JP5248289B2 - 有機物脱水濃縮装置および有機物脱水濃縮方法 - Google Patents
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Description
水溶性有機物と水とそれ以外の不純物とを含む被処理液を蒸発させて被処理液蒸気を発生させる蒸発器と、水蒸気を選択的に透過させる分離膜を有してなる膜分離装置とを備え、前記蒸発器で発生された被処理液蒸気を前記膜分離装置に導入してその被処理液蒸気から水蒸気を分離する有機物脱水濃縮装置において、
前記蒸発器で蒸気化し前記膜分離装置に向けて送り出される被処理液蒸気の一部を凝縮して凝縮液を生成する被処理液蒸気凝縮手段と、
前記蒸発器の内部における被処理液蒸気の流れ経路途中に設けられ、前記被処理液蒸気凝縮手段からの凝縮液を滞留させる凝縮液滞留手段とを備え、
前記凝縮液滞留手段は、被処理液蒸気が当該凝縮液滞留手段に滞留されている凝縮液を潜り抜けて通過するように構成されていることを特徴とするものである。
ここで、被処理液蒸気凝縮手段は、凝縮液滞留手段に滞留させる凝縮液を生成する役割を持ち、被処理液蒸気の一部のみを部分凝縮させて凝縮液滞留手段へ向けて送るように構成される。蒸発量に対する凝縮量の割合は、凝縮液滞留手段に滞留させる凝縮液が確保されればよく、好ましくは10質量%未満、より好ましくは5質量%未満、特に3質量%未満である。
なお、蒸発器内に複数段の凝縮液滞留段を設ける場合でも、5段以下、好ましくは3段以下、より好ましくは2段であることが好適である。多数の凝縮液滞留段を設けると蒸発器としての機能(蒸発機能)が効率的でなくなる。
被処理液を蒸発させて被処理液蒸気を発生させる蒸発器と、水蒸気を選択的に透過させる分離膜を有してなる膜分離装置とを備え、前記蒸発器で発生された被処理液蒸気を前記膜分離装置に導入してその被処理液蒸気から水蒸気を分離する有機物脱水濃縮装置を用いた、水溶性有機物と水とそれ以外の不純物とを含む被処理液から有機物を脱水濃縮する有機物脱水濃縮方法において、
水溶性有機物と水とそれ以外の不純物とを含む被処理液を前記蒸発器に供給して被処理液蒸気を発生させる工程、
前記被処理液蒸気を被処理液蒸気凝縮手段で凝縮して、前記蒸発器の内部における被処理液蒸気の流れ経路途中に設けられた凝縮液滞留手段に前記被処理液蒸気凝縮手段からの凝縮液を滞留させる工程、
前記被処理液蒸気を、前記凝縮液滞留手段に滞留されている前記凝縮液を潜り抜けて通過させる工程および
前記蒸発器からの被処理液蒸気を前記膜分離装置へ供給して、前記被処理液蒸気から選択的に水蒸気を分離する工程
を含むことを特徴とするものである。
この有機物脱水濃縮方法は、被処理液の不純物が分離膜に有害な不純物である場合に、その有害な不純物による分離膜の脱水濃縮性能の劣化を好適に抑制することができる。
図1には、本発明の第1の実施形態に係る有機物脱水濃縮装置の概略システム構成図が示されている。なお、以下に述べる有機物脱水濃縮装置において、脱水濃縮処理に供される被処理液は、ある目的で使用された後の水溶性有機物の回収品、或いはある工程からの水溶性有機物の回収品であり、水溶性有機物と水の他に不純物を含有するものである。
(1)各バブルキャップトレイ15,16に滞留されている凝縮液によって被処理液蒸気に同伴する不純物が捕捉されるので、分離膜3に不純物が付着・堆積するのを防止することができ、脱水濃縮性能を良好に維持することができる。
(2)被処理液蒸気が各バブルキャップトレイ15,16におけるトレイ部材17と各キャップ部材19との隙間を通って各バブルキャップトレイ15,16上の凝縮液を潜り抜けて通過する構造とされているので、被処理液蒸気が凝縮液を潜り抜けて通過する際に泡立たせて気液接触面積を更に増やすことができ、被処理液蒸気に同伴する不純物含有飛沫をより効果的に捕捉することができる。
