(57)【要約】  本発明の精留装置は、有機溶剤とアルカリ性又は酸性の揮発成分とを含む被処理液を精留塔に供給し、有機溶剤を分離回収するものであり、精留塔の被処理液の給液位置より塔頂側に、揮発成分を中和する中和剤を投入する中和剤投入手段が設けられていることを特徴とする。本発明においては、さらに、精留塔から抜き出される回収液中の揮発成分を検出する検出手段、及び被処理液のｐＨを計測するｐＨ計測手段が設けられており、これらの結果に基づいて、中和剤投入手段による中和剤投入量が制御されることが好ましい。【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機溶剤とアルカリ性又は酸性の揮発成分とを含む被処理液を精留塔に供給し、有機溶剤を分離回収する精留装置において、
前記精留塔の前記被処理液の給液位置より塔頂側に、前記揮発成分を中和する中和剤を投入する中和剤投入手段が設けられていることを特徴とする精留装置。
【請求項２】
さらに、前記精留塔から抜き出される回収液中の前記揮発成分を検出する検出手段が設けられており、この検出結果に基づいて、前記中和剤投入手段による中和剤投入量が制御されることを特徴とする請求項１に記載の精留装置。
【請求項３】
さらに、前記被処理液のｐＨを計測するｐＨ計測手段が設けられており、この計測結果に基づいて、前記中和剤投入手段による中和剤投入量が制御されることを特徴とする請求項１又は２に記載の精留装置。
【請求項４】
有機溶剤とアルカリ性又は酸性の揮発成分とを含む被処理液を精留塔に供給し、有機溶剤を分離回収する精留方法において、
前記精留塔の前記被処理液の給液位置より塔頂側に、前記揮発成分を中和する中和剤を投入し、精留を行うことを特徴とする精留方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機溶剤とアルカリ性又は酸性の揮発成分とを含む被処理液から、有機溶剤を分離回収する精留装置、及びこれを用いた精留方法に関する。
本願は、２００４年８月３１日に出願された特願２００４−２５２５２４号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】
醗酵工業等で生じる廃液には、水や、不揮発性のアミノ酸等の有機物・塩類等の他に、有機溶剤が含まれることが多い。廃液中の有機溶剤は、廃液処理の際に精留塔を用いて分離回収され、再使用されることが好ましい。しかしながら、廃液中には、上記成分の他にアルカリ性や酸性の揮発成分も含まれることがある。このような場合、廃液をそのまま精留塔に供すると、回収された有機溶剤中に揮発成分が混入し、有機溶剤の再使用が困難になるという問題がある。そこで、揮発成分の回収された有機溶剤への混入を避けるため、例えば、被処理液にあらかじめ揮発成分を中和する中和剤（酸又はアルカリ）を添加することで、精留中の揮発成分の揮発を抑制している（特許文献１等）。
【特許文献１】特開平７−１４５１４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記従来の廃液処理法では、被処理液中にｐＨを緩衝する不揮発性のアミノ酸等の有機物や塩類が多く含まれていると、被処理液を所望のｐＨに安定的に調整することが難しく、多量の中和剤が必要となる。しかも、精留塔底液に、添加した中和剤の塩が多量に含まれることになり、その処理には手間やコストを要する。
アルカリ性揮発成分の中和剤としては、精留塔に対して腐食等の影響の少ないリン酸が広く使用されており、この場合、アミノ酸等の有機物や塩類による中和の阻害により、塔底液に多量のリンが含まれてしまい、その処理に労力を要するという問題がある。【０００４】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、有機溶剤とアルカリ性又は酸性の揮発成分とを含む被処理液を精留するにあたり、多量の中和剤を使用することなく、安定的に、回収側への揮発成分の混入を抑制し、高純度の有機溶剤を分離回収することが可能な精留装置、及びこれを用いた精留方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の精留装置は、有機溶剤とアルカリ性又は酸性の揮発成分とを含む被処理液を精留塔に供給し、有機溶剤を分離回収する精留装置において、前記精留塔の前記被処理液の給液位置より塔頂側に、前記揮発成分を中和する中和剤を投入する中和剤投入手段が設けられていることを特徴とする。
