JPH08504128A

JPH08504128A - 水性媒質から有機物質を除去する方法

Info

Publication number: JPH08504128A
Application number: JP6514344A
Authority: JP
Inventors: ロビンス，ラニー・エイ
Original assignee: ザ・ダウ・ケミカル・カンパニー
Priority date: 1992-12-08
Filing date: 1993-12-08
Publication date: 1996-05-07
Anticipated expiration: 2013-11-25
Also published as: JP2827511B2

Abstract

(57)【要約】真空下にほぼ周囲温度においてヒートポンプと組み合わせてストリッパー（１０）中で水性媒質を蒸気ストリッピングすることからなり、前記ヒートポンプはそのコールドループにおいて蒸発エネルギーを間接的に回収し、そしてこのようなエネルギーをそのホットコイルの交換器（２２）における水性媒質の蒸発へ戻す、水性媒質中に溶解した微量の水不混和性の、揮発性有機液体を分離する方法が提供される。全体の方法を周囲温度において実施するかぎり、環境へのエネルギー損失はほとんど存在せず、そして処理のエネルギーは回収されそしてヒートポンプシステムの適用に対して再使用される。

Description

【発明の詳細な説明】水性媒質から有機物質を除去する方法本発明は、有機物質が中に溶解している水性媒質から微量の水不混和性の、揮発性有機液体を分離する方法に関する。本発明は、さらに、これらの目的を周囲温度において水性媒質について達成することに関する。本発明は、ことに、地下水および処理流から微量の有機汚染物質を除去するために有用である。米国特許第４，７１３，０８９号は、真空下にストリッピングガスとして利用する水蒸気を現場で発生させることによって、水性媒質から揮発性有機液体を除去するストリッピング方法を記載している。ストリッピングカラムからのオーバーヘッドの蒸気を圧縮してオーバーヘッドの蒸気の大部分を液化して、水、水不混和性液状有機物質および多少の非凝縮性成分からなる凝縮物を生成する。有機物質は凝集して別のデカンテーション可能な有機相を形成する。この方法の主要な制限は、蒸気体積を圧縮してストリッピングカラムにおいてストリッピング効率を維持するために要求される比較的大きいコンプレッサーである。本発明はいくつかの方法の態様を包含する。水性分散液から微量の成分をストリッピングする分野における方法として、本発明は溶解量の１種または２種以上の水に関して異なる密度を有する水不混和性の有機液体を含有する水性分散液を１系列の処理条件にほぼ周囲温度において暴露して有機液体および水相に分離することからなる。本発明に従い処理される水性分散液は、微量の水不混和性の有機液体の真の溶液ならびに、有機溶質が分散液の中に明確なまたは不連続の相を構成する分散液を包含する。本発明は水中に溶解した水不混和性液状有機物質を効率よく低いレベルに減少することができる。それは、また、大量の有機相を含有する分散液に適用することができる。必要に応じて、それは水および液状有機物質を分離する他の単位操作と組み合わせてかつ順次に使用される。分離のために考えられる有機液体は、０〜６０℃の範囲における周囲温度において液体で存在するものである。有機液体が水から容易に分離するために１より十分に小さいか、あるいは大きい水に関する密度を有して、水性分散液と区別される液層を形成するとき、密度は区別される。好ましくは、密度の差（２０℃における比重）は少なくとも約０．０１である。本発明の実施において、水性分散液上の圧力は水性分散液を周囲温度において沸騰させ、こうして分散蒸気の流れを生成させるために十分に減少される。蒸発エネルギーはヒートポンプの熱い側から供給され、ヒートポンプは凝縮する蒸気からエネルギーを同時に回収する。生ずる蒸気の流れを、有機液体を除去すべき水性分散液の流れる液体流と向流的に接触させる。向流接触は水平または傾斜する多段階接触で容易に達成されるが、便利には本質的に直立する充填カラム中で実施され、このカラムにおいて蒸気は下方に流れる水性分散液に対して上昇する。