BRPI0900960A2

BRPI0900960A2 - recipiente de membrana

Info

Publication number: BRPI0900960A2
Application number: BRPI0900960-4A
Authority: BR
Inventors: Shinya Tachibana; Yukio Tanaka; Hideo Kashiwagi; Haruaki Hirayama
Original assignee: Mitsubishi Heavy Ind Ltd
Priority date: 2008-11-13
Filing date: 2009-03-25
Publication date: 2010-07-13
Also published as: JP4929269B2; US20100116727A1; EP2196253A2; EP2196253A3; JP2010115596A; CA2662314C; CA2662314A1

Abstract

São fornecidas membranas modulanzadas para separação de água em um grande número de unidades. Um recipiente de membrana usado em um sistema de desidratação para a separação de água do fluido tratado inclui uma parte de carcaça 11 que tem um bocal de saída de fluido permeado 16 e que contém um grande número de membranas para separação de água dispostas em paralelo em relação à direção do fluxo do fluido tratado; uma parte do canal superior 12 tendo um bocal de entrada de fluido tratado 14 e que se liga com a extremidade superior da parte da carcaça 11 e uma parte do canal inferior 13 que tem um bocal de saída de fluido tratado 15 e que se liga com a extremidade inferior da parte da carcaça 11.

Description

"RECIPIENTE DE MEMBRANA"

Fundamentos da Invenção

Campo da Invenção

A presente invenção refere-se a um recipiente de membrana que contém membra-nas para a separação em água. Em particular, a presente invenção refere-se a um recipientede membrana em que as membranas para a separação em água são modularizadas em umgrande número de unidades para diminuir o tamanho de uma planta. Além disso, a presenteinvenção refere-se a um recipiente de membrana em que a área exposta da superfície ex-terna do recipiente de membrana é diminuída para reduzir a perda por radiação.

Descrição da Técnica Relacionada

Como uma fonte de combustível como um combustível fóssil alternativo, o etanoltem atraído atenção e o tamanho do mercado do mesmo está previsto para ser de 55 mi-lhões de quilolitros em 2010. No entanto para usar o etanol como um combustível, um pro-duto bruto obtido de uma matéria-prima biológica tal como milho deve ser destilado e refina-do de modo a estar desidratado até pelo menos 99,5 % em peso. Convencionalmente, nadesidratação, uma solução aquosa diluída de etanol é destilada em uma coluna de destila-ção de modo a ser concentrada até um ponto próximo ao ponto azeotrópico de um sistemade etanol-água e então a solução é desidratada.

Como um processo para a desidratação, é disponível um método em que é adicio-nado um agente de arraste e a desidratação é realizada por destilação azeotrópica. Entre-tanto, este método requer um processo em que um sistema de três componentes é destiladoazeotropicamente e ainda, que o agente de arraste seja recuperado. Portanto, este métodotem alguns inconvenientes pelo fato de que são necessárias grandes quantidades de ener-gia térmica.

Também é disponível um outro método em que um grande número de tanques co-mo peneira molecular estão dispostos e a desidratação é realizada enquanto estes tanquessão alterados para modo em batelada. Este método também tem um inconveniente pelo fatode que a regeneração do tanque como peneira molecular consome grandes quantidades deenergia.

Para superar os inconvenientes citados, a Publicação do Pedido de Patente Japo-nesa Não Examinada N°. 58-21629, Publicação do Pedido de Patente Japonesa Não Exa-minada N°. 02-229529 e outras publicações similares divulgam uma técnica em que é usadoum elemento que não possui os inconvenientes descritos acima, tal como uma membranapara separação de água. No entanto, um desidratador que usa a membrana para separaçãode água tem problemas de grande tamanho e fraca sustentabilidade.SUMÁRIO DA INVENÇÃO

A presente invenção foi realizada em vista das circunstâncias acima e consequen-temente, um objetivo da mesma é fornecer um recipiente de membrana em que as membra-nas que separam a água são modularizadas em um grande número de unidades para facili-tar o aumento de tamanho da membrana para separação de água e para diminuir as dimen-sões de uma planta equipada com um desidratador que usa as membranas para separaçãode água. Além disso, um outro objetivo da presente invenção é diminuir a área exposta deuma superfície externa do recipiente de membrana e desse modo reduzir a perda de calorpor radiação por modularização das membranas para separação de água em um grandenúmero de unidades.

Para se atingir o objetivo acima, a presente invenção fornece um recipiente demembrana usado em um sistema de desidratação para separar a água do fluido tratado,incluindo uma parte da carcaça que tenha uma saída de fluido permeado e contendo umgrande número de membranas para separação de água dispostas em paralelo em relação àdireção do fluxo do fluido tratado; uma parte superior do canal que tem uma entrada de flui-do tratado e que se liga com a extremidade superior da carcaça e uma parte inferior do ca-nal que tem uma entrada de fluido tratado e que se liga com a extremidade inferior da parteda carcaça. Neste recipiente de membrana, é providenciada uma entrada de fluido tratadona parte superior do canal ou parte inferior do cana! e uma saída de fluido tratado é provi-denciada na parte superior do canal ou na parte inferior do canal. A saída de fluido permea-do, a entrada de fluido tratado e a saída de fluido tratado são geralmente formadas como umbocal de saída de fluido permeado, um bocal de entrada de fluido tratado e um bocal de saí-da de fluido tratado, respectivamente.

