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JP2685928B2 - Recovery method of dilute ethanol - Google Patents
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JP2685928B2 - Recovery method of dilute ethanol - Google Patents

Recovery method of dilute ethanol

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JP2685928B2
JP2685928B2 JP26468989A JP26468989A JP2685928B2 JP 2685928 B2 JP2685928 B2 JP 2685928B2 JP 26468989 A JP26468989 A JP 26468989A JP 26468989 A JP26468989 A JP 26468989A JP 2685928 B2 JP2685928 B2 JP 2685928B2
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ethanol
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concentration
stage membrane
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彰 山下
文彦 庄司
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は稀薄エタノールの回収法に関し、詳しくは、
稀薄エタノールを経済的に回収する方法に関するもので
ある。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a method for recovering dilute ethanol, and more specifically,
It relates to a method for economically recovering dilute ethanol.

〔従来の技術及び発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by conventional technology and invention]

一般に、5重量%(以下、%と略記する)以下の稀薄
エタノールを蒸留操作により回収するためには、アルコ
ール濃度に反比例して急激に還流比が上昇し、回収費用
が回収エタノールの価値を上回って経済性が成立しな
い。従って、稀薄エタノールを回収する方法に関連する
多くの研究・文献・特許があるが、未だ工業的に満足の
いく方法は見当たらない。
Generally, in order to recover dilute ethanol of 5% by weight (hereinafter abbreviated as%) or less by distillation operation, the reflux ratio rapidly increases in inverse proportion to the alcohol concentration, and the recovery cost exceeds the value of recovered ethanol. Economy is not established. Therefore, although there are many studies, documents and patents related to the method for recovering dilute ethanol, there is still no industrially satisfactory method.

関連研究の中で、昔から有望とされている方法に膜分
離プロセスがあるが、エタノール/水の混合物の浸透圧
が高いことと、膜自身が圧密化・加水分解等により透過
流束の低下や分離率の低下を生じ、耐久性に難があった
こと等から実用化に至っていない。
Among related researches, the membrane separation process has been a promising method from long ago, but the permeation pressure of the ethanol / water mixture is high, and the permeation flux of the membrane itself decreases due to consolidation and hydrolysis. It has not been put to practical use because of a decrease in separation rate and a difficulty in durability.

しかしながら、最近になって開発された新しい逆浸透
膜の中には、これ迄の欠点をカバーするものもあり、膜
分離を組み込んだ分離プロセスの可能性を示唆してい
る。
However, some of the recently developed new reverse osmosis membranes cover the drawbacks so far, suggesting the possibility of a separation process incorporating membrane separation.

一般に稀薄エタノールを濃縮する場合には、エタノー
ル/水の混合物の浸透圧が高いため、膜分離は、1段目
濃縮にのみ使用される。エタノール/水の浸透圧は10%
水溶液で約100atmであり、従来の1パス逆浸透では、こ
れ以上の濃度アップは、経済的でないと思われる。又、
片側のエタノール濃度が上昇すると、リジェクションも
急速に低下するので、この意味でも、経済性に於ける最
適値が存在する。膜で分離される浸つの液体の浸透圧差
よりも、大きい圧力差を膜の全域に渡り持たせることが
必要である。膜が耐え得る最高圧力は、膜材質に支配さ
れる。商品化されている浸透膜は、100atm迄耐え得るも
のがあるが、それ以上の圧力では、工業的に使用するの
は無理である。
Generally, when dilute ethanol is concentrated, the membrane separation is used only for the first-stage concentration because of the high osmotic pressure of the ethanol / water mixture. Osmotic pressure of ethanol / water is 10%
It is about 100 atm in an aqueous solution, and it is considered uneconomical to increase the concentration any more with conventional 1-pass reverse osmosis. or,
If the ethanol concentration on one side increases, the rejection also decreases rapidly, so in this sense, there is an optimum value in terms of economic efficiency. It is necessary to have a larger pressure difference across the membrane than the osmotic pressure difference of the immersion liquid separated by the membrane. The maximum pressure that the membrane can withstand is governed by the membrane material. Some commercially available osmosis membranes can withstand up to 100 atm, but at higher pressures, industrial use is impossible.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

本発明者らは、上記の問題点を解決すべく鋭意研究の
結果、蒸発−逆浸透−蒸留−精留(又はPervaporizatio
n)の単位操作から構成される、全て公知の技術を組み
合わせた方法により稀薄エタノールの回収を経済的に行
うことができることを見出し本発明を完成するに到っ
た。
As a result of intensive research to solve the above problems, the present inventors have found that evaporation-reverse osmosis-distillation-rectification (or Pervaporizatio
The inventors have found that dilute ethanol can be economically recovered by a method that is composed of the unit operations of n) and is a combination of all known techniques, and has completed the present invention.