分離すべき有機相が濃縮する、向流の液体蒸気接触ゾーンから流出する蒸気は、凝縮熱交換器の中に入り、この熱交換器はその冷たい側において冷却流体により周囲温度より低く冷却される。この冷却流体は蒸発性冷媒であるか、あるいは蒸発性冷媒により遠隔的に冷却された熱伝達流体であることができる。両方において、冷媒はヒートポンプの冷たい側を通して再循環される。完全なエネルギーサイクルにおいて、熱は周囲温度より低い凝縮塔の蒸気流出物から間接的に回収され、そして分散塔底物質との間接的熱交換器により再使用されて、分散液が周囲温度における沸騰を引き起こすために十分な減圧下に維持されるとき、ストリッピング蒸気を発生する。塔の蒸気の大部分が凝縮した後、生ずる液体は３相セパレーターシステムの中に入り、このセパレーターシステムは有機層および水層をそれらの相対的密度により上下に位置する明確な層に分離することができる。水性供給物中に溶解していることがある非凝縮性成分、例えば、空気および他の溶解ガスは排出され、濾過されるか、あるいは適当なガス吸着剤により捕捉される。沸騰圧力に水性分散液を維持するために必要な真空は、部分的に凝縮する分散蒸気の結果として、減少したガスの処理量で維持されるので、真空のポンプの大きさおよび容量はストリッピング蒸気の所定の体積に関して最小とされる。相対的に、分散供給物の所定の体積について、流体の冷媒が再循環するコンプレッサーは、米国特許第４，７１３，０８９号において使用されている塔蒸気コンブレッサーより非常に小さい体積置換である。１つの態様において、この方法は、ほぼ垂直の軸を有する、充填真空カラム中で実施される。１より小さい密度により特徴づけられる溶解有機液体を含有する水性分散供給物をカラムの上部付近に導入し、これから供給物は重力下に下降して沸騰分散卜らの蒸気と接触する。商用気液接触セラミックサドルを含有する接触ゾーンは、蒸気相が有機含量に富むように溶解有機物質の理論的蒸気のストリッピングを達成するために十分な長さを有する。好ましくは、除去すべき有機物質は１００を超える，好ましくは１，０００を超える相対的揮発性を有する。このような立体配置において、オーバーヘッドの蒸気流出物は、管側が蒸発する冷媒により冷却されたシェルおよび管の熱交換器に入る。オーバーヘッドの凝縮器を出る冷媒の蒸気は引き続いて圧縮され、そして分散塔底物質と接触して熱交換器を通過する。圧縮および熱の除去は冷媒の蒸気を凝縮する。圧縮された冷媒が冷却されるとき、熱は沸騰する液状分散塔底物質に伝達される。この効果は分散蒸気の凝縮および分散塔底物質の加熱への、それぞれ、ヒートポンプのコールドループおよびホットループの適用である。好ましい態様において、ヒートポンプのコールドループにおける蒸発性冷媒を利用して二次熱伝達流体を遠隔的に冷却し、この流体を引き続いてオーバーヘッドの蒸気のための凝縮器および凝縮物のための受容器を通して再循環させて、それらの温度をオーバーヘッドの凝縮器にまたはそれより低く維持する。この態様の変形において、再循環する冷たい熱伝達流体のそれ以上の適用点を非凝縮物のベントに設ける。ストリッピング蒸気／液体の接触ゾーンにおいて、蒸気相中の有機物質の濃度は水性媒質中の有機物質の溶解度の限界より上の濃度に上昇し、こうして凝縮したオーバーヘッドが液体受容手段の中に集められるとき、有機物質はそれらの相対的揮発性に従い水性層の上または下の明確な液層として分離が容易であるように凝集する。結局、層が形成するとき重なった層を連続的にデカンテーションし、そして液状下層を抜き出すことによってデカンテーション排出せきより低い適当なレベルに下に横たわる水性層を維持することによって、分離は達成される。デカンテーションした水性相が平衡にある有機層で飽和されるかぎり、好ましい実施は水性層をこの工程からストリッピングカラムへ再循環することである。有機物質は、いったん分離および回収されると、再使用のためにさらに精製するか、あるいはそうでなければ、例えば、灰化により廃棄することができる。記載する方法は、溶解度の限界またはそれより低い濃度で溶解しそして後述するように２０℃において少なくとも０．１の水からの密度の差および揮発定数により特徴づけられる、水不混和性の、揮発性有機物質および周囲温度において常態で液体の有機化合物の分離に、効率よく適用可能である。