JP5947715B2 - 一体型蒸発/ストリッピング吸収モジュール - Google Patents
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Description
・ 前記液体混合物が受けられ、前記蒸気の流れと前記液体の減損流とに分離される第1の容積(volume)を画定する。
・ 第1の液体通路を画定し、これによって前記減損流が第1の容積から出る。
・ 蒸気通路を画定し、これによって前記蒸気の流れが第1の容積から出る。
・ 蒸気通路がつながる第2の容積を画定する。
・ 第2の容積内に少なくとも部分的に配置された熱および質量伝達装置[heat and mass transfer apparatus]を備え、熱および質量伝達装置は、(i)蒸気から1つまたは複数の成分を発熱吸収するようになされたブラインの流れを受け、(ii)ブラインの流れを蒸気に案内し、(iii)第2の容積から熱を除去して、少なくとも熱の流れ、および1つまたは複数の成分内で濃縮されたブラインの流れを作り出す。
・ 第2の液体通路を画定し、これによって1つまたは複数の成分内で濃縮されたブラインの流れが第2の容積から出る。
・ 前記分離を行なうために、第1の容積に熱の流れを伝達する熱移動装置[heat movement apparatus]を備えている。
・ 第1の空隙32、
・ 第2の空隙34、
・ 第1および第2の空隙をつなぐ導管35、
・ 下側ポート36、38、
・ 上側ポート40、42、
・ 最上側ポート44、
・ 熱パイプ26、および
・ ディストリビュータ28、30。
・ 第1の容積32から出る蒸気は、第1の容積32に入る混合液体と実質的に気液平衡であり、
・ 蒸気の少なくとも実質的な部分は、第2の容積34内に吸収され、残りはベント44を介して第2の容積からでる。
・ 蒸気から少なくとも1つまたは複数の成分を発熱吸収するようになされたブラインの流れ52、ブラインの二次流れ54、および
・ 製品流れ56を作り出す。
・ コーン製粉設備66、調理/液化設備68、および糖化設備70。これらは、コーンを取り入れ、そこから発酵に適した原料を生成するという点において、全て実質的に従来のものである。
・ 水、酵素および酵母の流れを作り出すための、酵母調整設備72。
・ 原料、水などが供給され、発酵が連続的に起こり、そこから抽気流れ135が引き出される連続撹拌槽型反応炉(CSTR)76。
・ 連続して発酵培養液の流れを引き出す、好ましくは引き出された培養液からアルコールを取り除いて、濃縮アルコール(ブライン)流れ104および残りの流れ131を作り出し、残りの流れ131をCSTR76に戻すように、CSTRに結合されたSAMデバイス20。
・ 抽気流れ135を一括で受けて発酵させるバッチ・タンク78。
・ バッチ・タンク78から製品を受け、(i)エタノールがそこから実質的に取り除かれた全アルコール蒸留廃液の流れ、および(ii)エタノール中で濃縮されたブラインを作り出すために結合された第2のSAMデバイス20。
・ 蒸留廃液プロセッサ79。
・ SAMデバイス20によって取り上げられなかった吸収体の残りを吸収するための二次吸収器46。
・ 非濃縮物を流れ142を介して大気に排出する前に、特にバッチ・タンク78および二次吸収器46から微量アルコールを抽出し、これを調理設備68に再び迂回させるためのベント・スクラバ74。
・ 3段階脱離装置を作り出し、ブラインを再生成し、濃縮エタノール流れを作り出し、リサイクル水流れを作り出すように構成された、3つの脱離装置84、82、80。
・ リサイクル水流れを濃縮し、これをコーン製粉設備68に戻すための、濃縮装置90および受け装置92。
・ 整流装置/脱水設備86。
・様々な要素間に流れを通過させるためのエコノマイザ60およびポンプ64。
・ エタノール製品貯蔵設備88。
・ 整流装置86に供給される製品流れが、浸透気化法または分子ふるい技術によって従来の処理に適した濃度であること。
