JP7238567B2 - MEMBRANE SEPARATION SYSTEM AND METHOD FOR SEPARATION OF ORGANIC COMPOUND/WATER MIXTURE - Google Patents
MEMBRANE SEPARATION SYSTEM AND METHOD FOR SEPARATION OF ORGANIC COMPOUND/WATER MIXTURE Download PDFInfo
- Publication number
- JP7238567B2 JP7238567B2 JP2019079438A JP2019079438A JP7238567B2 JP 7238567 B2 JP7238567 B2 JP 7238567B2 JP 2019079438 A JP2019079438 A JP 2019079438A JP 2019079438 A JP2019079438 A JP 2019079438A JP 7238567 B2 JP7238567 B2 JP 7238567B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- membrane
- fluid
- membrane module
- separation system
- permeating
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Landscapes
- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
Description
本発明は、直列多段に設置された膜モジュールを有する膜分離システムと、この膜分離システムを用いて有機化合物・水混合物を分離処理する方法とに関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a membrane separation system having membrane modules installed in series in multiple stages, and a method for separating an organic compound/water mixture using this membrane separation system.
水・エタノール混合物から水を分離処理する方法として、特許文献1に、膜モジュールを直列に2段に設置し、第1段目の膜モジュールの原流体室に水・エタノール混合物を供給し、第1段膜モジュールの非透過流体を第2段膜モジュールの原流体室に供給することが記載されている。この特許文献1では、第1段膜モジュールの非透過流体の全量を第2段膜モジュールに供給し、第2段膜モジュールのみから精製エタノールを得るようにしており、異なる水分濃度の精製エタノールは得られない。
As a method for separating water from a water/ethanol mixture,
特許文献2には、蒸留塔と多段膜モジュールとを用いたアルコール製品の製造方法が記載されているが、水分濃度の異なるアルコール製品を製造する方法は記載されていない。
本発明は、水分濃度の異なる含水有機化合物を取り出すことができる膜分離システムと、この膜分離システムを用いた有機化合物・水混合物の分離処理方法とを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a membrane separation system capable of extracting hydrous organic compounds having different water concentrations, and a method for separating an organic compound/water mixture using this membrane separation system.
第1発明の膜分離システムは、ゼオライト分離膜によって隔てられた原流体室及び透過流体室を有する膜モジュールを備えた膜分離システムであって、直列に接続された第1ないし第n(nは2以上の整数)の膜モジュールを備えており、該第1膜モジュールの原流体室に原料流体が供給される膜分離システムにおいて、第n以外の少なくとも一部の膜モジュールの非透過流体の一部を膜分離システム外に取り出す取り出し手段と、第n膜モジュールの非透過流体を膜分離システム外に取り出す取り出し手段とを備えており、各取り出し手段からの非透過流体は、互いに合流されることなく膜分離システム外に取り出されることを特徴とする。 A membrane separation system of the first invention is a membrane separation system comprising a membrane module having a raw fluid chamber and a permeate fluid chamber separated by a zeolite separation membrane, wherein first to n-th (n is Integer of 2 or more) in a membrane separation system in which a raw fluid is supplied to the raw fluid chamber of the first membrane module, one of the non-permeating fluids of at least some of the membrane modules other than the n-th membrane module and a take-out means for taking out the non-permeated fluid from the n-th membrane module to the outside of the membrane separation system. is taken out of the membrane separation system without
第1発明の一態様では、nは3以上であり、前記取り出し手段として、第1膜モジュールの非透過流体の一部を取り出す第1段取り出し手段と、第n膜モジュールの非透過流体を取り出す第n段取り出し手段とを備える。 In one aspect of the first invention, n is 3 or more, and the extracting means includes a first stage extracting means for extracting a portion of the non-permeating fluid from the first membrane module and a non-permeating fluid from the n-th membrane module. n-th stage extraction means.
第1発明の一態様では、nは3以上であり、第1ないし第(n-1)の各膜モジュールの非透過流体の一部と、第n膜モジュールの非透過流体とを、それぞれ合流させることなく膜分離システム外に取り出すように、前記取り出し手段が設けられている。 In one aspect of the first invention, n is 3 or more, and a part of the non-permeating fluid of each of the first to (n-1)th membrane modules and the non-permeating fluid of the n-th membrane module are joined together. Said removal means are provided for removal out of the membrane separation system without causing any disturbance.
第1発明では、nは好ましくは3以上であり、上限は例えば18である。 In the first invention, n is preferably 3 or more, and the upper limit is 18, for example.