No recipiente de membrana de acordo com a presente invenção, a parte da carcaçade preferência tem uma parede de reforço que se estende na direção do comprimento damesma. Neste caso, a parede de reforço de preferência tem pelo menos um furo de passa-gem.

Além disso, no recipiente de membrana de acordo com a presente invenção, é pre-ferível que as partes superior e inferior do canal tenham cada peça de placa terminal, que aparte da carcaça tenha uma parte de placa terminal nas posições correspondentes às peçasde placa terminal é preferível que as partes inferiores do canal cada uma tenha uma peça deplaca terminal, que a parte da carcaça tenha uma parte da placa terminal em posições quecorrespondam às partes da placa terminal das partes superior e inferior do canal e que umaplaca divisória seja ainda fornecida entre as partes da placa terminal das partes superior einferior do canal e a placa terminal da parte da carcaça.No recipiente de membrana de acordo com a presente invenção, a parte do canalde preferência tem pelo menos uma parte de vapor d'água para a aplicação de calor ao flui-do tratado. Além disso, uma parte de vapor d'água para a aplicação de calor ao fluido trata-do é de preferência ainda fornecida sobre a superfície externa da parte da carcaça.

É de preferência fornecido um dispositivo de medição de temperatura para monito-rar a temperatura do fluido tratado. Além disso, é de preferência fornecido um dispositivo demedição da concentração para monitorar a concentração do fluido tratado.

No recipiente de membrana de acordo com a presente invenção, o fluido tratado égeralmente uma solução aquosa orgânica. O componente orgânico da solução aquosa or-gânica é de preferência um componente orgânico selecionado do grupo que consiste dealcoóis tais como etanol, propanol, isopropanol e glicol, ácidos carboxílicos tal como ácidoacético, éteres tais como dimetil éter e dietil éter, aldeídos tal como acetaldeído, cetonas taiscomo acetona e metil etil cetona e ésteres tal como éster acetato de etila e é de preferênciasolúvel em água.

De acordo com a presente invenção, é fornecido um recipiente de membrana emque é empregada a configuração descrita acima e as membranas para separação de águasão modularizadas em uma unidade de um grande número para facilitar o aumento em ta-manho da membrana para separação de água em uma planta equipada com um desidrata-dor que usa as membranas para separação de água.

Além disso, de acordo com a presente invenção, é fornecido um recipiente demembrana em que é empregada a configuração descrita acima e as membranas para sepa-ração de água são modularizadas em um grande número de unidades para diminuir o tama-nho de uma planta equipada com um desidratador que usa as membranas para separaçãode água.

Além disso, de acordo com a presente invenção, é fornecido um recipiente demembrana em que é empregada a configuração descrita acima e as membranas para sepa-ração de água são modularizadas em um grande número de unidades para melhorar a sus-tentabilidade, por exemplo, para o controle da impermeabilidade ao ar do recipiente demembrana em uma planta equipada com um desidratador que usa as membranas para se-paração de água.

De acordo com a presente invenção, é fornecido um recipiente de membrana emque é empregada a configuração descrita acima e as membranas para separação de águasão modularizadas em um grande número de unidades para diminuir a área exposta de umasuperfície externa do recipiente de membrana, reduzindo desse modo a perda de calor porradiação.BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A FIG. 1(a) é uma vista de frente que apresenta uma modalidade de um recipientede membrana de acordo com a presente invenção;

A FIG. 1(b) é uma vista da seção horizontal que apresenta uma modalidade de umrecipiente de membrana de acordo com a presente invenção;

A FIG. 1(c) é uma vista da seção lateral que apresenta uma modalidade de um reci-piente de membrana de acordo com a presente invenção;

A FIG. 2 é uma vista de topo que apresenta um recipiente de membrana de acordocom a presente invenção e o espaço de instalação do mesmo;

A FIG. 3 é uma vista de topo que apresenta uma modalidade de uma unidade deum recipiente de membrana em que muitos recipientes de membranas de acordo com apresente invenção estão dispostos em paralelo;

A FIG 4(a) é uma vista de frente de um aquecedor de vapor d'água localizado nasuperfície lateral de um recipiente de membrana de acordo com uma modalidade da presen-te invenção;

A FIG. 4(b) é uma vista de topo de aquecedores de vapor d'água dispostos sobre assuperfícies laterais de um grande número de recipientes de membrana de acordo com umamodalidade da presente invenção;

A FIG. 5 é uma vista da seção que apresenta uma modalidade de um recipiente demembrana do tipo em série de acordo com a presente invenção;

A FIG. 6 é um diagrama esquemático que apresenta uma modalidade de um siste-ma de desidratação que usa recipientes de membrana de acordo com a presente invenção;

A FIG. 7(a) é uma vista de topo que apresenta esquematicamente uma parte demembrana do tipo monolito para separação em água;

A FIG. 7(b) é uma vista da seção que apresenta esquematicamente uma parte demembrana do tipo monolito para separação em água;

A FIG. 8(a) é uma vista de topo que apresenta esquematicamente uma parte demembrana do tipo tubular para separação em água;

A FIG. 8(b) é uma vista da seção que apresenta esquematicamente uma parte demembrana do tipo tubular para separação em água e

A FIG. 9 é um gráfico que apresenta a relação entre a velocidade de fluxo do ladoprincipal e a velocidade de fluxo de permeação em um exemplo de um recipiente de mem-brana do tipo em série de acordo com a presente invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA MODALIDADE PREFERIDA

Será agora descrita com mais detalhes uma modalidade de um recipiente de mem-brana de acordo com a presente invenção com referência aos desenhos anexos. Na moda-lidade descrita a seguir, é apresentado um número específico de recipientes de membrana.Entretanto, a presente invenção não está limitada à modalidade descrita a seguir.

