[发明专利]水溶性有机物的浓缩方法和水溶性有机物的浓缩装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种水溶性有机物的浓缩方法和水溶性有机物的浓缩装置。进一步详细而言，本发明涉及一种通过将蒸馏和膜分离进行组合的混合工序的水溶性有机物的浓缩方法和水溶性有机物的浓缩装置。

背景技术

有文献报道，将异丙醇(以下简称“IPA”)这样的与水形成共沸物的水溶性有机物中共沸物的沸点比水低的原料、水溶性有机物中沸点比水低的原料等，利用使用了蒸馏塔的蒸馏分离与使用了蒸汽透过分离膜的膜分离进行组合的工序(以下简称，混合(Hybrid)工序)进行脱水的技术(例如，参见专利文献1)。此外，已经知道，与以往只通过蒸馏脱水相比，该混合工序可以实现大幅度的节能化。

在蒸馏分离的方法中，使用加压蒸馏和常压蒸馏等，然而，在将加压蒸馏和分离膜进行组合的情况下，蒸馏塔的塔顶蒸汽直接使用蒸汽透过分离膜进行处理。另一方面，在将常压蒸馏和分离膜进行组合的情况下，塔顶蒸汽使用蒸汽压缩机加压后，使用蒸汽透过分离膜处理。将加压蒸馏和蒸汽透过分离膜进行组合的混合工序已将例如生物乙醇的脱水等工业化。

此外，在使用现有的混合工序对有机物进行高纯度地脱水浓缩的情况下，作为蒸汽透过分离膜的性能，要求对水的高选择性和高透过度等。例如，在将IPA脱水浓缩至整体的99.0质量％左右的情况下，一般来说，具有如下性能的蒸汽透过分离膜是必要的：IPA与水的透过度比(也称渗透比)为数百倍、水的透过度(也称渗透)为10^-6mol/m²·Pa·s左右或以上。此外，透过度比越高，工序整体的节能性越高。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利公开公报特开2012-110832号

发明内容

发明所要解决的技术问题

但是，例如将IPA的浓缩度变成99.9质量％以上这样非常高的情况下，如果使用具有高的膜性能的蒸汽透过分离膜，存在作为具有蒸汽透过分离膜的分离膜装置整体必须有大的膜面积的问题。原因在于，由于蒸汽透过分离膜的高选择性，蒸汽透过分离膜的透过侧几乎都变成了水，用于膜分离的驱动力(原料侧与透过侧的水的分压差)变小。本发明的发明者以此为着眼点，完成了本发明。

在此，为了改善驱动力，可以在一定程度的范围内提高原料侧的压力或降低透过侧的压力，然而，如果提高原料侧的压力，必须提高蒸馏塔整体的压力或压缩机的输出压力等，存在装置成本和压缩机的动力增加的问题。此外，如果降低透过侧的压力，透过侧的水的冷凝温度达到0℃，可能存在产生冻结等问题。此外，降低透过侧的压力、提高真空度也是有极限的，因此有必要改善。

本发明是为了解决前述问题而提出的，是将蒸馏和膜分离进行组合的混合工序，目的在于提供一种水溶性有机物的浓缩方法和水溶性有机物的浓缩装置，即使在水溶性有机物的浓度非常高的情况下，在达到高浓度的水溶性有机物的回收和节能化的同时，可通过削减膜面积，实现装置的低成本化。

解决技术问题的技术方法

为了解决前述问题，本发明的水溶性有机物的浓缩方法是通过蒸馏和膜分离将水溶性有机物进行浓缩的浓缩方法，其特征在于，前述浓缩方法包括：

蒸馏工序，前述蒸馏工序将原料送入蒸馏塔，对前述原料进行蒸馏，前述原料含有水和比水沸点低的水溶性有机物的混合物、或水和与水形成共沸物且该共沸物的沸点比水低的水溶性有机物的混合物；以及

膜分离工序，前述膜分离工序将在前述蒸馏工序得到的塔顶蒸汽导入具有多级选择性地透过水蒸汽的蒸汽透过分离膜的分离膜装置，通过前述蒸汽透过分离膜的膜分离，从前述分离膜装置中的非透过侧的最终出口得到超过99.0质量％的要求浓度的水溶性有机物，

在将前述蒸汽透过分离膜处的水的透过度作为K__W、水溶性有机物的透过度作为K__A的情况下，对于透过度比K__W/K__A，与其它蒸汽透过分离膜相比，至少设置在前述分离膜装置中的非透过侧的最终出口最前侧的蒸汽透过分离膜的透过度比低。

本发明的水溶性有机物的浓缩方法的特征在于，在前述本发明中，前述多级蒸汽透过分离膜整体中，前述与其它蒸汽透过分离膜相比透过度比低的蒸汽透过分离膜被设置在从前述分离膜装置的非透过侧的最终出口开始的1/8-1/2的范围内。

本发明的水溶性有机物的浓缩方法的特征在于，在前述本发明中，前述与其它蒸汽透过分离膜相比透过度比低的蒸汽透过分离膜将前述分离膜装置中的水溶性有机物从99.0质量％以上的中间浓度浓缩至前述要求浓度。