of 4 at a predetermined reflux ratio. On the other hand, the mixed vapor of the ethanol / water mixed system supplied to the membrane separation means becomes superheated through the superheat degree adjusting means, is sent to the membrane module 13, and is purified to a predetermined ethanol concentration by the vapor permeation method. The water separated by the vapor permeation method is collected through the permeate trap 18.
本発明の蒸留−膜分離ハイブリッド装置は、還流ライン内に、蒸留手段の塔頂から留出する飽和蒸気の温度を昇温するための圧力制御手段を有する。すなわち蒸留手段の加圧状態とすることにより、塔頂から留出する飽和蒸気を昇温するものである。 The distillation-membrane separation hybrid apparatus of the present invention has pressure control means for raising the temperature of the saturated vapor distilled from the top of the distillation means in the reflux line. That is, the saturated vapor distilled from the top of the column is heated by setting the pressurized state of the distillation means.
本発明において還流ライン内に配置された圧力制御手段は、圧力調整弁６およびその後段に２基以上の凝縮器を有するものである。すなわち、圧力調整弁６を制御することにより、蒸留手段を加圧状態として、塔頂から留出する飽和蒸気を昇温することができる。
Pressure control means disposed within the return line in the present invention are those having a
蒸留手段の塔頂部の圧力は、混合蒸気の組成や性状にもより一概には決められないが、好ましくは０．１〜１．５ＭＰａ、より好ましくは０．２３〜０．８ＭＰａ、さらに好ましくは０．３〜０．７ＭＰａである。蒸留手段の塔頂部の圧力が、上記範囲未満であると塔頂から留出する飽和蒸気を十分に昇温することができず、膜分離手段へ供給する蒸気の過熱状態が十分でなくなる虞があり、逆に蒸留手段の塔頂部の圧力が、上記範囲を超えると、ガス状態挙動を示す傾向があり、好ましくない。なお、蒸留手段および膜分離手段におけるそれぞれの圧力は、各手段の機能を果たすために、設定されていればよい。 The pressure at the top of the distillation means is not generally determined by the composition or properties of the mixed steam, but is preferably 0.1 to 1.5 MPa, more preferably 0.23 to 0.8 MPa, and still more preferably. 0.3 to 0.7 MPa. If the pressure at the top of the distillation means is less than the above range, the saturated steam distilled from the top of the tower cannot be sufficiently heated, and the superheated state of the steam supplied to the membrane separation means may not be sufficient. On the other hand, when the pressure at the top of the distillation means exceeds the above range, gas state behavior tends to be exhibited, which is not preferable. In addition, each pressure in the distillation unit and the membrane separation unit may be set in order to fulfill the function of each unit.
通常、蒸留手段の気液状態は、リボイラーにおけるスチーム圧やスチーム供給量の変動および蒸留塔へ供給する原料混合液の組成、温度、流量等の変動など種々の状態変動を受けている。したがって、圧力調整弁６により蒸留手段の塔頂部を加圧状態としても、十分な安定化手段を用いなければ、蒸留塔頂からの留出蒸気は、その気液状態が大きく変動してしまい安定とならない。
Usually, the gas-liquid state of the distillation means is subject to various state fluctuations such as fluctuations in the steam pressure and steam supply amount in the reboiler and fluctuations in the composition, temperature, flow rate, etc. of the raw material mixture supplied to the distillation tower. Therefore, even if the top of the distillation means is pressurized by the
本発明の蒸留−膜分離ハイブリッド装置は、蒸留塔頂から留出する加圧飽和蒸気を安定化するため、還流ライン内に、圧力調整弁６の後段に２基以上の凝縮器７および８を有するものである。２基以上の凝縮器により、過剰となる加圧飽和蒸気を確実に凝縮して還流タンク９へ送ることができる。本発明において圧力制御手段は、２基以上の凝縮器を連続して使用することが特徴である。圧力制御手段における凝縮器が１基だけであると、状態変動が大きな加圧飽和蒸気の安定化が不十分となり、過剰な加圧飽和蒸気を十分に凝縮することができず、膜分離手段へ供給する混合蒸気の状態を安定化することができなくなってしまい好ましくない。圧力調整手段に使用する凝縮器の数は、２基以上であればよく、数が多いほど蒸留塔の大幅な状態変動の影響を受けた留出蒸気を所定の加圧状態へと安定化することができるが、費用対効果の面から凝縮器の数は、２基であることがより好ましい。