A FIG. 1(a) é uma vista de frente que apresenta uma modalidade de um recipientede membrana de acordo com a presente invenção.

O recipiente de membrana 1 de acordo com a presente invenção inclui uma parteda carcaça 11, uma parte do canal superior 12, uma parte do canal inferior 13, um bocal deentrada de fluido tratado 14, um bocal de saída de fluído tratado 15 e um bocal de saída defluido permeado 16. A parte da carcaça 11 é um cilindro que tem uma seção transversal elíp-tica e a parte do canal superior 12 e a parte do canal inferior 13 estão ligados a ambas asextremidades superior e inferior da parte da carcaça 11 através dos recheios 12a e 13a, res-pectivamente. A parte da carcaça 11 é dotada do bocal de saída do fluido permeado 16 e aspartes do canal superior e inferior 12 e 13 são dotadas do bocal de entrada de fluido tratado14 e do bocal de saída do fluido tratado 15, respectivamente.

A FIG. 1(b) é uma vista da seção horizontal, considerada ao longo da linha A-A daFIG. 1(a), que apresenta uma modalidade de um recipiente de membrana de acordo com apresente invenção. Além disso, a FIG. 1(c) é uma vista da seção lateral, considerada ao lon-go da linha B-B da FIG. 1(b), que apresenta uma modalidade de um recipiente de membranade acordo com a presente invenção. O recipiente de membrana 1 de acordo com a presenteinvenção pode conter muitas partes de membrana para separação de água 710 dispostasem paralelo. A FIG. 1 apresenta um exemplo em que as partes de membrana do tipo monoli-to são usadas como partes 710da membrana para separação de água. No entanto, tambémpodem ser usadas partes de membrana do tipo tubular.

Como apresentado nas FIGS. 1(b) e 1(c), a parte da carcaça 11 é um cilindro quetem uma seção transversal elíptica e a curvatura do círculo de cada uma das mesmas coin-cide com a curvatura do círculo da parte 710 da membrana para separação de água. Alémdisso, para evitar que a estrutura da parte da carcaça 11 seja deformada pela temperaturaou pela pressão, paredes de reforço 17 estão dispostas na parte da carcaça 11. Como apre-sentado nas FIGS. 1(b) e 1(c), as paredes de reforço 17 podem ser formadas de modo adividir as partes individuais 710 da membrana para separação de água. Entretanto, a confi-guração das paredes de reforço 17 não é limitada a esta modalidade. Além disso, a paredede reforço 17 é dotada de pelo menos um furo de passagem. Desse modo, um fluido escoano todo da parte da carcaça 11.0 recipiente de membrana 1 de acordo com a presente in-venção pode ser usado em qualquer uma de uma posição horizontal, de uma posição verti-cal e de uma posição inclinada.A FIG. 2 é uma vista de topo que apresenta um recipiente de membrana 1 de acor-do com a presente invenção e o espaço de instalação do mesmo. Na FIG. 2, D representa oespaço de instalação para instalar o recipiente de membrana e L representa a largura doespaço de trabalho, a largura do espaço de tubulação e a medida da largura do espaço.Convencionalmente, o grande número de partes da membrana para separação de água foiincorporado à carcaça cilíndrica e um grande número de partes cilíndricas da carcaça foiinstalada de acordo com a quantidade a ser tratada. Portanto, o recipiente de membranaconvencional tem um inconveniente de precisar um grande espaço de instalação. Em con-trastei na presente invenção, o grande número de partes 710 da membrana para separaçãode água é incorporado ao recipiente de membrana 1 de acordo com a quantidade a ser tra-tada como apresentado na FIG. 2. Desse modo, o espaço de instalação D pode ser diminuí-do. Por exemplo, supõe-se que o número N de recipientes de membrana esteja presente eum espaço de trabalho D para a instalação do recipiente de membrana 1 é 0,5 m. Nestecaso, comparado à configuração convencional, o espaço de trabalho pode ser diminuído porum fator de 1/(N-1). Os detalhes dos mesmos são descritos a seguir.

Espaço de instalação convencional:

(NxD + 0,5x2xN) x (D + 0,5x2) = N (D + 1)2

Espaço de instalação da presente invenção:

(NxD + 0,5x2) x (D + 0,5x2) = (ND + 1) (D + 1)

Espaço de instalação convencional:

Convencional espaço de instalação / Espaço de instalação da presente invenção

N(D + 1)/(ND + 1)

= ((ND+ 1) + (N- 1))/(ND + 1)

= 1 +(N- 1)/(ND + 1)

Além disso, utilizando-se o recipiente de membrana 1 de acordo com a presente in-venção, a área da parede externa da carcaça é diminuída. A seguir, a área da superfície daparede externa do recipiente de membrana de acordo com a presente invenção é compara-do com a área da superfície da parede externa convencional.

