JPS62273009A - パ−ベ−パリゼ−シヨン分離法及びそのための装置 - 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】 ３、発明の詳細な説明 〔産業上の利用分野〕 本発明は、少なくとも１種類の揮発性成分を含んで成る
液体中の該成分を選択透過性を有する膜によりパーベー
パリゼーションにより分離するための省エネルギ一方法
に関する。

〔従来の技術〕

液体中の複数の成分を選択透過性の膜を用いて液の状態
で相互に分離する方法はよく知られており、すでに実用
化されている。最近では複数の成分から成る液中から所
望の揮発性成分を選択透過性を有する膜を用いてパーベ
ーパリゼーションにより分離する方法も報告されている
。しかしながらこの後者の方法は工業的規模で実用化さ
れるには至っていない。

熱交換器により液体を加熱する方法は古くから知られて
おり、そして広〈実施されている。

気体を断熱圧縮した場合に圧力及び温度が上昇する熱力
学的現象は古くから知られている。

しかしながら、熱交換加熱による液体の加熱、気体の断
熱的圧縮による圧力及び温度の上昇、及び選択透過性膜
によるパーベーパリゼーションを功みに組み合わせて、
熱を効率よく回収し循環使用することにより熱の使用量
が顕しく改良された分離システムは知られていない。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従って、本発明は、熱交換加熱による液体の加熱、蒸気
の圧縮よる圧力及び温度の上昇、選択透過性膜によるパ
ーベーバリゼーションを功みニ組み合わせて熱を効率よ
く、循環使用することができるようにした省エネルギー
型の揮発性成分の分離システム、すなわち分離方法、及
び分離装置を提供しようとするものである。

〔問題点を解決するための装置〕

上記の目的は、少なくとも１種類の揮発生成分を含んで
成る原料液体から所望の揮発性成分を分離する方法であ
って、（１）該原料液体を、所望の揮発性成分を選択的
に通過せしめることができる選択通過性膜の一方の面と
接触せしめ、該選択透過性膜の他方の面に接して気相を
形成し、該気相の圧力を前記液体側の圧力より低くする
ことによってパーベーパリゼーション、により前記揮発
性成分の上記を気相中に発生せしめ、（２）該蒸気を加
圧することによりその温度を上昇せしめ、（３）該加圧
された蒸気を熱交換可能な隔壁を介して前記段階（１）
の原料液体と接触せしめることにより該蒸気の熱を該原
料液体に移行せしめることにより前記パーベーパリゼー
ションのための熱として使用し、同時に該蒸気を凝縮せ
しめる段階を含んで成る方法；及び少なくとも１種の揮
発性成分を含んで成る原料液体から所望の揮発生成分を
１分離するための装置であって、（１）中に熱交換器を
有する原料液体収容用容器、（２）一方の面が前記原料
液体収容用器の空間に接しており、そして原料液中の所
望の揮発性成分を選択的に透過せしめることができる選
択透過性膜、（３）前記選択透過性膜の他方の面に接し
ている蒸気収容用容器、（４）低圧倒が前記蒸気収容用
容器に連結されており、高圧側が前記熱交換器の一端に
接続されている蒸気圧縮機、及び（５）前記熱交換器の
他端に連結されている真空ポンプを有する装置により解
決される。

〔作用及び効果〕

本発明によれば、揮発性成分を含有する原料液体中の所
望の揮発性成分を選択透過性膜を通してパーベーパリゼ
ーションにより気化せしめ、これによって生成した蒸気
を加圧することによりその温度を上昇せしめ、これによ
って生ずる圧縮蒸気の温度と原料液体の温度との間の温
度差を利用して圧縮蒸気の凝縮熱及び顕熱を熱交−器に
より原料液体に移行せしめるため、蒸気の凝縮熱及び顕
熱の実質上すべてをバーベーパリゼーションのための熱
として回収することができ・るため、パーベーパリゼー
ションのために外部から加える熱を大きく節約すること
ができる。

さらに、蒸気を通常のパーベーパリゼーションの条件よ
りも高圧にして凝縮せしめるために凝縮が促進され、特
別な冷却媒体を用いないで凝縮捕集することができる。

〔具体的な説明〕

本発明の方法においては、揮発生成分を含んで成る液体
中の所望の揮発性成分を選択透過性膜を介してパーベー
パリゼーションにより分離するので、分離される成分の
揮発度が異ることは必要でなく、膜を適切に選択するこ
とにより種々の成分の混合物を分離することができる。