本発明の方法は、また、有機物質が水中のそれらの溶解度を超える量で存在する系に適用することができるが、このような場合において、究極的の目的は溶解した部分を所望のレベルに減少することである。そのうえ、この系は密度の差のある液体を物理的に分離する他の液／液分離法、例えば、遠心分離、デカンテーション、乳濁液の破壊、凍結分離などのユニットと直列に使用することができる。本発明の方法は、少なくとも１００、好ましくは１，０００より大きい水に関する揮発定数により特徴づけられる水性媒質からの有機物質のストリッピング、および回収に適用される。この定数は次の熱力学的方程式により定義される：ここで、ａ_cw＝水（ｗ）に対する汚染物質（ｃ）の相対的揮発性、Ｋ＝蒸気／液体の分布係数ｙ＝平衡における蒸気相のモル分率ｘ＝平衡における液相のモル分率下の「ｃ」＝汚染物質下の「Ｗ」＝水Ｙ_cＷ＝水相中の汚染物質の活性係数ＹＷ_w＝水相中の水の活性係数Ｐ^o＝純粋な成分の蒸気圧水に対する汚染物質の相対的揮発性は、汚染物質を水から除去またはストリッピングする容易さの一般的指示である。１より大きい相対的揮発性は、汚染物質が蒸気相中で濃縮し、したがって液体の本体からストリッピング蒸気の中に優先的に脱着または分離することを示す。相対的揮発性がより大きくなればなるほど、汚染物質または汚染物質の混合物をストリッピングできる容易さいっそう大きくなる。水に関する汚染する有機相の相対的揮発性は、まず所定の温度における水中の汚染物質の溶解度を決定することによって計算できる。この溶解度はこの分野においてよく知られている方法、例えば、「曇り点の決定」により決定される。例えば、２５℃における水中のトルエンの溶解度は５６６重量ｐｐｍ、すなわち、１１１モルのトルエン／１０⁶モルの水、ｘ_c ／ｘ_wであることが決定された。相対的揮発性を計算する第２工程は、蒸気相の中に存在する汚染物質／水の比の決定を包含する。この比は、また、この分野においてよく知られている方法、例えば、純粋な成分の蒸気圧のデータにより得ることができる。例えば、２５℃ におけるトルエンの蒸気圧は２９．６ｍｍＨｇであると決定されている。２５℃ における水の蒸気圧は２３．８ｍｍＨｇであることが知られているので、比ｙ_c ／ｙ_w＝２９．６／２３．８。ｘ_c／ｘ_wおよびｙ_c／ｙ_wについて得られた値を方程式１に代入すると、約１１，２０４のトルエンについての相対的揮発性が得られる。同様な計算を水性媒質から温度すべき他の汚染物質について行うことができる。相対的揮発性を推定する他の方法は利用可能である。参照、Ｐｉｅｒｏｔｔｉら、″ＡｃｔｉｖｉｔｙＣｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓａｎｄＭｏｌｅｃｕｌａｒＳｔｒｕｃｔｕｒｅ″，ＩｎｄｕｓｔｒｉａｌａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｈｅｍｉｓｔｒｙ、．Ｖｏ１．５１、Ｎｏ．１、Ｊａｎ．１９５９、ｐｐ．９。この論文は有機化合物の水中の活性係数を推定する方法を与える。この系から蒸気を排気する任意の手段は分散沸騰を促進するであろう。回転翼ブースターおよび液体リング真空ポンプにより真空を生成して、その廃棄ガス中への微量の潤滑剤および凝縮有機物質の導入を回避することができる。この方法は環境または他の源、例えば、生産法のプロセス水蒸気から得られるときの液体の周囲温度またはその付近において実施される。本発明のほとんどの適用において、分散液の周囲温度およびこうしてプロセス温度は０〜６００℃の範囲である。記載する方法は外部の加熱手段の必要性を排除し、こうしてストリッピング蒸気を生成するエネルギー源における資本投下を最小とする。熱をオーバーヘッドの凝縮器から分散塔底物質のためのリボイラーの中へ伝達するためのヒートポンプシステムを使用し、そして全体のシステムを周囲温度または付近に保持することによって、環境へのエネルギー損失は最小とされ、そしてある量の分散有機物質を除去するための全体のエネルギー要件は最小とされる。