本発明においては、さらに、前記精留塔から抜き出される回収液中の前記揮発成分を検出する検出手段が設けられており、この検出結果に基づいて、前記中和剤投入手段による中和剤投入量が制御されることが好ましい。
さらに、前記被処理液のｐＨを計測するｐＨ計測手段が設けられており、この計測結果に基づいて、前記中和剤投入手段による中和剤投入量が制御されることが好ましい。【０００６】
本発明の精留方法は、有機溶剤とアルカリ性又は酸性の揮発成分とを含む被処理液を精留塔に供給し、有機溶剤を分離回収する精留方法において、前記精留塔の前記被処理液の給液位置より塔頂側に、前記揮発成分を中和する中和剤を投入し、精留を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、有機溶剤とアルカリ性又は酸性の揮発成分とを含む被処理液を精留するにあたり、多量の中和剤を使用することなく、安定的に、回収液への揮発成分の混入を抑制し、高純度の有機溶剤を分離回収することが可能な精留装置、及びこれを用いた精留方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本発明に係る一実施形態の精留装置の構成を示す図である
【図２】図２は、アンモニア濃度と電気伝導度の相関を示す図である。
【図３】図３は、本発明に係る実施例の運転例を示す図である。
【符号の説明】
【０００９】
１      精留装置
１０    精留塔
２０    被処理液供給ライン
２０Ａ  給液口
２２    ｐＨ指示計（ｐＨ計測手段）
４０    回収ライン
５０    還流ライン
５１    電気伝導度指示計（検出手段）
７０    中和剤投入ライン（中和剤投入手段）
７０Ａ  投入口
７１    流量指示調節計
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１に基づいて、本発明に係る一実施形態の精留装置、及びこれを用いた精留方法について詳述する。本実施形態では、連続的に精留を実施する連続精留装置を取り上げて説明する。【００１１】
図示するように、本実施形態の精留装置１は、有機溶剤とアルカリ性又は酸性の揮発成分とを含む被処理液を精留する精留塔１０を主体として構成されている。
被処理液は、被処理液供給ライン２０を介して精留塔１０の中段に供給される。一方、加熱源として、蒸気が蒸気供給ライン３０を介して精留塔１０の塔底部に供給される。精留塔１０内の沸点の低い有機溶剤は蒸発気化して、塔頂部に向かい、回収ライン４０から抜き出される。抜き出された有機溶剤を含む蒸気は、回収ライン４０の途中で、コンデンサ４２にて凝縮されて凝縮液の形態となり、回収される。回収液の一部は、還流ライン５０を経て蒸留塔１０内に戻され、一部は、還流ライン６０を経てコンデンサ４２にて再凝縮処理される。精留塔１０の塔底部の残査は、廃液ライン８０を介して抜き出され、廃液として処理される。【００１２】
被処理液の組成は、有機溶剤とアルカリ性又は酸性の揮発成分を含むものであれば特に制限はないが、醗酵工業の廃液の場合、有機溶剤としてはメタノール、エタノール、アセトン等が挙げられ、アルカリ性揮発成分としてはアンモニア等、酸性揮発性成分としては亜硫酸ガス等が挙げられる。醗酵工業の廃液には、その他、水や、不揮発性のアミノ酸等の有機物や塩類等が含まれる。
給液量は特に制限はないが、被処理液供給ライン２０には、流量指示調節計２１が取り付けられており、これによって、例えば０．１〜１０ｍ３／ｈ（時間）の範囲内で、通常は略一定に保持される。【００１３】
蒸気の特性は特に制限はないが、通常１７５〜１９０℃、蒸気圧０．４０〜０．４５ＰａＧ（パスカルゲージ）のものが好ましく用いられる。その供給量は特に制限はないが、蒸気供給ライン３０には、流量指示調節計３１が取り付けられており、例えば０．１〜３ｔ／ｈの範囲内で、通常は略一定に保持される。なお、ＰａＧはゲージ圧を示す（以下同じ）。【００１４】
回収液の抜き取り量は特に制限はないが、通常は、精留塔１０の中段温度を一定に保持するように調整される。精留塔内の液組成は、同圧下では、精留温度でほぼ決定されるので、精留塔１０の中段温度を一定に保持することで、回収液の組成を安定化することができる。