Área da superfície da parede externa convencional:

tcDxNxL (L: comprimento da membrana)

Área da superfície da parede externa da presente invenção:

(ti D + (N - 1)xD)xL

Área da superfície da parede externa convencional / Área da superfície da paredeexterna da presente invenção:

Jt DxNxL/((t:D + (N -1)xD)xL)<formula>formula see original document page 8</formula>

Isto é, digamos, na configuração convencional, a área da superfície da parede ex-terna da carcaça em contato com a atmosfera aumenta por um fator de N de acordo com onúmero N das partes da membrana para separação de água. Por outro lado, na presenteinvenção, utilizando-se o recipiente de membrana 1, (tc2-tc)/(N+tc-1 ) se aproxima de zeroquando o número N das partes da membrana para separação de água for infinito. Na pre-sente invenção, portanto, cada vez o número de partes 710 da membrana para separaçãode água aumenta de um, a área da superfície da parede externa da carcaça pode ser dimi-nuída por um fator de aproximadamente três comparado com a configuração convencional.

Além disso, a membrana para separação de água usada na presente invenção se-para água pela utilização do método de pervaporação em que o lado do suprimento é umafase líquida e o lado de permeação é uma fase gasosa. Neste método de separação, quantoo componente que se permeia muda na fase de líquido para gasoso, a temperatura do fluidotratado diminui pelo calor latente de vaporização. A membrana para separação de água po-de, além disso, ser usada para a separação em uma fase gasosa ou em uma fase líquidanão envolvendo uma mudança de fase em um método sem ser o método de pervaporação.

Geralmente, a taxa de permeação de membrana para separação de água é diminu-ída bastante por uma diminuição na temperatura do fluido tratado. Portanto, para manterconstante a temperatura de fluido tratado, é necessário um meio de aquecimento tal comoum aquecedor com vapor d'água. Em contraste, o recipiente de membrana 1 de acordo coma presente invenção pode reduzir a perda de calor por radiação diminuindo a área da super-fície externa da parede da carcaça. Portanto, por utilização do recipiente de membrana deacordo com a presente invenção, a diminuição na temperatura do fluido tratado pode serevitada sem o uso de um meio de aquecimento.

Além disso, convencionalmente, para fornecer o fluído tratado, deve ser instaladoum tubo para cada carcaça. O recipiente de membrana 1 de acordo com a presente inven-ção não precisa ser montado com um tubo separadamente porque o fluido tratado é forneci-do pelas partes do canal superior e inferior 12 e 13 ligados a ambas as extremidades daparte da carcaça 11.

A FIG. 3 é uma vista de topo que apresenta uma modalidade de uma unidade deum recipiente de membrana 30 em que um grande número de recipientes de membrana 1de acordo com a presente invenção está disposto em paralelo. Como apresentado na FIG. 3,muitos recipientes de membrana 1 estão dispostos em paralelo. Desse modo, pode ser con-seguido facilmente um aumento apropriado em escala de acordo com a quantidade a sertratada. Neste caso, os recipientes de membrana 1 podem estar dispostos de modo que asuperfície externa da parede da carcaça de um recipiente de membrana 1 entra em contatocom a superfície externa da parede da carcaça de um outro recipiente de membrana 1. Aperda de calor por radiação pode desse modo ser reduzida eficazmente.

Para evitar uma diminuição na temperatura do fluido tratado, o aquecedor de vapord'água pode estar disposto nas partes do canal superior e inferior 12 e 13. Alternativamente,o aquecedor de vapor d'água pode estar disposto na superfície lateral do recipiente demembrana 1. A FIG. 4(a) é uma vista de frente do aquecedor de vapor d'água localizado nasuperfície lateral do recipiente de membrana de acordo com a presente invenção. Para tor-nar constante a temperatura do fluido tratado, um aquecedor de vapor d'água em zigueza-gue 41 está disposto na superfície lateral do recipiente de membrana. Além disso, a FIG.4(b) é uma vista de topo dos aquecedores de vapor d'água dispostos sobre as superfícieslaterais de um grande número de recipientes de membrana de acordo com a presente in-venção. Os aquecedores de vapor d'água em ziguezague 41 estão dispostos nos espaçosentre os recipientes de membrana. Dispondo os aquecedores de vapor d'água apropriada-mente, pode ser evitada a diminuição da temperatura do fluido tratado. Pode-se evitar que ataxa de permeação da membrana para separação de água diminua. É apresentado um tipode aquecedor de vapor d'água em ziguezague comum. No entanto, o tipo do aquecedor devapor d'água não está limitado ao tipo em ziguezague descrito acima e, além disso, tambémpode ser usado um aquecedor de vapor d'água em ziguezague de um outro tipo.

A seguir, é explicado um recipiente de membrana 5 do tipo em série de acordo coma presente invenção. A FIG. 5 é uma vista de seção que apresenta uma modalidade do reci-piente de membrana do tipo em série de acordo com a presente invenção. No recipiente demembrana 1 apresentado na FIG. 1, muitas partes de membranas para separação de água710 estão dispostas em paralelo na parte da carcaça 11. Portanto, o fluido tratado passaatravés das respectivas partes de membrana para separação de água 710 ao mesmo tempo.Em contraste, no recipiente de membrana 5 apresentado na FIG. 5, o fluido tratado passaatravés das respectivas partes da membrana para separação de água 710 uma depois daoutra.