・ 計算により、高圧脱離装置84に対する高品質の必要熱量、すなわち燃料生成熱は、(整流装置86まで)生成された4,717btu/ガロンのエタノールであり、整流までの必要熱量は18,000btu/ガロンにまで到達する可能性がある。
・ CSTR76から引き出された培養液は約30℃の温度であり、残りの培養液は28℃の温度であり、培養液が決して生酵母に害を与える約30℃より上の温度に上昇しない(または、過冷却される)という点においてこの構成は有利である。
・ 第1の容積32内の圧力、および第1の容積32に入る混合液体の温度は、第1の容積32に伝達される熱のほぼ全てが混合液体の蒸発につながるようになされていること。
・ 残りの培養液は、引き出された培養液よりも温度が低く、それによってCSTRへの低温負荷が少なくなること。
・ 多重効用脱離の利用。
・ (極めて冷たい冷却水が豊富に利用可能でない、すなわち一般的な場合と同様の領域では、機械的手段によって行わなければならない)蒸発に関連する比較的穏やかな冷却負荷。
それぞれ7.0インチの長さおよび0.25インチの直径の20本の熱パイプを互いの上に水平に取り付けて、約10.0インチの高さの配列を形成した。このアセンブリを、アクリルの透明シートの間に挟んだ。2つの別々の横並びのチャンバ(蒸発チャンバおよび吸収チャンバ)をシートの間に形成し、熱パイプを両方のチャンバの間に通過させた。0.5インチ内径のホースを使用して、蒸発チャンバの上部を吸収チャンバの底部に接続した。各チャンバの上部には、原液ディストリビュータを設けた。各チャンバの上部には、大気への通気孔を付けた2リットル・フラスコを設け、流量制御弁を介してそのチャンバの液体ディストリビュータに結合させた。各チャンバの底部には、液体出口ポートを設け、収集フラスコに結合させた。吸収チャンバの上部のベントを、水およびエタノール蒸気から2本の保護線で保護した状態で、標準的実験室真空ポンプに結合させた。
開始重量 1303g
終了重量 1304g
冷却トラップ
開始重量 0
終了重量 0
ビール
開始重量 83gエタノール+952g水=1035g(8%EtOH)
終了重量 70gエタノール+931g水=1000g(7%EtOH)
ブライン
開始重量 701g水+1052gLiBr=1753g(60%LiBr)
終了重量 13gエタノール+713gH2O+1052LiBr=1778(59%LiBr)
開始重量 1303g
終了重量 1304g
冷却トラップ
開始重量 0
終了重量 16.5gエタノール+16.5g水=33g(50%EtOH)
ビール
開始重量 481gエタノール+1236g水=1717(28%EtOH)
終了重量 307gエタノール+1154g水=1462g(21%EtOH)
ブライン
開始重量 1239g水+1859LiBr=3098g(60%LiBr)
終了重量 115gEtOH+1293gH2O+1859gLiBr=3267(43%LiBr)
・ 発酵機構から引き出された培養液は、約28〜32℃の温度、および約4〜10%のエタノール濃度を有することができる。
・ 残りの培養液は、引き出された培養液より約2〜4℃低い温度を有し、引き出された培養液より約2〜4%低いエタノール濃度を有することができる。
・ 第1の容積内の圧力は約30〜100トールである可能性がある。
Claims (25)
- 蒸発によって蒸気の流れと液体の減損流とに分離可能な液体混合物の流れに対して使用する方法であって、
前記液体混合物流が蒸発されて、前記蒸気の流れおよび前記液体の減損流を生成する蒸発ステップと、
(i)蒸気の流れが、蒸気から1つまたは複数の成分を発熱吸収するようになされたブラインの流れに案内され、(ii)熱を除去して、少なくとも熱の流れ、および1つまたは複数の成分内で濃縮されたブラインの流れを作り出す吸収ステップと、
吸収ステップで除去された熱が伝達されて、蒸発ステップでの蒸発を推進させる熱伝達ステップとを含み、
前記蒸発を推進するための熱の伝達は、気体状態から液体状態への作動流体の相変化を伴ない、
前記吸収ステップでの熱の除去は、前記液体状態から前記気体状態への前記作動流体の前記相変化を伴ない、
前記液体状態では、前記作動流体は、重力、対流およびウィッキングの1つまたは複数によってのみ流れ、
前記気体状態では、前記作動流体は、拡散および対流の1つまたは複数によってのみ流れる方法。 - 蒸発によって蒸気の流れと液体の減損流とに分離可能な液体混合物の流れに対して使用する装置であって、使用の際に、
前記液体混合物が受けられ、前記蒸気の流れと前記液体の減損流とに分離される第1の容積を画定し、
第1の液体通路を画定し、これによって前記減損流が第1の容積から出て、
蒸気通路を画定し、これによって前記蒸気の流れが第1の容積から出て、
蒸気通路がつながる第2の容積を画定し、
前記第2の容積内に少なくとも部分的に配置された熱および質量伝達装置を備え、前記熱および質量伝達装置は、(i)前記蒸気から1つまたは複数の成分を発熱吸収するようになされたブラインの流れを受け、(ii)前記ブラインの流れを蒸気に案内し、(iii)前記第2の容積から熱を除去して、少なくとも熱の流れ、および1つまたは複数の成分内で濃縮されたブラインの流れを作り出し、
第2の液体通路を画定し、これによって前記1つまたは複数の成分内で濃縮されたブラインの流れが前記第2の容積から出て、
前記分離を行なうために、前記第1の容積に熱の流れを伝達する熱移動装置を備えている構造を備え、
前記第1の容積への熱の伝達は、気体状態から液体状態への作動流体の相変化を伴ない、前記第2の容積からの熱の除去は、前記液体状態から前記気体状態への前記作動流体の相変化を伴ない、前記液体状態では、前記作動流体は、重力、対流およびウィッキングの1つまたは複数によってのみ流れ、前記気体状態では、前記作動流体は、拡散および対流の1つまたは複数によってのみ流れる装置。 - 前記熱移動装置および前記熱および質量伝達装置の一部が、1つまたは複数の熱パイプによって画定されており、前記1つまたは複数の熱パイプはそれぞれ、前記第2の容積内に配置された熱受け部、および前記第1の容積内に配置された熱送達部を有し、前記熱伝達を行なう、請求項2に記載の装置。
- 前記第1の容積内に配置された前記熱パイプのその部分が充填された蒸発カラムとして使用の際に働き、前記第2の容積内に配置された前記熱パイプのその部分が充填された吸収カラムとして使用の際に働くように、前記1つまたは複数の熱パイプが積み重ねられている、請求項3に記載の装置。
- 使用の際、前記第1の容積から出る前記蒸気は、前記第1の容積に入る前記液体混合物と実質的に気液平衡である、請求項2から4のいずれか一項に記載の装置。
- 使用の際、前記第1の容積から出る液体の前記減損流の温度は、前記第1の容積に入る前記液体混合物の温度より低い、請求項2から5のいずれか一項に記載の装置。
- 使用の際、前記第1の容積内の圧力、および前記第1の容積に入る前記液体混合物の温度は、前記第1の容積に伝達される熱のほぼ全てが、前記液体混合物の蒸発につながるようになされている、請求項2から6のいずれか一項に記載の装置。
- 前記構造はさらに、前記第2の容積からつながるベントを画定し、
使用の際、前記蒸気の少なくともいくらかが前記第2の容積に吸収され、残りは前記ベントを介して前記第2の容積から出る、請求項2から7のいずれか一項に記載の装置。 - 前記熱および質量伝達装置によって生成される前記ブラインの流れを受け、
前記蒸気から前記1つまたは複数の成分を発熱吸収するようになされた前記ブラインの流れ、および
製品流れを作り出す脱離装置をさらに備えた、請求項8に記載の装置。 - 使用の際、(i)前記蒸気の残りを受け、(ii)希釈ブラインを作り出すために、前記1つまたは複数の成分を発熱吸収するようになされたブラインの二次流れに前記蒸気の残りを案内する二次吸収器をさらに備えている、請求項9に記載の装置。
- 前記脱離装置はさらに、前記希釈ブラインを受けることができ、さらに前記ブラインの二次流れを作り出す、請求項10に記載の装置。
- 使用の際、前記第1の容積および第2の容積内の圧力が、大気圧と比べて小さくされ、
前記少なくとも蒸気の大部分が前記第2の容積内に吸収され、
真空ポンプが、前記装置から放出される前記蒸気の非濃縮物を提供する、請求項2から10のいずれか一項に記載の装置。 - 前記第1の容積が1つまたは複数の第1の空隙によって画定され、前記第2の容積が1つまたは複数の第2の空隙によって画定される、請求項2から12のいずれか一項に記載の装置。