即ち、本発明は、1重量%以下の稀薄エタノール水溶
液を塩効果を利用して蒸発濃縮する蒸発濃縮工程と、エ
タノールに対する除去率が20〜70%である逆浸透膜を備
えた膜モジュールを第1段の膜モジュールから透過液側
と濃縮液側とに並列にして多段に配列し、第1段の膜モ
ジュールからの透過液を順次、透過液側の次段の膜モジ
ュールに供給し、濃縮液を前段の膜モジュールに戻すと
共に、第1段の膜モジュールからの濃縮液を順次、濃縮
液側の次段の膜モジュールに供給し、透過液を前段の膜
モジュールに戻すことによりそれぞれ最終段の膜モジュ
ールから透過液及び濃縮液を得、蒸留濃縮の経済レベル
である濃度以上迄エタノール水溶液を濃縮する逆浸透工
程と、蒸留操作によりエタノール水溶液を95重量%程度
迄濃縮する蒸留工程と、濃縮エタノールに酢酸又は無水
酢酸を加えて反応蒸留によりエステル化を行い、最終的
に酢酸エチルとして回収するエステル化工程とからなる
ことを特徴とする稀薄エタノールの回収法を提供するも
のである。
That is, the present invention provides an evaporative concentration step of evaporating and concentrating a dilute ethanol aqueous solution of 1% by weight or less by utilizing a salt effect, and a membrane module including a reverse osmosis membrane having a removal rate of 20 to 70% for ethanol. The permeate from the first-stage membrane module is arranged in parallel on the permeate side and the concentrate side in multiple stages, and the permeate from the first-stage membrane module is sequentially supplied to the next-stage membrane module on the permeate side for concentration. The liquid is returned to the membrane module of the previous stage, and the concentrated liquid from the membrane module of the first stage is sequentially supplied to the membrane module of the next stage on the concentrated liquid side, and the permeated liquid is returned to the membrane module of the previous stage, so that the final stage A reverse osmosis step of obtaining a permeate and a concentrated solution from the membrane module and concentrating the ethanol aqueous solution to a concentration equal to or higher than the economical level of distillation concentration, and a distillation step of concentrating the ethanol aqueous solution to about 95% by weight by a distillation operation. Perform esterification by reactive distillation with acetic acid or acetic anhydride in concentrated ethanol, finally there is provided a method of recovering dilute ethanol, characterized in that comprising the esterification step of recovering as ethyl acetate.

又、本発明は、1重量%以下の稀薄エタノール水溶液
を塩効果を利用して蒸発濃縮する蒸発濃縮工程と、エタ
ノールに対する除去率が20〜70%である逆浸透膜を備え
た膜モジュールを第1段の膜モジュールから透過液側と
濃縮液側とに並列にして多段に配列し、第1段の膜モジ
ュールからの透過液を順次、透過液側の次段の膜モジュ
ールに供給し、濃縮液を前段の膜モジュールに戻すと共
に、第1段の膜モジュールからの濃縮液を順次、濃縮液
側の次段の膜モジュールに供給し、透過液を前段の膜モ
ジュールに戻すことによりそれぞれ最終段の膜モジュー
ルから透過液及び濃縮液を得、蒸留濃縮の経済レベルで
ある濃度以上迄エタノール水溶液を濃縮する逆浸透工程
と、蒸留操作によりエタノール水溶液を95重量%程度迄
濃縮する蒸留工程と、共沸蒸留により脱水しエタノール
を回収する脱水工程とからなることを特徴とする稀薄エ
タノールの回収法をも提供するものである。
In addition, the present invention provides an evaporative concentration step of evaporating and concentrating a dilute ethanol aqueous solution of 1% by weight or less by utilizing a salt effect, and a membrane module provided with a reverse osmosis membrane having a removal rate of ethanol of 20 to 70%. The permeate from the first-stage membrane module is arranged in parallel on the permeate side and the concentrate side in multiple stages, and the permeate from the first-stage membrane module is sequentially supplied to the next-stage membrane module on the permeate side for concentration. The liquid is returned to the membrane module of the previous stage, and the concentrated liquid from the membrane module of the first stage is sequentially supplied to the membrane module of the next stage on the concentrated liquid side, and the permeated liquid is returned to the membrane module of the previous stage, so that the final stage A reverse osmosis step of obtaining a permeate and a concentrated solution from the membrane module and concentrating the ethanol aqueous solution to a concentration equal to or higher than the economical level of distillation concentration, and a distillation step of concentrating the ethanol aqueous solution to about 95% by weight by a distillation operation. There is provided also a method of recovering dilute ethanol, comprising the dehydration step of recovering the dehydrated ethanol with azeotropic distillation.

本発明者らは、上記の如き公知の組み合わせを最適化
することにより、従来、経済性がないとして、活性汚泥
処理等により廃棄処分されていたエタノールを有価物と
して、経済的に取り出すことができた。
By optimizing the above-mentioned known combinations, the present inventors can economically take out ethanol, which has been conventionally disposed of by sludge treatment or the like as a valuable resource, because it is not economical. It was

一般に回収の対象とされるエタノール水溶液は、1%
以上が常識であり、関連技術背景に述べた逆浸透法によ
る濃縮事例も、それ以下のものは、殆ど見当たらない。
エタノール水溶液を膜で濃縮する場合には、水が透過液
となるため、極めて薄い液を濃縮する場合には、プロセ
ス側の量が極端に減少する。このため、装置は、クリス
マスツリー型になるが、余りに薄い液に適用する場合に
は、分割数を多くとらないと、プロセス側のレイノズル
数が極端に低下し、透過流束が低下するばかりでなく、
低浸透圧領域で無用の圧がかかり、膜の圧密化が発生し
て透過流束を低下させる等の不利益が生ずる。従って、
1パスでの濃縮率には、自ずから限界が発生し、極めて
薄い1000ppm〜2000ppmの液を直接逆浸透法で濃縮するの
は、設備的に相当高価なものになると思われる。
Generally, the ethanol aqueous solution that is the object of recovery is 1%
The above is common sense, and there are almost no cases of concentration below the reverse osmosis method described in the background of related technology.
When the aqueous ethanol solution is concentrated with a membrane, water becomes the permeate, and therefore when the extremely thin liquid is concentrated, the amount on the process side is extremely reduced. For this reason, the device becomes a Christmas tree type, but when it is applied to a liquid that is too thin, unless the number of divisions is increased, the number of Reynolds on the process side extremely decreases, and the permeation flux only decreases. Without
Unnecessary pressure is applied in the low osmotic pressure region, which causes disadvantages such as consolidation of the membrane and reduction of the permeation flux. Therefore,
The concentration rate in one pass naturally has a limit, and it seems that it is considerably expensive in terms of equipment to directly concentrate an extremely thin solution of 1000 ppm to 2000 ppm by the reverse osmosis method.

以上の観点から、極めて薄いエタノール水溶液をその
まま逆浸透プロセスに導入することは、総合的にみて得
策とは考え難いことを鑑み、若干消費エネルギーは増加
するが、エタノール〜水の気液平衡が、濃度の低いとこ
ろで急激に立ち上がっている性質を利用して、逆浸透前
に一段の蒸発濃縮を導入することを検討した。
From the above viewpoint, introducing an extremely thin aqueous ethanol solution into the reverse osmosis process as it is is not considered to be a good idea comprehensively, but the energy consumption increases slightly, but the ethanol-water vapor-liquid equilibrium is Using the property of rapidly rising at a low concentration, we considered introducing a one-step evaporative concentration before reverse osmosis.

エタノール〜水の稀薄濃度領域に於ける気液平衡デー
タはほとんど測定例がなく、一般文献値を利用できない
ため、実測を行ったところ、図2のような結果を示し
た。即ち、高濃度(1%以上)領域で測定された気液平
衡に比べ、低濃度領域の気液平衡は2〜3倍程度高い気
相組成を示すことを見出した。又、本方式の場合、気相
濃度は高い程望ましいため、塩効果の利用を考え、塩
(MgSO4)の存在下での稀薄領域に於ける気液平衡を測
定したところ、図2のような結果を示した。即ち、塩の
ない系に比べ、2〜7割程度高い気相組成を示すことが
判明した。このことにより、2000ppm程度の稀薄エタノ
ール濃度領域に於いても、一段の蒸発操作により、500p
pm程度の液相濃度に対して、10000ppm程度の留出液を得
ることができる。これによりエタノールの回収率は50%
以上となり、処理液量も約1/10、濃度も5倍程度とな
り、逆浸透法での操作を大巾に有利に行えることが分か
った。又、実際の工業プロセスから出てくる稀薄エタノ
ール液は、他の微量成分や、塩等を含んでいるのが普通
であり、このまま逆浸透プロセスに導入した場合には、
不純物や塩の浸透圧が大きくなり、操作圧を大きくする
ため、エタノールの濃縮限界も低下し好ましくない。従
って、蒸発エネルギーがかかりこの工程では、不経済で
ある蒸発操作を導入し、蒸発で得られた留出液を逆浸透
工程に持ち込むことにより、上記問題を回避し、逆浸透
プロセスでの設備コストを節約し、ランニングコストを
下げ得、総合的にメリットを出せることを見出した。こ
のような塩効果を利用した蒸発濃縮工程において、塩の
濃度は特に限定されないが、飽和に近い程効果が高くな
る。
Since there are almost no measurement examples of gas-liquid equilibrium data in the dilute concentration range of ethanol to water, and general literature values cannot be used, actual measurement was performed, and the results shown in FIG. 2 were shown. That is, it was found that the vapor-liquid equilibrium in the low-concentration region exhibits a gas phase composition about 2-3 times higher than the vapor-liquid equilibrium measured in the high-concentration region (1% or more). In addition, in the case of this method, the higher the gas phase concentration is, the more the vapor effect is considered, and the vapor-liquid equilibrium in the dilute region in the presence of salt (MgSO 4 ) was measured considering the use of the salt effect. It showed a good result. That is, it was found that the gas phase composition was about 20 to 70% higher than that of the system without salt. As a result, even in a dilute ethanol concentration range of about 2000 ppm, 500 p
A distillate of about 10,000 ppm can be obtained for a liquid phase concentration of about pm. As a result, the recovery rate of ethanol is 50%.
From the above, it was found that the amount of the treatment liquid was about 1/10 and the concentration was about 5 times, and that the operation by the reverse osmosis method could be greatly advantageously performed. In addition, the dilute ethanol solution that comes out from the actual industrial process usually contains other trace components, salts, etc., and when introduced into the reverse osmosis process as it is,
Since the osmotic pressure of impurities and salts increases and the operating pressure increases, the concentration limit of ethanol also decreases, which is not preferable. Therefore, evaporation energy is applied, and in this step, an uneconomical evaporation operation is introduced, and the distillate obtained by evaporation is brought into the reverse osmosis step to avoid the above-mentioned problems, and the equipment cost in the reverse osmosis process. It has been found that the cost can be saved, the running cost can be reduced, and the overall merit can be brought out. In the evaporative concentration step utilizing such a salt effect, the concentration of the salt is not particularly limited, but the effect becomes higher as it approaches saturation.

蒸発操作で濃縮された留出液は、5000ppm以上であれ
ば、現在既に開発されている膜を利用した逆浸透法によ
り10%程度まで濃縮することが技術的に可能であり、蒸
留操作に比べて、有利になる。従って、プロセスとして
は、蒸発操作〜逆浸透の組み合わせにより、10%程度ま
で濃縮するプロセスが採用される。
If the distillate concentrated by the evaporation operation is 5000 ppm or more, it is technically possible to concentrate up to about 10% by the reverse osmosis method using a membrane that has already been developed. It will be advantageous. Therefore, as the process, a process of concentrating up to about 10% by a combination of evaporation operation and reverse osmosis is adopted.

本発明における逆浸透工程は、エタノールに対する除
去率が20〜70%である逆浸透膜を備えた膜モジュールを
第1段の膜モジュールから透過液側と濃縮液側とに並列
にして多段に配列し、第1段の膜モジュールからの透過
液を順次、透過液側の次段の膜モジュールに供給し、濃
縮液を前段の膜モジュールに戻すと共に、第1段の膜モ
ジュールからの濃縮液を順次、濃縮液側の次段の膜モジ
ュールに供給し、透過液を前段の膜モジュールに戻すこ
とによりそれぞれ最終段の膜モジュールから透過液及び
濃縮液を得る多段逆浸透工程が採用される。このような
多段逆浸透工程の好ましい実施態様を図3に基づいて説
明する。
In the reverse osmosis step of the present invention, a membrane module equipped with a reverse osmosis membrane having a removal rate for ethanol of 20 to 70% is arranged in multiple stages from the first stage membrane module in parallel with the permeate side and the concentrate side. Then, the permeate from the first-stage membrane module is sequentially supplied to the next-stage membrane module on the permeate side, the concentrated solution is returned to the preceding membrane module, and the concentrated solution from the first-stage membrane module is removed. A multi-stage reverse osmosis process is adopted in which the permeated liquid and the concentrated liquid are sequentially supplied to the next-stage membrane module on the side of the concentrated liquid and the permeated liquid is returned to the preceding membrane module to obtain the permeated liquid and the concentrated liquid, respectively. A preferred embodiment of such a multi-stage reverse osmosis process will be described with reference to FIG.

図3に示す多段逆浸透工程は、第1段の膜モジュール
15と次段の膜モジュール16とによって透過液側を2段に
直列に接続すると共に、濃縮液側についても、第1段の
膜モジュール15を含めて、膜モジュール17〜21によって
6段に直列に接続し、これら透過液側と濃縮液側とを合
計7段に接続してなる。本発明の多段逆浸透工程におけ
る透過液側、濃縮液側の膜モジュールの段数は特に限定
されず任意に選ぶことができる。
The multi-stage reverse osmosis process shown in FIG.
The permeate side is connected in two stages in series by 15 and the membrane module 16 in the next stage, and the concentrate side is also connected in six stages by the membrane modules 17 to 21 including the membrane module 15 in the first stage. And the permeated liquid side and the concentrated liquid side are connected in a total of 7 stages. The number of stages of the permeate-side and concentrate-side membrane modules in the multi-stage reverse osmosis process of the present invention is not particularly limited and can be arbitrarily selected.

図3に示す多段逆浸透工程においては、先ず蒸発濃縮
工程から得られた希薄エタノール水溶液がポンプ22にて
第1段の膜モジュール15に供給され、その透過液はポン
プ23にて透過液側の第2段の膜モジュール16に供給さ
れ、他方、濃縮液は、ポンプ24にて濃縮液側の第2段の
膜モジュール17に供給される。透過液側の第2段の膜モ
ジュール16からの透過液は最終的に回収され、濃縮液は
前段の膜モジュール15に戻される。
In the multi-stage reverse osmosis process shown in FIG. 3, first, the dilute ethanol aqueous solution obtained from the evaporative concentration process is supplied to the first-stage membrane module 15 by the pump 22, and the permeate thereof is pumped to the permeate side. The concentrate is supplied to the membrane module 16 of the second stage, while the concentrate is supplied to the membrane module 17 of the second stage on the concentrate side by the pump 24. The permeate from the second-stage membrane module 16 on the permeate side is finally recovered, and the concentrated liquid is returned to the preceding membrane module 15.

他方、第1段の膜モジュール15からの濃縮液は、ポン
プ24にて濃縮液側の第2段の膜モジュール17に供給さ
れ、この第2段の膜モジュール17からの透過液は、前
段、即ち、第1段の膜モジュール15に戻される。濃縮液
側の第2段の膜モジュール17からの濃縮液は、ポンプ25
にて次段、即ち、第3段の膜モジュール18に供給され、
第3段の膜モジュール18からの透過液は、前段、即ち、
第2段の膜モジュール17に戻される。このようにして、
濃縮液は、第1段の膜モジュール15から濃縮液側の膜モ
ジュール17〜21を多段に直列に通過して、最終段の膜モ
ジュール21から所要の高濃度で得られる。
On the other hand, the concentrated liquid from the first-stage membrane module 15 is supplied to the concentrated liquid-side second-stage membrane module 17 by the pump 24, and the permeated liquid from the second-stage membrane module 17 is That is, it is returned to the membrane module 15 of the first stage. The concentrated liquid from the second-stage membrane module 17 on the concentrated liquid side is pump 25
Is supplied to the next stage, that is, the third stage membrane module 18,
The permeate from the third-stage membrane module 18 is
It is returned to the second stage membrane module 17. In this way,
The concentrated liquid is passed from the first-stage membrane module 15 through the concentrated liquid-side membrane modules 17 to 21 in multiple stages in series, and is obtained from the final-stage membrane module 21 at a required high concentration.

以上のように、本発明の多段逆浸透工程においては、
第1段の膜モジュールから透過液側と濃縮液側とにそれ
ぞれ多段に膜モジュールを接続し、透過液側において
は、それぞれの段の透過液を次段の膜モジュールに供給
すると共に、濃縮液を前段の膜モジュールに戻し、他
方、濃縮液側では、それぞれの段の濃縮液を次段の膜モ
ジュールに供給すると共に、透過液を前段の膜モジュー
ルに戻し、それぞれ最終段の膜モジュールから透過液及
び濃縮液を得るものである。
As described above, in the multistage reverse osmosis step of the present invention,
The membrane module is connected in multiple stages from the first-stage membrane module to the permeate side and the concentrate side, and on the permeate side, the permeate of each stage is supplied to the next-stage membrane module, and Is returned to the previous membrane module.On the other hand, on the concentrate side, the concentrated solution of each stage is supplied to the next membrane module, and the permeate is returned to the previous membrane module, and the permeate is returned from the last membrane module. A liquid and a concentrate are obtained.

このような逆浸透膜工程に用いる逆浸透膜は、エタノ
ールに対する除去率が20〜70%と比較的低いので、いず
れの段の膜モジュールについても、これに供給されるエ
タノール水溶液と透過液との間の濃度差はそれほど大き
くはなく、従って、原料エタノール水溶液と透過液との
間の浸透圧の差もそれぼど大きくはない。その結果とし
て、このような多段逆浸透工程によれば、いずれの段に
おいても、それほど大きい操作圧力を必要としないで、
逆浸透処理による水溶液の濃縮処理を行うことができ、
このように各段においては、比較的低い操作圧力にて多
段に順次に濃縮処理を行いながら、最終的に高濃度の濃
縮エタノール水溶液を得ることができる。
Since the reverse osmosis membrane used in such a reverse osmosis membrane process has a relatively low removal rate for ethanol of 20 to 70%, the ethanol aqueous solution and the permeated liquid supplied to the membrane module at any stage are The difference in concentration between them is not so large, and therefore the difference in osmotic pressure between the raw material ethanol aqueous solution and the permeate is not so large. As a result, such a multi-stage reverse osmosis process does not require so large operating pressure in any stage,
Concentration treatment of aqueous solution by reverse osmosis treatment can be performed,
As described above, in each stage, a concentrated ethanol aqueous solution having a high concentration can be finally obtained while sequentially performing the concentration process in multiple stages at a relatively low operating pressure.

本発明に用いられる逆浸透膜としては、酢酸セルロー
ス膜、架橋複合膜等が挙げられ、具体的には特開昭58−
40486号、特開昭54−107882号、特開昭56−40403号、特
開昭55−147106号、特開昭58−64102号等の各公報に見
られるポリアミド、ポリイミド、ポリエーテル、ポリビ
ニルアルコール系の膜を使用することができる。これら
の膜は平膜状、管状、中空糸状、スパイラル状等、各種
形状の膜モジュールとして用いることができる。
Examples of the reverse osmosis membrane used in the present invention include a cellulose acetate membrane, a crosslinked composite membrane, and the like.
40486, JP-A-54-107882, JP-A-56-40403, JP-A-55-147106, and polyamides, polyimides, polyethers, and polyvinyl alcohols found in JP-A-58-64102 and the like. System-based membranes can be used. These membranes can be used as membrane modules of various shapes such as a flat membrane, a tube, a hollow fiber, and a spiral.

逆浸透工程で10%程度まで濃縮されたエタノール液
は、通常の蒸留操作により、簡単に95%程度に迄濃縮す
ることが可能である。95%迄濃縮されたエタノール液
は、一般には、ベンゼン等の第3成分を加えて、共沸蒸
留により脱水し、エタノールを99%以上の濃度で回収す
ることが考えられるが、ベンゼン/水の共沸温度70℃に
比べて、エタノールの沸点が78℃であり、本分離に於け
る限界成分間の沸点差が僅か8℃しかないため、実際に
は、相当な分離段数が要求される。
The ethanol solution concentrated to about 10% in the reverse osmosis process can be easily concentrated to about 95% by a normal distillation operation. It is generally considered that an ethanol solution concentrated to 95% is dehydrated by azeotropic distillation by adding a third component such as benzene to recover ethanol at a concentration of 99% or more. Since the boiling point of ethanol is 78 ° C. as compared with the azeotropic temperature of 70 ° C., and the difference in boiling points between the limiting components in this separation is only 8 ° C., a considerable number of separation stages is actually required.

本発明者は、上記により、相当な分離段数を設けて、
エタノールを回収することもできるが、状況により必ず
しも、エタノールとして回収する必要のないケースもあ
り得ることを想定し、有価物として回収する場合に、エ
タノールを系内でエステル化して、酢酸エチル等に変化
させることにより、分離の容易さが大きく変化すること
に着目し、最終濃縮工程をエステル化塔にする方法を組
み合わせることにより、低コストで、エタノールを回収
しうることを見出し、前記と合わせて、プロセスを構成
し、本発明を完成したものである。
The present inventor has provided a considerable number of separation stages as described above,
Although ethanol can be recovered, it is assumed that it may not always be necessary to recover it as ethanol depending on the situation.When recovering valuables, ethanol is esterified in the system and converted to ethyl acetate or the like. Focusing on the fact that the ease of separation changes significantly by changing it, we found that ethanol can be recovered at low cost by combining the method of making the final concentration step an esterification column, and in addition to the above The present invention completes the present invention by configuring a process.

本発明の方法に基づく稀薄エタノール回収の基本構成
を図1に示す。
The basic structure of the dilute ethanol recovery based on the method of the present invention is shown in FIG.

以下、本工程を図1に従って説明する。 Hereinafter, this step will be described with reference to FIG.

1%以下の稀薄エタノール水溶液1は、蒸発器2に仕
込まれ、その仕込濃度に応じた適正量が蒸発留去され、
ストリーム3になる。この時、蒸発に必要な加熱源とし
ては、通常の低圧蒸気等の利用以外に、省エネルギーの
立場から、低温低品位のエネルギーを有効利用すること
も可能であり、その場合には、蒸発器2は、若干の減圧
操作になる。蒸発率については、例えば、2000ppmのエ
タノール液を処理する場合には、硫酸マグネシウム等を
添加することにより、約15%を留出させることにより、
1000ppmの留出液を得ることが可能である。
Dilute aqueous ethanol solution 1 of 1% or less is charged into an evaporator 2, and an appropriate amount according to the concentration of the charge is evaporated and distilled off.
It becomes stream 3. At this time, as the heating source necessary for evaporation, in addition to the usual use of low-pressure steam or the like, it is also possible to effectively use low-temperature low-grade energy from the viewpoint of energy saving. In that case, the evaporator 2 Is a slight depressurization operation. Regarding the evaporation rate, for example, when treating an ethanol solution of 2000 ppm, by adding magnesium sulfate or the like to distill about 15%,
It is possible to obtain a distillate of 1000 ppm.

塩効果により、通常のエタノール〜水の気液平衡より
大巾に改善された気液平衡関係に基づいて濃縮されたエ
タノール水溶液を多段逆浸透工程4に導入する。
Due to the salt effect, the concentrated aqueous ethanol solution is introduced into the multi-stage reverse osmosis step 4 on the basis of the gas-liquid equilibrium relationship which is greatly improved over the normal ethanol-water gas-liquid equilibrium.

多段逆浸透工程4では、リジェクションをできる限り
高く保てる範囲内で、エタノール回収率を高く保って5
%以上の濃度迄濃縮する。この時の操作条件は、使用す
る膜により大きく変化するので、膜の選択は重要であ
る。
In the multi-stage reverse osmosis process 4, keep the ethanol recovery rate high within the range where the rejection can be kept as high as possible.
Concentrate to a concentration of over%. Since the operating conditions at this time vary greatly depending on the membrane used, selection of the membrane is important.

逆浸透工程4で5%以上に濃縮されたエタノール液5
は、エタノール濃縮塔6で約95%迄濃縮される。エタノ
ール〜水の気液平衡は、タンジェント・アゼオトロープ
(tangent azeotrope)を有するため、95%以上の濃縮
はできない。濃縮塔6の必要還流比は、ストリーム5の
エタノール濃度に左右されるので、ストリーム5のエタ
ノール濃度は高い方がよい。
Ethanol solution 5 concentrated to 5% or more in reverse osmosis step 4
Is concentrated to about 95% in the ethanol concentration tower 6. Since the ethanol-water vapor-liquid equilibrium has a tangent azeotrope, it cannot be concentrated to 95% or more. Since the required reflux ratio of the concentrating column 6 depends on the ethanol concentration of the stream 5, the higher the ethanol concentration of the stream 5, the better.

エタノール濃縮塔6で濃縮されたエタノールは60〜95
%程度の濃度になるが、そのままベンゼン、酢酸エチル
等の第三成分による共沸蒸留により脱水し、エタノール
を回収することも可能だが、図1に示すように、エステ
ル化塔11に仕込んで酢酸エチルとして回収することも可
能である。この場合には、ストリーム8より硫酸、酢酸
を予備反応槽9に仕込み、ストリーム7と予備反応させ
た後エステル化塔11に仕込むか、又はそのままエステル
化塔11に直接仕込んでもよい。
The ethanol concentrated in the ethanol concentration tower 6 is 60 to 95
Although the concentration will be about%, it is also possible to dehydrate it by azeotropic distillation with a third component such as benzene and ethyl acetate to recover ethanol, but as shown in FIG. It is also possible to recover as ethyl. In this case, sulfuric acid and acetic acid may be charged from the stream 8 into the preliminary reaction tank 9 and preliminarily reacted with the stream 7 and then charged into the esterification tower 11, or may be directly charged into the esterification tower 11 as it is.

予備反応槽9により、一部エステル化した液10はエス
テル化塔11に仕込まれ、エステル化されて塔頂より酢酸
エチル/水の共沸で留出する。留出液は、デカンター12
で分相して、上層液13として回収される。
The partially esterified liquid 10 is charged into the esterification tower 11 by the preliminary reaction tank 9, is esterified, and is distilled off azeotropically with ethyl acetate / water from the top of the tower. The distillate is a decanter 12
And the phase is separated and recovered as the upper layer liquid 13.

〔実施例〕〔Example〕

以下、実施例により本発明を更に詳細に説明するが、
本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail by examples,
The present invention is not limited to these examples.

実施例1 本発明の製造プロセスにおいて、図4に示すような蒸
発器2、多段逆浸透工程4、エタノール濃縮塔6、予備
反応槽9、エステル化塔11及びデカンター12のまわりの
物質収支を測定した。
Example 1 In the manufacturing process of the present invention, the material balance around the evaporator 2, the multi-stage reverse osmosis step 4, the ethanol concentration tower 6, the preliminary reaction tank 9, the esterification tower 11 and the decanter 12 as shown in FIG. 4 was measured. did.

即ち、0.12%のエタノール水溶液に硫酸マグネシウム
0.80%及び酢酸0.03%を添加して、蒸発器2により蒸発
濃縮した後、多段逆浸透工程4、更にエタノール濃縮塔
6により濃縮したエタノール濃縮液を、予備反応槽9、
エステル化塔11によりエステル化して酢酸エチルとして
回収した時の図4に示す(a)〜(q)の各点における
エタノール、酢酸エチル、酢酸、水、硫酸マグネシウ
ム、硫酸の濃度及び流速を測定した。
That is, 0.12% ethanol solution in magnesium sulfate
0.80% and acetic acid 0.03% were added, and after the mixture was evaporated and concentrated by the evaporator 2, the multi-stage reverse osmosis step 4, and the ethanol concentrated liquid concentrated by the ethanol concentration tower 6 were added to the preliminary reaction tank 9,
The concentrations and flow rates of ethanol, ethyl acetate, acetic acid, water, magnesium sulfate, and sulfuric acid at the points (a) to (q) shown in FIG. 4 when esterified by the esterification tower 11 and recovered as ethyl acetate were measured. .

尚、多段逆浸透工程で用いた膜はポリアミド系でスパ
イラル状のもの(GRA−98;フィルムテック社製)であ
る。
The membrane used in the multi-stage reverse osmosis step is a polyamide-based spiral membrane (GRA-98; manufactured by Filmtec).

結果を表1に示す。 Table 1 shows the results.

実施例2 実施例1で用いた多段逆浸透工程4の各膜モジュール
のまわりの物質収支を測定した。
Example 2 The mass balance around each membrane module of the multi-stage reverse osmosis step 4 used in Example 1 was measured.

即ち、図5に示すような(a)〜(t)の各点におけ
るエタノール、酢酸エチル、酢酸、水、硫酸マグネシウ
ムの濃度及び流速を測定した。
That is, the concentrations and flow rates of ethanol, ethyl acetate, acetic acid, water, and magnesium sulfate at each point (a) to (t) shown in FIG. 5 were measured.

結果を表2に示す。 Table 2 shows the results.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

図1は本発明の方法に基づく稀薄エタノール回収の工程
図、図2はエタノール〜水系及びエタノール〜水〜MgSO
4系の稀薄濃度領域に於ける気液平衡を示すグラフ、図
3は本発明の方法に用いる多段逆浸透工程の一例を示す
略示図、図4及び図5はそれぞれ実施例1及び2の物質
収支の測定点を示す図である。 1:稀薄エタノール、2:蒸発器 4:多段逆浸透工程、6:エタノール濃縮塔 9:予備反応槽、11:エステル化塔 12:デカンター 15〜21:膜モジュール 22〜28:ポンプ
FIG. 1 is a process diagram of dilute ethanol recovery based on the method of the present invention, and FIG. 2 is ethanol-water system and ethanol-water-MgSO 4.
4 is a graph showing vapor-liquid equilibrium in a dilute concentration region of 4 systems, FIG. 3 is a schematic diagram showing an example of a multi-stage reverse osmosis process used in the method of the present invention, and FIGS. 4 and 5 are graphs of Examples 1 and 2, respectively. It is a figure which shows the measurement point of material balance. 1: Dilute ethanol, 2: Evaporator 4: Multi-stage reverse osmosis process, 6: Ethanol concentration tower 9: Preliminary reaction tank, 11: Esterification tower 12: Decanter 15-21: Membrane module 22-28: Pump

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】1重量%以下の稀薄エタノール水溶液を塩
効果を利用して蒸発濃縮する蒸発濃縮工程と、エタノー
ルに対する除去率が20〜70%である逆浸透膜を備えた膜
モジュールを第1段の膜モジュールから透過液側と濃縮
液側とに並列にして多段に配列し、第1段の膜モジュー
ルからの透過液を順次、透過液側の次段の膜モジュール
に供給し、濃縮液を前段の膜モジュールに戻すと共に、
第1段の膜モジュールからの濃縮液を順次、濃縮液側の
次段の膜モジュールに供給し、透過液を前段の膜モジュ
ールに戻すことによりそれぞれ最終段の膜モジュールか
ら透過液及び濃縮液を得、蒸留濃縮の経済レベルである
濃度以上迄エタノール水溶液を濃縮する逆浸透工程と、
蒸留操作によりエタノール水溶液を95重量%程度迄濃縮
する蒸留工程と、濃縮エタノールに酢酸又は無水酢酸を
加えて反応蒸留によりエステル化を行い、最終的に酢酸
エチルとして回収するエステル化工程とからなることを
特徴とする稀薄エタノールの回収法。
1. A membrane module comprising an evaporative concentration step of evaporating and concentrating a dilute ethanol aqueous solution of 1% by weight or less by utilizing a salt effect, and a membrane module equipped with a reverse osmosis membrane having a removal rate of 20 to 70% for ethanol. The permeated liquid from the first-stage membrane module is sequentially supplied to the next-stage membrane module on the permeated liquid side by sequentially arranging the permeated liquid from the first-stage membrane module in parallel with the permeated liquid side and the concentrated liquid side in parallel. Back to the previous membrane module,
The concentrate from the first-stage membrane module is sequentially supplied to the next-stage membrane module on the concentrate side, and the permeate is returned to the previous-stage membrane module, so that the permeate and the concentrate are obtained from the final-stage membrane module, respectively. A reverse osmosis step of concentrating the aqueous ethanol solution to a concentration equal to or higher than the economical level of distillation and concentration.
It consists of a distillation step of concentrating the ethanol aqueous solution to about 95% by weight by a distillation operation, and an esterification step of adding acetic acid or acetic anhydride to concentrated ethanol to effect esterification and finally recovering as ethyl acetate. A method for recovering dilute ethanol characterized by.
【請求項2】1重量%以下の稀薄エタノール水溶液を塩
効果を利用して蒸発濃縮する蒸発濃縮工程と、エタノー
ルに対する除去率が20〜70%である逆浸透膜を備えた膜
モジュールを第1段の膜モジュールから透過液側と濃縮
液側とに並列にして多段に配列し、第1段の膜モジュー
ルからの透過液を順次、透過液側の次段の膜モジュール
に供給し、濃縮液を前段の膜モジュールに戻すと共に、
第1段の膜モジュールからの濃縮液を順次、濃縮液側の
次段の膜モジュールに供給し、透過液を前段の膜モジュ
ールに戻すことによりそれぞれ最終段の膜モジュールか
ら透過液及び濃縮液を得、蒸留濃縮の経済レベルである
濃度以上迄エタノール水溶液を濃縮する逆浸透工程と、
蒸留操作によりエタノール水溶液を95重量%程度迄濃縮
する蒸留工程と、共沸蒸留により脱水しエタノールを回
収する脱水工程とからなることを特徴とする稀薄エタノ
ールの回収法。
2. A first membrane module comprising an evaporative concentration step of evaporating and concentrating a dilute ethanol aqueous solution of 1% by weight or less by utilizing a salt effect, and a reverse osmosis membrane having a removal rate for ethanol of 20 to 70%. The permeated liquid from the first-stage membrane module is sequentially supplied to the next-stage membrane module on the permeated liquid side by sequentially arranging the permeated liquid from the first-stage membrane module in parallel with the permeated liquid side and the concentrated liquid side in parallel. Back to the previous membrane module,
The concentrate from the first-stage membrane module is sequentially supplied to the next-stage membrane module on the concentrate side, and the permeate is returned to the previous-stage membrane module, so that the permeate and the concentrate are obtained from the final-stage membrane module, respectively. A reverse osmosis step of concentrating the aqueous ethanol solution to a concentration equal to or higher than the economical level of distillation and concentration.
A method for recovering dilute ethanol, comprising a distillation step of concentrating an aqueous ethanol solution to about 95% by weight by a distillation operation, and a dehydration step of dehydrating by azeotropic distillation to recover ethanol.
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