Como o recipiente de membrana 1 apresentado na FIG. 1, o recipiente de membra-na 5 apresentado na FIG. 5 contém muitas partes de membrana para separação de água710 em paralelo. O recipiente de membrana 5 inclui uma parte da carcaça 51, uma parte docanal superior 52, uma parte do canal inferior 53, um bocal de entrada de fluido tratado 54,um bocal de saída de fluido tratado 55 e um bocal de saída de fluido permeado 56. A parteda carcaça 51 é um cilindro que tem uma seção transversal elíptica e a parte do canal supe-rior 52 e a parte do canal inferior 53 estão ligadas a ambas as extremidades superior e infe-rior da parte da carcaça 51 pelos recheios 52a e 53a, respectivamente. A parte da carcaça51 é fornecida com o bocal de saída do fluido permeado 56 e a parte do canal superior einferior 52 é fornecida com o bocal de entrada do fluido tratado 54 e o com o bocal de saídado fluido tratado 55. As placas divisórias 58 são fornecidas como partes do canal superior einferior 52 e 53 em um estado de ser inserida nas partes de placa terminal 58a. O fluido tra-tado é obrigado a passar através das partes da membrana para separação de água 710uma depois da outra pelas placas divisórias 58. Desse modo, a velocidade de escoamentodo fluido tratado pode ser aumentada e, portanto o movimento da substância pode ser ace-lerado.

A FIG. 6 é um diagrama esquemático que apresenta uma modalidade de um siste-ma de desidratação 100 que usa os recipientes de membrana de acordo com a presenteinvenção. No sistema de desidratação 100 desta modalidade, supõe-se que o etanol brutoseja um fluido tratado a ser desidratado. Em relação à concentração da solução aquosa de etanol bruto, supõe-se uma solução aquosa que tenha uma concentração de etanol de 94,5até 94,8 % em peso. Isto é, digamos, o etanol bruto que contém etanol como um componen-te orgânico é usado como o fluido tratado. O produto fluido obtido finalmente, isto é, o produ-to etanol (etanol desidratado) tem uma concentração de etanol de 99,5 até 99,8 % em peso.

O sistema de desidratação 100 desta modalidade é constituído principalmente derecipientes de membrana 101 a 110, partes de vapor d'água 121 a 132 e um resfriador 133.Cada um dos recipientes de membrana 101 a 110 tem pelo menos uma membrana paraparte de separação de água 710.

O princípio do sistema de desidratação 100 desta modalidade é o método de per-vaporação em que o lado principal da membrana é uma fase líquida e o lado secundário damesma é uma fase gasosa. O líquido que permeou a membrana é vaporizado por umapressão reduzida sobre o lado secundário e o calor latente de vaporização é fornecido pelocalor latente de calor do lado principal para o lado secundário. Portanto, a temperatura deentrada do recipiente de membrana 101 é aumentada pela parte do vapor d'água 131 aque-cedores de vapor d'água intermediários 121 a 130 estão dispostos entre os recipientes demembrana 102 a 110, pelos quais a diminuição da temperatura pode ser tornada pequena.

Desse modo, pode ser melhorado o desempenho de separação da água da membrana.

Aqui a seguir, é explicada a parte da membrana para separação de água 710. Aparte da membrana para separação de água 710 é um dispositivo para separação de águade uma solução aquosa orgânica pelo método de pervaporação. A solução aquosa orgânicaé uma mistura de água e de um líquido solúvel em água. Como o líquido solúvel em água,podem ser citados etanol, metanol, álcool isopropílico, ácidos como ácido acético e cetonastal como acetona. No entanto, o líquido solúvel em água não está limitado a estes líquidos.

A FIG. 7 (a) é uma vista de topo da membrana do tipo monolito para separação emágua

A FIG. 7 (b) é uma vista da seção que apresenta esquematicamente uma parte demembrana do tipo monolito para separação em água 710. Além disso, a FIG. 7(b) é umavista da seção da membrana do tipo monolito para a parte da separação de água 710, sen-do uma vista da seção considerada ao longo da linha C-C da FIG. 7 (a). A parte da membra-na do tipo monolito para separação de água 710 é configurada fornecendo um grande nú-mero de percursos de fluxo 710c para a solução aquosa orgânica, que são uma ou maispartes ocas que se estendem na direção ascendente e descendente para permitir que a so-lução aquosa orgânica passe através dos mesmos, em uma membrana em coluna para se-paração de água 71 Od. Habitualmente, na parte da membrana para separação de água quetenha uma tal configuração, o percurso do fluxo 710c para a solução aquosa orgânica namembrana para separação de água é denominado lado primário ou lado de fornecimento damembrana e o lado de fora da membrana para separação de água 71 Od é denominado olado secundário ou o lado de permeação.

Na separação na membrana realizada pelo método de pervaporação que usa umatal membrana para separação da parte de água, a parte da membrana para separação deágua 710 é de preferência fornecida de modo que a direção do percurso do fluxo seja para-lela à direção vertical. Neste caso, é fornecida uma solução aquosa orgânica por uma entra-da 710a no lado inferior na direção vertical enquanto que a pressão sobre o lado de perme-ação da parte da membrana para separação de água 710 é reduzida, sendo obrigada a es-coar na direção oposta da gravidade e é descarregada de uma saída 710b no lado superiorna direção vertical. Por esta operação, a água na solução aquosa orgânica é mudada paravapor d'água e o vapor d'água é retirado para o lado de permeação da superfície lateral damembrana em coluna para separação de água 71 Od. Como um resultado, a solução aquosaorgânica recuperada da saída 710b da parte da membrana para separação de água é desi-dratada.

