JP7525766B2 - Membrane-type disinfectant ethanol production system - Google Patents
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Description
本発明は、膜分離による消毒用エタノール製造システムに関するものである。 The present invention relates to a system for producing ethanol for disinfection using membrane separation.
膜分離は将来の化学プロセスを簡略化する技術として近年導入が期待されており、特に、化学プロセスにおいて最もエネルギー消費の大きい蒸留プロセスに膜分離を導入することで、大きな省エネルギー効果が見込まれている。 Membrane separation has been expected to be introduced in recent years as a technology that will simplify future chemical processes. In particular, the introduction of membrane separation to the distillation process, which is the most energy-intensive process in chemical processes, is expected to result in significant energy savings.
例えば特許文献１には、蒸留とゼオライト分離膜を組み合わせたハイブリッドプロセスにより、エタノールなどの水溶性有機物の脱水において、従来の蒸留のみによる脱水に比べて省エネルギー化できる技術が開示されている。 For example, Patent Document 1 discloses a hybrid process that combines distillation and a zeolite separation membrane to reduce energy consumption when dehydrating water-soluble organic substances such as ethanol, compared to conventional dehydration using only distillation.
また特許文献2では、各種蒸留と膜分離を組み合わせたハイブリッドプロセスを検討し、用いる分離膜の最適条件を解析により示している。 In addition, Patent Document 2 examines a hybrid process that combines various types of distillation with membrane separation, and presents the optimal conditions for the separation membrane to be used through analysis.
しかしながら、上記特許文献に記載の方法はいずれも相応の設備投資を要する比較的大型の工業プロセスへの適用を想定している。そのためオンサイトでの小規模な分離ニーズではしばしばオーバースペックとなり、コストが釣り合わず不向きである。 However, the methods described in the above patent documents are all intended for application to relatively large industrial processes that require a significant investment in equipment. As a result, they are often over-specified for small-scale on-site separation needs, and are unsuitable due to the cost disproportionate to the requirements.
例えば低濃度エタノール（エタノール濃度５から４０vol％）を新型コロナウィルス抑制に有効な消毒用エタノール（エタノール濃度７０から８３vol％）に転換・利用したい場合、オンサイトで所望のエタノール濃度にすぐに調整できる分離システムがあれば、非常に便利である。
For example, if you want to convert low-concentration ethanol (
本発明の目的は、オンサイトにおける小規模な分離ニーズに対応するため、簡素で省スペース・省エネルギー化が可能な消毒用エタノール製造システムを提供することにある。 The object of the present invention is to provide a simple, space-saving, and energy-saving system for producing ethanol for disinfection in order to meet small-scale on-site separation needs.
上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、膜分離による消毒用エタノール（エタノール濃度７０から８３vol％）製造システムであって、処理液（低濃度エタノール（エタノール濃度５から４０vol％））を一次加熱する熱交換器と、前記一次加熱器で加熱された処理液を二次加熱する熱交換器と、前記二次加熱器からの処理液を三次加熱して蒸発させる蒸発器と、前記蒸発器からの蒸気状態の処理液が供給される膜モジュールと、前記膜モジュールに搭載した分離膜と、エタノール濃度計と、を備え、
処理液は前記蒸気発生器にて１２０から２００℃の範囲に加熱、加圧され、固体残渣成分を除去した蒸気状態にて前記分離膜の一次側に供給され、
前記分離膜の二次側（膜透過側）は常圧状態で、処理蒸気の水分が蒸気として優先的に前記分離膜を透過することで処理蒸気のエタノール濃度を高め、蒸気として膜透過した成分の熱エネルギーを前記処理液を一次加熱する熱交換器にて回収し、
前記膜モジュールの保持側（非透過側）から排出されるエタノール濃縮蒸気の熱エネルギーを前記処理液を二次加熱する熱交換器にて回収し、液体状態となった処理液を前記エタノール濃度計で計測し、
前記分離膜は、
前記エタノール濃度計によるエタノール濃度が、７０から８３vol％よりも小さい場合は、膜運転温度が上昇させられ、７０から８３vol％よりも大きい場合は、膜運転温度が低下させられることを特徴としている。
In order to achieve the above object, the invention of claim 1 is a system for producing disinfectant ethanol (ethanol concentration 70 to 83 vol%) by membrane separation, which is equipped with a heat exchanger that primarily heats a treatment liquid (low-concentration ethanol (