本発明の適用により水性媒質から有効に除去される、１より小さい密度を有する有機物質は、ガソリン、ベンゼン、トルエン、キシレン、ヘキサン、オクタンおよびエチルベンゼンを包含する。１より大きい密度を有する他のものは塩素化溶媒、例えば、トリクロロエチレン、トリクロロエタンおよびパークロロエチレンである。ストリッピングすべき汚染物質は、少なくとも１００の、好ましくは１，０００より多い水に対する揮発定数により特徴づけられる。１，０００より大きい相対的揮発性を有する炭化水素および溶媒の例は、ベンゼン（９８６０）、ｏ−キシレン（８０５０）、エチルベンゼン（１３，１９４）、およびトリクロロエチレン（７７３８）を包含する。第１図は、ストリッパーのボトムおよびオーバーヘッドへのヒートポンブのホットループおよびコールドループの直接適用を示す本発明の概略的図解である。第２図は、ヒートポンプのコールドループ中の蒸発冷却することによって間接的に冷却された中間の熱伝達流体を使用するヒートポンプの冷たい側から多点間接冷却、およびヒートポンプのホットループ中のストリッピングカラムの外側のボトムの加熱を有する本発明の概略的図解である。第３図は、軽い液相および重い液相の重力分離について３相セパレーターを描写する。第４図は、塔圧力の関数として所定の有機液体についての分離効率についてのデータの表示である。添付図面の第１図を参照すると、溶解しそして高度に分散した有機物質のための描写されたヒートポンプのストリッピングシステムはストリッパーカラム１０を包含する。塔のボトム４をもつカラムが描写されている。塔のボトム４はコントロール５ａによりコントロールされ、コントロール５ａは空気（空気圧）接続５ｂにより排出弁５ｃを空気圧で活性化する。カラム１０は商用セラミックパッキン１０ａが充填されている。その高さは既知の工業的原理により決定されるように所望の分離の程度を達成するために十分である。除去すべき揮発性物質、溶解した、水不混和性有機物質を含有する地下水を、供給ライン６を通してストリッパーカラム１０の上部またはその付近において導入する。カラム１０内の圧力は真空ポンプ１５ａにより減少される。オーバーヘッド冷却および収集システムを通る圧力は、圧カコントロール１５ｇと接続して作動するオーバーヘッド非凝縮物ライン１５ｄの中の圧カコントロール弁１５ｂによりコントロールされる。十分な容量の蒸気真空ポンプは、凝縮しないオーバーヘッドの蒸気を排出し、そして塔のボトム４中の周囲温度で沸騰する液状塔底物質を保持するカラム１０内で所望の減圧を維持するために使用する。望ましくはこの能力は、水性分散液をほぼ周囲温度に必要であることがあるように、約１０ｍｍＨｇ以下、好ましくは５ｍｍＨｇ以下に減少しかつそれを維持するために十分である。カラム１０から発生する蒸気はオーバーヘッドのライン７を通してシェルおよび管の熱交換器１１の中に入り、この熱交換器１１はライン９中の冷媒により管側で冷却される。熱交換器１１からの凝縮物は真空ライン１２ａを通してノックアウトポット１４に入る。ノックアウトポット１４はオーバーヘッドの真空ライン１２ａの中に介在して、最小の連行される液状凝縮物とともに非凝縮性オーバーヘッドを分離する。非凝縮物は真空ポンプ１５ａを通して排出１５ｃにおいて排出される。凝縮物は液体ポンプ１３によりノックアウトポット１４からライン１２ｂを通してオーバーヘッド受容器１６にポンピングされ、この受容器１６において有機相および液相は凝集し、そして有機物質１７ａおよび水性分散液１８ａの明確な層に分離し、これらは、それぞれ、有機物質排出ライン１７ｂおよび水性分散液排出ライン１８ｂを通して間欠的に抜き出される。必要に応じて、凝縮した水性分散液１８ａはライン１８ｃを通してポンプ１９によりカラム１０へ再循環される。冷媒ループにおいて、冷却流体は蒸気コンブレッサー８中で圧縮により液化され、そしてホットコイル交換器２２の中に入り、ここでそれはポンプ２４によりライン２３ａおよび２３ｂを通して再循環される塔のボトム４から塔底物質と間接熱交換される。凝縮した液状冷媒は膨張弁３０を通してシェルおよび管の熱交換器１１に入り、ここで凝縮した冷媒は膨張して、すなわち、蒸発して、カラム１０からの凝縮するオーバーヘッドの蒸気を間接的に冷却する。