第2発明の膜分離システムは、ゼオライト分離膜によって隔てられた原流体室及び透過流体室を有する膜モジュールを備えた膜分離システムにおいて、原料流体が原流体室に供給される第1膜モジュールと、該第1膜モジュールの非透過流体の一部が原流体室に供給される第2膜モジュールと、直列に接続された第3ないし第k(kは4以上の整数)の膜モジュールとを備え、前記第1膜モジュールの非透過流体の残部が前記第3膜モジュールの原流体室に供給され、前記第2膜モジュールの非透過流体と、第k膜モジュールの非透過流体とを、それぞれ合流させることなく膜分離システム外に取り出す取り出し手段を備えたことを特徴とする。kは好ましくは4以上であり、上限は例えば18である。 A membrane separation system of a second invention is a membrane separation system comprising a membrane module having a raw fluid chamber and a permeate fluid chamber separated by a zeolite separation membrane, wherein the raw fluid is supplied to the raw fluid chamber; , a second membrane module in which part of the non-permeating fluid of the first membrane module is supplied to the raw fluid chamber; and third to k-th (k is an integer of 4 or more) membrane modules connected in series. wherein the remainder of the non-permeate fluid of the first membrane module is supplied to the raw fluid chamber of the third membrane module to separate the non-permeate fluid of the second membrane module and the non-permeate fluid of the kth membrane module, respectively. It is characterized by comprising a take-out means for taking out the membranes to the outside of the membrane separation system without merging them. Preferably k is 4 or more, and an upper limit is 18, for example.
第1及び第2発明の一態様では、前記各膜モジュールの透過流体室を減圧する減圧手段が設けられている。 In one aspect of the first and second inventions, decompression means for decompressing the permeate fluid chamber of each membrane module is provided.
第1及び第2発明の一態様では、前記各取り出し手段に、非透過流体を冷却して凝縮させるための冷却手段が設けられている。 In one aspect of the first and second inventions, each extraction means is provided with a cooling means for cooling and condensing the non-permeating fluid.
本発明の有機化合物・水混合物の分離処理方法は、かかる第1又は第2発明の膜分離システムを用いた有機化合物・水混合物の分離処理方法であって、前記第1膜モジュールの原流体室に有機化合物・水混合物を供給し、前記各取り出し手段から非透過流体を、各非透過流体を合流させることなく取り出すことを特徴とする。 A separation treatment method for an organic compound/water mixture of the present invention is a separation treatment method for an organic compound/water mixture using the membrane separation system of the first or second invention, wherein the raw fluid chamber of the first membrane module is and the non-permeating fluid is taken out from each taking-out means without merging the non-permeating fluids.
本発明の膜分離システム及びこれを用いた有機化合物・水混合物の分離処理方法によると、各取り出し手段で取り出される非透過流体を合流させることなく膜分離システム外に取り出すので、水分濃度が異なる含水有機化合物を得ることができる。 According to the membrane separation system of the present invention and the method for separating an organic compound/water mixture using the same, the non-permeated fluids taken out by the respective take-out means are taken out of the membrane separation system without being merged, so that the water-containing fluids with different water concentrations are taken out of the membrane separation system. Organic compounds can be obtained.
以下、図面を参照して実施の形態について説明する。 Embodiments will be described below with reference to the drawings.
図1は第1の実施の形態に係る膜分離システムを示している。この膜分離システムは、直列に3段に設置された膜モジュール10,20,30を備えている。各膜モジュール10,20,30内はゼオライト膜10a,20a,30aによって原流体室と透過流体室とに隔てられている。各膜モジュール10,20,30の透過流体室は、減圧装置19又は26によって減圧されている。
FIG. 1 shows a membrane separation system according to a first embodiment. This membrane separation system comprises