(3)上段側バブルキャップトレイ15に上段側溢流管21が設けられることによって上段側バブルキャップトレイ15に滞留される凝縮液の液深が所定深さD1で一定に保たれるとともに、下段側バブルキャップトレイ16に下段側溢流管22が設けられることによって下段側バブルキャップトレイ16に滞留される凝縮液の液深が所定深さD2で一定に保たれるので、圧力損出を一定に抑えつつ所期の飛沫捕捉性能を安定的に維持することができる。
図3には、本発明の第2の実施形態に係る有機物脱水濃縮装置で適用される蒸発器の構造説明図が示されている。なお、本実施形態において、第1の実施形態と同一または同様のものについては図に同一符号を付すに留めてその詳細な説明を省略することとし、以下においては第1の実施形態と異なる点を中心に説明することとする(後述する第3の実施形態についても同様)。
本実施形態によっても、基本的に第1の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
図4には、本発明の第3の実施形態に係る有機物脱水濃縮装置で適用される蒸発器の構造説明図が示されている。
また、本実施形態においては、充填物25の上方で被処理液蒸気送出管13の直下位置に、被処理液蒸気送出管13から滴下される凝縮液を充填物25に対して分散させる分散板26が設けられている。この分散板26は、例えばパンチングメタルのような多数の孔を有する板状部材で構成される。なお、分散板26が本発明における「凝縮液分散手段」に相当する。
すなわち、本発明の有機物脱水濃縮方法は、
被処理液を蒸発させて被処理液蒸気を発生させる蒸発器2と、水蒸気を選択的に透過させる分離膜3を有してなる膜分離装置4とを備え、蒸発器2で発生された被処理液蒸気を膜分離装置4に導入してその被処理液蒸気から水蒸気を分離する有機物脱水濃縮装置1を用いた、水溶性有機物と水とそれ以外の不純物とを含む被処理液から有機物を脱水濃縮する有機物脱水濃縮方法において、
水溶性有機物と水とそれ以外の不純物とを含む被処理液を蒸発器2に供給して被処理液蒸気を発生させる工程、
被処理液蒸気を被処理液蒸気凝縮手段23で凝縮して、蒸発器2の内部における被処理液蒸気の流れ経路途中に設けられた凝縮液滞留手段15,16に被処理液蒸気凝縮手段23からの凝縮液を滞留させる工程、
被処理液蒸気を、凝縮液滞留手段15,16に滞留されている凝縮液を潜り抜けて通過させる工程および
蒸発器2からの被処理液蒸気を膜分離装置4へ供給して、被処理液蒸気から選択的に水蒸気を分離する工程
を含むことを特徴とするものである。
また、例えば発酵アルコール水溶液を精製脱水して高純度アルコールを得る際にも、発酵アルコール水溶液には、もろみ塔や蒸留塔で処理した後も、発酵原料や発酵条件に基づいてセルロースなどの不溶成分、原料に由来する金属イオンや塩類、アルデヒド類などの発酵によって副生した化学物質が混入しているので、含有する不純物を除きながらアルコール類を脱水濃縮する必要がある。
さらに、化学プロセスでは、水溶性有機物と水とそれ以外の不純物とを含む被処理液がしばしば発生するので、このような場合にも、含有された不純物を除きながら水溶性有機物を脱水濃縮する必要がある。
本発明の脱水濃縮方法は、このような処理液を好適に脱水濃縮できる。
2,2A,2B 蒸発器
3 分離膜
4 膜分離装置
10 流量調整弁
15 上段側バブルキャップトレイ(凝縮液滞留手段)
15A 上段側シーブトレイ(凝縮液滞留手段)
16 下段側バブルキャップトレイ(凝縮液滞留手段)
16A 下段側シーブトレイ(凝縮液滞留手段)