In the distillation-membrane separation hybrid apparatus of the present invention , two or
さらに、本発明の蒸留−膜分離ハイブリッド装置は、蒸留塔頂から留出する加圧飽和蒸気を、過熱蒸気として膜分離手段へ供給する過熱度調整手段を有する。膜分離手段における膜モジュール１３へ供給する混合蒸気が、飽和蒸気のままであると分離膜の表面において凝縮が起こりやすく、分離操作の有効面積が減少してしまう。本発明においては、過熱度調整手段を用いて、飽和蒸気を過熱状態とすることにより分離膜の表面に凝縮が起きることがなく、分離膜の有効面積を最大限に広くして利用することができる。 Furthermore, the distillation-membrane separation hybrid apparatus of the present invention has superheat degree adjusting means for supplying pressurized saturated steam distilled from the top of the distillation column to the membrane separation means as superheated steam. If the mixed vapor supplied to the membrane module 13 in the membrane separation means remains saturated, condensation tends to occur on the surface of the separation membrane, and the effective area of the separation operation decreases. In the present invention, the superheat degree adjusting means is used to bring the saturated steam into a superheated state so that condensation does not occur on the surface of the separation membrane, and the effective area of the separation membrane can be maximized and utilized. it can.
本発明において、過熱度調整手段を通した混合蒸気の過熱状態は、過熱度が、好ましくは１〜３０℃、より好ましくは３〜１５℃の過熱状態である。混合蒸気の過熱度が、上記範囲未満であるとゼオライト膜からなる分離膜の表面に凝縮が起きる虞があり、上記範囲を超えると、ガス状態挙動となり膜性能低下を起こす傾向があり、好ましくない。 In the present invention, the superheated state of the mixed steam having passed through the superheat degree adjusting means is a superheated state in which the superheat degree is preferably 1 to 30 ° C, more preferably 3 to 15 ° C. If the superheat degree of the mixed steam is less than the above range, condensation may occur on the surface of the separation membrane made of a zeolite membrane, and if it exceeds the above range, it tends to cause gas state behavior and decrease membrane performance, which is not preferable. .
本発明において、過熱蒸気を、分離膜に接触させることにより、分離膜の処理温度を上昇させることができる。本発明における分離膜は、ゼオライト膜により構成されているが、ゼオライト膜は、その処理温度が高いほど分離性能が向上する性質をもっている。本発明において、分離膜の温度は、好ましくは８５〜１８０℃、より好ましくは、１１０〜１４５℃である。分離膜の温度が、上記範囲未満であるとゼオライト膜の性能を向上させることができず、上記範囲を超えると、ゼオライト膜の選択透過性を低下させる傾向があり、好ましくない。 In the present invention, the treatment temperature of the separation membrane can be increased by bringing the superheated steam into contact with the separation membrane. The separation membrane in the present invention is composed of a zeolite membrane, and the zeolite membrane has a property that the separation performance is improved as the treatment temperature is higher. In the present invention, the temperature of the separation membrane is preferably 85 to 180 ° C, more preferably 110 to 145 ° C. If the temperature of the separation membrane is less than the above range, the performance of the zeolite membrane cannot be improved, and if it exceeds the above range, the selective permeability of the zeolite membrane tends to be lowered, which is not preferable.
本発明の膜分離手段において、確実に過熱蒸気を供給することができるため、有効な分離膜面積を最大化できること、およびゼオライト膜の分離性能を向上させることの相乗的な性能向上効果が得られる。 In the membrane separation means of the present invention, since the superheated steam can be reliably supplied, the effective separation membrane area can be maximized, and the synergistic performance improvement effect of improving the separation performance of the zeolite membrane can be obtained. .