本実施形態では、蒸留塔１０の中段に温度指示計１１、回収ライン４０に流量指示調節計４１が各々取り付けられている。温度指示計１１には、流量指示調節計４１を制御する機能が備えられており、温度指示計１１の計測結果に基づいて、流量指示調節計４１によって回収液の抜き取り量がカスケード制御されるようになっている。【００１５】
本実施形態では、精留塔１０内に中和剤を投入する中和剤投入ライン（中和剤投入手段）７０が設けられている。この投入口７０Ａは、被処理液の給液口２０Ａより塔頂側に位置している。
すなわち、従来は被処理液にあらかじめ中和剤を添加していたのに対し、本実施形態では、精留塔１０内に直接中和剤を投入し、精留を行うこと、しかもその投入位置を被処理液の給液位置より塔頂側に設定することを特徴としている。
中和剤の投入位置（投入口７０Ａ）は、被処理液の給液位置（給液口２０Ａ）より塔頂側であればいずれの位置でもよいが、高い方が好ましい。具体的には、被処理液の給液位置の高さをＨａ、塔頂の高さをＨｂとすれば、中和剤の投入位置の高さは、Ｈａ＋（Ｈｂ−Ｈａ）×１／２以上、特にＨａ＋（Ｈｂ−Ｈａ）×３／４以上であることが好ましい。
なお、充填式の精留塔では、液再分散装置を設けて、投入口７０Ａを給液段より上の位置に設けて投入する様にしたほうが好ましいが、給液段より上の位置に液再分散装置がある場合は、投入口７０Ａを液再分散装置の位置に設けてもよい。【００１６】
本実施形態で用いる中和剤としては特に制限はないが、揮発成分がアンモニア等のアルカリ性揮発成分である場合、硫酸、塩酸、リン酸等の酸が挙げられる。中でも、精留塔１０に対して腐食等の影響の少ないリン酸が好ましく用いられる。また、揮発成分が亜硫酸ガス等の酸性揮発成分である場合、水酸化ナトリウム等のアルカリが挙げられる。中和剤は水溶液等の形態で、精留塔１０内に投入される。【００１７】
精留塔１０内に投入された被処理液に含まれる有機溶剤は、蒸発気化して精留塔１０の塔頂部側に向かい、不揮発性のアミノ酸等の有機物や塩類は、塔底部側に向かう。また、被処理液に含まれるアルカリ性又は酸性の揮発成分は、少なくとも一部が揮発し、有機溶剤と共に、塔頂部側に向かう。【００１８】
本実施形態では、被処理液の給液位置より塔頂側に中和剤を投入する構成を採用しているので、塔頂側に向かう揮発成分を中和し、イオン化することで、塔底部側に戻し、回収液へのアルカリ性又は酸性の揮発成分の混入を抑制することができる。
この際、中和を阻害する恐れのある不揮発性のアミノ酸等の有機物や塩類は、そのすべて又は大部分が、被処理液の給液位置より下方、すなわち、中和剤投入位置より下方に存在しているので、これらと投入した中和剤が被処理液の給液位置より上方で直接接触することがない。したがって、中和剤投入位置より下方で被処理液の給液位置より上方の間は中和を阻害する恐れのある不揮発性のアミノ酸等の有機物や塩類の存在によって、中和剤によるアルカリ性又は酸性の揮発成分の中和が阻害されることがない。その結果、必要最小限又はそれに近い量の中和剤を投入するだけで、安定的に、回収液へのアルカリ性又は酸性の揮発成分の混入を抑制し、高純度の有機溶剤を分離回収することができる。
従来技術では、特に、中和剤としてリン酸を用いる場合に、不揮発性のアミノ酸等の有機物や塩類により中和が阻害されることがあったが、本実施形態では、用いる中和剤の種類や、被処理液の組成によらず、上記効果が安定的に得られる。【００１９】
さらに、本実施形態の精留装置１には、精留塔１０から抜き出される回収液中のアルカリ性又は酸性の揮発成分を検出するべく、還流ライン５０に電気伝導度指示計（検出手段）５１が取り付けられている。
精留塔１０から抜き出される回収液中のアルカリ性又は酸性の揮発成分の濃度が高まると、電気伝導度指示計５１の示す値が高くなるので、これを検出することができる。電気伝導度指示計５１は還流ライン５０ではなく、回収ライン４０に設置することもできる。【００２０】
電気伝導度指示計５１による計測頻度は問わないが、連続的又は定期的に計測し、常時又は定期的にモニタリングを行うことが好ましい。被処理液の組成は変動するので、これに含まれるアルカリ性又は酸性の揮発成分の濃度も変動する。したがって、回収液中のアルカリ性又は酸性の揮発成分の濃度をモニタリングすることで、被処理液中のアルカリ性又は酸性の揮発成分の増減を直ちに検出することができる。【００２１】