17,17A トレイ部材
18,18A 通気孔
19 キャップ部材
21 上段側溢流管(凝縮液溢流手段)
21A 上段側溢流板(凝縮液溢流手段)
22 下段側溢流管(凝縮液溢流手段)
22A 下段側溢流板(凝縮液溢流手段)
23 被処理液蒸気凝縮器(被処理液蒸気凝縮手段)
25 充填物(凝縮液滞留手段)
26 分散板(凝縮液分散手段)
Claims (8)
- 水溶性有機物と水とそれ以外の不純物とを含む被処理液を蒸発させて被処理液蒸気を発生させる蒸発器と、水蒸気を選択的に透過させる分離膜を有してなる膜分離装置とを備え、前記蒸発器で発生された被処理液蒸気を前記膜分離装置に導入してその被処理液蒸気から水蒸気を分離する有機物脱水濃縮装置において、
前記蒸発器で蒸気化し前記膜分離装置に向けて送り出される被処理液蒸気の一部を凝縮して凝縮液を生成する被処理液蒸気凝縮手段と、
前記蒸発器の内部における被処理液蒸気の流れ経路途中に設けられ、前記被処理液蒸気凝縮手段からの凝縮液を滞留させる凝縮液滞留手段とを備え、
前記凝縮液滞留手段は、被処理液蒸気が当該凝縮液滞留手段に滞留されている凝縮液を潜り抜けて通過するように構成されていることを特徴とする有機物脱水濃縮装置。 - 前記凝縮液滞留手段は、被処理液蒸気の流れ経路途中に設けられたトレイ部材に被処理液蒸気が通過する通気孔が設けられてなるバブルキャップトレイ或いはシーブトレイのいずれかである請求項1に記載の有機物脱水濃縮装置。
- 前記凝縮液滞留手段は、被処理液蒸気の流れ経路途中に配置され、被処理液蒸気と凝縮液とを気液接触可能にする充填物であり、
この充填物に対して前記凝縮液を分散させる凝縮液分散手段が設けられている請求項1に記載の有機物脱水濃縮装置。 - 前記蒸発器は、水溶性有機物と水とそれ以外の不純物とを含む被処理液を、上部に少なくとも1段以上の滞留段が存在し、下部には滞留段が存在しない位置に供給するとともに、ボトム液の一部を抜き出すことができるように構成されている請求項1に記載の有機物脱水濃縮装置。
- 前記蒸発器は、複数段の凝縮液滞留手段を有し、水溶性有機物と水とそれ以外の不純物とを含む被処理液を、上部に少なくとも1段以上、下部にも少なくとも1段以上の滞留段が存在する段と段の間の位置に供給するとともに、ボトム液の一部を抜き出すことができるように構成されている請求項1に記載の有機物脱水濃縮装置。
- 前記被処理液に含まれる不純物は、分離膜に有害な不純物である請求項1に記載の有機物脱水濃縮装置。
- 被処理液を蒸発させて被処理液蒸気を発生させる蒸発器と、水蒸気を選択的に透過させる分離膜を有してなる膜分離装置とを備え、前記蒸発器で発生された被処理液蒸気を前記膜分離装置に導入してその被処理液蒸気から水蒸気を分離する有機物脱水濃縮装置を用いた、水溶性有機物と水とそれ以外の不純物とを含む被処理液から有機物を脱水濃縮する有機物脱水濃縮方法において、
水溶性有機物と水とそれ以外の不純物とを含む被処理液を前記蒸発器に供給して被処理液蒸気を発生させる工程、
前記被処理液蒸気を被処理液蒸気凝縮手段で凝縮して、前記蒸発器の内部における被処理液蒸気の流れ経路途中に設けられた凝縮液滞留手段に前記被処理液蒸気凝縮手段からの凝縮液を滞留させる工程、
前記被処理液蒸気を、前記凝縮液滞留手段に滞留されている前記凝縮液を潜り抜けて通過させる工程および
前記蒸発器からの被処理液蒸気を前記膜分離装置へ供給して、前記被処理液蒸気から選択的に水蒸気を分離する工程
を含むことを特徴とする有機物脱水濃縮方法。 - 前記被処理液に含まれる不純物は、分離膜に有害な不純物である請求項7に記載の有機物脱水濃縮方法。
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