JPS5881401A - 有機液体と水の混合物の脱水方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、有機液体と水の混合物を蒸留と透過により脱
水する方法で、最初嘔二蒸留シ；ｘ町水含量が減少し、
残余の脱水は膜透過Ｃ二より行われる方法に関するもの
である。

多数の有機液体が水と混合することができ、そのうち多
くは制限な１や混合することができる。単なる蒸留６；
よる脱水は大量のエネルギーな必要とする。この場合起
こる他の問題点は、有機液体が水と共沸混合物をつくる
か否かである。その若干の例は、エタノール／水、イソ
プロパツール／水。

酢酸エテル／水、及びピリジン／水である。このような
場合一般櫨；連行剤が用いられる。古典的な例として、
エタノールの脱水シ：ペンゼンを連行剤として用いる。

連行剤のあるものは必然的（二排出空気または廃水の中
に失われる。結果として必要な経費は別としても、連行
剤の消失は環境Ｃ；悪影響を与える。したがって、有機
液体と水の混合物を脱水する傳の方法が探究されている
。原理としては、脱水に膜透過を用いることは長年知ら
れている。しかしながら、実際１；用いつる方法は今日
まで提供されていない。

したがって本発明の目的とするところは、部分子ｉｔ二
より水性系を脱水する実施可能な方法（二ある。

本発明の方法は、有機液体と水の混合物の水含量を最初
Ｃ：蒸留によって減少させ、膜透過Ｃ；よって残余の脱
水を行う方法≦二おいて、膜透過で生じた留保液の中の
一部を蒸留との熱交換のために循環させ、該一部の量は
、水の膜透過（；必要な熱量が循環させられる留保液の
熱交換で与えられるようなものであることを特徴とする
方法である。

本発明はまた、蒸留手段と膜透過手段を含む、有４２体
と水の混合物を脱水する装置（；関するものであ゛る。

本発明のｆ！置は、膜透過手段の留保液と蒸留手段の留
出物の間の熱交換のための熱交換Ｓｅｚ路を持つことを
特徴とする。

好適には本発明の装置は、出発のマイＶユを予熱する予
熱器、膜モジュールからの留保液と熱交換な回うための
熱交換器を備えた精留塔、該塔からの清流の凝縮のため
ｑ）４凝縮器、前記膜モジュール及び他の膜モジュール
を働かせるため口必鐸な圧力！！！留保液側と透過液側
の間Ｅつくるための加圧ポンプと真空ポンプ、圧力１１
１持手段、膜モジュールからの透過液な凝縮させる凝縮
！！宝持つことＹ特徴とする。

本発明の方法は、水と共沸混合ａｔ影形成、したがって
蒸留によって分離することが特に困鍾な角゛４液体の脱
水に特（：適する。エネルギー経費の一点から、特Ｃニ
エタノールの脱水をここでは記述することにする。本発
明の方法は従来の方法（；比して町成り経費が少ない。

加うるに、連行剤の使用を避けるから、その結果環境（
二対する害はない。

本発明の実施に使用する膜はいわゆる膜モジュールであ
る。膜モジュールは、平板状または管束状であって、留
保液と透過液の間に小さな実効圧力を与えれば、短かい
流路が得られ、したがって透過液を流子Ｃ二小圧力損失
で済むことが好ましい。

膜自体は、例えばＯｈｅｍｉｅ　−Ｔｅｏｈｎｉｋ誌８
（１９７９）６１１−６１７記載のイソプロパツール／
水の分離に用いられたような改質酢酸ヤルロースな用い
ることができる。　　　・） 一好適実施態様では、留保液が膜または膜モジュールよ
り出る点での温度が、冷却水の温度の充分上（＝あるよ
うＣ二、留保液の循環Ｉｉヲ充分大きく選定する。通常
の冷却水の温度１５ないし３♂℃では、このことは、留
保水が膜または膜モジュールより出る点での温度が３０
°　の充分上Ｃ：あること、例えば５０℃（；ある２と
を意味する・他の一好適実施態様で゛は、膜透過は二段
階で行い、第一段階では選択性の低い１１％を用い、第
二段階では選択性のより大きい膜を用いる０選択性の低
い膜としては、水の大部分ができるだけ速く分離される
よう（：、透過速度が太きいけん化時間の短かい三酢酸
セルロースが好適である。選択性の大きい膜は１分港す
べき水が少ないから、けん化時間の長い三酢酸セルロー
スからつくられるのが好適である。長いけん化時間によ
って得られた膜の高い選択性は透過速度を減少させるも
のであるから、均衡がとれる。透過速度のけん化時間依
存性の詳細については、前記Ｏｈｅｍｉｅ−Ｔｅｏｈｎ
ｉｋ誌引用個所から看取される。