原料流体(この実施の形態では、有機化合物・水混合物)は、加熱器(熱交換器)1で加熱されて蒸気とされた後、配管2を介して第1膜モジュール10の原流体室に供給される。第1膜モジュール10の原流体室に供給される原料流体は、液体であってもよい。なお、原料流体を加熱することにより、膜分離効率が向上する。
第1膜モジュール10の透過流体室は減圧装置19によって減圧されており、原料流体がゼオライト膜10aで膜分離処理される。具体的には、原料流体中の水蒸気がゼオライト膜10aを透過して有機化合物・水混合物から分離される。
A source fluid (in this embodiment, a mixture of organic compounds and water) is heated by a heater (heat exchanger) 1 to be vaporized, and then sent through a
The permeate fluid chamber of the
水分濃度が低下した非透過流体としての有機化合物・水混合物は、第1膜モジュール10の原流体室から配管11へ流出し、その一部は配管12から冷却器13に供給されて冷却され、凝縮する。凝縮した有機化合物・水混合物は、配管14から第1精製流体として膜分離システム外に取り出される。
The organic compound/water mixture as a non-permeating fluid with a reduced water concentration flows out from the raw fluid chamber of the
配管11からの非透過流体の残部は、配管15を介して第2膜モジュール20の原流体室へ供給され、水蒸気がゼオライト膜20aを透過する膜分離処理が行われる。この処理により水分濃度がさらに低下した非透過流体としての有機化合物・水混合物は、配管21を介して第3膜モジュール30の原流体室へ供給され、水蒸気がゼオライト膜30aを透過する膜分離処理が行われる。この処理により水分濃度がさらに低下した非透過流体としての有機化合物・水混合物は、配管31から冷却器32に供給され、凝縮する。凝縮した有機化合物・水混合物は、配管33から第2精製流体として膜分離システム外に取り出される。
The remainder of the non-permeating fluid from the
前述の通り、膜モジュール10,20,30の透過流体室は減圧装置19又は26によって減圧されている。第1膜モジュール10の透過流体室内の透過流体(この実施の形態では水蒸気)は、配管16から冷却器17に供給され、冷却されて凝縮水(第1分離流体)となり、配管18を介して取り出される。この配管18に減圧装置19が接続されている。
As mentioned above, the permeate chambers of the
第2膜モジュール20の透過流体室内の水蒸気は、配管22,23を介して冷却器24に供給され、冷却されて凝縮水(第2分離流体)となり、配管25を介して取り出される。配管25に減圧装置26が接続されている。
The water vapor in the permeating fluid chamber of the
第3膜モジュール30の透過流体室は、配管34を介して配管23に接続されており、第3膜モジュール36の透過流体室の水蒸気は、第2膜モジュール20の透過流体室から水蒸気と共に冷却器24で冷却され、凝縮水が配管25から取り出される。
The permeating fluid chamber of the
この実施の形態では、第1膜モジュール10で水が膜分離されて水分濃度が原料流体よりも低下した第1精製流体が配管14から取り出される。
In this embodiment, water is membrane-separated in the
また、第1膜モジュール10の非透過流体が第2及び第3膜モジュール20,30でさらに2段膜分離処理されて水分濃度が第1精製流体よりもさらに低下した第2精製流体が配管33から取り出される。
In addition, the non-permeating fluid of the
このようにして、水分濃度が異なる2種類の精製流体(有機化合物・水混合物)が得られる。 In this way, two purified fluids (organic compound-water mixtures) with different water concentrations are obtained.
なお、この第1の実施の形態の膜分離システムは、直列に2段に設置された膜モジュール20,30によって第2精製流体を得るように構成されているが、1段又は3段以上に直列に設置された膜モジュールによって第2精製流体を得るようにしてもよい。
The membrane separation system of the first embodiment is configured to obtain the second purified fluid by the
また、第2段目以下で最終段以前の各膜モジュールの非透過流体の一部をそれぞれ他の段の膜モジュールの非透過流体と合流させることなく膜分離システム外に取り出し、各段の膜モジュールの非透過流体の残部をそれぞれ次段の膜モジュールの原流体室に供給するようにしてもよい。 In addition, part of the non-permeating fluid of each membrane module in the second stage and before the final stage is taken out of the membrane separation system without being combined with the non-permeating fluid of the membrane modules in the other stages, and the membrane in each stage The remainder of the non-permeate fluid of the modules may be supplied to the raw fluid chambers of the subsequent membrane modules, respectively.
例えば、第2膜モジュール20の非透過流体の一部を配管21から取り出して第2精製流体とし、配管33からの非透過流体を第3精製流体としてもよい。
For example, part of the non-permeating fluid of the
図2は第2の実施の形態に係る膜分離システムを示している。なお、図2において図1の膜分離システムと同一又は相当部材については同一符号が付されている。 FIG. 2 shows a membrane separation system according to a second embodiment. In FIG. 2, members that are the same as or correspond to those in the membrane separation system of FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.