前述のシステムにおいて、十分な濃度において、水中の水不混和性相を形成する、１より小さい密度におり特徴づけられる水不混和性、懸濁または溶解した液状有機物質を微量で含有する水性系を、周囲温度においてカラム１０の上部に供給物として導入する。このような供給物はガソリンで汚染された地下水である。このような供給物中の有機物質は、有機相および水性相への容易な分離を促進する、１，０００より大きい水に関する揮発性およびこの図解において１より小さい密度により特徴づけられる。カラム内の圧力は真空ポンプ１５ａにより減少したレベルに維持されて、周囲温度において水性分散液を沸騰させる。塔１０中の蒸気の生成は、ホットコイル２２中で凝縮する再圧縮された冷媒から吸収される加熱の結果として増強される。ストリッパーカラム１０からのオーバーヘッドの蒸気は、分散有機相中に濃縮し、オーバーヘッドライン７を通してシェルおよび管の熱交換器１１に入り、ここでそれらは冷たいライン上で凝縮し、次いで重力によりノックアウトポット１４の中に流れる。ノックアウトポット１４から、凝縮した液体はオーバーヘッド受容器１６の中に送られ、これはライン１７ｂを通して排出される上澄み液の有機相１７ａの凝集およびデカンテーションを促進する。究極的に、有機相は再使用のためにさらに処理するか、あるいは灰化により破壊することができる。水性分散塔底物質１８ａは、ライン１８ｃを通して液体ポンプ１９によりストリッパーカラム１０に再循環させるか、あるいはライン１８ｂを通して排出することができる。周囲温度においてまたはほぼ周囲温度においてストリッピングされた塔底物質の供給および排出のシステムを周囲温度において作動させることによって、環境へのエネルギー損失の可能性は最小となる。エネルギー入力は、コンプレッサー８を通す冷媒の再循環および真空ポンプ１５ａにより真空の適用によるシステムのその沸点における維持に大きく限定される。好ましい態様において、１００より大きい水に関する揮発性を有する溶解した揮発性物質または有機物質を含有する水性媒質を効率よくストリッピングする方法が提供され、この方法はヒートポンプのコールドループの３点適用および塔の外側のそのホットループにおける塔のボトムの加熱を包含する。このシステムの説明のために、添付図面の第２図を参照すると、コッチ・フレキシパック（ＫｏｃｈＦｌｅｘｉｐａｃｋ）１１パッキン５３を充填したストリッピング塔３０が描写されており、このストリッピング塔３０は塔のボトム５２およびパイプ５６ａおよび５６ｂを通して塔のボトム５２に接続されたボトムレベルコントローラー５７を有する。ボトムレベルコントローラー５７との空気接続５７ａは空気作動排出弁５９をコントロールする。ストリッピング塔３０からのオーバーヘッドの蒸気は、オーバーヘッドライン５８ａを通してオーバーヘッドのシェル−管凝縮器３１に入る。凝縮したオーバーヘッドは重力により凝縮物ライン５８ｂを通して受容器３２の中に排出する。受容器３２は冷却ジャケット３８を有する。凝縮物は受容器３２からライン５８ｃを通して蠕動ポンプ３４により取り出され、これはライン５８ｄを通して３相セパレーター９０の中に排出される。３相セパレーター９０は、第３図により詳細に示されており、大気圧において作動する。ポンプ３４はレベルコントローラー６２により電気的に作動される。受容器３２において回収される凝縮物の量は、オーバーヘッド凝縮器３１からの冷却流出物において達成される温度とともに変化する。受容器は真空ライン中に存在するので、液体は非凝縮性オーバーヘッドのライン７０ａを通してフラッシュし、次いで真空ポンプシステムの中に入る。真空ライン７０ｂを通して液体リング真空ポンプ７２と直列のブシュ（Ｂｕｓｃｈ）真空ポンプ７１からなる直列の真空ポンプシステムに、真空ライン７０ａは接続する。リングの冷媒および非凝縮性蒸気の排出物、ならびに少量の連行水および有機蒸気はライン７３ａを通して進行してシーラントクーラー８１に入り、ここで最終の凝縮は大気圧において起こる。クーラー８１は普通の、シェル−管熱交換器であり、環境からの熱の獲得を最小するために絶縁されている。液状凝縮物はラィン７３ｂを通して３相セパレーター９０に進行し、ここで水性相および凝集した有機相は分離される。第３図を参照すると、３相セパレーターはデカンテーション容器９５およびベント容器１００からなる。