この発明の方法により分離することができる混合物系と
して、例えば水と有機物との混合物系としては水／メタ
ノール、水／エタノール、水／プロパツール、水／アセ
トン、水／酢酸、水／アセトニトリル、水／アクリロニ
トリル、水／ベンゼン、水／酢酸エチル、水７石炭酸、
等を挙げることができる。また、本発明の方法は有機物
混合物の分離にも使用することができ、この場合の分離
対象混合系としては、例えばアセトン／ｎ−ヘキサン、
エタノール／アセトン、スチレン／エチルベンゼン、ベ
ンゼン／アニリン、等種々の系を挙げることができる。

本発明の方法において使用する液体原料収容用容器中に
は熱交換器が設けられる。この熱交換器としては、蒸気
を凝縮せしめてその凝縮熱及び顕熱により他の液体を加
熱することができる常用の熱交換器を使用することがで
きる。液体原料収容用容器中には所望により補助加熱・
冷却器を設ける。この加熱・冷却器は、パーベーバリゼ
ーションに必要な熱よりも蒸気の凝縮熱が少ない場合に
不足の熱を補い、又はこの逆の場合に過剰の熱を除去す
るために使用されるものであり、従って、液体原料が加
熱・冷却用として容器の外部に設けることも可能である
。液体原料収容用容器中には所望により撹拌機を設ける
。これは、選択透過性膜に対して液体原料に流動を与え
ることにより膜表面附近の液体の濃度勾配を破壊し、ま
た熱交換の効率を高めると供に、液中の濃度分布及び温
度分布を均一にするためのものである。従って他の手段
により液体に流動が与えられる場合には、必ずしも撹拌
機を設ける必要はない。

パーベーパリゼーションのための選択透過性膜の種類は
分離しようとする成分の種類、濃度等に依存して選択し
なければならない。例えば、エタノールと水の分離を行
なおうとする場合、エタノールの含有量が低い時にはシ
リコンゴム膜のようなエタノールを優先的に透過させる
膜を、水の含有量が低い場合にはセルロースアセテート
やポリフェニレンオキサイドの様な水を優先的に１遇さ
せる膜を用いるのがよい。ここに示した膜は例に過ぎず
、目的とする揮発性成分に対して選択透過性を示す膜を
任意に選択して使用することができる。

次に、パーベーパリゼーシッンによって発生した蒸気を
圧縮することによってその圧力及び温度を上昇せしめる
。このための蒸気圧縮機としてはルーツブロワ−のごと
き機械的力を用いる圧縮機、蒸気エゼクタ−のごとき薫
気力を用いる圧縮機、その信書用の圧縮機を用いること
ができる。

次に、第１図に言及しながら本発明の原理及び実施方法
を説明する。原料液体供給部６から、少なくとも１種類
の揮発性成分を含有する原料液体を原料液体収容用容器
１中に熱交換器５を浸たすように供給し、モーター９に
より撹拌機８を作動せしめ、さらに空真ポンプ１０によ
り熱交換器５及び蒸気収容用容器３を減圧にする。こう
することにより原料液体中の所望の揮発性成分が選択透
過性膜２を通ってパーベーバリゼーションにより蒸気収
容用容器３中に気化する。なお、選択透過性膜２は通常
退適性の支持体１２により支持されている。次に、蒸気
圧縮器４を作動せしめることにより蒸気収容用容器３か
らの蒸気を圧縮する。

これにより該蒸気が加熱され、その温度が原料液体の温
度よりも相当高くなる。この温度差により、熱交換器５
を介して蒸気の熱が原料液体に移行すると共に蒸気が凝
縮し、製品取出口１１より取り出される。原料液体収容
用容器ｌ中の液体を一定温度に維持するために必要な場
合には補助加熱パ冷却器１３に蒸気、冷水等を通すこと
により熱を供給し、又は除去する。なお、原料液体収容
用容器中の液体の温度を調節するためには、容器１中に
設けた補助加熱・冷却器１３を使用する代りに、容器１
に供給される前の原料液体の温度を調節することもでき
る。

本発明の方法は回分式に行うこともでき、又連続式に行
うこともできる０回分式に行う場合には、容器１に所定
量の原料液体を充填した後、上記のようにして運転を行
い、所定量又は所定濃度の分離液（製品）が得られた後
運転を停止して残液排出部７から残液を取り出す。連続
式に行う場合には、原料液体供給部８から原料液体を連
続的に供給しながら、残液を排出部７から連続的に排出
する。

犬！ｌ。

発酵法によりエタノールを製造しようとする場合、アル
コール濃度１０％前後の発酵液が得られる。そこで、１
０％のエタノール水溶液をモデル液として、本発明の方
法によりエタノールの濃縮を行った。