この膜分離システムは、4個の膜モジュール10,20,30,40を備えている。各膜モジュール10,20,30,40内はゼオライト膜10a,20a,30a,40aによって原流体室と透過流体室とに隔てられている。各膜モジュール10,20,30,40の透過流体室は、減圧装置19又は26によって減圧されている。
This membrane separation system has four
原料流体(この実施の形態では、有機化合物・水混合物)は、加熱器(熱交換器)1で加熱されて蒸気とされた後、配管2を介して第1膜モジュール10の原流体室に供給される。第1膜モジュール10の透過流体室は減圧装置19によって減圧されており、原料流体がゼオライト膜10aで膜分離処理される。具体的には、原料流体中の水蒸気がゼオライト膜10aを透過して有機化合物・水混合物から分離される。
A source fluid (in this embodiment, a mixture of organic compounds and water) is heated by a heater (heat exchanger) 1 to be vaporized, and then sent through a
水分濃度が低下した非透過流体としての有機化合物・水混合物は、第1膜モジュール10の原流体室から配管11へ流出し、その一部は配管12から第2膜モジュール20の原流体室に供給され、さらに膜分離処理される。第2膜モジュール20の非透過流体は、配管12’から冷却器13に供給されて冷却され、凝縮する。凝縮した有機化合物・水混合物は、配管14から第1精製流体として膜分離システム外に取り出される。
The organic compound/water mixture as a non-permeating fluid with a reduced water concentration flows out from the raw fluid chamber of the
配管11からの非透過流体の残部は、配管15を介して第3膜モジュール30の原流体室へ供給され、水蒸気がゼオライト膜30aを透過する膜分離処理が行われる。この処理により水分濃度がさらに低下した非透過流体としての有機化合物・水混合物は、配管21を介して第4膜モジュール40の原流体室へ供給され、水蒸気がゼオライト膜40aを透過する膜分離処理が行われる。この処理により水分濃度がさらに低下した非透過流体としての有機化合物・水混合物は、配管31から冷却器32に供給され、凝縮する。凝縮した有機化合物・水混合物は、配管33から第2精製流体として膜分離システム外に取り出される。
The remainder of the non-permeating fluid from the
この実施の形態においても、膜モジュール10,20,30,40の透過流体室は減圧装置19又は26によって減圧されている。
Also in this embodiment, the permeate fluid chambers of the
第1膜モジュール10及び第2膜モジュール20の透過流体室は減圧装置19によって減圧される。第1膜モジュール10の透過流体室の減圧機構の構成は図1の場合と同一であり、同一符号は同一部分を示している。第2膜モジュール20の透過流体室は、配管28を介して配管16に連通しており、減圧装置19によって減圧される。
The permeate fluid chambers of the
第3膜モジュール30及び第4膜モジュール40の透過流体室の減圧機構は、図1における第2膜モジュール20及び第3膜モジュール30の減圧機構と同一であり、同一符号は同一部分を示している。
The decompression mechanisms of the permeate fluid chambers of the
この実施の形態では、第1及び第2膜モジュール10,20で水が膜分離されて水分濃度が原料流体よりも低下した第1精製流体が配管14から取り出される。
In this embodiment, water is membrane-separated in the first and
また、第1膜モジュール10の非透過流体が第3及び第4膜モジュール30,40でさらに2段膜分離処理されて水分濃度が第1精製流体よりもさらに低下した第2精製流体が配管33から取り出される。
In addition, the non-permeating fluid of the
このようにして、水分濃度が異なる2種類の精製流体(有機化合物・水混合物)が得られる。 In this way, two purified fluids (organic compound-water mixtures) with different water concentrations are obtained.
なお、この第2の実施の形態の膜分離システムでは、直列に2段に設置された膜モジュール30,40によって第2精製流体を得るように構成されているが、3段以上に直列に設置された膜モジュールによって第2精製流体を得るようにしてもよい。
In the membrane separation system of the second embodiment, the
また、最終段より前の各膜モジュールの非透過流体の一部をそれぞれ他の段の膜モジュールの非透過流体と合流させることなく膜分離システム外に取り出し、各段の膜モジュールの非透過流体の残部をそれぞれ次段の膜モジュールの原流体室に供給するようにしてもよい。 In addition, a part of the non-permeating fluid of each membrane module before the final stage is taken out of the membrane separation system without being combined with the non-permeating fluid of the membrane modules of the other stages, and the non-permeating fluid of each membrane module is taken out. may be supplied to the raw fluid chambers of the subsequent membrane modules.
例えば、配管11(又は12又は15)から第1膜モジュール10の非透過流体の一部を取り出して精製流体としてもよく、配管21から第3膜モジュール30の非透過流体の一部を取り出して精製流体としてもよい。
For example, part of the non-permeating fluid of the
本発明の膜分離システムの前段に、蒸留塔等の他の脱水設備が設置されてもよい。
<有機化合物>
本発明の適用対象となる含水有機化合物に特に制限はないが、例えば、含水有機酸、含水アルコール、含水有機溶剤等の含水有機化合物が挙げられる。より具体的には、含水の、クエン酸、コハク酸、エチレンジアミン四酢酸、酒石酸、サリチル酸、シュウ酸、酢酸、蟻酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸、カプロン酸、エナント酸、カプリル酸、安息香酸、アクリル酸、アジピン酸、マロン酸、林檎酸、フタル酸、グリコール酸、テレフタル酸、フマル酸等の有機酸類;フェノール類;メチルアルコール、エチルアルコール、プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、ブチルアルコール、イソブチルアルコール、s-ブチルアルコール、t-ブチルアルコール等のアルコール類;アセトン、メチルイソブチルケトン等のケトン類;アルデヒド類;ジオキサン、テトラヒドロフラン等のエーテル類;ジメチルホルムアミド、N-メチルピロリドン等のアミド等の窒素含有有機化合物類;酢酸エステル等のエステル類;ヘキサン、トルエン等の有機溶剤類、等が挙げられる。
処理対象の含水有機化合物における水の含有量には特に制限はなく、例えば、5重量%以上の水含有量の含水有機化合物に適用できる。
<ゼオライト分離膜>
ゼオライト分離膜としては、通常、多孔質支持体上に形成されたゼオライト膜を有する多孔質支持体-ゼオライト膜複合体を使用する。
Other dehydration equipment such as a distillation column may be installed in the preceding stage of the membrane separation system of the present invention.