膜透過を二段階で行う場合−二は、第二の熱交換　″循
環路のための経費の追加’ｔｘｓ＜するため（二、蒸留
段階と結ばれた留保欣熱交羨傭場路Ｃ；、第一の膜段階
からの留葆液のみを引入些ることが好適である。

峡終の製品Ｃ二希望される無水の程度４＝応じて、第二
の透過段階への供給混合液の水含Ｊ１１な選び。

その熱容置が残留した水の透過に充分なようにすること
が好適である。

この目的にはさら（二、留保液が第二の膜段階を離れる
点での温度を冷却水の温度の充分上にあるようｌ：ｆｉ
保することが好適である。

さらに、他の一好過実施態様では、膿家の普通のマイシ
ュから出発するエタノールの脱水＆一本発明は次のよう
に適用される。蒸留段階でマイシュを脱３水してエタノ
ール約８０ＩＵ量％、とし、第一の膜段階でエタノール
含量を約９５重置％とし、第二の膜段階で事実上無水に
する。

次−二添付図面な参照しつつ不発明を記載する。

図における出発物質は、エタノール含量が８．８電源％
”Ｃある普通のエタノール・マイシュである。

マイシュは管路１を通して導入され、生成物凝縮ａ２と
予熱器８ｖ通り、次いで精留塔４の蒸留部５に入る。精
留塔はまた濃縮部６と熱交換器７を含む。高沸点成分、
主としてフーゼル油は側流８として排出されることがで
きる。

エタノール・マイシュは予熱器３の中で沸点ζ：まで加
熱される。熱源としては、精留塔４の塔底９に落ちてき
た残液が役立つ。残液はポンプ１０Ｃ：よって予熱器に
供給され管路１２（＝よって外に導びかれる。精留塔４
へのエネルギー供給は１．蒸気で加熱される循環蒸発器
１１（二よりて行われる。

エタノール含量８０３１量％の生成物流が、精留能力に
したがって残りの凝縮はもう一つの凝縮器１４の中で起
こる。弾発性のより大きい成分は最後の凝縮器１５中で
起こる。凝縮されなかった気体と蒸気は管路１６を経て
排出される。凝縮１１５中に残された凝ｍ液は管路１７
を経て、凝縮器２と１４から管路１Ｂと１９を経て現わ
れる生成物流と合体する。全癒は管路２０ｔ−経てポン
プ２１と２３４二より展モジュール２４に供給される。

必要な塔４への還流は点２２で採取される。

族モジュール２４４：使用される膜は、高い透過速度で
水の高速分離を可能６二するものである。ＩＩの選択性
Ｃ二ついては比較的軽度の要請しかされない。

膜モジュール２４の留保液の側Ｃは、ポンプ２１と２３
で生じた約３パールの圧力が働く。

透過液側は、真空ポンプ（図示されず）ζ二より管路２
５ｔ−経て約７０ｔ’Ｊパールに維持される。透過液は
実質的に上１９１０重曖％までのエタノールを含む水よ
り成る。この水は管路２６を経て凝縮４２７６；供給さ
れ、凝縮の後、−Ｗ路２Ｂとポンプ２９を経てプロセス
に返される。

点３０（二おいて、分岐Ｃ二より生成物部分流が得られ
管路ｄ１を経て他の膜モジシル３２（二供給される。膜
モジユール３２内には、生成物純度が所要の値区；達す
るよう（：選択性の高い膜が用いられている。

無水ヱタノー＆（エタノール含量９９．’８重量％）が
管路３３と圧力維持弁３４′Ｉｋ−経て排出される。

膜モジユール３２中（二残された透過液は、実質的Ｃ二
上限１０ｆＥ量％までのエタノールを含む水より成る。

この水は管路３５を経て凝縮６８６に供給され、凝縮の
後、管路３７１に一経てプロセスＣ二返される。

膜モジュール２４から管路３８、熱交換器７、ポンプ２
′３ｖ経て循環流が導かれ、この循環流中には、点３９
で精留塔の清流が供給され、点３０で生成物部分流が採
取される。物質収支シニおいて。

点３０で採取された生成物部分流と管路２６を経て排出
される透過液の合装置は、点３９で供給される精留塔か
らの清流のｆｆ１４：、等しい。

腺モジュール２４の留保液側に９５％エタノールが得ら
れる。このものの中から生成物部分流が点３０で採取さ
れ、第二の膜モジュール３２（；送られ、そこからエタ
ノール含量９９．８％のものとして出現する。

用いられた条件の下で、膜モジュール２４−管路３Ｂ−
熱交換！＃７−ポンプ２３−膜モジュール８１２２ＫＩ
！／時間であり、この循環流１：点３９″１？加え少れ
る精留塔の頂ｆｉ（４２１１１Ｆ／時間）より可成り大
きい。膜モジュール２４で分層されろ水（２５１ＫＦ／
時；…）から計算すると、点３０で循！１ｌｌｆｉから
分岐される生成物（エタノール含量９５重電％）の量は
１１７０３Ｆ／時間Ｃ；過ぎない。

上記操作は二つの菖要な□利点な持つ。第一に、膜モジ
ュール２４（二取入れる液体の濃度は、精留塔の清流の
エタノール８０直量％より、＊２．Ｓ重量％（循環流と
混合した後のもの）に増加している。第二に、精留塔４
の普通の運転では冷却水中に失われる凝縮熱が循環ｆｉ
（二よりよく利用できる。

さらに、従来技術のプロセスでは精留塔の還流比が３．
５ないし４であるの（＝比して、約２の小さい還流比で
操作できる。

これらの利点の結果、本発明の方法は、従来法に比して
可成りエネルギーを節減して実施できる。

エネルギー４［（二ついていうと、アルコール１１あだ
も月；約５身の一薫気消費量を必要とする従来法Ｃ二比
べて、本発明の方法のエネルギー所要量は蒸気消★量に
換算してアルコールＩＪあたり１．６　ＫｆＣ：過ぎな
い。換言すれば、本発明の方法のエネルギー所要量は既
知の方法のエネルギー所要量の１４：過ぎない。

マイシュ　　　　Ｌｌ　　　　１２７２０　−８．８塔
頂年或物　　　Ｌｌ３　　４２６２　８０　　７８第−
膜モジュール　　　Ｌ３＄　　　　８１２２　　９５　
　　５０からの排出液 熱交換器７の後　　　Ｌ３１３　　　８１２２　　９５
　　　７２Ｌ１ａ中の循ＩＭ流　　３０の後　６９５２
　　９５　　　７２供給液　　　　３９に おける　１４２１　　８０　　　　’１Ｂ、換モジュー
ル２４の　　　　　　　　８３７３　　９２．５　　７
３４入口 ３０の後　　　　　　Ｌ３１　　　１１７０　　９５　
　　７２水　　　　　　　　Ｌ２８　　　２５１　　上
限１０まで 生成物　　　　　　Ｌ３３　　　１１０３　　９９．８
水　　　　　　　　　Ｌ３？　　　　　６７　　上限１
゜まで ＊　Ｌは管路を意味し、数字は図面の参照番号を示す。

