水溶性有机物的浓缩方法和水溶性有机物的浓缩装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明设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，本发明设及一种通过将蒸馈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】
[0002] 有文献报道，将异丙醇（W下简称"IPA")运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，利用使用了蒸馈塔 的蒸馈分离与使用了蒸汽透过分离膜的膜分离进行组合的工序（W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W往只通过蒸馈脱水 相比，该混合工序可W实现大幅度的节能化。
[0003] 在蒸馈分离的方法中，使用加压蒸馈和常压蒸馈等，然而，在将加压蒸馈和分离膜 进行组合的情况下，蒸馈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 常压蒸馈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。将加压蒸馈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。
[0004] 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JPA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 ?化?S左 右或W上。此外，透过度比越高，工序整体的节能性越高。 阳(K)日]现有技术文献
[0006] 专利文献
[0007] 专利文献1 :日本专利公开公报特开2012-110832号
【发明内容】
[000引发明所要解决的技术问题
[0009] 但是，例如将IPA的浓缩度变成99. 9质量％ ^上运样非常高的情况下，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W此为着眼点，完成了本发明。
[0010] 在此，为了改善驱动力，可W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，必须提高蒸馈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 的冷凝溫度达到0 °c，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。
[0011] 本发明是为了解决前述问题而提出的，是将蒸馈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。
[0012] 解决技术问题的技术方法
[0013] 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馈和膜分离将水 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：
[0014] 蒸馈工序，前述蒸馈工序将原料送入蒸馈塔，对前述原料进行蒸馈，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；W及
[0015] 膜分离工序，前述膜分离工序将在前述蒸馈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，
[0016] 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1(_^1(_^，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。
[0017] 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。
[0018] 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％ ^上的中间浓度浓缩至前述要求浓度。
[0019] 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中的水的透过度在前述其它蒸汽透过分 离膜处的水的透过度W上。
[0020] 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，前述分离膜装 置的透过成分中的至少一部分被导入前述蒸馈塔。
[0021] 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，前述要求浓度 为99.9质量上。
[0022] 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，前述水溶性有 机物是从异丙醇、乙醇、甲醇和下醇所组成的组中选择的至少一种。
[0023] 本发明的水溶性有机物的浓缩装置，是通过蒸馈和膜分离对水溶性有机物进行浓 缩的浓缩装置，其特征在于，前述浓缩装置具备：
[0024] 蒸馈塔，前述蒸馈塔将送入的原料进行蒸馈，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；W及
[00巧]分离膜装置，前述分离膜装置将前述蒸馈塔的塔顶蒸汽导入具有多个选择性地透 过水蒸汽的蒸汽透过分离膜，通过该蒸汽透过分离膜的膜分离，从非透过侧的最终出口得 到至少超过99.O质量％的要求浓度的水溶性有机物，
[00%] 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 1(_^的情况下，对于透过度比1(_^1(_^，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。
[0027] 本发明的水溶性有机物的浓缩装置的特征在于：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处的水的透过度在前述其它蒸汽透过分离 膜处的水的透过度W上。 阳0測发明效果
[0029] 本发明使用将蒸馈和膜分离进行组合的混合工序，在维持节能性的同时，由于与 分离膜装置中的其它蒸汽透过分离膜相比，至少设置在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，因此，可W得到对水溶性有机物W高浓度浓缩 的成分，此外，还可W达到削减分离膜装置整体中的蒸汽透过分离膜的膜面积的目的，提供 与装置的低成本化紧密相关的水溶性有机物的浓缩方法和浓缩装置。
【附图说明】
[0030] 图1表示本发明的水溶性有机物的浓缩装置的一种实施方式的示意图。
[0031] 图2表示再沸器的必要热量W及蒸汽透过分离膜的必要膜面积相对于透过度比 的关系图。
[0032] 图3表示再沸器的必要热量W及蒸汽透过分离膜的必要膜面积相对于透过度比 的关系图。
[0033] 图4表示参考例1中使用的水溶性有机物的浓缩装置的示意图。
[0034] 图5表示分析例1中的结果的图。
[0035] 图6表示分析例2中的结果的图。
[0036] 图7表示分析例3中的结果的图。
[0037] 图8表示实施例1中的结果的图。
【具体实施方式】
[0038] W下，基于附图对本发明的实施方式的实例进行说明。
[0039]