<Organic compound>
The hydrous organic compound to which the present invention is applied is not particularly limited, but examples thereof include hydrous organic compounds such as hydrous organic acids, hydrous alcohols and hydrous organic solvents. More specifically, hydrous citric acid, succinic acid, ethylenediaminetetraacetic acid, tartaric acid, salicylic acid, oxalic acid, acetic acid, formic acid, propionic acid, butyric acid, valeric acid, caproic acid, enanthic acid, caprylic acid, benzoic acid, Organic acids such as acrylic acid, adipic acid, malonic acid, apple acid, phthalic acid, glycolic acid, terephthalic acid, fumaric acid; phenols; methyl alcohol, ethyl alcohol, propyl alcohol, isopropyl alcohol, butyl alcohol, isobutyl alcohol, s - alcohols such as butyl alcohol and t-butyl alcohol; ketones such as acetone and methyl isobutyl ketone; aldehydes; ethers such as dioxane and tetrahydrofuran; nitrogen-containing organic compounds such as amides such as dimethylformamide and N-methylpyrrolidone esters such as acetic ester; organic solvents such as hexane and toluene;
The content of water in the hydrous organic compound to be treated is not particularly limited, and for example, it can be applied to hydrous organic compounds having a water content of 5% by weight or more.
<Zeolite separation membrane>
A porous support-zeolite membrane composite having a zeolite membrane formed on a porous support is usually used as the zeolite separation membrane.
多孔質支持体は、ゼオライト膜を支持する支持体として機能する。多孔質支持体を構成する材料は特に限定されるものではなく、その表面などにゼオライトを膜状に結晶化できるような化学的安定性がある多孔質の無機物質であればいかなるものであってもよい。具体的には、例えば、シリカ、α-アルミナ、γ-アルミナ、ムライト、ジルコニア、チタニア、イットリア、窒化珪素、炭化珪素などのセラミックス焼結体などが挙げられる。中でもα-アルミナ、γ-アルミナ等のアルミナやムライトが好ましく、アルミナが特に好ましい。 The porous support functions as a support that supports the zeolite membrane. The material constituting the porous support is not particularly limited, and any porous inorganic substance having chemical stability that allows zeolite to crystallize into a film on its surface can be used. good too. Specific examples include sintered ceramics such as silica, α-alumina, γ-alumina, mullite, zirconia, titania, yttria, silicon nitride and silicon carbide. Among them, alumina such as α-alumina and γ-alumina and mullite are preferable, and alumina is particularly preferable.
多孔質支持体それ自体は分子篩能を有する必要はない。多孔質支持体には、外側から内側に向かって連通する細かな気孔(空孔、空隙)が設けられている。気孔を有する多孔質支持体は公知のものを用いることができる。 The porous support itself need not have molecular sieving ability. The porous support is provided with fine pores (pores, voids) communicating from the outside to the inside. A known porous support having pores can be used.
多孔質支持体は、気孔率が、通常20%以上、好ましくは25%以上、より好ましくは30%以上であり、通常80%以下、好ましくは60%以下、より好ましくは50%以下で、その平均細孔径が通常0.01μm以上、好ましくは0.05μm以上、より好ましくは0.1μm以上、上限は通常20μm以下、好ましくは10μm以下、より好ましくは5μm以下である。このような気孔を有する多孔質支持体であれば、十分な強度を有してゼオライト膜を適切に支持することができ、また、ゼオライト膜を透過した分子を十分な速度で透過させることが可能、或いは、ゼオライト膜へと分子を十分な速度で到達させることが可能である。さらに、加締めによってシール部材から圧力が付与されても容易に割れることがない。尚、多孔質支持体の気孔率や細孔径は、水銀圧入法、断面をSEMで観察することなどによって容易に特定可能である。平均細孔径についても同様であるが、真比重を用いて体積と質量から計算することもできる。 The porous support has a porosity of usually 20% or more, preferably 25% or more, more preferably 30% or more, and usually 80% or less, preferably 60% or less, more preferably 50% or less. The average pore diameter is usually 0.01 μm or more, preferably 0.05 μm or more, more preferably 0.1 μm or more, and the upper limit is usually 20 μm or less, preferably 10 μm or less, more preferably 5 μm or less. A porous support having such pores can appropriately support a zeolite membrane with sufficient strength, and can allow molecules that have passed through the zeolite membrane to permeate at a sufficient speed. Alternatively, it is possible to allow the molecules to reach the zeolite membrane with sufficient velocity. Furthermore, even if pressure is applied from the sealing member by caulking, it will not easily crack. Incidentally, the porosity and pore size of the porous support can be easily specified by a mercury porosimetry method, observation of a cross section with an SEM, or the like. Similar to the average pore diameter, it can also be calculated from volume and mass using true specific gravity.