水より小さい密度の有機液体を分離するとき、より軽い上澄み有機相９２はスタンドパイプ９４を通して排出する。より重い水性相９３はベント容器１００からドレンライン９８を通して排出されるか、あるいは別にライン９８ａを通して供給ライン５１５１に再循環される。デカンテーション容器９５はドレンライン９７を通してベント容器に接続され、ドレンライン９７はデカンテーション容器９５中で維持されるヘッドを釣合わせるために十分な高さのスタンドパイプ９９を供給する。必要に応じて、水性相９３の一部分を、第２図に描写するように、液体リングライン７８を通して液体リング真空ポンプ７２に戻す。ベント容器１００中で水性相９３から発生することがある非凝縮性不活性ガスはライン８２ｃを通して排出される。ベント容器１００中のオーバーフローダム９９は、大気圧付近において作動する、ベント容器１００から重い液状水相を除去する。第２図を参照すると、オーバーヘッドの凝縮物の流れ５８ｂの流れおよび配置を要約してたどると、水性媒質は究極的にドレンライン９８において排出する。有機相の排出は３相セパレーター９０からライン９４において起こる。供給物流れの中に連行されるか、あるいは溶解した不活性ガスは不活性ガスロタメーター８４においてこのシステムを出る。必要に応じて、ドレンライン９８からの水性相を塔３０（描写せず）に再循環させる。ヒートポンプのコールドループおよびホットループの適用を次に記載する。ヒートポンプシステムへのエネルギー入力は水冷コンプレッサー４４において起こり、コンプレッサー４４は、それぞれ、ライン６１ａおよび６１ｂを通して冷却液体を受取りそして排出し、これらのライン６１ａおよび６１ｂは塔底物質を塔のボトム５２から冷却コンプレッサー４４の冷却コイルへ、そこからはシェルおよび管の熱交換器から成る熱交換器４２の管側に送出す。塔の塔底物質は熱交換器４２を通り、そしてライン６１ｃを通して塔のボトム５２へ戻る。コンプレッサー４４および熱い熱交換器４２を通る塔底物質の再循環速度は弁４９によりコントロールされ、弁４９は引き続いて冷媒送出ライン４５ｃ中の圧力センサー４７により作動され、ライン４５ｃを通して液状冷媒は膨張コントロール弁５０を通して冷たい熱交換器５５に入る。弁５０は蒸発器冷媒ライン４５ｄ中の温度センサー４２ｂに直接接続されており、蒸発器冷媒ラィン４５ｄは冷たい熱交換器５５への圧縮された冷媒の供給をコントロールする。冷たい熱交換器５５の冷媒蒸気ライン４５ｄは吸引ラインアキュムレーター４６に接続し、これから蒸気はライン４５ｅを通してコンプレッサー４４の中に抜き出される。コンプレッサー４４は圧縮された冷媒蒸気をライン４５ａを通して熱い熱交換器４２の中にそのシェル側において排出する。これらの手段により、エネルギーは塔のボトム５２から再循環する塔底物質に送出し、こうしてストリッピング塔５０内で蒸気の発生およびストリッピング速度を増強する。ヒートポンプシステムのコールドルーブにおいて、冷却効果は間接蒸発器（冷たい熱交換器５５）中の膨張する、すなわち、蒸気する冷媒から送出されて熱伝達液を冷却する。冷却された熱伝達液はオーバーヘッドの処理流れ中の３点、すなわち、オーバーヘッド凝縮器３１、凝縮物受容冷却ジャケット３８およびシーラントクーラー８１に循環される。熱伝達液はオーバーヘッド凝縮器３１および受容器３２に熱伝達液ライン５９ａを通して送出され、ライン５９ａはライン５９ｅおよび５９ｄの間に分割して、それぞれ、冷媒をオーバーヘッド凝縮器３１および受容器冷却ジャケット３８に送出す。熱伝達冷媒は受容器冷却ジャケット３８からライン５９の連続を通してそしてオーバーヘッド凝縮器からライン５９ｅの連続を通して出る。それらは究極的に再結合されそして絶縁された熱伝達液受容器３９の中に入り、受容器３９は引き続いて熱伝達液を循環ポンプ４０に供給し、循環ポンプ４０はライン６０ｂを通して冷たい熱交換器５５のシェル側に排出する。オーバーヘッドの蒸気の大部分は凝縮器３１中で凝縮し、そこから受容器３２中で集められ、蠕動ポンブ３４によりライン５８ｃを通してポンピングされる。このポンプからの排出物は３相セパレーター９０に向けられる。真空はストリッピング塔オーバーへッド凝縮器３１および受容器３２を含む全体のシステムにおいてライン７０ａを通して維持する。