A membrana para separação de água do tipo monolito 710 apresentada na FIG. 7 éapresentada esquematicamente. Como um exemplo, pode ser usada a parte da membranapara separação de água dotada de trinta orifícios cada um tendo um diâmetro de 3 mm emuma membrana em coluna para separação de água que tenha um diâmetro de 30 mm. Co-mo um outro exemplo, pode ser usada a parte da membrana para separação de água dota-da de duzentos orifícios cada um tendo um diâmetro de 2 mm em uma membrana em colu-na para separação de água que tenha um diâmetro de 150 a 200 mm. O comprimento daparte da membrana para separação de água pode ser determinado apropriadamente por umperito na técnica de acordo com o desempenho desejado para a membrana. Como um e-xemplo, pode ser usada a parte da membrana para separação de água que tem um com-primento na faixa de 150 mm a 1 m.

A seguir, é explicada a parte da membrana para separação de água do tipo tubular.A FIG. 8 (a) é uma vista de topo de uma membrana do tipo tubular para separação em água810. Além disso, a FIG. 8 (b) é uma vista da seção, considerada ao longo da linha D-D daFIG. 8 (a), da parte da membrana para separação de água do tipo tubular 810. A membranapara separação de água do tipo tubular 810 é uma membrana para separação de água dotipo tubular 81 Od dotada de apenas um percurso de fluxo 810c para solução aquosa orgâni-ca. A parte da membrana para separação de água do tipo tubular 810 tem o mesmo modode instalação e efeito de operação como aquelas da parte da membrana para separação deágua do tipo monolito. Como um exemplo, pode ser usada uma parte de membrana paraseparação de água do tipo tubular que tenha um diâmetro externo de 10 mm e um diâmetrointerno de 7 mm. Como um outro exemplo, pode ser usada uma parte de membrana paraseparação de água do tipo tubular que tenha um diâmetro externo de 30 mm e um diâmetrointerno de 22 mm. Em relação ao comprimento, como um exemplo, pode ser usada umaparte da membrana para separação de água do tipo tubular que tenha um comprimento nafaixa de desde 150 mm até 1 m.

Como a membrana para separação de água que constitui a parte da membrana pa-ra separação de água, pode ser usada uma membrana porosa inorgânica em que os orifí-cios da ordem dos nanômetros ou menores são controlados com precisão. A membrana po-rosa que tem orifícios finos consegue um efeito de seleção da molécula de permitir que pe-quenas moléculas de gases passem através e excluem grandes moléculas de gases e exi-bam um comportamento de difusão de ativação em que o fator de permeação do mesmoaumenta com o aumento na temperatura. Como um exemplo de uma membrana porosa quetem orifícios finos, podem ser mencionadas uma membrana de carbono, uma membrana desílica e uma membrana de zeólita. Nesta modalidade, como a membrana para separação deágua é adequada uma membrana inorgânica à base de sílica ou de zeólita para separaçãode água que tem orifícios finos de 10 Angstroms ou menos.

Além disso, a membrana inorgânica para separação de água descrita na PatenteJaponesa N°. 2808479 pode, além disso, ser aplicada. A membrana inorgânica para separa-ção de água descrita na Patente Japonesa N°. 2808479 é uma membrana compósita paraseparação resistente a ácido obtida por realização da sílica gel obtida por hidrólise de alco-xissilano que contém um grupo etóxi ou um grupo metóxi nos orifícios finos de um corpoporoso inorgânico. O formato, o tamanho e o material da parte da membrana para separa-ção de água podem ser selecionados apropriadamente por um perito na técnica de acordocom o uso pretendido.

Além disso, todos os recipientes de membrana 101 a 110 podem ser os mesmos ealguns dos recipientes de membrana podem ser diferentes. Por exemplo, os recipientes demembranas equipados com as partes da membrana para separação de água do tipo tubulare os recipientes de membrana equipados com as partes da membrana para separação deágua do tipo monolito podem ser dispostos alternadamente. Além disso, os recipientes demembrana respectivos podem ter um número diferente de partes de membrana para sepa-ração de água.

O resfriador 133 pode ser um resfriador capaz de resfriar uma solução aquosa or-gânica a alta temperatura que tinha passado através dos recipientes de membrana 101 a110 a uma temperatura comum. Como o resfriador 133, pode ser usado um trocador de ca-lor comum.

Além disso, o sistema de desidratação 100 desta modalidade pode ser configuradode modo que seja instalado um detector na saída do recipiente de membrana. O detectorode monitorar continuamente o estado do recipiente de membrana e pode realizar detecçãoon-line de um defeito. O detector detecta uma variação na temperatura e na concentração.