多孔質支持体の厚みは、所定の強度を有する限り特に限定されるものではない。材質や気孔率等によっても異なるが、例えば、厚みを0.5mm以上とすることが好ましい。より好ましくは0.8mm以上である。さらに好ましくは1.3mm以上である。 The thickness of the porous support is not particularly limited as long as it has a predetermined strength. For example, it is preferable to set the thickness to 0.5 mm or more, although it depends on the material, porosity, and the like. More preferably, it is 0.8 mm or more. More preferably, it is 1.3 mm or more.
多孔質支持体の内径も所定の強度を有する限り特に限定されるものではない。材質や気孔率等によっても異なるが、例えば、上記した多孔質セラミック支持体1aの厚みに対する内径の比(内径(mm)/厚み(mm))を20以下とすることが好ましい。より好ましくは17以下であり、さらに好ましくは13以下であり、特に好ましくは9以下である。 The inner diameter of the porous support is also not particularly limited as long as it has a predetermined strength. For example, the ratio of the inner diameter to the thickness of the porous ceramic support 1a (inner diameter (mm)/thickness (mm)) is preferably set to 20 or less, although it varies depending on the material, porosity, and the like. It is more preferably 17 or less, still more preferably 13 or less, and particularly preferably 9 or less.
多孔質支持体の長さ(軸方向長さ)は特に限定されるものではない。 The length (axial length) of the porous support is not particularly limited.
ゼオライト膜は、多孔質支持体の表面に形成される薄い層である。ゼオライト膜は、適切に分子篩能を発揮できれば、その形態は特に限定されるものではない。 A zeolite membrane is a thin layer formed on the surface of a porous support. The form of the zeolite membrane is not particularly limited as long as it can exhibit molecular sieving ability appropriately.
ゼオライト膜は、アルミノケイ酸塩であることが好ましいが、膜の性能を大きく損なわない限りAlの代わりにGa、Fe、B、Ti、Zr、Sn、Zn等の金属元素を用いてもよく、Alと共にGa、Fe、B、Ti、Zr、Sn、Zn、P等の元素を含んでいてもよい。 The zeolite membrane is preferably an aluminosilicate, but metal elements such as Ga, Fe, B, Ti, Zr, Sn, and Zn may be used instead of Al as long as the performance of the membrane is not significantly impaired. Elements such as Ga, Fe, B, Ti, Zr, Sn, Zn, and P may also be included.
また、ゼオライト膜の細孔を形成する結晶ゼオライトの骨格が酸素8員環以下の環であることが好ましく、酸素6~8員環であることがより好ましい。 Further, the skeleton of the crystalline zeolite forming the pores of the zeolite membrane is preferably an oxygen 8-membered ring or less, more preferably an oxygen 6- to 8-membered ring.
ゼオライトの構造としては、例えばAEI、AFG、ANA、CHA、DDR、EAB、ERI、ESV、FAR、FRA、FAU、GIS、ITE、KFI、LEV、LIO、LOS、LTA、LTN、MAR、PAU、RHO、RTH、SOD、STI、TOL、UFIなどが挙げられる。これらのうち、AEI、CHA、DDR、ERI、FAU、KFI、LEV、PAU、RHO、RTH、SOD、LTA、UFI型ゼオライトにより構成される膜を用いることが好ましく、CHA、DDR、LTA、FAU型ゼオライトにより構成される膜を用いることがより好ましい。なお、酸素n員環を有するゼオライトのnの値は、ゼオライト骨格とT元素(骨格を構成する酸素以外の元素)で構成される細孔の中で最も酸素元素の数が大きいものをさす。 Examples of zeolite structures include AEI, AFG, ANA, CHA, DDR, EAB, ERI, ESV, FAR, FRA, FAU, GIS, ITE, KFI, LEV, LIO, LOS, LTA, LTN, MAR, PAU, RHO , RTH, SOD, STI, TOL, UFI, and the like. Among these, it is preferable to use a membrane composed of AEI, CHA, DDR, ERI, FAU, KFI, LEV, PAU, RHO, RTH, SOD, LTA, UFI type zeolite, and CHA, DDR, LTA, FAU type More preferably, membranes composed of zeolites are used. The n value of zeolite having an oxygen n-membered ring indicates the largest number of oxygen elements among the pores composed of the zeolite skeleton and T elements (elements other than oxygen constituting the skeleton).