そして、検出結果に基づいて中和剤投入量を調整することで、被処理液の組成が変動しても、必要最小限又はそれに近い中和剤投入量でもって、回収液へのアルカリ性又は酸性の揮発成分の混入を安定的に抑制することができる。
例えば、電気伝導度指示計５１による指示値が上昇すれば、それに応じて中和剤投入量を増量し、電気伝導度指示計５１による指示値が下降すれば、中和剤は過剰と判断されるので、中和剤投入量を減量し、電気伝導度が規格内に収まるように調整する。
本実施形態では、中和剤投入ライン７０に流量指示調節計７１が取り付けられ、電気伝導度指示計５１には、この流量指示調節計７１を制御する機能が備えられている。そして、電気伝導度指示計５１の検出結果に基づいて、自動的に流量指示調節計７１によって中和剤投入量がカスケード制御されるようになっている。なお、制御にあたっては、サンプル値ＰＩ制御等を採用し、無駄時間の補償を行うことが好ましい。電気伝導度の規格は適宜設計すれば良いが、例えばアンモニアを対象にする場合は、０〜３μＳ（マイクロジーメンス）／ｃｍ（アンモニア濃度０ 〜０．０５ｍｇ/Ｌに相当）、亜硫酸ガスを対象にする場合は、０〜０．５μＳ/ｃｍ（亜硫酸ガス濃度０〜０．２ｍｇ／Ｌに相当）が好ましい。【００２２】
本実施形態では、電気伝導度指示計５１によって、回収液中のアルカリ性又は酸性の揮発成分量をモニタリングしているので、被処理液中のアルカリ性又は酸性の揮発成分量が突如高くなり、回収液中のアルカリ性又は酸性の揮発成分量が規格値を大きく外れるような事態にも、回収液の送り先を変更するなどの迅速な対応を取ることができ、回収液の品質を安定化することができる。【００２３】
さらに、本実施形態の精留装置１には、被処理液供給ライン２０に、被処理液のｐＨを計測するｐＨ指示計（ｐＨ計測手段）２２が取り付けられている。そして、この計測結果に基づいて、流量指示調節計７１によって中和剤投入量がフィードフォワード制御されるようになっている。
例えば、アルカリ性揮発成分が含まれる被処理液の場合、被処理液のｐＨが上昇すれば、被処理液中のアルカリ性揮発成分濃度が上昇したと判断して中和剤投入量を増量し、逆に被処理液のｐＨが下降すれば、被処理液中のアルカリ性揮発成分濃度が下降したと判断して中和剤投入量を減量する。
同様に、酸性揮発成分が含まれる被処理液の場合、被処理液のｐＨが下降すれば、被処理液中の酸性揮発成分濃度が上昇したと判断して中和剤投入量を増量し、逆に被処理液のｐＨが上昇すれば、被処理液中の酸性揮発成分濃度が下降したと判断して中和剤投入量を減量する。
かかる構成を採用することで、被処理液中の揮発成分濃度が大幅に変動しても、迅速に対応することができる。ｐＨ指示計２２による計測頻度も問わないが、連続的又は定期的に計測し、常時又は定期的にモニタリングを行うことが好ましい。【００２４】
以上説明したように、本実施形態の精留装置１及びこれを用いた精留方法によれば、精留塔１０の被処理液の給液位置より塔頂側に中和剤を投入する構成を採用しているので、多量の中和剤を使用することなく、安定的に、回収側へのアルカリ性又は酸性の揮発成分の混入を抑制し、高純度の有機溶剤を分離回収することができる。
本実施形態では、必要最小限又はそれに近い量の中和剤を投入するだけで良いので、使用する中和剤量を著しく低減でき経済的である。また、塔底液の処理も著しく簡略化することができる。
従来は、中和剤としてリン酸を用いる場合、アミノ酸等の有機物や塩類により中和が阻害され、塔底液にリンが多量に含まれてしまうという問題があったが、本実施形態では、リン酸を用いる場合にも、上記効果が安定的に得られる。【００２５】
なお、精留装置１は一実施形態にすぎず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜設計変更可能である。
例えば、精留塔底部に蒸気を直接導入する代わりに、蒸気にて精留塔内を間接的に加熱する間接加熱式を採用することもできる。
その他、電気伝導度指示計５１を設置する代わりに、回収液をサンプリングし、ガスクロマトグラフィー法等により、分析を行うことでも、回収液中のアルカリ性又は酸性の揮発成分の濃度をモニタリングすることができる。【００２６】
また、被処理液には、アルカリ性、酸性の揮発成分のうちいずれかが含まれる場合についてのみ説明したが、本発明は、これら双方を含む被処理液に対しても適用可能である。