これは油密閉回転羽根真空ポンプ７１および２段階液体リング真空ポンプ７２により達成され、真空ポンプ７２は非凝縮物および多少の凝縮性蒸気をライン７３ａを通して本質的に大気圧においてシーラントクーラー８１に排出する。シーラントクーラー８１からの蒸気はライン８２ａから出る。水性相および有機相はライン７３ｂを下って３相セパレーターシステム９０の中に入る。第２図および第３図に描写されているシステムは、約５００ｐｐｍの初期濃度でトルエンを含有する水性分散液の系列を分割するために使用した。トルエン含有分散液の温度は約１４℃であった。直径４インチおよび１３．５フィートのコッチ・フレキシパック（ＫｏｃｈＦｌｅｘｉｐａｃｋ）ＩＩ構造の塔パッキン５３を充填した１９．５フィートの高さであるストリッピング塔５０の中に供給物を導入した。６フィートの液体分離空間がパッキン５３の上部と塔３０との間に設けられている。塔のボトム５２中の液体をヒートポンプシステムの熱い熱交換器５２中で加熱する。特別の廃棄物処理の下水道への底部液体をストリッピングしたトルエン分散液の排出により、コントロール弁５９は塔のボトム５２中の液体のレベルをコントロールした。真空はブシュ（Ｂｕｓｃｈ）油密閉回転羽根真空ポンプ７１および直列のクロル−レイノルズ（Ｃｒｏｌｌ−Ｒｅｙｎｏｌｄｓ）２段階液体リング真空ポンプ７２からなる真空ポンプシステムにより維持され、前記真空ポンプ７１および真空ポンプ７２は一緒になって塔３０のために十分な排気を提供して、容器が空であるとき、５ｍｍＨｇより低い内部圧力を達成した。このような真空容量をもつので、ホットコイルは塔３０において水性分散液の急速な沸時を生成した。液体リングボンプは、未凝縮のオーバーヘッドの蒸気およびそれ自身の水シーラントをシーラントクーラー８１のシェル側に押しやる。より低い温度で非凝縮物を排出することによって、非凝縮物についてロタメーター８４を通して大気へトルエンが損失する可能性が最小となる。スタンドパイプ９４とともにデカンテーション容器９５からなる３相セパレーター９０は、有機物質９２および水性相９３の凝集および分離を可能とするために十分な滞留時間を提供する。水性相９３の下層は再循環として液体リング真空ポンプ７２へ再循環させることができる。いくつかの試験作動において、約１４℃の一定温度においてほぼ５００ｐｐｍのトルエンを含有する供給濃縮物をストリッピング塔３０の中に導入した。塔の圧力および供給速度を変化させて、いくつかの負荷における分離効率を試験した。真空は１０〜２５ｍｍのＨｇ絶対の範囲であり、そして実験の供給速度は、それぞれ、８６０〜４００ポンド／時間に維持された。供給物および塔底物質の試料を実験を通じて取って定常状態の条件を評価した。これらの実験の結果を、塔底物質の組成／塔圧力の関数として第４図に描写する。明らかなように、１４〜１７ｍｍＨｇの範囲の塔圧力が達成されるとき、高い除去効率が達成された。

【手続補正書】特許法第１８４条の８【提出日】１９９４年１２月２日【補正内容】請求の範囲１．（ａ）周囲温度において制限容器内の水性分散液上の圧力を沸騰を引き起こすために十分に減少し、（ｂ）前記沸騰する分散液からの蒸気を水性分散液の入る供給流と向流で接触させ、接触ゾーンは蒸気の有機含量を相対的に濃縮するために十分な長さを有し、（ｃ）工程（ｂ）からの接触ゾーンから流出する蒸気を直接または間接的に冷却された凝縮熱交換器においてヒートポンプのコールドループ中の蒸発性冷媒で周囲温度より低く冷却し、（ｄ）水性分散液をヒートポンプのホットループ中の圧縮された蒸発性冷媒で加熱して分散沸騰を増強し、（ｅ）分散蒸気の凝縮物を集め、（ｆ）凝縮物の水性相および有機相を凝集させ、（ｇ）工程（ｆ）において形成した不混和性有機相および水性相を分離して有機液体を回収する、ことからなる、主として水性分散液の中に溶解微量物質として存在する、水不混和性の、揮発性有機液体を分離する方法。２．工程（ｇ）において回収された水性相を工程（ａ）における制限容器に再循環させる追加の工程を含む請求の範囲１の方法。３．工程（ｂ）における接触を充填ストリッピングカラム中で向流で実施する請求の範囲１の方法。４．ストリッピングカラムの塔底物質を工程（ｄ）におけるホットループにより加熱する請求の範囲３の方法。