ゼオライト膜としてゼオライト膜を合成する場合、必要に応じて有機テンプレート(構造規定剤)を用いることができるが、通常は目的とするゼオライト構造を作成可能なテンプレートであれば特に制限はなく、テンプレートなしで合成可能であれば用いなくてもよい。 When synthesizing a zeolite membrane as a zeolite membrane, an organic template (structure-directing agent) can be used as necessary, but usually there is no particular limitation as long as the template can create the desired zeolite structure, and there is no template. It is not necessary to use if it is possible to synthesize with
ゼオライト膜の厚みは、特に限定されないが、通常、0.01μm~30μm、好ましくは1μm~15μmであるが、膜性能を大きく損なわない限り膜厚は薄いことが好ましい。 Although the thickness of the zeolite membrane is not particularly limited, it is usually 0.01 μm to 30 μm, preferably 1 μm to 15 μm.
多孔質支持体の表面にゼオライト膜を形成する方法としては多孔質支持体の表面において、ゼオライトを膜状に結晶化させる方法等が挙げられる(例えば、国際公開第2013/125660号パンフレット等を参照)。 Examples of the method of forming a zeolite membrane on the surface of a porous support include a method of crystallizing zeolite into a membrane on the surface of the porous support (see, for example, International Publication No. 2013/125660). ).
1 加熱器
10,20,30,40 膜モジュール
10a,20a,30a,40a ゼオライト分離膜
13,17,24,32 冷却器
19,26 減圧装置
1
Claims (7)
直列に接続された第1ないし第n(nは2以上の整数)の膜モジュールを備えており、
該第1膜モジュールの原流体室に原料流体が供給される膜分離システムにおいて、
第n以外の少なくとも一部の膜モジュールの非透過流体の一部を膜分離システム外に取り出す取り出し手段と、
第n膜モジュールの非透過流体を膜分離システム外に取り出す取り出し手段と
を備えており、
各取り出し手段からの非透過流体は、互いに合流されることなく膜分離システム外に取り出され、
該各取り出し手段に、非透過流体を冷却して凝縮させるための冷却手段が設けられていることを特徴とする膜分離システム。 A membrane separation system comprising a membrane module having a feed fluid chamber and a permeate fluid chamber separated by a zeolite separation membrane,
It comprises first to n-th (n is an integer of 2 or more) membrane modules connected in series,
In a membrane separation system in which a raw fluid is supplied to the raw fluid chamber of the first membrane module,
extracting means for extracting a portion of the non-permeating fluid of at least some of the membrane modules other than the n-th membrane module to the outside of the membrane separation system;
and extracting means for extracting the non-permeating fluid of the n-th membrane module out of the membrane separation system,
The non-permeated fluids from each withdrawal means are withdrawn from the membrane separation system without being merged with each other ,
A membrane separation system , wherein each said withdrawal means is provided with cooling means for cooling and condensing the non-permeating fluid .
第1膜モジュールの非透過流体の一部を取り出す第1段取り出し手段と、
第n膜モジュールの非透過流体を取り出す第n段取り出し手段と
を備えたことを特徴とする請求項1に記載の膜分離システム。 n is 3 or more, and as the extracting means,
a first stage extracting means for extracting a portion of the non-permeating fluid of the first membrane module;
2. The membrane separation system according to claim 1, further comprising an n-th stage extracting means for extracting the non-permeating fluid from the n-th membrane module.
原料流体が原流体室に供給される第1膜モジュールと、
該第1膜モジュールの非透過流体の一部が原流体室に供給される第2膜モジュールと、
直列に接続された第3ないし第k(kは4以上の整数)の膜モジュールと
を備え、
前記第1膜モジュールの非透過流体の残部が前記第3膜モジュールの原流体室に供給され、
前記第2膜モジュールの非透過流体と、第k膜モジュールの非透過流体とを、それぞれ合流させることなく膜分離システム外に取り出す取り出し手段を備えたことを特徴とする膜分離システム。 In a membrane separation system comprising a membrane module having a feed fluid chamber and a permeate fluid chamber separated by a zeolite separation membrane,
a first membrane module in which the source fluid is supplied to the source fluid chamber;
a second membrane module in which a portion of the non-permeate fluid of the first membrane module is supplied to the source fluid chamber;
a third to k-th (k is an integer of 4 or more) membrane modules connected in series;
supplying the remainder of the non-permeate fluid of the first membrane module to the raw fluid chamber of the third membrane module;
A membrane separation system, comprising a take-out means for taking out the non-permeate fluid of the second membrane module and the non-permeate fluid of the k-th membrane module to the outside of the membrane separation system without merging them.