The treatment liquid is heated and pressurized in the range of 120 to 200° C. in the steam generator, and supplied in a vapor state from which solid residue components have been removed to the primary side of the separation membrane;
The secondary side (membrane permeation side) of the separation membrane is under normal pressure, and the moisture in the treated steam preferentially permeates the separation membrane as steam to increase the ethanol concentration of the treated steam, and the thermal energy of the components that permeate the membrane as steam is recovered in a heat exchanger that primarily heats the treated liquid,
The thermal energy of the concentrated ethanol vapor discharged from the retention side (non-permeation side) of the membrane module is recovered in a heat exchanger that secondarily heats the treated liquid, and the ethanol concentration of the liquid treated liquid is measured with the ethanol concentration meter.
The separation membrane is
When the ethanol concentration measured by the ethanol concentration meter is less than 70 to 83 vol.%, the membrane operating temperature is increased, and when the ethanol concentration is more than 70 to 83 vol.%, the membrane operating temperature is decreased.
請求項２の発明は、請求項１記載の消毒用エタノール製造システムであって、前期分離膜の分離層が-Si-C2H4-Si-結合を有するシリカ系無機有機ハイブリッドの蒸気分離膜であることを特徴としている。 The invention of claim 2 is a disinfectant ethanol production system according to claim 1, characterized in that the separation layer of the separation membrane is a silica-based inorganic-organic hybrid steam separation membrane having a -Si- C2H4 - Si- bond.
請求項１の発明は、膜分離による消毒用エタノール（エタノール濃度７０から８３vol％）製造システムであって、処理液（低濃度エタノール（エタノール濃度５から４０vol％））を一次加熱する熱交換器と、二次加熱する熱交換器と、三次加熱する蒸発器と、膜モジュールに搭載した分離膜と、エタノール濃度計と、を備え、処理液は前記蒸気発生器にて１２０から２００℃の範囲に加熱、加圧され、固体残渣成分を除去した蒸気状態にて前記分離膜の一次側に供給され、前記分離膜の二次側（膜透過側）は常圧状態で、処理蒸気の水分が蒸気として優先的に前記分離膜を透過することで処理蒸気のエタノール濃度を高め、蒸気として膜透過した成分の熱エネルギーを前記処理液を一次加熱する熱交換器にて回収し、膜モジュールの保持側（非透過側）から排出されるエタノール濃縮蒸気の熱エネルギーを前記処理液を二次加熱する熱交換器にて回収することを特徴とするもので、請求項１の発明によれば、膜透過を促進する駆動力となる熱エネルギーを、熱交換器及び蒸発器より供給すると同時に、熱交換器により膜透過成分とエタノール濃縮蒸気の熱エネルギーを回収を同時に達成できるという効果を奏する。これにより一般的に用いられる真空ポンプ、チラー、コンプレッサー等を本発明では必要とせず、必要な熱エネルギーも最小化できるため、小型化・低コスト化が可能となる。また固体残渣成分を除去した蒸気状態にて前記分離膜の一次側に供給し、膜モジュールの分離膜における一次側作動条件を温度１２０から２００℃の範囲、加圧条件で運転することで、高いエタノール濃縮効果を発揮させることができるという効果を奏する。またエタノール濃度計により、所定のエタノール濃度（７０から８３vol％）となるように、運転温度を微調整できるという効果を奏する。
The invention of claim 1 is a system for producing disinfectant ethanol (ethanol concentration 70 to 83 vol%) by membrane separation, which is equipped with a heat exchanger for primary heating of the treatment liquid (low-concentration ethanol (
請求項２の発明は、請求項１記載の消毒用エタノール製造システムであって、前期分離膜の分離層が-Si-C2H4-Si-結合を有するシリカ系無機有機ハイブリッドの蒸気分離膜であることを特徴としており、請求項２の発明によれば、安定的に高いエタノール濃縮効果を発揮させることができるという効果を奏する。 The invention of claim 2 is a disinfectant ethanol production system as described in claim 1, characterized in that the separation layer of the separation membrane is a silica-based inorganic-organic hybrid steam separation membrane having a -Si- C2H4 -Si- bond, and according to the invention of claim 2, it has the effect of being able to exert a stable and high ethanol concentration effect.
つぎに、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings, but the present invention is not limited to these.
図１を参照すると、本発明の消毒用エタノール（エタノール濃度７０から８３vol％）製造システムは、処理液タンク１から送液ポンプ２により送液される処理液３（低濃度エタノール（エタノール濃度５から４０vol％））は、一次加熱する熱交換器４と、二次加熱する熱交換器５と、三次加熱する蒸発器６により温度１２０から２００℃の範囲、加圧条件の蒸気状態とすることで、処理液中に混在している固体成分を残渣受槽７から粉末残渣８として排出するとともに、過熱蒸気状態とした低濃度エタノール蒸気９を膜モジュール１０に搭載した分離膜１１の一次側に供給する。分離膜１１において、膜透過側に水分を主成分とする膜透過蒸気１２、膜モジュールの保持側（非透過側）にエタノール濃縮蒸気１３をそれぞれ分離し、エタノール濃縮蒸気１３は熱交換器５にて熱エネルギーを回収・冷却後、液体状態１４となり、エタノール濃度計１５にてエタノール濃度を確認後、製品タンク１６へ貯蔵し、一方で、膜透過側は常圧状態で、膜透過蒸気の熱エネルギーは熱交換器４にて回収し、液体状態１７にて排水することを特徴としている。
ここで、分離膜の一次側に供給する低濃度エタノール原料は、固体残渣成分を除去した１２０から２００℃の範囲の蒸気状態にて供給することが望ましい。１２０℃未満だと十分なエタノール濃縮効果が得られず、また２００℃より高温だと必要以上にエタノールを濃縮したり、装置を構成する部品が耐熱仕様となり、装置コストが増大する。分離膜の一次側の操作圧力は、原料エタノール水の所定の運転温度における蒸気圧を越えない範囲で、出来るだけ高圧で運転することが望ましい。蒸気圧が１M Paを超える場合は、安全性の観点から１M Pa以下の範囲で運転することが望ましい。
エタノール濃度計１５にて製造されるエタノール濃度を確認し、所定のエタノール濃度（７０から８３vol％）よりもエタノール濃度が小さい場合は膜運転温度を上昇させ、所定のエタノール濃度（７０から８３vol％）よりもエタノール濃度が大きい場合は膜運転温度を低下させる。
Referring to FIG. 1, in the disinfectant ethanol (ethanol concentration 70 to 83 vol%) manufacturing system of the present invention, the treated liquid 3 (low-concentration ethanol (
Here, the low-concentration ethanol raw material to be supplied to the primary side of the separation membrane is desirably supplied in a vapor state in the range of 120 to 200°C from which solid residue components have been removed. If the temperature is lower than 120°C, sufficient ethanol concentration effect cannot be obtained, and if the temperature is higher than 200°C, ethanol is concentrated more than necessary, or the components constituting the device have to be heat-resistant, which increases the cost of the device. It is desirable to operate the primary side of the separation membrane at a pressure as high as possible without exceeding the vapor pressure of the raw material ethanol water at a specified operating temperature. If the vapor pressure exceeds 1 MPa, it is desirable to operate the device at a pressure of 1 MPa or less from the viewpoint of safety.
The ethanol concentration produced is checked using an
ここで、本発明で用いる分離膜としては耐久性に優れたゼオライト膜やシリカ系分離膜を用いることができる。膜耐久性及び水透過分離性能の観点から、特に分離層が-Si-C2H4-Si-結合を有するシリカ系無機有機ハイブリッドの蒸気分離膜を用いることが好ましい。 Here, the separation membrane used in the present invention may be a zeolite membrane or a silica-based separation membrane, which are excellent in durability. From the viewpoint of membrane durability and water permeation and separation performance, it is particularly preferable to use a silica-based inorganic-organic hybrid steam separation membrane in which the separation layer has a -Si- C2H4 - Si- bond.
蒸気分離膜の基材としては、セラミクス等の無機多孔質基材、耐熱性高分子膜等の有機多孔質基材、ステンレス等金属基材等、 工業的な使用に耐え得る機械的強度を有するものが用いられる。無機多孔質基材として、例えばα-アルミナ、γ-アルミナ、ムライト、ジルコニア、チタニア、炭化ケイ素、或いはこれらの複合物からなるセラミクスが挙げられる。 The substrate for the vapor separation membrane may be an inorganic porous substrate such as ceramics, an organic porous substrate such as a heat-resistant polymer membrane, or a metal substrate such as stainless steel, and may have mechanical strength sufficient for industrial use. Examples of inorganic porous substrates include ceramics made of α-alumina, γ-alumina, mullite, zirconia, titania, silicon carbide, or composites of these.
無機多孔質基材である場合、無機多孔質基材と無機有機ハイブリッド蒸気分離膜との間に 中間層が設けられた3層構造であることが好ましい。中間層の細孔径は、無機多孔質基材の細孔径よりも小さく、無機有機ハイブリッド分離膜の細孔径よりも大きいことが好ましい。中間層を構成する物質は限定されないが、一例としてシリカ-ジルコニア、あるいは粒径が３から３０nm程度の無機有機ハイブリッドナノ粒子が挙げられる。蒸気分離層の中間層の平均細孔径としては、１から３nmの範囲が好ましい。このように無機有機ハイブリッド蒸気分離膜が形成されることで、エタノール脱水性能が優れた無機有機ハイブリッド蒸気分離膜を得ることができる。 When the substrate is an inorganic porous substrate, it is preferable that the substrate has a three-layer structure in which an intermediate layer is provided between the inorganic porous substrate and the inorganic-organic hybrid vapor separation membrane. The pore size of the intermediate layer is preferably smaller than that of the inorganic porous substrate and larger than that of the inorganic-organic hybrid separation membrane. The material constituting the intermediate layer is not limited, but examples include silica-zirconia or inorganic-organic hybrid nanoparticles with a particle size of about 3 to 30 nm. The average pore size of the intermediate layer of the vapor separation layer is preferably in the range of 1 to 3 nm. By forming the inorganic-organic hybrid vapor separation membrane in this manner, it is possible to obtain an inorganic-organic hybrid vapor separation membrane with excellent ethanol dehydration performance.
また、多孔質基材が有機多孔質基材である場合、有機多孔質基材として、ボリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリイミド 30、ポリテトラフルオロエチレン等が耐熱性を有する高分子膜であることが好ましい。 In addition, when the porous substrate is an organic porous substrate, it is preferable that the organic porous substrate is a heat-resistant polymer membrane such as polysulfone, polyethersulfone, polyimide 30, or polytetrafluoroethylene.
上述した蒸気分離膜フィルタは、例えば、以下のようにして製造することができる。 The above-mentioned vapor separation membrane filter can be manufactured, for example, as follows:
(RO)3SiXSi(OR)3 で表される化合物、例えば、(RO)3 SiCnH2n Si(OR)3 で表されるビスエトキシシリルエタン（B T E S E）、ビスエトキシシリルブタン、ビスエトキシシリルオクタンや、(RO)3SiCnH( 2 n -2 ) Si(OR)3で表わされるビスエトキシシリルエチレン等の化合物、(RO)3SiCnH( 2 n - 4 ) Si(OR)3 で表わされるビスエトキシシリルアセチレン等の化合物を、水を含む溶媒に加 えてゾル状にする。ここで、上記Rはアルキル基を表す。この化合物を水に加えるとアルコキシ基(OR)が加水分解し、隣接する化合物同士がSi-O-Si結合により重合する。より具体的には、上記化合物を、水を含む溶媒(エタノール等)に溶解し、触媒としで酸(塩酸、硝酸等)又は塩基(アンモニア等)を添加して、加水分解と縮重合反応に十 分な時間攪拌することで、ポリマーゾルが調製できる。 Compounds represented by (RO) 3 SiXSi(OR) 3 , such as bisethoxysilylethane (BTESE), bisethoxysilylbutane, and bisethoxysilyloctane represented by (RO) 3 SiC n H 2n Si(OR) 3 , compounds such as bisethoxysilylethylene represented by (RO) 3 SiC n H ( 2 n -2 ) Si(OR) 3 , and compounds such as bisethoxysilylacetylene represented by (RO) 3 SiC n H ( 2 n - 4 ) Si(OR) 3 , are added to a solvent containing water to form a sol. Here, R represents an alkyl group. When this compound is added to water, the alkoxy group (OR) is hydrolyzed, and adjacent compounds polymerize with each other through Si-O-Si bonds. More specifically, the above compound is dissolved in a solvent containing water (such as ethanol), and an acid (such as hydrochloric acid or nitric acid) or a base (such as ammonia) is added as a catalyst, followed by stirring for a period of time sufficient for hydrolysis and polycondensation reaction to prepare a polymer sol.
上記ゾルを細孔径１から３nm程度の基材表面に塗布し、１００から４００℃の範囲で焼成することで無機有機ハイブリッド蒸気分離膜を得ることができる。焼成温度が３００℃以上の場合は、Si-CnH2n-Si等のアルキル鎖が消失してしまうため、窒素雰囲気下での加熱が望ましい。 An inorganic-organic hybrid vapor separation membrane can be obtained by applying the above sol to the surface of a substrate with pores of about 1 to 3 nm in diameter and baking it at a temperature of 100 to 400° C. If the baking temperature is 300° C. or higher, alkyl chains such as Si-C n H 2n -Si will disappear, so heating in a nitrogen atmosphere is preferable.
つぎに、本発明の実施例を比較例と共に説明するが、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。 Next, examples of the present invention will be described together with comparative examples, but the present invention is not limited to these examples.
（実施例１）
本発明の製造システムを、図１にフローシートを示すシステムにより、低濃度エタノール（エタノール濃度５から４０vol％）を新型コロナウィルス抑制に有効な消毒用エタノール（エタノール濃度７０から８３vol％）に転換するプロセス解析を実施した。分離膜としては、ビストリエトキシシリルエタン（B T E S E）を重合して得られるナノ粒子を製膜して得られる-Si-C2H4-Si-結合を有するシリカ系無機有機ハイブリッド分離膜（オルガノシリカ膜）を想定し、水透過度８×１０－６[mol/(m2・s・Pa)]、エタノール透過度２×１０－８[mol/(m2・s・Pa)]、水とエタノールの透過度比４００の性能を仮定して、長さ８０cm、直径１２mmの管状の膜エレメント３1本を束ねた膜モジュール１基（有効膜面積０．９３５m２）を、温度１２０から２００℃の範囲、膜透過側圧力常圧の範囲で運転するプロセス解析を行った。エタノール製造条件としては、原料としてエタノール１０vol％の低濃度エタノール水を流量５０kg／hにて供給し、エタノール濃度７０から８３vol％の消毒用エタノールを製造するプロセスシミュレーションを実施した。尚、膜モジュールの分離膜における一次側作動圧力は、エタノール組成に応じた蒸気圧にて解析を行った。
Example 1
A process analysis was carried out to convert low-concentration ethanol (
（実施例２）
実施例１の試験において、原料流量を１００kg／hにスケールアップして解析を行った。
Example 2
In the test of Example 1, the raw material flow rate was scaled up to 100 kg/h and the analysis was performed.
（実施例３）
実施例１の試験において、原料流量を１５０kg／hにスケールアップして解析を行った。
Example 3
In the test of Example 1, the raw material flow rate was scaled up to 150 kg/h and the analysis was performed.
（実施例４）
実施例１の試験において、原料流量を４００kg／hにスケールアップして解析を行った。
Example 4
In the test of Example 1, the raw material flow rate was scaled up to 400 kg/h and analysis was performed.
（比較例１）
比較のため、実施例１の試験において、膜温度１００℃の条件で解析を行った。
(Comparative Example 1)
For comparison, the analysis was performed in the test of Example 1 at a film temperature of 100°C.
（比較例２）
比較のため、実施例１の試験において、膜温度１１０℃の条件で解析を行った。
(Comparative Example 2)
For comparison, the analysis was performed in the test of Example 1 at a film temperature of 110°C.
（比較例３）
比較のため、実施例４の試験において、膜温度２１０℃の条件で解析を行った。
(Comparative Example 3)
For comparison, in the test of Example 4, analysis was performed under the condition of a film temperature of 210°C.
上記実施試験結果を表１にまとめた。
実施した試験1から４において、本発明のシステムにおいて原料流量に応じて膜温度を１２０から２００℃の範囲で調整することで、所定のエタノール濃度（エタノール濃度７０から８３vol％）の消毒用エタノールが、高エタノール回収率（９０％以上）で製造できることを確認した。一方で、比較例１、２においては、所定のエタノール濃度までエタノールを濃縮することが困難であった。また比較例３では所定の消毒用エタノール濃度（７０から８３vol％）以上に濃縮され、エタノール回収率は９０％以下に低下した。比較例３は燃料用などの無水エタノールを製造する際には有用と思われるが、消毒用エタノールとしてはオーバースペックとなった。
以上から、本発明の消毒用エタノールの実施形態の有用性が確認された。
The results of the above-mentioned tests are summarized in Table 1.
In the tests 1 to 4 carried out, it was confirmed that disinfectant ethanol with a predetermined ethanol concentration (ethanol concentration 70 to 83 vol%) can be produced with a high ethanol recovery rate (90% or more) by adjusting the membrane temperature in the range of 120 to 200 ° C. according to the raw material flow rate in the system of the present invention. On the other hand, in Comparative Examples 1 and 2, it was difficult to concentrate ethanol to the predetermined ethanol concentration. In Comparative Example 3, the disinfectant ethanol was concentrated to a predetermined disinfectant ethanol concentration (70 to 83 vol%) or more, and the ethanol recovery rate dropped to 90% or less. Comparative Example 3 seems to be useful for producing anhydrous ethanol for fuel, etc., but it was over-specified as disinfectant ethanol.
From the above, the usefulness of the embodiment of the disinfectant ethanol of the present invention was confirmed.
本発明は、例えば低濃度エタノールを新型コロナウィルス抑制に有効な消毒用エタノール（エタノール濃度７０から８３vol％）に転換するなど、オンサイトでの小規模・低コストな溶液組成調整手段として産業上利用できる。
The present invention can be used industrially as a small-scale, low-cost on-site means for adjusting solution composition, for example, to convert low-concentration ethanol into disinfectant ethanol (ethanol concentration 70 to 83 vol%) that is effective in suppressing the new coronavirus.
１ 処理液タンク
２ 送液ポンプ
３ 処理液（低濃度エタノール（エタノール濃度５から４０vol％））
４ 一次加熱熱交換器
５ 二次加熱熱交換器
６ 蒸発器
７ 残渣受槽
８ 粉末残渣
９ 低濃度エタノール蒸気（温度１２０から２００℃の範囲）
１０ 膜モジュール
１１ 分離膜
１２ 水分を主成分とする膜透過蒸気
１３ エタノール濃縮蒸気（エタノール濃度７０から８３vol％）
１４ エタノール濃縮液（液体）
１５ エタノール濃度計
１６ 製品タンク
１７ 排液（液体）
1 Processing liquid tank 2 Liquid delivery pump 3 Processing liquid (low concentration ethanol (
4 Primary
10 Membrane module 11
14 Ethanol concentrate (liquid)
15
Claims (2)
処理液は蒸気発生器にて１２０から２００℃の範囲に加熱、加圧され、固体残渣成分を除去した蒸気状態にて前記分離膜の一次側に供給され、
前記分離膜の二次側である膜透過側は常圧状態で、処理蒸気の水分が蒸気として優先的に前記分離膜を透過することで処理蒸気のエタノール濃度を高め、蒸気として膜透過した成分の熱エネルギーを前記処理液を一次加熱する熱交換器にて回収し、
前記膜モジュールの保持側である非透過側から排出されるエタノール濃縮蒸気の熱エネルギーを前記処理液を二次加熱する熱交換器にて回収し、液体状態となった処理液を前記エタノール濃度計で計測し、
前記分離膜は、
前記エタノール濃度計によるエタノール濃度が、７０から８３vol％よりも小さい場合は、膜運転温度が上昇させられ、７０から８３vol％よりも大きい場合は、膜運転温度が低下させられることを特徴とする、膜分離によるエタノール濃度７０から８３vol％の消毒用エタノール製造システム。 The system comprises a heat exchanger that primarily heats low-concentration ethanol having an ethanol concentration of 5 to 40 vol.%, which is a treatment liquid; a heat exchanger that secondarily heats the treatment liquid heated by the primary heater ; an evaporator that tertiarily heats and evaporates the treatment liquid from the secondary heater ; a membrane module to which the treatment liquid in a vapor state from the evaporator is supplied; a separation membrane mounted on the membrane module; and an ethanol concentration meter;
The treated liquid is heated and pressurized in a range of 120 to 200° C. in a steam generator, and supplied in a vapor state from which solid residue components have been removed to the primary side of the separation membrane;
The membrane permeation side, which is the secondary side of the separation membrane, is under normal pressure, and the moisture in the treated steam preferentially permeates the separation membrane as steam to increase the ethanol concentration of the treated steam, and the thermal energy of the components that permeate the membrane as steam is recovered in a heat exchanger that primarily heats the treated liquid,
The thermal energy of concentrated ethanol vapor discharged from the non-permeation side, which is the retention side of the membrane module, is recovered in a heat exchanger that secondarily heats the treated liquid, and the treated liquid in a liquid state is measured with the ethanol concentration meter.
The separation membrane is
A system for producing disinfectant ethanol having an ethanol concentration of 70 to 83 vol% by membrane separation, characterized in that when the ethanol concentration measured by the ethanol concentration meter is less than 70 to 83 vol%, the membrane operation temperature is increased, and when the ethanol concentration measured by the ethanol concentration meter is greater than 70 to 83 vol%, the membrane operation temperature is decreased.
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|---|---|---|---|---|
| JP2011527940A (en) | 2008-07-14 | 2011-11-10 | シュティヒティン・エネルギーオンデルツォイク・セントラム・ネーデルランド | Hybrid silica membrane for water removal from lower alcohols and hydrogen separation |
| JP2012055833A (en) | 2010-09-09 | 2012-03-22 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Dehydrating device |
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