JP6682053B1 - 溶剤回収システム - Google Patents
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Abstract
Description
水と、水よりも沸点の高い溶剤とを含む原料液から、溶剤を回収するための溶剤回収システムであって、
(a)前記原料液を、逆浸透膜を通過させて、前記原料液よりも溶剤を高い濃度で含む逆浸透膜濃縮液と水とに分離する逆浸透膜ユニットと、
(b)前記逆浸透膜ユニットにおいて分離された前記逆浸透膜濃縮液を蒸留する第1蒸留塔と、前記第1蒸留塔に供給される前記逆浸透膜濃縮液を加熱して蒸発させる第1リボイラと、前記第1蒸留塔の塔頂ベーパである第1塔頂ベーパを断熱圧縮し、昇温した圧縮ベーパを、前記第1リボイラに加熱源として供給する圧縮機と、前記第1リボイラにおいて凝縮した前記圧縮ベーパの凝縮液の一部を、前記第1蒸留塔に還流液として供給する第1還流ラインと、前記第1リボイラにおいて凝縮した前記圧縮ベーパの凝縮液のうち、前記還流液として前記第1蒸留塔に戻される凝縮液を除いた残部の凝縮液を、前記逆浸透膜ユニットに戻す第1返送ラインとを備え、前記第1蒸留塔の塔底液である第1塔底液における溶剤濃度が35重量%以上45重量%以下となるように構成された自己蒸気機械圧縮式蒸留設備である第1蒸留機構部と、
前記第1蒸留機構部を構成する前記第1蒸留塔の塔底液である前記第1塔底液を蒸留する第2蒸留塔であって、前記第2蒸留塔の塔頂ベーパである第2塔頂ベーパにおける溶剤濃度が0.5重量%以上1重量%以下、前記第2蒸留塔の塔底液である第2塔底液における溶剤濃度が99重量%以上となるように蒸留を行う第2蒸留塔と、
ボイラから供給される水蒸気を熱源とし、前記第2蒸留塔に供給される前記第2塔底液を加熱して蒸発させる第2リボイラと、
前記第2塔頂ベーパを冷却して凝縮させるコンデンサと、
前記コンデンサにおいて凝縮した凝縮液を前記第2蒸留塔の塔頂に還流させる第2還流ラインと
を有する第2蒸留機構部を備えており、かつ、
前記原料液が、溶剤を0.05重量%以上5重量%以下の割合で含有する溶剤水溶液であり、
前記第1塔頂ベーパにおける溶剤濃度が、0.5重量%以上1重量%以下となるように構成されていること
を特徴としている。
また、第2蒸留機構部を備えており、かつ、原料液の溶剤濃度を0.05重量%以上5重量%以下と規定するとともに、第1塔頂ベーパにおける溶剤濃度を、0.5重量%以上1重量%以下と規定しているので、エネルギーの消費を抑制しつつ、より高濃度、高純度の溶剤を回収することが可能になる。
本発明の実施形態にかかる溶剤回収システムは、水と、水よりも沸点の高い溶剤とを含む原料液から、溶剤を回収するための溶剤回収システムであり、(a)原料液を、原料液よりも溶剤を高い濃度で含む逆浸透膜濃縮液と水とに分離する逆浸透膜ユニットと、(b)自己蒸気機械圧縮式蒸留設備である第1蒸留機構部とを備えている。
そして、上記自己蒸気機械圧縮式蒸留設備である第1蒸留機構部は、逆浸透膜濃縮液を蒸留する第1蒸留塔と、第1蒸留塔に供給される逆浸透膜濃縮液を加熱して蒸発させる第1リボイラと、第1蒸留塔の塔頂ベーパである第1塔頂ベーパを断熱圧縮し、昇温した圧縮ベーパを、第1リボイラに加熱源として供給する圧縮機を備えている。