例えば、アルカリ揮発成分を中和する精留装置と、酸性揮発成分を中和する精留装置を併用し、順次処理を行うことで、両揮発成分の回収側への混入を抑えられる。また、あらかじめ、一方の揮発成分を中和や酸化処理等により不揮発化してから、本発明の精留装置にて処理しても、両揮発成分の回収側への混入を抑えられる。【００２７】
次に、本発明に係る実施例について説明する。
なお、アルカリ性または酸性の揮発成分の濃度と電気伝導度の関係については、濃度の異なるアンモニア水を調製し、電気伝導度計（東亜ディーケーケー株式会社製 ＣＭ−２１Ｐ）にて、電気伝導度を測定することにより調べた。
この結果を表１及び図２に示す。アンモニア（ＮＨ３）濃度と電気伝導度には正の相関があることが確認された。また、回収溶剤として問題のないレベルをアンモニア濃度０〜０．０５ｍｇ／Ｌと規格したが、これは電気伝導度０〜３μＳｃｍに相当することが明らかとなった。
亜硫酸ガスについても濃度と電気伝導度との関係を調べたところ、アンモニアの場合と同様に、亜硫酸ガス濃度と電気伝導度には正の相関があることが確認された。【００２８】
【表１】
2006025355.tif 000002
【実施例１】
【００２９】
図１に示した精留装置を用い、醗酵工業の廃液の連続精留を実施した。
多段精留塔を用い、被処理液の給液口は下から約１／２の高さの段、中和剤投入口は下から約３／４の高さの段に各々設けた。
塔底部に１７５℃、０．４５ＭＰａＧの蒸気を導入し、精留塔の中段温度は７３℃に保持した。
被処理液の運転開始時の組成は、水約４７重量％、メタノール約５３重量％であり、２９ｍｇ/Ｌのアンモニア、及び少量の不揮発性のアミノ酸や塩等が含まれていた。被処理液の精留塔への供給量は２．５ｍ３／時間とした。
精留塔に投入する酸としては、７５重量％リン酸水溶液を用いた。
表１及び図２に示されるアンモニア濃度と電気伝導度の相関から、回収液の電気伝導度の規格は０〜３μＳ／ｃｍ（アンモニア濃度０〜０．０５ｍｇ/Ｌに相当）とした。【００３０】
運転開始後の、被処理液のｐＨ及びその給液量、電気伝導度計の指示値、及び投入したリン酸量を図３に示す。なお、図では、リン酸水溶液量をそのままリン酸量としてある。
図示するように、運転開始時は電気伝導度が一時的に高い値を示していたが、リン酸投入後、直ちに電気伝導度はほぼゼロになり、電気伝導度が規格内となった時点で、回収液の取り出しを開始した。その後も長時間に渡って、安定的に回収液の電気伝導度をほぼゼロに維持することができた。【００３１】
運転開始２０時間後に被処理液のｐＨが急上昇し、図示されない低レベルの範囲内で電気伝導度が急上昇したが、被処理液のｐＨ変化に応じて、自動的にリン酸の投入量が制御され、電気伝導度をほぼゼロに維持することができた。なお、電気伝導度が急上昇した際には、回収液の取出しタンクを変更することで、回収液の品質を確保した。【００３２】
本実験に用いた図１に示される精留塔と同程度の規模および精留能力を有する精留塔において、あらかじめ中和剤を被処理液に投入してから精留塔に給液する従来の精留方法を用いた場合、回収液へのアンモニアの混入を確実に避けるためには、被処理液のｐＨを３にする必要があることを別途確かめた。
上記実験に供した被処理液の滴定を行ったところ、該被処理液のｐＨを３にするに必要な７５重量％リン酸水溶液は、被処理液１０００Ｌあたり約６．９Ｌと見積もられた。
しかしながら、図３の結果から算出したところ、本実施例では、７５重量％リン酸水溶液の投入量は被処理液１０００Ｌあたり約１．０Ｌであり、従来の精留方法で必要と見積もられた７５重量％リン酸液水溶液のわずか約１４％であった。そのため、精留塔残査に含まれるリンの量も大幅に削減することができ、廃液処理も著しく簡略化することができた。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明の精留塔及びこれを用いた精留方法は、醗酵工業等で排出される有機溶剤とアルカリ性又は酸性の揮発成分とを含む廃液の処理等に好ましく適用できる。
【図１】
2006025355.tif 000003
【図２】
2006025355.tif 000004
【図３】
2006025355.tif 000005
【国際調査報告】
2006025355.tif 000006
2006025355.tif 000007