JPH0327336A - アルコールの脱水方法 - Google Patents

アルコールの脱水方法

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JPH0327336A
JPH0327336A JP1160696A JP16069689A JPH0327336A JP H0327336 A JPH0327336 A JP H0327336A JP 1160696 A JP1160696 A JP 1160696A JP 16069689 A JP16069689 A JP 16069689A JP H0327336 A JPH0327336 A JP H0327336A
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alcohol
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Yoshikazu Kano
加納 良和
Hirotoshi Horizoe
浩俊 堀添
Tetsuya Tanimoto
谷本 徹哉
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TSUUSHIYOUSANGIYOUSHIYOU KISO SANGIYOUKIYOKUCHIYOU
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TSUUSHIYOUSANGIYOUSHIYOU KISO SANGIYOUKIYOKUCHIYOU
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/10Process efficiency

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  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明はアルコールの精製濃縮方法に関し、合戊アルコ
ール、使用済アルコール水溶ηk及び発酵アルコール等
から高純度のアルコールを省エネルギー的に濃縮精製す
るのに適した方法に関する。
〔従来の技術〕
甘しょ、さつまいも、とうもろこし等の炭水化物を原料
とする発酵アルコールは、飲利用及び工業用として重要
な出発原料であるが、発酵法で得られるアルコール水溶
液のアルコール濃度は10〜20wt%と低いため、約
95〜100wt%まで濃縮する必要がある。
従来、この濃縮法として蒸留法が用いられてきたが、大
部分を占める水も80〜100℃まで昇温せねばならず
、経済的に不利であり、これに替わる省エネルギー型の
濃縮法の開発が望まれている。
一方、省エネルギー型の濃縮法として超臨界状態又は擬
臨界状態の炭酸ガスを用いてアルコールを水より抽出・
分離して濃縮する方法が提案されている。(特開昭56
−56201及び同59−141528号公報) しかしながら、炭酸ガスを溶剤として用いた場合アルコ
ールの選択的抽出には限界があり、最大濃縮度は約91
wt%が限界であり、これ以上に濃縮することは不可能
であることが最近報告されている。又、炭酸ガス中への
アルコールの溶解度は十分に大きくないことより、大量
の炭酸ガス(10%アルコール水溶液1重量部に対して
15重量部以上)を必要とするという問題点があり、そ
の改善が望まれている。
このため、現在、アルコールIl1度を向上させかつア
ルコール溶解度を大きくできる方法が望まれている。
〔発明が解決しようとする課題〕
本発明は、アルコール濃縮度を91wt%以上に向上で
き、かつアルコール溶解度が大きくでき少量の溶剤量で
アルコールを濃縮回収できる経済的なアルコール濃縮方
法を提供しようとするものである。
〔課題を解決するための手段〕
すなわち、本発明は向流抽出格の上部よりアルコール及
び水を主戒分とする原判を下部よりプロパン、プロピレ