- 前記1つまたは複数の第1の空隙それぞれ、および前記1つまたは複数の第2の空隙それぞれが、それぞれの容器によって画定され、
配管は前記蒸気通路を画定する、請求項13に記載の装置。 - 前記1つまたは複数の第1の空隙それぞれ、および前記1つまたは複数の第2の空隙それぞれが、容器内で画定される、請求項13に記載の装置。
- 前記容器の外部にある配管は蒸気通路を画定する、請求項15に記載の装置。
- (i)前記容器は前記1つまたは複数の第1の空隙および1つまたは複数の第2の空隙を画定するために、隔壁によって区分化され、(ii)前記隔壁内に画定された1つまたは複数の開口部は前記蒸気通路を画定する、請求項15に記載の装置。
- 使用の際に、培養液の異化が連続して行われる機構と、
連続して前記培養液の異化の流れを引き出し、引き出された培養液を作り出し、
抑制剤を含有する流れおよび残りの流れを作り出すために、前記引き出された培養液から異化作用抑制剤を取り除き、
前記機構に前記残りの流れを戻すように前記機構に結合された、請求項9から11のいずれか一項に記載の装置と
を備えた培養液を使用するバイオプロダクト製造設備において、
前記引き出された培養液が蒸発によって分離可能な液体混合物を画定し、
前記残りの流れが、放出される液体の流れを画定し、
前記抑制剤を含有する流れが、蒸気の流れを確定することを特徴とするバイオプロダクト製造設備。 - 前記異化作用は発酵であり、前記抑制剤はアルコールである、請求項18に記載の設備。
- 前記抑制剤を含有する流れは、前記培養液より高い濃度の抑制剤を有する、請求項19に記載の設備。
- 使用の際、毒素の蓄積を防ぐために前記培養液のブリード流れが引き出され、前記ブリード流れが一括して発酵される請求項20に記載の設備と、
一括発酵の製品を受け取り、(i)エタノールが実質的に取り除かれた全アルコール蒸留廃液の流れ、および(ii)前記脱離装置に供給され分離されたエタノール内で濃縮されたブラインを作り出す、請求項2から10のいずれか一項に記載の装置との組合わせにおいて、
前記一括発酵の製品が、蒸発によって分離可能な液体混合物を決定し、
前記全アルコール蒸留廃液の流れがデプリートされた液体の流れを決定し、
エタノールに濃縮されたブラインが、1つまたは1つ以上の成分に強化されたブラインの流れを決定することを特徴とする設備。 - 使用の際、前記機構から引き出された前記培養液は、28〜32℃の温度、および4〜10%のエタノール濃度を有し、前記残りの流れは、前記引き出された流れより2〜4℃低い温度を有し、前記引き出された流れより2〜6%低いエタノール濃度を有し、前記第1の容積内の前記圧力は30〜100トールである、請求項19と20とのいずれか一項に記載の設備。
- 使用の際、前記機構から引き出された前記培養液は、30℃の温度、および7%のエタノール濃度を有し、前記残りの流れは28℃の温度、および2%のエタノール濃度を有し、前記第1の容積内の前記圧力は30トールである、請求項22に記載の設備。
- 前記熱パイプは軸と平行に配置されており、前記構造は前記軸に垂直に配向された水平軸周りに旋回移動するようになされている、請求項3に記載の装置。
- 使用の際に、前記培養液の異化が連続して行われる機構と、
前記培養液の流れを連続して引き出し、引き出された培養液を生成し、
抑制剤を含有する流れおよび残りの流れを作り出すために、前記引き出された培養液から異化作用抑制剤を取り除き、
前記機構に残りの流れを戻すように前記機構に結合された、請求項2から17のいずれか一項に記載の装置と
を備えた培養液を使用するバイオプロダクト製造設備において、
前記引き出された培養液が、蒸発によって分離可能な液体混合物を画定し、
前記残りの流れが、放出される液体の流れを画定し、
前記抑制剤を含有する流れが、蒸気の流れを確定することを特徴とするバイオプロダクト製造設備。
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