Por exemplo, quando a quantidade de permeação for diminuída por entupimento, o detectordetecta que a diminuição na temperatura de saída no lado principal é pequena. Além disso,quando a quantidade de permeação for aumentada por um defeito produzido na membrana,o detector pode detectar que a diminuição na temperatura no lado secundário é grande. A-lém disso, o detector pode detectar que a concentração de saída do lado principal variou pormeio da quantidade de permeação. Quando o detector detecta uma variação anormal natemperatura e na concentração, o sistema de desidratação 100 interrompe o fornecimentode etanol bruto para os recipientes de membrana 101 a 110. Desse modo a parte rompidada membrana para separação de água no recipiente de membrana pode ser substituída fa-cilmente.

O sistema de desidratação 100 desta modalidade pode ser configurado de modoque seja fornecido um meio para extração de líquido sobre o lado secundário. Como o meiopara extração de líquido, pode ser usado uma TLV (armadilha de bombeamento GP/GT). ATLV é uma bomba mecânica na qual é usado vapor d'água ou ar comprimido como um gásde operação para enviar líquido de drenagem ou de rejeito sob pressão e realiza o controlede suprimento do gás de operação pela troca de válvulas de fornecimento e de exaustãodevido ao movimento de uma bóia em um corpo. A TLV é de dois tipos: um tipo GP exclusi-vamente usado para enviar líquido de drenagem, de rejeito e similares sob pressão e umtipo GT que incorpora a armadilha.

Aqui a seguir, são explicadas as características da TLV. Primeiro, a TLV é umabomba mecânica que não requer eletricidade. Especificamente, não são necessários demodo algum controle de nível, eletricidade e seleção. Em segundo lugar, a TLV é uma bom-ba para drenagem a alta temperatura sem cavitação. Além disso, a TLV tem uma ampla fai-xa que pode ser usada e grande capacidade. Especificamente, a faixa que pode ser usada éde 0,3 até 10,5 kg/cm2 e a capacidade é de 6650 kg/hora (em cujo intervalo de tempoquando a pressão contrária é de 1 kg e a pressão de vapor d'água de operação é de 7 kg).Além disso, a capacidade é de 3,0 kg/hora (no intervalo de tempo quando a quantidade dedrenagem for de 1T/H, a pressão contrária é de 1 kg e a pressão de vapor d'água de opera-ção é de 3,4 kg).

Além disso, a TLV pode ser usada como uma armadilha de grande capacidade por-que ela pode ser usada para uma aplicação em que variam as pressões positivas e negati-vas. Além disso, os tubos de entrada e de saída e os tubos de fornecimento e de exaustãonão precisam ser separados porque a manutenção pode ser realizada no estado em que ostubos são instalados. Finalmente, a TLV é altamente confiável porque ele tem um mecanis-mo de ação de pressão com alavanca sem comparação.

[Exemplo 1]

No sistema de desidratação 100 que usa os recipientes de membrana 5 de acordocom a presente invenção, foi medida a relação entre a velocidade do fluxo sobre o lado prin-cipal e a velocidade do fluxo de permeação. A FIG. 9 é um gráfico que apresenta esta rela-ção. Quando a velocidade do fluxo no lado principal aumentou por um fator de seis, o movi-mento global da substância foi acelerado significativamente. Isto demonstrou que foi melho-rada a atividade de separação da água.

Claims

1. Recipiente de membrana usado em um sistema de desidratação para separarágua do fluido tratado, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende:uma parte da carcaça que tem uma saída de fluido permeado e que contém umgrande número de membranas para separação de água dispostas em paralelo em relação àdireção do fluxo do fluido tratado;uma parte do canal superior que tem uma entrada de fluido tratado e que se ligacom a extremidade superior da carcaça euma parte do canal inferior que tem uma saída de fluido tratado e que liga com aextremidade inferior da parte da carcaça.

2. Recipiente de membrana de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADOpelo fato de que a parte da carcaça compreende uma parede de reforço que se estende nadireção longitudinal da mesma.

3. Recipiente de membrana de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADOpelo fato de que a parede de reforço tem pelo menos um furo de passagem.

4. Recipiente de membrana de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADOpelo fato de que cada uma das partes do canal superior e inferior têm uma parte de placa; aparte da carcaça tem uma placa terminal nas posições correspondentes às partes da placaterminal das partes do canal superior e inferior e também é fornecida uma placa divisóriaentre as partes da placa terminal das partes do canal superior e inferior e a placa terminal daparte da carcaça.

5. Recipiente de membrana de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADOpelo fato de que a parte do canal tem pelo menos uma parte de vapor d'água para aplicaçãode calor ao fluido tratado.

6. Recipiente de membrana de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADOpelo fato de que uma parte de vapor d'água para aplicação de calor ao fluido tratado é for-necida ainda sobre a superfície externa da parte da carcaça.

7. Recipiente de membrana de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADOpelo fato de que é fornecido um detector de temperatura para monitorar a temperatura dofluido tratado.

8. Recipiente de membrana de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADOpelo fato de que é fornecido um detector de concentração para monitorar a concentração dofluido tratado.

9. Recipiente de membrana de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADOpelo fato de que o fluido tratado é uma solução aquosa orgânica.

10. Recipiente de membrana de acordo com a reivindicação 9, CARACTERIZADOpelo fato de que o componente orgânico da solução aquosa orgânica é um componente or-gânico selecionado de um grupo que consiste de alcoóis tais como etanol, propanol, isopro-panol e glicol, ácidos carboxílicos tal como ácido acético, éteres tais como dimetil éter e dietiléter, aldeídos tal como acetaldeído, cetonas tais como acetona e metil etil cetona e ésterestal como éster acetato de etila é solúvel em água.