本発明において、過熱度調整手段は、絞り機構を有する圧力調整弁である。加圧状態の飽和蒸気を、絞り機構を有する圧力調整弁に通すことにより断熱膨張させて、圧力を減じながら過熱状態とすることができる。絞り機構を有する圧力調整弁は、外部からエネルギーを加えることなく過熱蒸気を得ることができ、他の過熱度調整手段と比べ有効な手段である。なお、絞り機構を有する圧力調整弁に対して他の過熱度調整手段を補助的に使用することもでき、より過熱度の高い過熱蒸気を得ることができる。 In the present invention, the superheat adjustment means is a pressure regulating valve having a diaphragm Ri mechanism. The saturated vapor in a pressurized state is adiabatically expanded by passing through a pressure regulating valve having a throttling mechanism, and can be brought into an overheated state while reducing the pressure. A pressure regulating valve having a throttling mechanism can obtain superheated steam without applying energy from the outside, and is an effective means compared to other superheat degree adjusting means. It should be noted that other superheat degree adjusting means can be used in an auxiliary manner with respect to the pressure adjusting valve having the throttle mechanism, and superheated steam having a higher superheat degree can be obtained.
本発明の膜分離手段手段に使用する膜モジュール１３は、図１に示すように、ゼオライト膜が分離膜１４として取り付けられ、例えば管板に固定された片端封止の筒状ゼオライト膜が所定ピッチになるよう、両側の管板から挿入した円筒型膜モジュールが挙示できる。筒状ゼオライト膜は、多孔質支持体とその表面上に合成させたゼオライト膜とから構成される。 As shown in FIG. 1, the membrane module 13 used in the membrane separation means of the present invention has a zeolite membrane attached as a separation membrane 14 and, for example, a single-end sealed cylindrical zeolite membrane fixed to a tube plate has a predetermined pitch. The cylindrical membrane module inserted from the tube plates on both sides can be shown. The cylindrical zeolite membrane is composed of a porous support and a zeolite membrane synthesized on the surface thereof.
本発明の膜分離手段に使用するゼオライト膜は、耐熱性が高く、耐溶剤性、耐酸性および機械的強度に優れており、高分子膜と比べより厳しい実用的な膜分離処理を行なうことができる。例えば、バイオエタノールの精製処理には、耐酸性が高いことが求められており、高分子膜を使用することはできず、また、耐熱性が低い高分子膜を、過熱状態の膜分離に使用することも限界がある。 The zeolite membrane used in the membrane separation means of the present invention has high heat resistance, excellent solvent resistance, acid resistance and mechanical strength, and can perform stricter practical membrane separation treatment than polymer membranes. it can. For example, bioethanol purification treatment requires high acid resistance, and polymer membranes cannot be used, and polymer membranes with low heat resistance are used for membrane separation in an overheated state. There is a limit to doing it.
本発明の分離膜１４に使用するゼオライト膜は、水選択透過性であり、分離膜１４の内側および透過蒸気室１６を、好ましくは真空度１３．３〜３０００Ｐａ、より好ましくは真空度１３３〜１３００Ｐａに減圧することにより、被透過蒸気室１５内の混合蒸気中の、主に親水性成分が、選択的に分離膜１４の外側から内側へ透過する。透過蒸気は、分離膜１４の内側を流れ、透過蒸気室１６から排出され、透過液凝縮器１７により凝縮されて、回収される。被透過蒸気室１５において脱水し精製された疎水性成分であるエタノールは、濃縮液凝縮器２２で冷却されて製品タンクへ送られる。
The zeolite membrane used for the separation membrane 14 of the present invention is selectively permeable to water, and the inside of the separation membrane 14 and the permeate vapor chamber 16 are preferably at a degree of vacuum of 13.3 to 3000 Pa, more preferably at a degree of vacuum of 133 to 1300 Pa. By reducing the pressure to a certain level, mainly hydrophilic components in the mixed vapor in the permeated
本発明において、ゼオライト膜の種類は、混合蒸気から選択的に透過するものの性状により適宜、選択することができ、例えば、エタノール／水混合系蒸気から水を選択的に分離する場合には、Ａ型ゼオライト膜、Ｙ型ゼオライト膜、ＮａＸ型ゼオライト膜、Ｔ型ゼオライト膜、低Ｓｉ／Ａｌ比のモルデナイトおよび低Ｓｉ／Ａｌ比のＺＳＭ−５型ゼオライト膜など水選択透過性を有するゼオライト膜から選ぶことができる。なかでも水選択透過性が高いＡ型ゼオライト膜、特にＮａＡ型ゼオライト膜を使用することが好ましい。 In the present invention, the type of the zeolite membrane can be appropriately selected depending on the properties of what selectively permeates from the mixed vapor. For example, when water is selectively separated from the ethanol / water mixed vapor, A Select from zeolite membranes with selective water permeability such as Z type zeolite membrane, Y type zeolite membrane, NaX type zeolite membrane, T type zeolite membrane, low Si / Al ratio mordenite and low Si / Al ratio ZSM-5 type zeolite membrane. be able to. In particular, it is preferable to use an A-type zeolite membrane having a high water selective permeability, particularly a NaA-type zeolite membrane.