さらに、第1蒸留機構部は、第1リボイラにおいて凝縮した圧縮ベーパの凝縮液の一部を、第1蒸留塔に還流液として供給する第1還流ラインと、第1リボイラにおいて凝縮した圧縮ベーパの凝縮液のうち、還流液として第1蒸留塔に戻される凝縮液を除いた残部の凝縮液を、逆浸透膜ユニットに戻す第1返送ラインとを備えている。
そして、第1蒸留塔の塔底液である第1塔底液における溶剤濃度が35重量%以上45重量%以下となるように構成されている。
上述のような第2蒸留機構部を備えることで、より高濃度、高純度の溶剤を回収することが可能になる。
(1)前段溶剤回収システムXを構成する第1蒸留機構部(自己蒸気機械圧縮式蒸留設備)により、エネルギーの消費を抑制しつつ、溶剤濃度が35重量%以上45重量%以下の溶剤水溶液と水とを効率よく分離することが可能になるとともに、
(2)前段溶剤回収システムXで得られる溶剤濃度が35重量%以上45重量%以下の溶剤水溶液(自己蒸気機械圧縮式蒸留設備を構成する第1蒸留塔の塔底液(第1塔底液))を、第2蒸留機構部(後段溶剤回収システム)Yに送り、第2蒸留塔において、第2塔頂ベーパにおける溶剤濃度が0.5重量%以上1重量%以下、第2塔底液における溶剤濃度が99重量%以上となるように(溶剤濃度ができるだけ高くなるように)蒸留することにより、高濃度、高純度の溶剤を回収することが可能になる。
Q=U×A×ΔT……(1)
Q:交換熱量(kw)、
U:総括伝熱係数(kw/m2hr℃)、
A:伝熱面積(m2)、
Δt:温度差(℃)
のΔtの値が上昇するため、圧縮機における昇温幅が増大する。
(a)逆浸透膜ユニットと自己蒸気機械圧縮式蒸留設備(第1蒸留機構部)で溶剤濃度を3.5重量%から40重量%にまで高めるのに必要な水分除去量は6289kg/hとなる。
(b)また、蒸気式の蒸留機構部(第2蒸留機構部)で溶剤濃度を40重量%から100重量%にまで高めるのに必要な水分除去量は459kg/hとなる。
(c)さらに、溶剤濃度を3.5重量%から100重量%にまで高めるのに必要な全水分除去量は6289kg/h+459kg/h=6748kg/hとなる。
ただし、水と分離された逆浸透膜濃縮液の溶剤濃度を低く抑えすぎると、第1蒸留機構部や、第2蒸留機構部の負荷が大きくなり、省エネルギーの効率が悪くなるため、通常は、濃縮液の溶剤濃度は5重量%以上とすることが望ましい。
(1)第1塔頂ベーパの溶剤濃度を、0.5重量%以上とすることにより、第1蒸留塔の段数が多くなる(すなわち、第1蒸留塔の高さが高くなる)ことを抑制して、第1蒸留塔における圧損の増大を抑制することが可能になること、および、
(2)第1塔頂ベーパの溶剤濃度を、1重量%以下とすることにより、第1蒸留塔における溶剤の分離の効率が悪くなりすぎることを抑制して、逆浸透膜ユニットの負荷を過剰に高めずに、効率のよい蒸留操作を行うことが可能になること
などの理由による。
1)原料液を水と、溶剤を原料液よりも高い濃度で含む溶剤水溶液とに分離するための前段側の溶剤回収システムであって、(a)逆浸透膜ユニット10と、(b)第1蒸留塔21、第1リボイラ22、圧縮機23、第1還流ライン31、第1返送ライン32などを備えた第1蒸留機構部(自己蒸気機械圧縮式蒸留設備)20とを備えた溶剤回収システム(前段溶剤回収システムX)と、
2)上述の第1蒸留機構部(自己蒸気機械圧縮式蒸留設備)20における第1塔底液からさらに高濃度の溶剤を回収するための蒸留機構部であって、第1塔底液の蒸留を行う第2蒸留塔121、図示しないボイラから供給される水蒸気を熱源とし、第2蒸留塔121に供給される第2塔底液を加熱して蒸発させる第2リボイラ122、その周辺器機や配管などを備えた第2蒸留機構部120(後段溶剤回収システムY)とを備えている。