11. Recipiente de membrana usado em um sistema de desidratação para separarágua do fluido tratado, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende:uma parte da carcaça que tem uma saída de fluido permeado e que contém umgrande número de membranas para separação de água dispostas em paralelo em relação àdireção do fluxo do fluido tratado;uma parte do canal superior que tem uma entrada de fluido tratado e uma saída defluido tratado e que se liga com a extremidade superior da carcaça euma parte do canal inferior que se liga com a extremidade inferior da parte da car-caça.

12. Recipiente de membrana de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADOpelo fato de que a parte da carcaça tem uma parede de reforço que se estende na direçãolongitudinal da mesma.

13. Recipiente de membrana de acordo com a reivindicação 12, CARACTERIZADOpelo fato de que a parede de reforço tem pelo menos um furo de passagem.

14. Recipiente de membrana de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADOpelo fato de que cada uma das partes do canal superior e inferior têm uma parte de placa; aparte da carcaça tem uma placa terminal nas posições correspondentes às partes da placaterminal das partes do canal superior e inferior e é também fornecida uma placa de separa-ção entre as partes da placa terminal das partes do canal superior e inferior e a placa termi-nal da parte da carcaça.

15. Recipiente de membrana de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADOpelo fato de que a parte do canal tem pelo menos uma parte de vapor d'água para a aplica-ção de calor ao fluido tratado.

16. Recipiente de membrana de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADOpelo fato de que uma parte de vapor d'água para a aplicação de calor ao fluido tratado éfornecida sobre a superfície externa da parte da carcaça.

17. Recipiente de membrana de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADOpelo fato de que é fornecido um detector de temperatura para monitorar a temperatura dofluido tratado.

18. Recipiente de membrana de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADOpelo fato de que é fornecido um detector de concentração para monitorar a concentração dofluido tratado.

19. Recipiente de membrana de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADOpelo fato de que o fluido tratado é uma solução aquosa orgânica.

20. Recipiente de membrana de acordo com a reivindicação 19, CARACTERIZADOpelo fato de que o componente orgânico da solução aquosa orgânica é um componente or-gânico selecionado de um grupo que consiste de alcoóis tais como etanol, propanol, isopro-panol e glicol, ácidos carboxílicos tal como ácido acético, éteres tais como dimetil éter e dietiléter, aldeídos tal como acetaldeído, cetonas tais como acetona e metil etil cetona e ésterestal como o éster acetato de etila é solúvel em água.

21. Recipiente de membrana usado em um sistema de desidratação para separar aágua do fluido tratado, CARACTERIZADO pelo fato de que compreendeuma parte da carcaça que tem uma saída de fluido permeado e que contém umgrande número de membranas para separação de água dispostas em paralelo em relação àdireção do fluxo do fluido tratado;uma parte do canal superior que se liga com a extremidade superior da carcaça euma parte do canal inferior que tem uma entrada de fluido tratado e uma saída defluido tratado e que se liga com a extremidade inferior da parte da carcaça.

22. Recipiente de membrana de acordo com a reivindicação 21, CARACTERIZADOpelo fato de que a parte da carcaça compreende uma parede de reforço que se estende nadireção longitudinal da mesma.

23. Recipiente de membrana de acordo com a reivindicação 22, CARACTERIZADOpelo fato de que a parede de reforço tem pelo menos um buraco de passagem.

24. Recipiente de membrana de acordo com a reivindicação 21, CARACTERIZADOpelo fato de que cada uma das partes do canal superior e inferior tem uma parte de placaterminal; a parte da carcaça tem uma placa terminal nas posições correspondentes às par-tes da placa terminal das partes do canal superior e inferior e uma placa divisória também éfornecida entre as partes da placa terminal das partes do canal superior e inferior e a placaterminal da parte da carcaça.

25. Recipiente de membrana de acordo com a reivindicação 21, CARACTERIZADOpelo fato de que a parte do canal tem pelo menos uma parte de vapor d'água para aplicaçãode calor ao fluido tratado.

26. Recipiente de membrana de acordo com a reivindicação 21, CARACTERIZADOpelo fato de que também é fornecida uma parte de vapor d'água para aplicação de calor aofluido tratado na superfície externa da parte da carcaça.

27. Recipiente de membrana de acordo com a reivindicação 21, CARACTERIZADOpelo fato de que é fornecido um detector de temperatura para monitorar a temperatura dofluido tratado.

28. Recipiente de membrana de acordo com a reivindicação 21, CARACTERIZADOpelo fato de que é fornecido um detector de concentração para monitorar a concentração dofluido tratado.

29. Recipiente de membrana de acordo com a reivindicação 21, CARACTERIZADOpelo fato de que o fluido tratado é uma solução aquosa orgânica.

30. Recipiente de membrana de acordo com a reivindicação 29, CARACTERIZADOpelo fato de que o componente orgânico da solução aquosa orgânica é um componente or-gânico selecionado do grupo que consiste de alcoóis de alcoóis tais como etanol, propanol,isopropanol e glicol, ácidos carboxílicos tal como ácido acético, éteres tais como dimetil étere dietil éter, aldeídos tal como acetaldeído, cetonas tais como acetona e metil etil cetona eésteres tal como o éster acetato de etila é solúvel em água.