第１図に模式的に示す装置の容器１に上記の８０℃に加
温したエタノール水を仕込み、０．３ＫＷの真空ポンプ
を作動させ、さらに約６ＫＷのルーツブロワ−（蒸気圧
縮機）を作動させた。選択透過性膜として、シリコン膜
を使用した。バーベーバリゼーションが開始した後、蒸
気収容用容器３の圧力は５　Ｔｏｒｒとなり、圧縮後の
蒸気の圧力は５０Ｔｏｒｒとなった。この圧縮により蒸
気の温度は約２６６℃となった。連続運転中、１００ｍ
１／時（エタノール１０ｎ＋１／時、水９０＋ａｊ！、
／時）のエタノール水を供給し、７０ｆｆ＋１／時（エ
タノール１ｍ１１時、６９ａｊ！／時、エタノール温度
約１％）の残液を取り出し、そして３０ＩＩＩｌ／時（
エタノール１ｍ１１時時、水２１ｍｊ！／時、エタノ−
水で処理して精製する方法がある。此の場合処理後エタ
ノール水は６０％程度にまで希釈されるので、それを再
利用するためには脱水しなければならない。此れは通常
の蒸溜法では簡単には出来ず、精溜法によらなけ°れば
ならない。

そこでポリフェニレンオキサイド膜がエタノールよりも
水を選択的に透過させる性質がある事を考え、６０％エ
タノール水を用いて本発明の試験を行なった。ポリフェ
ニレンオキサイド膜の基本的実験から１００Ｋｇの６０
％エタノール水を供給してパーベーパリゼーシランを行
ない、８０％エタノール水を得るには２８．５６Ｋｇ蒸
発させる事が必要である。従って蒸発に必要な熱量は１
５，４９６Ｋｃａｌである。

パーベーパリゼーションを５ｍ１ｇの直空下で行ない、
発生した蒸気を４ＫＷのモーターのついたルーツプロワ
−で５Ｏｎ＋Ｈｇまで昇圧した所温度が２９９℃まで上
昇した。この高温の蒸気をパーベーパリゼーションの原
料液体収容用容器内の熱交換器に導入して熱交換させ、
蒸気を凝縮させた所１０％エタノールの混入した２８．
５６Ｋｇのエタノール水が得られ、同時に原料液体収容
用容器から８０％エタノールを含む液７１．４Ｋｇを得
た。そして此の操作を継続しても何ら熱を加える必要が
なかったも 即ち蒸発に必要な熱量は１．：＋、４９６Ｋｃａｌであ
るが、４ＫＷのモーターによる熱の供給即ち３４４０Ｋ
ｃａｌで目的が達せられ、僅か２２％のエネルギーです
み他の熱は回収熱により賄われた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法の原理を示す図である。 図中、１は原料液体収容用容器、２は選択透過性膜、３
は蒸気収容用容器、４は蒸気圧縮器、そして５は熱交換
器を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、少なくとも１種類の揮発性成分を含んで成る原料液
   体から所望の揮発性成分を分離する方法であって、 （１）該原料液体を、所望の揮発性成分を選択的に通過
   せしめることができる選択透過性膜の一方の面と接触せ
   しめ、該選択透過性膜の他方の面に接して気相を形成し
   、該気相の圧力を前記液体側の圧力より低くすることに
   よってパーベーパリゼーションにより前記揮発性成分の
   蒸気を気相中に発生せしめ、 （２）該蒸気を加圧することによりその温度を上昇せし
   め、 （３）該加圧された蒸気を熱交換可能な隔壁を介して前
   記段階（１）の原料液体と接触せしめることにより該蒸
   気の熱を該原料液体に移行せしめることにより前記パー
   ベーパリゼーションのための熱として使用し、同時に該
   蒸気を凝縮せしめる、 段階を含んで成る方法。 ２、少なくとも１種の揮発性成分を含んで成る原料液体
   から所望の揮発性成分を分離するための装置であって、 （１）中に熱交換器を有する原料液体収容用容器、（２
   ）一方の面が前記原料液体収容用器の空間に接しており
   、そして原料液中の所望の揮発性成分を選択的に透過せ
   しめることができる選択透過性膜、 （３）前記選択透過性膜の他方の面に接している蒸気収
   容用容器、 （４）低圧側が前記蒸気収容用容器に連結されており、
   高圧側が前記熱交換器の一端に接続されている蒸気圧縮
   機、及び （５）前記熱交換器の他端に連結されている真空ポンプ
   、 を有する装置。