ン、n−ブタン及びi−ブタンよりなる群のうちの一つ
の溶剤を供給し、向流抽出塔内を該溶剤の超臨界状態又
は擬臨界状態に維持するようにして両者を向流で接触さ
せ、向流抽出塔上部より′a$1アルコールを含んだ溶
剤相を抜き出す一次脱水工程、該溶剤相を冷却し、水分
に富んだ重液相と′a縮アルコールを含んだ軽液相に重
力沈降分離し、該重液相は前記向流抽出塔上部へ還流す
る二次脱水工程、該軽液相の圧力を該溶剤の上部臨界圧
力以下に減圧後、溶剤抽出蒸留塔に導入し、塔底より実
質的に水分を含まないアルコールと溶剤の塔底混合液体
を、塔頂より実質的にアルコールを含まない水分と溶剤
の混合蒸気を各々抜き出す三次脱水工程、及び該塔底混
合液体を蒸留操作により溶剤とアルコールに分離する脱
溶剤工程から紅ることを特徴とするアルコールの脱水方
法である。
本発明は全てのアルコール水溶液のs i!精sに適用
しつるものであるが、その一例として発酵アルコールに
ついて云えばアルコール濃度は約10wt%前後で残り
は水である。又、合或アルコールではアルコール濃度は
約20wt%前後で残りは水である。
一方、本発明で云う溶剤とは下記のものを云う。
プロピレン   Cslla     92    4
5,6プロパン    C,11。    !)6,8
   41.9n−ブタン  n−Cnll+。  l
52.2   37.5i  1タンi−C*ILo 
  135.1   :l6, 0又、本発明で云う溶
剤の超臨界状態とは溶剤の臨界温度Tc及び臨界圧カP
c以上の温度及び圧力に維持した状態であり、擬臨界状
態とはその臨界温度Tc以下であるが、80℃以上の温
度であり、圧力はその温度における溶剤の飽和蒸気圧以
上に保持した状態をいう。
以下、本発明の一実施例を第1図に従って詳述する。
第1図において、lは向流抽出塔(充填塔、棚役塔又は
多投抽出堪などが好ましい。)、2は原料であるアルコ
ールを含む水溶液の原利供給ライン、3は抽出残液〈水
が主戒分)の取出しライン、4は溶剤相(溶剤と1次濃
縮γルコール混合相)取出しライン、5は冷却器、6は
重力沈降槽、7は重液相(水が主或分で少量のアルコー
ル、溶剤を含む)取出しライン、8は軽液相(溶剤と2
次濃縮アルコール混合物)取出しライン、9は重力沈降
槽6内重液の液位調整弁、10は重力沈降槽6の圧力調
整弁、11は重液還流ライン、12は溶剤紬出塔原利仇
給ライン、13は溶剤抽出塔、l4は塔底混合液体(無
水アルコールと溶剤からなる)取出しライン、15は塔
底液位1!I 整弁、l6は塔頂蒸気(溶剤と水からな
る〉取出しライン、l7は圧縮機、18はりボイラー(
熱交換器)   19は水分離槽、20は水抜出しライ
ン、2lは溶剤抜出しライン、22.23は溶剤還流ラ
イン、24は溶剤加熱器、25は溶剤供給ラインである
原料のアルコール水溶液1重量部を原利仇給ライン2よ
り、又溶剤3〜6重量部を溶剤供給ライン25より向流
抽出塔1に供給し、該溶剤を超臨界状態又は擬臨界状態
でアルコール水溶液と向流接触させることにより、密度
の低い溶剤相は上昇しながらアルコール水溶液よりアル
コールを選択的に抽出し、溶剤相取出しライン4より軽
液として取り出される。
この際、温度の増加とともに該溶剤へのアルコールの溶
解度は増加するが、逆にアルコールの選択性は減少する
ので、本発明方法ではこの点を考慮し、使用する溶剤の
種類に応じて該向流抽出塔lの好ましい摸作条件の範囲
を設定すべきである。
該向流抽出塔1では、アルコールはほぼ完全に抽出され
、抽出アルコール濃度は50〜90wt%程度に1次濃
縮すればよく、そのためには、温度は80℃以上とし、
圧力は使用溶剤の飽和蒸気圧以上又は臨界圧力以上にす
べきである。
次に、溶剤鞘取出しライン4から取出された溶剤相を冷
却器5で冷却することにより、重力分離槽6で重液相取
出しライン7からの重液相と軽液相取出しライン8から
の軽液相に相分離し、水が主成分で僅かなアルコールと