【図面の簡単な説明】

図は、二段階腺分ａＶ用いる本発明の方法を実施する好
適装置を示す。 ２・・・生成物凝縮器、　３・・・予熱器。 ４・・・精留塔、　５・・・蒸留部、　６・・・濃縮部
、７・・・熱交換器、　８・・・側流、　９・・・塔底
、１ｏ−＊ンブ、　１１−・・傭ｆｓ蒸発器、１４．１
５・・・凝縮器、　２１・−ポンプ、２２・・・還流点
、　２３・・・ポンプ、２４・・・族モジュール、　２
７−・・凝縮器、２９・・・ポンプ、　３０・・・分岐
点、３２・・・膜モジュール、　３４・・・圧力維持弁
、３６・・・凝縮器、　３９・・・供給点。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　有機液体と水の混合物な最初（二蒸留して水含量
   を減少させ、次に膜透過シーより残りの水を実質的（：
   除去する該混合物の脱水方法１二おいて０、部分１１器
   １：より留保された液をの少（とも一部を引出し、精留
   塔の内ｓ（−通して直接の熱交換関係１ｕｌｌき、前記
   引出された一部の少（とも一部を再循環させて前記分１
   １１１＠ε；戻し、該再循環流は、膜透過Ｃ：必要な熱
   の実質的Ｃ；全部が精留塔内の前記熱交換のｒｌｔ＝再
   循環流に伝熱されるような橡であることを特徴とする有
   機液体と水の混合物１に脱水する方法。 ２、再循環流の量が、透過膜な離れる留保液の温度が冷
   却水の温度の充分上４：あるよう（；する（二充分な程
   多いことを特徴とする特許請求のＩａ曲第１項記戦の方
   法。 ３、Ｍ４透過が二段階で行われ、選択性が低い膜が第一
   の段階で使用され、選択性が高い膜が第二の段階で使用
   されることを特徴とする特許請求の範−第１項記載の方
   法。 ４、留保液の再循環流が第一の膜透過段階のみか゛ら引
   出されることを特徴とする特許請求の範曲第３項記戦の
   方法。 Ｓ、　　＠−の分ａｍより引出された留保液流を精留塔
   内の熱交換＠（ニー通した後（二分割し、一部は第一の
   分離器に再循環させ残りの部分は第二の部分１１ｊｌ（
   二通すことを特徴とする特許請求の範囲第４項記載の方
   法。 龜　第二の膜透過段階に供給される混合物の水含量が、
   混合物の熱容量が残余の水を透過させる（二充分である
   ように１選定されることな特徴とする特許請求の範囲第
   ５項紀゛絨の方法。 ７、　水性エタノール、ｅマイシュｖ、ｉ膜段階でエタ
   ノール約８０直置％に脱水し、第一の膜段階でエタノー
   ル言置約８０．ｉＩ量％に脱水し、第一の膜段階でエタ
   ノールを曖を約９５重置％とし、第二の膜段階で実際上
   無水−二することを特徴とする。前記マイシュの脱水に
   適用された特許請求の範囲＃！３項記載の方法。 ８、有峨液体と水の混合＠Ｖ敢初に蒸留し、次に精留塔
   からの留出物中シュ残留せる水を除（ために混合物を膜
   分離するように直列に連結された、精栢塔と部分端器を
   含み、さらに、分離器の留保液の少くとも一部を引出す
   再循環路と、引出された留保液の一部と間接の熱交換を
   行うためＣ：Ｍ再循環路５二連結された精１塔内の熱り
   換器と、該熱交換器から来る／ｉｏ熱を受けた引出され
   １　′：□・ た留保液の少くとも一部を膜分離器Ｃ二返すための再−
   環導ｔｖ含むことを特徴とする、前記混合物を脱水する
   装置。 ９．２個の膜分離！Ｉを含み、前記再循環路が、第一の
   分離器の留保液全体を熱交換？！Ｉに送るよう４：、第
   一の分ａｍと熱交換ａを連結し、前記再循環導管が、第
   一の分ＩＩＩ器からの留保液の加熱されたものの一部を
   第一の分離器（＝再循環させ残余を第二の分離器３：送
   るように、第一の分離器と第二の分離器を連結すること
   を特徴とする特許請求の範囲第８項記載の装置。