５．制限容器から流出する蒸気の冷却を熱伝達流体でヒートポンプのコールドループにより間接的に冷却された再循環する熱伝達液により達成し、そして水性分散塔底物質の加熱をヒートポンプのホットループとの間接的熱交換により達成する請求の範囲１の方法。６．熱伝達液を第１熱交換器において適用してオーバーヘッドの蒸気の初期の凝縮を達成し、そして不混和性凝縮物のための受容器において適用して真空システムを横切るフラッシュを減少する請求の範囲５の方法。７．熱伝達液を適用して大気圧において真空ポンプから流出する蒸気を冷却する請求の範囲６の方法。８．供給分散液のほぼ周囲温度において実施する請求の範囲１の方法。９．水不混和性の有機物質が少なくとも１０００の水に対する相対的揮発性を有し、そして２０℃において水と密度が０．０１だけ異なっている請求の範囲１の方法。１０．水性分散液を沸騰させるために十分に高い真空下に水性分散液から少なくとも１００の水に対する相対的揮発性を有する水性媒質から溶解した水不混和性の有機物質を水蒸気ストリッピングすることからなる方法において、オーバーヘッドを冷却により凝縮し、そして沸騰する分散液からの水蒸気をヒートポンプのコールドループの直接または間接的適用により凝縮し、そして水性媒質をヒートポンプのホットループにより加熱することからなる改良。１１．水不混和性の有機物質が少なくとも１０００の水に対する相対吋揮発性を有し、そして全体の方法をほぼ周囲温度において実施する請求の範囲１０の方法。

Claims

【特許請求の範囲】１．（ａ）周囲温度において制限容器内の水性分散液上の圧力を沸騰を引き起こすために十分に減少し、（ｂ）前記沸騰する分散液からの蒸気を水性分散液の入る供給流と向流で接触させ、接触ゾーンは蒸気の有機含量を相対的に濃縮するために十分な長さを有し、（ｃ）工程（ｂ）からの接触ゾーンから流出する蒸気を直接または間接的に冷却された凝縮熱交換器においてヒートポンプのコールドループ中の蒸発性冷媒で周囲温度より低く冷却し、（ｄ）水性分散液をヒートポンプのホットループ中の圧縮された蒸発性冷媒で加熱して分散沸騰を増強し、（ｅ）分散蒸気の凝縮物を集め、（ｆ）凝縮物の水性相および有機相を凝集させ、（ｇ）工程（ｆ）において形成した不混和性有機相および水性相を分離して有機液体を回収する、ことからなる、主として水性分散液の中に溶解微量物質として存在する、水不混和性の、揮発性有機液体を分離する方法。２．工程（ｇ）において回収された水性相を工程（ａ）における制限容器に再循環させる追加の工程を含む請求の範囲１の方法。３．工程（ｂ）における接触を充填ストリッピングカラム中で向流で実施する請求の範囲１の方法。４．ストリッピングカラムの塔底物質を工程（ｄ）におけるホットループにより加熱する請求の範囲３の方法。５．制限容器から流出する蒸気の冷却を熱伝達流体でヒートポンプのコールドループにより間接的に冷却された再循環する熱伝達液により達成し、そして水性分散塔底物質の加熱をヒートポンプのホットループとの間接的熱交換により達成する請求の範囲１の方法。６．熱伝達液を第１熱交換器において適用してオーバーヘッドの蒸気の初期の凝縮を達成し、そして不混和性凝縮物のための受容器において適用して真空システムを横切るフラッシュを減少する請求の範囲５の方法。７．熱伝達液を適用して大気圧において真空ポンプから流出する蒸気を冷却する請求の範囲６の方法。８．供給分散液のほぼ周囲温度において実施する請求の範囲１の方法。９．水不混和性の有機物質が少なくとも１０００の水に対する相対的揮発性を有し、そして２０℃Ｃにおいて水と密度が０．０１だけ異なっている請求の範囲１の方法。１０．高い真空下に水性分散液から少なくとも１００の水に対する相対的揮発性を有する水性媒質から微量の溶解した水不混和性の有機物質を水蒸気ストリッピングすることからなる方法において、オーバーヘッドを冷却により凝縮し、そして沸騰する分散液からの水蒸気をヒートポンプのコールドループの直接または間接的適用により凝縮し、そして水性媒質をヒートポンプのホットループにより加熱することからなる改良。１１．水不混和性の有機物質が少なくとも１０００の水に対する相対的揮発性を有し、そして全体の方去をほぼ周囲温度において実施する請求の範囲１０の方法。