溶剤を含有する重液相と、溶剤が主成分で2次濃縮され
たアルコールを含有してい゛る軽液相に相分離する。冷
却温度は低ければ低い程、軽液相中のアルコール濃度は
高くなるが、アルコール濃度の最大値は約95wt%で
ありこれ以上は濃縮できむかった。
該重力沈降槽6の好ましい圧力は、前記向流抽出塔1と
同一で、好ましい温度は1次脱水工程より低くしなけれ
ばならぬが、その温度は溶剤の種類により異むり、軽液
相中のアルコール濃度が約95wt%になるように設定
すべきであるが、最終的には全体の熱エネルギーバラン
スから最適化するのが奸ましい。また、前記重液相は少
量のアルコールと溶剤を回収するために液位調整弁9、
重液還流ラインl1を介し核向流抽出塔lの上部付近へ
還流するのが奸ましい。
次に、前記軽液相は圧力m整弁10で溶剤の臨界圧力以
下に減圧され、溶剤抽出蒸留塔l3に{』(給される。
溶剤抽出蒸留塔13上部の溶剤還流ライン22より後記
の工程から送られてくる溶剤をアルコールの抽出材とし
て溶剤抽出蒸留塔13に供給し抽出蒸留を行うことによ
り、″塔底混合液体取出しライン14より水分を実質的
に含まない飢水アルコールと溶剤の混合液体を塔頂蒸気
取出しラインl6よりアルコールを実質的に含まない水
分と溶剤の混合ガスを取出す。
該塔底混合液体取出しライン14からの混合液体は、沸
点が大幅に異八る2戒分系(アルコールと溶剤)であり
通常の蒸留により容易に無水アルコールと溶剤に分離で
き、実質的に水分及び溶剤を含まない無水アルコールが
得られる。
溶剤抽出塔l3においては、溶剤を、溶剤の蒸気と液が
共存する状態に保持し、溶剤の蒸気と液が共存する条件
下でアルコール水溶液と接触させると、アルコールは親
和力の差異により選択的に溶剤に抽出され、更にアルコ
ールに対して溶剤が多量に液相中に存在する条件下では
、水分は液相に殆んど溶解せず、溶剤蒸気相中の水分濃
度が水の飽和濃度以下にむるような条件を設定すると、
水分を溶剤蒸気相へ選択的に移行させることができる。
かくして溶剤を媒体にアルコールと水の分離ができ、無
水アルコールが得られる。
抽出蒸留塔13内で溶剤の蒸気は液が共存する条件とす
るためには、温度は溶剤の臨界温度Tc以下で、圧力は
この温度における液相組或に対応した平衡蒸気圧(最大
値は溶剤の臨界圧力Pc )にすべきである。
なお、溶剤還流ライン22からの溶剤の量は溶剤抽出塔
原料供給ラインl2からの原料中のアルコール濃度、製
品アルコール濃度により変えるべきであり、溶剤還流ラ
イン22からの溶剤の量は抽出蒸留塔13の段数により
一般の蒸留と同じように化学工学的手法により経済的?
,C量に決定されるべきである。
抽出蒸留塔13の塔頂蒸気取出しライン16からの塔頂
蒸気(溶剤と水からなり、実質的にアルコールを含まな
い)は、圧縮機17で再圧縮された後、その断熱圧縮熱
を、該抽出蒸留塔13のリボイラー18の熱源として利
用後、水分fi槽19で水抜出しライン20、溶剤抜出
しライン21により水と溶剤に分離後、溶剤還流ライン
22及び23により溶剤を循環使用する。
抽出蒸留塔13の塔頂と塔底の温度差は4〜10℃と小
さく圧11機l7の少ない圧縮比によりリボイラー18
で熱交換可能で既存の蒸留法に較べて大幅にエネルギー
の節約ができる。
なお、溶剤還流ライン23の溶剤は冷却器5で熱を与え
られ、加熱器24で温度を調整後溶剤供給ライン25よ
り向流抽出塔1の下部から供給される。
以下、本発明の実施例をあげて本発明を詳細に説明する
(実施例l) 第2図に示すように、アルコールlOwt%、水90w
t%からなる原利を原利供給ライン2より1 kg /
 hの流量で向流抽出塔〈内径50+nm、高さ4m)
1の上部より、又、プロパン溶剤を5 kg / hの
流量で下部の溶剤イ』(給ライン25より供給し、向流
抽出操作を温度130℃、圧力1 0 0 kg/cd
Gで行った。
次に、向流抽出塔1の塔頂の溶剤相取出しライン4から