前記第1膜モジュールの原流体室に有機化合物・水混合物を供給し、
前記各取り出し手段から非透過流体を、各非透過流体を合流させることなく取り出すことを特徴とする有機化合物・水混合物の分離処理方法。 A separation treatment method for an organic compound/water mixture using the membrane separation system according to any one of claims 1 to 6,
supplying an organic compound/water mixture to the source fluid chamber of the first membrane module;
A separation treatment method for an organic compound/water mixture, wherein the non-permeating fluids are taken out from the respective taking-out means without merging the non-permeating fluids.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019079438A JP7238567B2 (en) | 2019-04-18 | 2019-04-18 | MEMBRANE SEPARATION SYSTEM AND METHOD FOR SEPARATION OF ORGANIC COMPOUND/WATER MIXTURE |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019079438A JP7238567B2 (en) | 2019-04-18 | 2019-04-18 | MEMBRANE SEPARATION SYSTEM AND METHOD FOR SEPARATION OF ORGANIC COMPOUND/WATER MIXTURE |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2020175333A JP2020175333A (en) | 2020-10-29 |
JP7238567B2 true JP7238567B2 (en) | 2023-03-14 |
Family
ID=72937635
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2019079438A Active JP7238567B2 (en) | 2019-04-18 | 2019-04-18 | MEMBRANE SEPARATION SYSTEM AND METHOD FOR SEPARATION OF ORGANIC COMPOUND/WATER MIXTURE |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP7238567B2 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008183488A (en) | 2007-01-26 | 2008-08-14 | Kurita Water Ind Ltd | Method for enhancing blocking rate of permeable membrane, method for treating permeable membrane, permeable membrane apparatus, and pure water preparation apparatus |
JP2009066519A (en) | 2007-09-13 | 2009-04-02 | Kiriyama Seisakusho:Kk | Separator employing distillation and membrane separation in combination |
US20110041687A1 (en) | 2008-01-08 | 2011-02-24 | Zaida Diaz | Multi-stage membrane separation process |
JP2012067090A (en) | 2010-08-25 | 2012-04-05 | Mitsubishi Chemicals Corp | Method for recovering organic solvent from organic solvent-acid-water mixture |
-
2019
- 2019-04-18 JP JP2019079438A patent/JP7238567B2/en active Active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008183488A (en) | 2007-01-26 | 2008-08-14 | Kurita Water Ind Ltd | Method for enhancing blocking rate of permeable membrane, method for treating permeable membrane, permeable membrane apparatus, and pure water preparation apparatus |
JP2009066519A (en) | 2007-09-13 | 2009-04-02 | Kiriyama Seisakusho:Kk | Separator employing distillation and membrane separation in combination |
US20110041687A1 (en) | 2008-01-08 | 2011-02-24 | Zaida Diaz | Multi-stage membrane separation process |
JP2012067090A (en) | 2010-08-25 | 2012-04-05 | Mitsubishi Chemicals Corp | Method for recovering organic solvent from organic solvent-acid-water mixture |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2020175333A (en) | 2020-10-29 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Wee et al. | Membrane separation process—Pervaporation through zeolite membrane | |
WO2016067677A1 (en) | Method for producing high-concentration alcohol | |
JP6196807B2 (en) | Water-soluble organic substance concentration method and water-soluble organic substance concentration apparatus | |
WO2018168651A1 (en) | Method for producing alcohol | |
JP2016041419A (en) | Separation method and separation apparatus | |
US20190091630A1 (en) | Dehydration system for aqueous organic compounds, operation method therefor, and dehydration method | |
CN110234620B (en) | Method for producing high-concentration alcohol | |
JP5481075B2 (en) | Method for producing zeolite membrane | |
WO2018168978A1 (en) | Water-alcohol separation system and water-alcohol separation method for producing alcohol | |
Li et al. | ZSM‐11 membranes: Characterization and pervaporation performance | |
JP7238567B2 (en) | MEMBRANE SEPARATION SYSTEM AND METHOD FOR SEPARATION OF ORGANIC COMPOUND/WATER MIXTURE | |
JP4942945B2 (en) | Alcohol recovery method | |
JP6821911B2 (en) | How to reduce the alcohol content in alcoholic beverages | |
JP5884349B2 (en) | Dehydration concentration method for water-containing organic compounds and dehydration concentration apparatus used therefor | |
WO2022191228A1 (en) | Dehydration system and dehydration method | |
JP6728583B2 (en) | How to remove trace alcohol | |
JP2017165671A (en) | Method for producing high-concentration alcohol | |
JP2016179417A (en) | Separation method and separation device | |
JP2017042724A (en) | Separation method | |
Vankelecom et al. | Membrane processes | |
JP2016175063A (en) | Regeneration method of membrane | |
JP7178997B2 (en) | Dehydration method and dehydration device | |
JP2007203210A (en) | Membrane module and membrane separation process | |
JPWO2016024580A1 (en) | Separation method and separation apparatus | |
JP2016041418A (en) | Separation method and separation apparatus |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20211206 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20220902 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20220913 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20221102 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20230131 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20230213 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 7238567 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |