(57)【要約】本発明は、水と共沸する水溶性有機物の水溶液を蒸留する蒸留塔を備えた水溶性有機物濃縮装置に関し、蒸留塔の濃縮部の上部における操作を改善し、蒸留時の省エネルギーを可能とするためになされたものである。本発明に係る水溶性有機物濃縮装置では、蒸留塔の塔頂部で発生する蒸気またはこの蒸気を凝縮した液を、水と水溶性有機物との分離機能を有する蒸留塔以外の機器に導き、この機器で水を分離して水溶性有機物を濃縮した後、蒸留塔に還流する。この場合、上記した蒸留塔以外の機器が、例えばゼオライト膜のような分離膜を用いて、水と水溶性有機物とを分離することが望ましい。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水と共沸する水溶性有機物の水溶液を蒸留する蒸留塔を備える水溶性有機物濃縮装置であって、前記蒸留塔の塔頂部で発生する蒸気またはこの蒸気を凝縮した液を、水と前記水溶性有機物との分離機能を有する、前記蒸留塔以外の機器に導き、この機器で水を分離して前記水溶性有機物を前記蒸留塔の塔頂蒸気中の分率以上の分率に濃縮した後、前記蒸留塔に還流する水溶性有機物濃縮装置。
【請求項２】
前記蒸留塔以外の機器が、分離膜を用いて、水と前記水溶性有機物とを分離する請求項１に記載の水溶性有機物濃縮装置。
【請求項３】
前記分離膜がゼオライト膜である請求項２に記載の水溶性有機物濃縮装置。
【請求項４】
水と共沸する水溶性有機物の水溶液を第一段階蒸留塔で予備濃縮し、予備濃縮により得られた液を第二段階蒸留塔への供給液とし、第二段階蒸留塔の塔頂部で発生する蒸気またはこの蒸気を凝縮した液を、水と前記水溶性有機物との分離機能を有する、前記第二段階蒸留塔以外の機器に導き、この機器で水を分離して前記水溶性有機物を前記第二段階蒸留塔の塔頂蒸気中の分率以上の分率に濃縮した後、前記第二段階蒸留塔に還流するとともに、前記第一段階蒸留塔または第二段階蒸留塔の塔頂部で発生する蒸気の凝縮熱を、他の蒸留塔の底部における液の蒸発の熱源とする水溶性有機物濃縮装置。
【請求項５】
前記蒸留塔以外の機器が、分離膜を用いて、水と前記水溶性有機物とを分離する請求項４に記載の水溶性有機物濃縮装置。
【請求項６】
前記分離膜がゼオライト膜である請求項５に記載の水溶性有機物濃縮装置。
【発明の詳細な説明】
背景技術
１．発明の技術分野
本発明は水溶性有機物濃縮装置に係り、特に、エタノールやプロパノール等のアルコールに代表される、水と共沸する水溶性有機物の水溶液を蒸留する蒸留塔を備えた水溶性有機物濃縮装置に関する。
２．従来の技術
例えば濃度３ｍｏｌ％のエタノールを含む水溶液を蒸留する場合、従来では、例えば図７に示すような濃縮装置を用い、蒸留を行う。図７において、符号１は多段式の蒸留塔で、その中央部にエタノールを含む液（供給液）が供給される。蒸留塔１の塔底１ａでは、塔内の液の一部がリボイラー２に送られ、リボイラー２にて加熱されて蒸気を生じ、焚き上げられた蒸気は、蒸留塔１の下端部に戻され、塔内を上昇する。蒸留塔１の各段では、平衡状態に達した蒸気と液とが上下に分離される。塔頂１ｂに達した蒸気は凝縮器３にて冷却されて凝縮し、塔頂１ｂに還流される。その結果、蒸留塔１内では、図７に矢印で示すように、蒸気と液が上下に循環する。また、濃縮されたエタノールは塔頂１ｂから、エタノールが希薄となった残液は塔底１ａから、適宜系外に抜き出される。なお、以後の図において、濃縮装置を構成する各部材間を連結する経路のうち、実線で示された経路は液体の流路を示し、点線で示された経路は蒸気の流路を示す。また、矢印は流路内における流体の進行方向を示す。
蒸留塔１内では、例えば図８に示すような過程を経ながら濃縮が進む。図中の
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および液相のエタノール濃度を示す。▲１▼、▲２▼、▲３▼…濃縮部の、▲２▼’、▲３▼’…は回収部の各段における組成である。
溶液を供給する部分（供給段）では、供給液および一つ上の段から降下した液と、一つ下の段から上昇した蒸気とが接触して、図中の▲１▼で示される気相および液相の組成となる。ある段とその上下の段における気液組成の関係は、循環している蒸気および液の量と、塔底１ａおよび塔頂１ｂから系外に抜き出される液および蒸気の量とにより規定されるが、その規定の状況は、図中では操作線として示される。
濃縮部（供給段より上段）では、供給段の気液組成▲１▼から操作線と気液平衡曲線との間を階段状に移行しながらエタノールの濃縮が進み、塔頂１ｂにおける気
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階段状に下り、各段のエタノール濃度が低下して、塔底１ａにおける気液組成▲８▼’に到る。
図８に示す操作線は、エタノール１ｋｇｍｏｌについて、リボイラー２にて６．７ｋｇｍｏｌの蒸気を焚き上げ、凝縮器３にて５．５ｋｇｍｏｌの蒸気を還流して、供給液中のエタノールの９９％を回収しつつ、塔頂１ｂから濃度８４ｍｏｌ％のエタノールを得る場合に対応している。このとき、濃縮に必要なエネルギーはエタノール１ｋｇについて６０００ｋＪである。また、図８に示す例における、濃縮部に必要な蒸留塔１の段数は、理論上は１３段であるが、実際は段効率を加味し、約３倍の数の段が装備される。
蒸留塔１においては、焚き上げ蒸気および還流を減らすほど省エネルギーとなるが、図９に示すように、焚き上げおよび還流が少ない場合、操作線は回収部では勾配がより小さく、濃縮部で勾配がより大きくなる。
図８に示す濃縮操作の場合、塔頂部において、気液の組成が水とエタノールとの共沸点に近づくと、操作線と気液平衡線が接近するため、多くの段数が必要となる。従って、塔頂部における気液組成を保ったまま、これ以上の省エネルギーを図ろうとすると、操作線がさらに気液平衡線に接近し、現実としては実施できないほどの段数に増加してしまう。
発明の開示
本発明は、蒸留塔の濃縮部の上部における操作を改善し、蒸留時の省エネルギーを可能とするためになされたもので、例えば以下の構成を有している。
すなわち、本発明に係る第一の発明は、アルコール等、水と共沸する水溶性有機物の水溶液を蒸留する蒸留塔を備え、蒸留塔の塔頂部で発生する蒸気またはこの蒸気を濃縮した液を、水と水溶性有機物との分離機能を有する、蒸留塔以外の機器に導き、この機器で水を分離して水溶性有機物を蒸留塔の塔頂蒸気中の分率以上の分率に濃縮した後、蒸留塔に還流する水溶性有機物濃縮装置である。
本発明に係る第二の発明は、水と共沸する水溶性有機物の低濃度の水溶液を第一段階蒸留塔で予備濃縮し、予備濃縮により得られた液を第二段階蒸留塔への供給液とし、第二段階蒸留塔の塔頂部で発生する蒸気またはこの蒸気を濃縮した液を、水と水溶性有機物との分離機能を有する、第二段階蒸留塔以外の機器に導き、この機器で水を分離して水溶性有機物を第二段階蒸留塔の塔頂蒸気中の分率以上の分率に濃縮した後、第二段階蒸留塔に還流するとともに、第一段階蒸留塔または第二段階蒸留塔の塔頂部で発生する蒸気の凝縮熱を、他の蒸留塔の底部における液の蒸発の熱源とする水溶性有機物濃縮装置である。
ここで、上述した水溶性有機物濃縮装置における蒸留塔の運転温度は通常８０℃以上であるので、蒸留塔以外の機器には、例えば高温度で使用可能な吸着剤等を用いれば目的を達することができるが、耐熱性の高いゼオライト膜を用いて、水と水溶性有機物とを分離することが望ましい。
発明を実施するための最良の形態
本発明を実施するための水溶性有機物濃縮装置の構成の例を図１に、また、図１に示す蒸留塔におけるエタノールの濃縮過程を図２に示す。なお、以下の図において、図７に示す従来の蒸留塔と同様の構成を示す部材については、図７と同一の符号を付して、その説明を省略する。
この水溶性有機物濃縮装置では、蒸留塔１の塔頂１ｂから凝縮器３に至る蒸気の流路中に、ゼオライト膜を用いて水と水溶性有機物（本実施例ではエタノール）とを分離する、蒸気透過式分離器（蒸留塔以外の機器）４が設けられている。この蒸気透過式分離器４は、共沸点を越えて水とエタノールとを分離できるものである。
蒸留塔１の塔頂１ｂからは、従来の蒸留塔に比して濃縮度が緩和された、エタノール濃度がやや低めの蒸気が抜き出される（図２中▲７▼）。この蒸気は蒸気透過式分離器４に導入され、水蒸気が分離されてエタノールが濃縮される。このエタノール濃度が高められた蒸気は凝縮器３にて凝縮され、蒸留塔１に還流される。
従来の蒸留塔では、還流中のアルコールの分率を塔頂蒸気中のアルコール分率と同等にすることが限界であったが、このように、還流中のエタノール分率を塔頂蒸気中のエタノール分率より大きくしてやれば、図２に示すように、濃縮部の操作線の勾配が小さい、すなわちエネルギー消費がより少ない状態でのエタノールの濃縮が可能になる。
図２に示す操作は、図８の場合と同様に、エタノール回収率が９９％、濃縮エタノールの濃度が８４ｍｏｌ％の場合である。この場合、エタノール濃度８０ｍｏｌ％の蒸気を８４ｍｏｌ％に濃縮する操作を、蒸気透過式分離器４にて行っている。その結果、エタノール１ｋｇｍｏｌあたりの蒸気の焚きあげは４．９ｋｇｍｏｌ、還流は３．４ｋｇｍｏｌで済む。また、濃縮に要するエネルギーはエタノール１ｋｇ当たり４４００ｋＪとなり、図７に示した従来の装置の７３％のエネルギーでエタノールの濃縮が可能となる。
すなわち、本発明によれば、エタノールの濃縮に要していた多大な熱エネルギーを、大幅に削減することが可能になる。また、図２と図８との比較からわかる通り、水とエタノールとの共沸点付近におけるエタノールの濃縮を、蒸気透過式分離器４にて行うことにより、濃縮部に必要な蒸留塔１の段数が、従来の蒸留塔に比べ減少するという効果もある。
図２から、さらに省エネルギーを図るためには、供給液のエタノール濃度を上げる必要があることがわかる。そのような必要性に応じてなされた水溶性有機物濃縮装置の構成の例を図３に示す。
図３に示す水溶性有機物濃縮装置では、２本の第一段階蒸留塔１１，１２と、図１に示した蒸留塔１と同様、塔頂１３ｂから凝縮器３に至る蒸気の流路中に、ゼオライト膜を用いた蒸気透過式分離器４が設けられた第二段階蒸留塔１３とが、直列に配置されている。また、前段の蒸留塔１１，１２の塔頂１１ｂ，１２ｂから排出された蒸気は、流路１４，１５を介して、次段の蒸留塔１２，１３の塔底１２ａ，１３ａに設けられたリボイラー１６に供給され、塔底１２ａ，１３ａの加熱に利用されるとともに、自らは冷却され、凝縮する。この液は流路１７にて合流し、供給液として第二段階蒸留塔１３に供給される。第二段階蒸留塔１３におけるエタノールの濃縮過程は図４に示すようになる。
このエタノール濃縮の例では、エタノール濃度が希薄な溶液が、第一段階蒸留塔１１，１２により、エタノール濃度が２０ｍｏｌ％まで予備濃縮される。また、第二段階蒸留塔１３では、上記図１に示す蒸留塔１と同様の操作により、蒸留される。
この場合、第二段階蒸留塔１３の所要エネルギーは低下するが、一方で、第一段階蒸留塔１１，１２における蒸留に熱エネルギーが必要となる。しかしながら、図３に示すように、前段の蒸留塔１１，１２から排出された蒸気を、次段の蒸留塔１２，１３のリボイラー１６の加熱に利用することにより、外部から供給する必要のある熱量を、第二段階蒸留塔１３のリボイラー１６の加熱に必要な熱量にほぼ見合う量にまで削減できる。
すなわち、この水溶性有機物濃縮装置では、第二段階蒸留塔１３における省エネルギー効果と、前段の蒸留塔１１，１２から排出される蒸気の凝縮熱で次段の蒸留塔１２，１３内における供給液を加熱、気化させることによる省エネルギー効果とが相侯って、エタノール濃縮におけるエネルギー消費を、大幅に削減可能となる。例えば、濃度３ｍｏｌ％のエタノールを濃度８５ｍｏｌ％に濃縮する場合、第一段階、第二段階の蒸留を合わせ、エタノール１ｋｇあたりに必要な熱量は３０００ｋＪとなり、図７に示した従来の装置の５０％のエネルギーでエタノールの濃縮が可能となる。
なお、本発明は上記した形態に限定されるものではなく、本発明には、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内における、あらゆる応用や変形も含まれる。例えば、上記蒸留塔以外の機器には、上記のような、ゼオライト膜を用いて水とアルコールとを分離する蒸気透過式分離器４の他、それ以外の分離膜を用いた膜分離装置、あるいは水とアルコールに対する吸着性の差異により両者を分離する吸着装置等が使用可能である。
また、蒸留塔の塔頂蒸気を一旦凝縮し、凝縮した液から、ゼオライト膜あるいはその他の膜を用いた浸透気化式分離器により水を分離し、分離後の液を蒸留塔に還流してもよい。
さらに、本発明に係る第二の発明において、外部から供給される熱による加熱は、直列に配置された蒸留塔の最初の塔１１に限られない。すなわち、蒸留塔１２，１３のいずれかまたは双方を外部熱源で加熱し、これらの蒸留塔１２，１３から排出される蒸気で他の蒸留塔（例えば第一段階蒸留塔１１）を加熱してもよい。
図５は、水と２−プロパノールとの気液平衡関係を示す図である。この場合も、水とエタノールとの場合と同様に共沸点があり、従来の蒸留方法でプロパノールを濃縮しようとすると、共沸点付近において操作線と気液平衡線が接近するため、省エネルギーの操作が制約される。従って、エタノールを濃縮する場合と同様、蒸留塔の塔頂から抜き出した蒸気を、蒸気透過式分離器４のような膜分離装置、あるいは吸着装置等を用いて濃縮した後、蒸留塔内に還流させることにより、エネルギー消費をより少なくした、プロパノールの濃縮が可能になる。
さらに、ゼオライト膜は、水とアルコールとの分離のみならず、水とその他の水溶性有機物との分離機能をも有する。従って、本発明は、水と共沸混合物を作るエステル類、アミン類、アルデヒド類、有機酸類等の濃縮にも適用可能な技術である。
また、図１及び図３に示す例では、還流液の濃度はいずれも水とエタノールとの共沸点以下であるが、ゼオライト膜を用いた蒸気透過式分離器４によれば、蒸気中のエタノール濃度を共沸点を超えて濃縮することができる。従って、第一段階蒸留塔１１，１２から第二段階蒸留塔１３に供給されるエタノールの濃度に合わせて、第二段階蒸留塔１３の最適な還流濃度を、共沸点以上の濃度を含む広い濃度範囲内で設定し、さらなる省エネルギー化を実現できることも、本発明によって得られる効果である。
実施例
本発明に係る水溶性有機物濃縮装置を用い、濃度３ｍｏｌ％のエタノール水溶液１０００ｋｇを供給し、濃度８５ｍｏｌ％以上のエタノールを得る実施例を図６に示す。
供給液は、予熱器５にて所定温度まで予熱された後、第一段階蒸留塔１１，１２にそれぞれ供給され、第一段階蒸留塔１１，１２を経て、２０ｍｏｌ％に濃縮される。第一段階蒸留塔１１は圧力５２０ｋＰａ、第一段階蒸留塔１２は２２０ｋＰａで操作され、第一段階蒸留塔１１のリボイラー２１は、外部から供給される７００ｋＰａのスチームで加熱され、第一段階蒸留塔１２のリボイラー２２は、第一段階蒸留塔１１の塔頂１１ｂから排出される蒸気の凝縮熱で加熱される。また、第一段階蒸留塔１２の塔頂から排出される蒸気は、常圧で操作する第二段階蒸留塔１３のリボイラー２３の加熱に利用されるが、熱量が余剰となるので、一部は補助凝縮器６で冷却して凝縮させる。なお、濃度３ｍｏｌ％の液から濃度２０ｍｏｌ％の液を得る場合、第一段階蒸留塔１１，１２の還流は不要である。
第二段階蒸留塔１３には、第一段階蒸留塔１１，１２から得られる濃度２０ｍｏｌ％のエタノール水溶液が供給され、第二段階蒸留塔１３の塔頂１３ｂからは、エタノール濃度８０ｍｏｌ％の蒸気が抜き出される。この蒸気は、三井造船（株）社製のＡ型ゼオライト膜を用いた蒸気透過式分離器４を透過することによりエタノール濃度８５ｍｏｌ％まで濃縮される。エタノールが濃縮された蒸気の一部は製品として系外に取り出され、他の一部は凝縮器３にて凝縮させた後、第二段階蒸留塔１３に還流される。
一方、第二段階蒸留塔１３の塔底１３ａからはエタノール濃度３ｍｏｌ％の液が抜き出され、第一段階蒸留塔１１，１２の供給側にリサイクルされる。また、蒸気透過式分離器４でゼオライト膜を透過した水蒸気は少量のエタノールを含むので、凝縮器７で冷却、凝縮させた後、第一段階蒸留塔１１，１２の供給側にリサイクルされる。
図６に示す水溶性有機物濃縮装置の主な部位における液の流量及びエタノール濃度を表１に示した。
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本実施例では、最終製品が９９．５ｍｏｌ％のいわゆる無水アルコールであるため、蒸気透過式分離器４を透過したエタノール濃度８５ｍｏｌ％の蒸気の一部を留出蒸気として系外に抜き出し、残りを凝縮して第二段階蒸留塔１３に還流させる。そして、留出蒸気をゼオライト膜を用いてさらに濃縮することにより、無水アルコールを得る。しかしながら、８５ｍｏｌ％（９５．７ｖｏｌ％）のエタノールを製品とする場合には、蒸気を全て凝縮させ、凝縮した液の一部を製品として取り出し、残りを蒸留塔に還流すればよい。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明に係る水溶性有機物濃縮装置の構成を模式的に示す図である。
図２は、図１に示す蒸留塔におけるエタノールの濃縮過程を示す図である。
図３は、本発明の第二の発明に係る水溶性有機物濃縮装置の構成を模式的に示す図である。
図４は、図３に示す第二段階蒸留塔におけるエタノールの濃縮過程を示す図である。
図５は、水と２−プロパノールとの気液平衡関係を示す図である。
図６は、本発明の実施例を示すもので、水溶性有機物濃縮装置の構成を模式的に示す図である。
図７は、従来のアルコール濃縮装置の構成を模式的に示す図である。
図８は、図７に示す蒸留塔におけるエタノールの濃縮過程を示す図である。
図９は、蒸留塔におけるエネルギー消費と、エタノールの濃縮過程との関係を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【手続補正書】
【提出日】平成14年9月30日(2002.9.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
削除
【請求項２】
水と共沸する水溶性有機物の水溶液を濃縮する装置であって、（ａ）前記水溶性有機物の水溶液を蒸留する蒸留塔と、（ｂ）前記蒸留塔の塔頂部から蒸気が流入するように前記塔頂部に連結した分離器であって、前記蒸気を水と前記水溶性有機物とに分離する分離膜を有する分離器と、（ｃ）前記分離器により得られた前記水溶性有機物の濃縮蒸気（前記水溶性有機物の分率は前記蒸留塔の塔頂蒸気中の分率より大きい）が流入するように前記分離器の下流に設けられた凝縮器と、（ｄ）前記凝縮器から流出する液を前記蒸留塔に還流する手段とを具備することを特徴とする水溶性有機物濃縮装置。
【請求項３】
請求項２に記載の水溶性有機物濃縮装置において、前記分離膜がゼオライト膜であることを特徴とする水溶性有機物濃縮装置。
【請求項４】
削除
【請求項５】
水と共沸する水溶性有機物の水溶液を濃縮する装置であって、（ａ）前記水溶液を予備濃縮する第一段階蒸留塔と、（ｂ）予備濃縮により得られた液の供給を受ける第二段階蒸留塔と、（ｃ）前記第二段階蒸留塔の塔頂部から蒸気が流入するように前記塔頂部に連結した分離器であって、前記蒸気を水と前記水溶性有機物とに分離する分離膜を有する分離器と、（ｄ）前記分離器により得られた前記水溶性有機物の濃縮蒸気（前記水溶性有機物の分率は前記蒸留塔の塔頂蒸気中の分率より大きい）が流入するように前記分離器の下流に設けられた凝縮器と、（ｅ）前記凝縮器から流出する液を前記第二段階蒸留塔に還流する手段と、（ｆ）前記第一段階蒸留塔または前記第二段階蒸留塔の塔頂部で発生する蒸気の凝縮熱を、他の蒸留塔の底部における液の蒸発の熱源とする手段とを具備することを特徴とする水溶性有機物濃縮装置。
【請求項６】
請求項５に記載の水溶性有機物濃縮装置において、前記分離膜がゼオライト膜であることを特徴とする水溶性有機物濃縮装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
液相の組成となる。ある段とその上下の段における気液組成の関係は、循環している蒸気および液の量と、塔底１ａおよび塔頂１ｂから系外に抜き出される液および蒸気の量とにより規定されるが、その規定の状況は、図中では操作線として示される。
濃縮部（供給段より上段）では、供給段の気液組成▲１▼から操作線と気液平衡曲線との間を階段状に移行しながらエタノールの濃縮が進み、塔頂１ｂにおける気
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階段状に下り、各段のエタノール濃度が低下して、塔底１ａにおける気液組成▲８▼’に到る。
図８に示す操作線は、エタノール１ｋｇｍｏｌについて、リボイラー２にて６．７ｋｇｍｏｌの蒸気を焚き上げ、凝縮器３にて５．５ｋｇｍｏｌの蒸気を還流して、供給液中のエタノールの９９％を回収しつつ、塔頂１ｂから濃度８４ｍｏｌ％のエタノールを得る場合に対応している。このとき、濃縮に必要なエネルギーはエタノール１ｋｇについて６０００ｋＪである。また、図８に示す例における、濃縮部に必要な蒸留塔１の段数は、理論上は１３段であるが、実際は段効率を加味し、約３倍の数の段が装備される。
蒸留塔１においては、焚き上げ蒸気および還流を減らすほど省エネルギーとなるが、図９に示すように、焚き上げおよび還流が少ない場合、操作線は回収部では勾配がより小さく、濃縮部で勾配がより大きくなる。
図８に示す濃縮操作の場合、塔頂部において、気液の組成が水とエタノールとの共沸点に近づくと、操作線と気液平衡線が接近するため、多くの段数が必要となる。従って、塔頂部における気液組成を保ったまま、これ以上の省エネルギーを図ろうとすると、操作線がさらに気液平衡線に接近し、現実としては実施できないほどの段数に増加してしまう。
発明の開示
本発明は、蒸留塔の濃縮部の上部における操作を改善し、蒸留時の省エネルギーを可能とするためになされたもので、例えば以下の構成を有している。
すなわち、本発明に係る第一の発明は、水と共沸する水溶性有機物の水溶液を


【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】
濃縮し、（ａ）前記水溶性有機物の水溶液を蒸留する蒸留塔と、（ｂ）前記蒸留塔の塔頂部から蒸気またはこの蒸気を凝縮した液が流入するように前記塔頂部に連結した分離器であって、前記蒸気またはその凝縮液を水と前記水溶性有機物とに分離する分離膜を有する分離器と、（ｃ）前記分離器により得られた前記水溶性有機物の濃縮蒸気の凝縮液（前記水溶性有機物の分率は前記蒸留塔の塔頂蒸気中の分率より大きい）を前記蒸留塔に還流する手段とを具備する水溶性有機物濃縮装置である。
本発明に係る第一の発明の別の態様は、水と共沸する水溶性有機物の水溶液を濃縮し、（ａ）前記水溶性有機物の水溶液を蒸留する蒸留塔と、（ｂ）前記蒸留塔の塔頂部から蒸気が流入するように前記塔頂部に連結した分離器であって、前記蒸気を水と前記水溶性有機物とに分離する分離膜を有する分離器と、（ｃ）前記分離器により得られた前記水溶性有機物の濃縮蒸気（前記水溶性有機物の分率は前記蒸留塔の塔頂蒸気中の分率より大きい）が流入するように前記分離器の下流に設けられた凝縮器と、（ｄ）前記凝縮器から流出する液を前記蒸留塔に還流する手段とを具備する水溶性有機物濃縮装置である。
本発明に係る第二の発明は、水と共沸する水溶性有機物の水溶液を濃縮し、（ａ）前記水溶液を予備濃縮する第一段階蒸留塔と、（ｂ）予備濃縮により得られた液の供給を受ける第二段階蒸留塔と、（ｃ）前記第二段階蒸留塔の塔頂部から蒸気またはこの蒸気を凝縮した液が流入するように前記塔頂部に連結した分離器であって、前記蒸気またはその凝縮液を水と前記水溶性有機物とに分離する分離膜を有する分離器と、（ｄ）前記分離器により得られた前記水溶性有機物の濃縮蒸気の凝縮液（前記水溶性有機物の分率は前記蒸留塔の塔頂蒸気中の分率より大きい）を前記第二段階蒸留塔に還流する手段と、（ｅ）前記第一段階蒸留塔または前記第二段階蒸留塔の塔頂部で発生する蒸気の凝縮熱を、他の蒸留塔の底部における液の蒸発の熱源とする手段とを具備する水溶性有機物濃縮装置である。
本発明に係る第二の発明の別の態様は、水と共沸する水溶性有機物の水溶液を濃縮し、（ａ）前記水溶液を予備濃縮する第一段階蒸留塔と、（ｂ）予備濃縮により得られた液の供給を受ける第二段階蒸留塔と、（ｃ）前記第二段階蒸留塔の塔頂部から蒸気が流入するように前記塔頂部に連結した分離器であって、前記蒸気を水と前記水溶性有機物とに分離する分離膜を有する分離器と、（ｄ）前記分離器により得られた前記水溶性有機物の濃縮蒸気（前記水溶性有機物の分率は前記蒸留塔の塔頂蒸気中の分率より大きい）が流入するように前記分離器の下流に設けられた凝縮器と、（ｅ）前記凝縮器から流出する液を前記第二段階蒸留塔に還流する手段と、（ｆ）前記第一段階蒸留塔または前記第二段階蒸留塔の塔頂部で発生する蒸気の凝縮熱を、他の蒸留塔の底部における液の蒸発の熱源とする手段とを具備する水溶性有機物濃縮装置である。
ここで、上述した水溶性有機物濃縮装置における蒸留塔の運転温度は通常８０℃以上であるので、蒸留塔以外の機器には、例えば高温度で使用可能な吸着剤等を用いれば目的を達することができるが、耐熱性の高いゼオライト膜を用いて、水と水溶性有機物とを分離することが望ましい。
図面の簡単な説明
図１は、本発明に係る水溶性有機物濃縮装置の構成を模式的に示す図である。
図２は、図１に示す蒸留塔におけるエタノールの濃縮過程を示す図である。
図３は、本発明の第二の発明に係る水溶性有機物濃縮装置の構成を模式的に示す図である。
図４は、図３に示す第二段階蒸留塔におけるエタノールの濃縮過程を示す図である。
図５は、水と２−プロパノールとの気液平衡関係を示す図である。
図６は、本発明の実施例を示すもので、水溶性有機物濃縮装置の構成を模式的に示す図である。
図７は、従来のアルコール濃縮装置の構成を模式的に示す図である。
図８は、図７に示す蒸留塔におけるエタノールの濃縮過程を示す図である。




【国際調査報告】
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