前段溶剤回収システムXは、図1に示すように、原料液を、逆浸透膜を通過させて、原料液よりも溶剤を高い濃度で含む液(逆浸透膜濃縮液)と水とに分離する逆浸透膜ユニット10を備えている。
また、逆浸透膜ユニット10に供給される原料液を濾過するための限外濾過膜を用いた限外濾過装置(ウルトラフィルター)11を備えている。
なお、本実施形態では、第2蒸留塔121として充填塔が用いられている。
なお、第2蒸留塔121においては、塔頂から取り出される第2塔頂ベーパにおける溶剤濃度が0.5重量%以上1重量%以下となり、塔底から取り出される第2塔底液における溶剤濃度が99重量%以上(できるだけ100%に近い濃度)となるように蒸留が行われるように構成されている。
溶剤(NMP)濃度:3.5重量%、
不溶解固形分含有率(濃度):1000ppm、
水:残、
温度:50℃、
溶剤(NMP):245kg/hr、
不溶解固形分 :7kg/hr、
水 :6748kg/hr
となる。
溶剤(NMP)濃度:7.27重量%
温度:64℃
供給量:3749kg/hr
溶剤(NMP)濃度:0.85重量%
供給量:3407kg/hr
ここで、圧縮機23に送られて断熱圧縮される第1塔頂ベーパの量3407kg/hrが、逆浸透膜ユニット10から第1蒸留塔に送られる逆浸透膜濃縮液の量3134kg/hrより多いのは、第1蒸留塔21には、第1還流ライン31を経て第1リボイラ22の凝縮液が第1蒸留塔21の塔頂に還流されることによる。
なお、真空吸引ライン用コンデンサ40で凝縮した凝縮液は、特に図示しないが、循環ポンプ36の吸い込み側に戻されるように構成されている。
溶剤(NMP)濃度:40重量%
温度:95℃
供給量:615kg/hr
の条件で、第2蒸留機構部120(後段溶剤回収システムY)に供給される。
溶剤(NMP)濃度:100重量%
温度90℃、
回収量:245kg/hr
の条件で溶剤が回収される。
これは、圧縮ベーパの凝縮液のうち、還流液として第1蒸留塔に戻される凝縮液を除いた残部の凝縮液が第1返送ラインから逆浸透膜ユニット10に戻され、系外に排出されることがないことから、第1返送ラインを設けずに、上記残部の凝縮液を系外に排出するようにした場合のように、塔頂ベーパの溶剤濃度を低く抑える必要がなく、第1蒸留塔の高さを抑えて圧損を小さくすることが可能になるとともに、第1蒸留塔の塔頂への還流液量を減らして第1蒸留塔での蒸発量を少なくすることが可能になるため、圧縮機の負荷が削減されることによる。
1)例えば、第1塔頂ベーパにおける溶剤濃度を50ppm程度に抑えるようにした場合に比べて、第1蒸留塔の高さを十分に低くすること、例えば約1/3程度にまで低背化することができる。
2)第1蒸留塔の塔頂への還流量を低減することが可能になるため、第1蒸留塔の断面積を削減して、第1蒸留塔を小径化することができる。
3)第1蒸留塔の高さを十分に低くすることができるので、圧損が小さくなり、圧縮機の必要ヘッドを抑えることが可能になるとともに、第1蒸留塔への還流量が少なくなり、第1蒸留塔での蒸発量が少なくなるため、圧縮機としてより小型で、圧縮率の低い、経済的な圧縮機を用いることができる。
11 限外濾過装置(ウルトラフィルター)
20 第1蒸留機構部(自己蒸気機械圧縮式蒸留設備)
21 第1蒸留塔
22 第1リボイラ
23 圧縮機
31 第1還流ライン
32 第1返送ライン
33 第1供給ライン
34 第2供給ライン
35 予熱器(熱交換器)
36 循環ポンプ
37 第2蒸留塔供給ポンプ
38 真空ポンプ
39 真空吸引ライン
40 真空吸引ライン用コンデンサ
41 固形分乾燥設備
100 溶剤回収システム
120 第2蒸留機構部
121 第2蒸留塔
122 第2リボイラ
123 コンデンサ
124 第2真空ポンプ
131 第2還流ライン
132 第2返送ライン
X 前段溶剤回収システム
Y 後段溶剤回収システム
Claims (3)
- 水と、水よりも沸点の高い溶剤とを含む原料液から、溶剤を回収するための溶剤回収システムであって、
(a)前記原料液を、逆浸透膜を通過させて、前記原料液よりも溶剤を高い濃度で含む逆浸透膜濃縮液と水とに分離する逆浸透膜ユニットと、
(b)前記逆浸透膜ユニットにおいて分離された前記逆浸透膜濃縮液を蒸留する第1蒸留塔と、前記第1蒸留塔に供給される前記逆浸透膜濃縮液を加熱して蒸発させる第1リボイラと、前記第1蒸留塔の塔頂ベーパである第1塔頂ベーパを断熱圧縮し、昇温した圧縮ベーパを、前記第1リボイラに加熱源として供給する圧縮機と、前記第1リボイラにおいて凝縮した前記圧縮ベーパの凝縮液の一部を、前記第1蒸留塔に還流液として供給する第1還流ラインと、前記第1リボイラにおいて凝縮した前記圧縮ベーパの凝縮液のうち、前記還流液として前記第1蒸留塔に戻される凝縮液を除いた残部の凝縮液を、前記逆浸透膜ユニットに戻す第1返送ラインとを備え、前記第1蒸留塔の塔底液である第1塔底液における溶剤濃度が35重量%以上45重量%以下となるように構成された自己蒸気機械圧縮式蒸留設備である第1蒸留機構部と、
前記第1蒸留機構部を構成する前記第1蒸留塔の塔底液である前記第1塔底液を蒸留する第2蒸留塔であって、前記第2蒸留塔の塔頂ベーパである第2塔頂ベーパにおける溶剤濃度が0.5重量%以上1重量%以下、前記第2蒸留塔の塔底液である第2塔底液における溶剤濃度が99重量%以上となるように蒸留を行う第2蒸留塔と、
ボイラから供給される水蒸気を熱源とし、前記第2蒸留塔に供給される前記第2塔底液を加熱して蒸発させる第2リボイラと、
前記第2塔頂ベーパを冷却して凝縮させるコンデンサと、
前記コンデンサにおいて凝縮した凝縮液を前記第2蒸留塔の塔頂に還流させる第2還流ラインと
を有する第2蒸留機構部を備えており、かつ、
前記原料液が、溶剤を0.05重量%以上5重量%以下の割合で含有する溶剤水溶液であり、
前記逆浸透膜濃縮液の溶剤濃度が5重量%以上8重量%以下であり、
前記第1塔頂ベーパにおける溶剤濃度が、0.5重量%以上1重量%以下となるように構成されていること
を特徴とする溶剤回収システム。 - 前記コンデンサにおいて凝縮した凝縮液の一部を、前記逆浸透膜ユニットに戻す第2返送ラインを備えていることを特徴とする請求項1記載の溶剤回収システム。
- 前記逆浸透膜ユニットにおいて前記逆浸透膜濃縮液と分離された水における溶剤濃度が5ppm以上100ppm以下となるように構成されていることを特徴とする請求項1または2記載の溶剤回収システム。
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- 2019-10-24 JP JP2019566864A patent/JP6682053B1/ja active Active
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