ゼオライト膜の透過性能は、所定の供給蒸気の温度、供給量、および透過蒸気室１６（または透過液トラップ１８）の真空度において、単位面積、単位時間当たりの全透過量（ｋｇ／ｍ２ｈ）、および分離係数αとにより評価することができる。分離係数αは、混合物の分離効率を示すものであり、化合物Ａおよび化合物Ｂを含む混合蒸気に対し下記式（１）で定義する。
α＝（ＰＡ／ＰＢ）／（ＦＡ／ＦＢ） （１）
式中、ＦＡ、ＦＢは、それぞれ供給蒸気中の化合物Ａ、化合物Ｂの平均濃度（重量％）であり、ＰＡ、ＰＢは、それぞれ透過液中の液体Ａ，液体Ｂの平均濃度（重量％）である。
The permeation performance of the zeolite membrane is determined by the total permeation amount per unit area and unit time (kg / m 2 h) at a predetermined supply steam temperature, supply amount, and degree of vacuum of the permeate vapor chamber 16 (or permeate trap 18). ) And the separation coefficient α. The separation coefficient α indicates the separation efficiency of the mixture, and is defined by the following formula (1) for the mixed vapor containing the compound A and the compound B.
α = (P A / P B ) / (F A / F B ) (1)
In the formula, F A and F B are the average concentrations (% by weight) of Compound A and Compound B in the supplied steam, respectively, and P A and P B are the average concentrations of Liquid A and Liquid B in the permeate, respectively. (% By weight).
水−アルコール混合蒸気からの脱水分離の場合、分離係数αは、化合物Ａが水、化合物Ｂがアルコールとなり下記式（２）にて表される。
α＝（ＰＷ／ＰＯＨ）／（ＦＷ／ＦＯＨ） （２）
式中、ＦＷ、ＦＯＨは、それぞれ供給蒸気中の水（Ｗ）、アルコール（ＯＨ）の平均濃度（重量％）であり、ＰＷ、ＰＯＨは、それぞれ透過液中の水（Ｗ）、アルコール（ＯＨ）の平均濃度（重量％）である。
In the case of dehydration separation from a water-alcohol mixed vapor, the separation coefficient α is represented by the following formula (2) in which compound A is water and compound B is alcohol.
α = (P W / P OH ) / (F W / F OH ) (2)
In the formula, F W and F OH are the average concentrations (% by weight) of water (W) and alcohol (OH) in the supplied steam, respectively, and P W and P OH are water (W) in the permeate, respectively. The average concentration (% by weight) of alcohol (OH).
本発明において使用するゼオライト膜の透過性能は、全透過量が、好ましくは０．０１〜１００ｋｇ／ｍ２ｈ、より好ましくは０．１〜１００ｋｇ／ｍ２ｈ、さらに好ましくは０．５〜１００ｋｇ／ｍ２ｈである。また、本発明において、使用するゼオライト膜は、水／エタノール系において、分離係数αが、好ましくは５０〜１００００００、より好ましくは５００〜１００００００、さらに好ましくは１０００〜１００００００である。水／エタノール系の分離係数αが、５０００以上と高いことから、親水性が高く、優れた水選択透過性を持ち、高効率の脱水分離膜として有効に利用することができる。 The permeation performance of the zeolite membrane used in the present invention is such that the total permeation amount is preferably 0.01 to 100 kg / m 2 h, more preferably 0.1 to 100 kg / m 2 h, and further preferably 0.5 to 100 kg. / M 2 h. In the present invention, the zeolite membrane to be used has a separation factor α of preferably 50 to 1000000, more preferably 500 to 1000000, and still more preferably 1000 to 1000000 in a water / ethanol system. Since the water / ethanol separation factor α is as high as 5000 or more, it has high hydrophilicity, excellent water selective permeability, and can be effectively used as a highly efficient dehydration separation membrane.
本発明において、分離対象となる液体混合物は、特に限定されないが、例えば、水と、メタノール、エタノール、プロパノールなどのアルコール類または酢酸、プロピオン酸、酪酸などのカルボン酸類との液体混合物、またはアセトン、メチルエチルケトンなどのケトン類、四塩化炭素、トリクロロエチレンなどのハロゲン化炭化水素、酢酸、プロピオン酸、酪酸などのカルボン酸類などの有機溶液と、メタノール、エタノール、プロパノールなどのアルコール類との液体混合物、前記アルコール類またはカルボン酸類と、ベンゼン、シクロヘキサンなどの芳香族類との液体混合物などを挙げることができる。本発明において、分離の対象とする液体混合物は、上記の化合物を２種類以上含むものであってもよい。 In the present invention, the liquid mixture to be separated is not particularly limited. For example, a liquid mixture of water and alcohols such as methanol, ethanol and propanol or carboxylic acids such as acetic acid, propionic acid and butyric acid, or acetone, Liquid mixture of ketones such as methyl ethyl ketone, halogenated hydrocarbons such as carbon tetrachloride and trichloroethylene, carboxylic acids such as acetic acid, propionic acid and butyric acid, and alcohols such as methanol, ethanol and propanol, the alcohol Or a liquid mixture of carboxylic acids and aromatics such as benzene and cyclohexane. In the present invention, the liquid mixture to be separated may contain two or more of the above compounds.
本発明の蒸留−膜分離ハイブリッド装置は、有機混合物の精製分離プロセスにおいて、共沸蒸留塔やエントレーナ回収塔等を増設する必要がなく、分離性能が高く省エネルギーで設備スペースのコンパクトな分離装置である。すなわち通常の蒸留装置では、共沸混合物をその共沸点を越えて濃縮することはできないが、本発明の蒸留−膜分離ハイブリッド装置は、エントレーナ添加や共沸蒸留を行なうことなく、共沸混合物をその共沸点を越えて濃縮することができ、優れた分離性能を有するものである。 The distillation-membrane separation hybrid apparatus of the present invention is a compact separation apparatus with high separation performance, energy saving, and equipment space, without the need for adding an azeotropic distillation tower, an entrainer recovery tower, etc. in the purification and separation process of the organic mixture. . That is, a normal distillation apparatus cannot concentrate an azeotropic mixture beyond its azeotropic point. However, the distillation-membrane separation hybrid apparatus of the present invention can remove an azeotropic mixture without adding an entrainer or azeotropic distillation. It can be concentrated beyond its azeotropic point and has excellent separation performance.
具体的には、エタノール／水混合系におけるエタノール精製において、エタノール濃度９５重量％が、共沸点となっており、通常の蒸留では、エタノール濃度９５重量％を超えてエタノールを濃縮することはできない。これに対して、本発明の蒸留−膜分離ハイブリッド装置は、エタノール濃度９５重量％を超えてエタノールを濃縮することが可能であり、エタノール濃度９９．５重量％にまでエタノールを精製することができる。 Specifically, in ethanol purification in an ethanol / water mixed system, an ethanol concentration of 95% by weight has an azeotropic point, and ordinary distillation cannot condense ethanol exceeding 95% by weight of ethanol. On the other hand, the distillation-membrane separation hybrid apparatus of the present invention can concentrate ethanol exceeding an ethanol concentration of 95% by weight, and can purify ethanol to an ethanol concentration of 99.5% by weight. .
また本発明の蒸留−膜分離ハイブリッド装置は、通常の蒸留塔を代替することもでき、塔高さの低減等による設備のコンパクト化、消費エネルギーの削減など優れた効果がある。 Moreover, the distillation-membrane separation hybrid apparatus of the present invention can replace a normal distillation column, and has excellent effects such as downsizing of equipment due to reduction of the column height and reduction of energy consumption.
本発明の蒸留−膜分離ハイブリッド装置を用いた液体混合物を分離する方法を、図１に例示したエタノール／水混合系において、説明する。なお、本発明の液体混合物を分離する方法は、これに限定されるものではない。 A method for separating a liquid mixture using the distillation-membrane separation hybrid apparatus of the present invention will be described in the ethanol / water mixture system illustrated in FIG. In addition, the method of isolate | separating the liquid mixture of this invention is not limited to this.
液体混合物は、熱交換器２を通じて加熱された後、蒸留塔（塔底側）３に供給する。供給された混合物は、気液平衡関係により分離され、過剰の高沸成分である水が、蒸留塔底部方向に流れ缶出液として抜き出される。一方、蒸留塔（塔頂側）４の塔頂からエタノール／水混合系の飽和蒸気が留出する。 The liquid mixture is heated through the heat exchanger 2 and then supplied to the distillation column (column bottom side) 3. The supplied mixture is separated by a vapor-liquid equilibrium relationship, and water, which is an excessive high-boiling component, flows toward the bottom of the distillation column and is extracted as a bottoms. On the other hand, saturated vapor of an ethanol / water mixed system is distilled from the top of the distillation column (column top side) 4.
蒸留塔全体３および４を、還流ライン内に配置された圧力制御手段の圧力調整弁６により、好ましくは０．１〜１．５ＭＰａ、より好ましくは０．３〜０．７ＭＰａの加圧状態にする。また、圧力調整弁６の後段に配置した２基の凝縮器７および８により、蒸留塔の大きな状態変動の影響を受けた留出蒸気を所定の加圧状態へと安定化する。
The entire distillation towers 3 and 4 are preferably brought into a pressurized state of 0.1 to 1.5 MPa, more preferably 0.3 to 0.7 MPa by the
所定圧力の飽和温度で蒸留手段の塔頂から留出した混合蒸気において、膜分離手段への供給蒸気を除く残りの混合蒸気が、還流ラインに入り、２基の凝縮器７および８により凝縮し、還流タンク９を通じて、蒸留塔（塔頂側）４の上部に、所定の還流比にて還流する。
In the mixed steam distilled from the top of the distillation means at the saturation temperature of a predetermined pressure, the remaining mixed steam excluding the supply steam to the membrane separation means enters the reflux line and is condensed by the two
一方、膜分離手段へ供給するエタノール／水混合系の飽和蒸気は、絞り機構を有する圧力調整弁１２を通じて、過熱度が、好ましくは１〜３０℃、より好ましくは５〜１５℃の過熱状態となり、膜モジュール１３へ送られる。
On the other hand, the saturated vapor of the ethanol / water mixed system supplied to the membrane separation means is in an overheated state with a superheat degree of preferably 1 to 30 ° C., more preferably 5 to 15 ° C., through the
膜モジュール１３は、過熱状態の混合蒸気と接することにより、ゼオライト膜を有する分離膜１４の温度が、好ましくは８０〜１６０℃、より好ましくは１１０〜１４０℃となる。水選択透過性である分離膜１４の内側および透過蒸気室１６を、好ましくは真空度１３．３〜３０００Ｐａ、より好ましくは真空度１３３〜１３００Ｐａに減圧することにより、被透過蒸気室１５内の混合蒸気中の、親水性成分が、選択的に分離膜１４の外側から内側へ透過する。透過蒸気（水）は、分離膜１４の内側を流れ、透過蒸気室１６から排出され、透過液凝縮器１７により凝縮されて、透過液トラップ１８を経て回収される。 被透過蒸気室１５内のエタノールは、蒸気透過法により脱水され、所定のエタノール濃度まで精製し、濃縮液凝縮器２２を経て製品タンクへ送られる。
The membrane module 13 is brought into contact with the superheated mixed vapor, whereby the temperature of the separation membrane 14 having a zeolite membrane is preferably 80 to 160 ° C, more preferably 110 to 140 ° C. The inside of the permeated
本発明の蒸留−膜分離ハイブリッド装置を使用する液体混合物の分離方法は、蒸留手段および膜分離手段を相乗的に組み合わせた分離方法であり、蒸留手段からの留出蒸気を安定な過熱状態として、膜分離手段へ供給することができる方法である。膜分離手段の膜モジュールにおいては、過熱状態の高温蒸気を処理することにより供給蒸気の凝縮が起こらず高いモジュール効率が得られること、分離膜にゼオライト膜を使用するため耐熱性、耐溶剤性、耐酸性に優れること、高温操作によりゼオライト膜の分離性能が高い状態で発揮できること等のメリットがあり、膜モジュールの性能を最大限に引き出すことができる。 The separation method of the liquid mixture using the distillation-membrane separation hybrid apparatus of the present invention is a separation method in which the distillation means and the membrane separation means are synergistically combined, and the distillate vapor from the distillation means is brought into a stable superheated state. It is a method that can be supplied to the membrane separation means. In the membrane module of the membrane separation means, it is possible to obtain high module efficiency without condensing the supply steam by treating high temperature steam in an overheated state, heat resistance, solvent resistance, because a zeolite membrane is used for the separation membrane, There are merits such as excellent acid resistance and high performance of zeolite membrane separation performance by high temperature operation, and the performance of the membrane module can be maximized.
以下、実施例によって本発明をさらに説明するが、本発明の範囲をこれらの実施例により限定するものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further, the scope of the present invention is not limited by these Examples.
下記の実施例および比較例において、図１に示したエタノール精製装置を用いて、エタノール／水系混合液のエタノールの精製分離を行なった。 In the following examples and comparative examples, the ethanol purification apparatus shown in FIG. 1 was used to purify and separate ethanol from an ethanol / water mixture.
膜分離手段における膜モジュールは、膜面積が０．５ｍ２であり、分離膜がＮａＡ型ゼオライト膜（三井造船社製円筒型モジュール）である。 The membrane module in the membrane separation means has a membrane area of 0.5 m 2 and the separation membrane is a NaA-type zeolite membrane (cylindrical module manufactured by Mitsui Engineering & Shipbuilding).
＜実施例１＞
エタノール濃度５０重量％のエタノール／水混合液を出発原料として使用して、原料供給量７ｋｇ／ｈで蒸留手段へ供給し、還流比２．０で蒸留運転および圧力制御を行なった。塔頂から圧力４．４ｋｇ／ｃｍ２、温度１２０℃の飽和蒸気が７．６ｋｇ／ｈで留出し、この飽和蒸気のエタノール濃度は、９１．０重量％であった。
<Example 1>
An ethanol / water mixture having an ethanol concentration of 50% by weight was used as a starting material, and the raw material was supplied to the distillation means at a feed rate of 7 kg / h, and the distillation operation and pressure control were performed at a reflux ratio of 2.0. Saturated steam at a pressure of 4.4 kg / cm 2 and a temperature of 120 ° C. was distilled from the top of the column at 7.6 kg / h, and the ethanol concentration of this saturated steam was 91.0% by weight.
留出蒸気の内、３．８ｋｇ／ｈを、絞り機構を有する圧力調整弁により、圧力３．９ｋｇ／ｃｍ２に減圧して、約４．５℃の過熱度を与え、膜モジュールへ送り、脱水処理を行った。分離膜への供給温度は、１２０℃であった。 Of the distillate vapor, 3.8 kg / h is depressurized to a pressure of 3.9 kg / cm 2 by a pressure regulating valve having a throttling mechanism to give a superheat degree of about 4.5 ° C. and sent to the membrane module. Dehydration treatment was performed. The supply temperature to the separation membrane was 120 ° C.
この結果、エタノール濃度９９．５重量％にまで精製されたエタノールが、３．４６ｋｇ／ｈの収量で得られた。 As a result, ethanol purified to an ethanol concentration of 99.5% by weight was obtained at a yield of 3.46 kg / h.
＜比較例１＞
実施例１における分離操作において、蒸留手段および膜分離手段の圧力制御を行なわないで大気圧とし、塔頂から留出する飽和蒸気のエタノール濃度が、９１．０重量％となるよう蒸留条件を調整し、蒸留−膜分離を組み合わせた分離操作を行なった。その結果を表１に示す。
<Comparative Example 1>
In the separation operation in Example 1, the distillation conditions were adjusted so that the pressure of the distillation means and the membrane separation means was not controlled and the atmospheric pressure was reached, and the ethanol concentration of the saturated vapor distilled from the top of the column was 91.0% by weight. Then, a separation operation combining distillation and membrane separation was performed. The results are shown in Table 1.
膜モジュールへの供給蒸気は、温度７８℃と低く、エタノールの最終精製濃度は、９６重量％までしか精製することができなかった。 The supply steam to the membrane module was as low as 78 ° C., and the final purification concentration of ethanol could only be purified to 96% by weight.
＜実施例２＞
エタノール濃度３０重量％のエタノール／水混合液を、原料供給量６ｋｇ／ｈで蒸留手段へ供給し、還流比４．０で蒸留運転および圧力制御を行なった。塔頂から圧力４．４ｋｇ／ｃｍ２、温度１２０℃の飽和蒸気が５．０ｋｇ／ｈで留出し、この飽和蒸気のエタノール濃度は、９０．５重量％であった。
<Example 2>
An ethanol / water mixture having an ethanol concentration of 30% by weight was supplied to the distillation means at a feed rate of 6 kg / h, and distillation operation and pressure control were performed at a reflux ratio of 4.0. Saturated steam at a pressure of 4.4 kg / cm 2 and a temperature of 120 ° C. was distilled from the top of the column at 5.0 kg / h, and the ethanol concentration of this saturated steam was 90.5% by weight.
留出蒸気の内、１．０ｋｇ／ｈを、絞り機構を有する圧力調整弁により、圧力３．９ｋｇ／ｃｍ２に減圧して、約４℃の過熱度を与え、膜モジュールへ送り、脱水処理を行った。分離膜への供給温度は、１２０℃であった。 Of the distilled steam, 1.0 kg / h is reduced to a pressure of 3.9 kg / cm 2 by a pressure regulating valve having a throttling mechanism to give a degree of superheat of about 4 ° C. and sent to the membrane module for dehydration. Went. The supply temperature to the separation membrane was 120 ° C.
この結果、エタノール濃度９９．９重量％にまで精製されたエタノールが、０．９１ｋｇ／ｈの収量で得られた。 As a result, ethanol purified to an ethanol concentration of 99.9% by weight was obtained at a yield of 0.91 kg / h.
＜比較例２＞
実施例２における分離操作において、蒸留手段および膜分離手段の圧力制御を行なわないで大気圧とし、塔頂から留出する飽和蒸気のエタノール濃度が、９０．５重量％となるよう蒸留条件を調整し、蒸留−膜分離を組み合わせた分離操作を行なった。その結果を表２に示す。
<Comparative example 2>
In the separation operation in Example 2, the distillation conditions were adjusted so that the pressure of the distillation means and the membrane separation means was not controlled and the atmospheric pressure was reached, and the ethanol concentration of the saturated vapor distilled from the top of the column was 90.5% by weight. Then, a separation operation combining distillation and membrane separation was performed. The results are shown in Table 2.
膜モジュールへの供給蒸気は、温度７８℃と低く、エタノールの最終精製濃度は、９９重量％までしか精製することができなかった。 The steam supplied to the membrane module was as low as 78 ° C., and the final purification concentration of ethanol could only be purified to 99% by weight.
１ 供給ポンプ
２ 熱交換器
３ 蒸留塔（塔底側）
４ 蒸留塔（塔頂側）
５ リボイラー
６ 圧力調整弁
７ 凝縮器
８ 凝縮器
９ 還流タンク
１０ 還流ポンプ
１１ 還流調整弁
１２ 絞り機構を有する圧力調整弁
１３ 膜モジュール
１４ 分離膜
１５ 被透過蒸気室
１６ 透過蒸気室
１７ 透過液凝縮器
１８ 透過液トラップ
１９ 真空ポンプ
２０ 透過液ポンプ
２１ 膜分離圧力調整弁
２２ 濃縮液凝縮器
２３ 濃縮液ポンプ
２４ 供給液調整弁
２５ スチームドレイン
２６ スチーム調整弁
1 Supply Pump 2 Heat Exchanger 3 Distillation Tower (Bottom Side)
4 Distillation tower (top side)
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