取出された溶剤相は熱交換器5で60℃に冷却され、重
力沈降槽6で軽液と重液に分離し、重液は向流抽出塔上
部へ重液還流ラインl1より全量還流させた。軽液は圧
力調整弁IOにより圧力1 0 0 kg/cofGか
ら圧力19kg / a+f Gに減圧後、抽出蒸留塔
13の中部へ導入され、その塔頂の溶剤ライン22より
プロパン溶剤を2.5kg/hで供給し、プロパンによ
る抽出蒸留を行った。
この結果、第2図に示すような物質収支となり、原料1
0wt%アルコールは、1次濃縮で80wt%、2次濃
縮で95wt%、最終の3次濃縮で9 9. 9 wt
%にまで濃縮され、無水アルコールとプロパン混合物が
塔底混合液体取出しラインl4より得られた。
無水アルコールとブロバンは共沸点がなく、又沸点差が
大きく通常の蒸留操作により完全に分離できた。
一方、アルコール損失は全工程を通じてみられなかった
又、抽出蒸留塔13の塔頂及び塔底温度は各々57℃及
び61℃と小さく、塔頂ガスの再圧縮熱を利用したヒー
トボンプシステムにとって非常に有利であり、圧縮機の
わすかむ圧縮比によりリボイラーの熱源を全量補入るこ
とが、プロセスシミュレーションによりWt KBされ
、全工程の所要エネルギーは約8 0 0 kcal/
kg ・エタノールとなり、既存蒸留法の約173  
〜1/5の省エネルギーが達せられることがわかった。
(実施例2) 実施例1において、溶剤としてプロパンの他にプロピレ
ン、n−ブタン及びi−ブタンを用い、向流抽出塔、重
力沈降槽、抽出蒸留塔の温度、圧力を変えた試験を行な
い、好ましい温度及び圧力の範囲を把題した。
(比較例) 実施例lにおいて、溶剤としてC01、エタン、n−へ
キサン、ベンゼンを用いた試験を行なったが、表2に示
すように無水アルコールは得られむかった。
〔発明の効果〕
本発明は以上詳記したようにアルコール演度10〜20
wt%の水溶液から水分を分離して無水アルコールを製
造するに際し、特定の溶剤(プロピレン、プロパン、n
−ブタン、i−ブタン)を用い、その溶剤としての特定
の特性を温度、圧力を変化させ巧みに利用すにことによ
り1次、2次、及び3次濃縮を行ない、容易に専売法及
びJIS規格を満Iこすアルコール濃度(99.2wt
%以上の無水アルコールが得られ、かつ、既存の蒸留法
に較べて、溶剤の圧縮熱をリボイラー熱源に利用するヒ
ートボンブシステムにより大幅な省エネルギーができる
という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明を実施するためのプロセスフロー、第2
図は実施例1の結果を示すプロセスフロー及び物質収支
を示す図である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)向流抽出塔の上部よりアルコール及び水を主成分
    とする原料を下部よりプロパン、プロピレン、n−ブタ
    ン及びi−ブタンよりなる群のうちの一つの溶剤を供給
    し、向流抽出塔内を該溶剤の超臨界状態又は擬臨界状態
    に維持するようにして両者を向流で接触させ、向流抽出
    塔上部より濃縮アルコールを含んだ溶剤相を抜き出す一
    次脱水工程、該溶剤相を冷却し、水分に富んだ重液相と
    濃縮アルコールを含んだ軽液相に重力沈降分離し、該重
    液相は前記向流抽出塔上部へ還流する二次脱水工程、該
    軽液相の圧力を該溶剤の上部臨界圧力以下に減圧後、溶
    剤抽出蒸留塔に導入し、塔底より実質的に水分を含まな
    いアルコールと溶剤の塔底混合液体を、塔頂より実質的
    にアルコールを含まない水分と溶剤の混合蒸気を各々抜
    き出す三次脱水工程、及び該塔底混合液体を蒸留操作に
    より溶剤とアルコールに分離する脱溶剤工程からなるこ
    とを特徴とするアルコールの脱水方法。
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