エタノール-水系パーベーパレーション法および蒸気透過法による膜分離プロセスのシステム検討 Cost Estimation of Pervaporation and Vapor Permeation Membrane Separation Systems for Ethanol-Water Mixtures

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抄録

溶媒として重要なアルコールの中で, エタノール~水系の膜分離をパーベーパレーション法 (PV) および蒸気透過法 (VP) で行う際の経済性を比較した.共沸点近傍までは蒸留法によるという考えで, 高濃度域のみを対象とし, 均質セルロース膜で基礎実験データを得た.透過性はPVが, 分離性はVPが優れた.ただし濃度が高くなるにつれて両者のデータは接近した.<BR>これらのデータをもとに実用規模の3条件についてシミュレーション計算を実施し, 必要膜面積を求めた.高濃度になると急激に必要膜面積が増すこと, またVPの方がPVより膜面積を多く要することなどが明らかになった。PVおよびVPのシステムを構築し, 膜モジュールや他の主要機器のコストを求めて経済性の検討を行った.その結果, 装置コストは膜面積の影響が大きく, PVよりVPの方がコスト高になった.ただし他の研究者による膜データで同様な検討を行うと, 逆の結果となる場合があって, PVとVPの経済性は使用する膜の特性および濃縮域などによって強く影響されることが明らかになった.<BR>さらに分離係数と透過速度の間にトレードオフ関係のあるデータ群から実用膜を選定する検討を行った結果では, 分離係数は犠牲にしても, 高い透過速度を示す膜の方が必要膜面積が小さくなって望ましいことが示された.

Alcohols are important solvents with a variety of applications. This paper describes cost estimations of pervaporation (PV) and vapor permeation (VP) membrane separation systems for ethanol-water mixtures. Experiments using a homogeneous cellulose membrane are performed at higher ethanol feed concentration (above 90 wt%), since conventional distillation is economical at lower concentration. The fluxes observed are smaller, and the selectivities are larger in VP compared to PV. However, the differences in PV and VP decrease with increasing ethanol feed concentration.<BR>Simulated calculations are carried out for the estimation of membrane area under three operational conditions for a commercial-scale plant, based on these experimental data. As a result, it has been clarified that membrane area steeply increases at higher concentrations. The low flux involveddemands a larger membrane area in VP compared to PV. A conceptual design of the membrane separationsystem is presented, and the costs of membrane module and other main components are estimated.<BR>As a result of this economic assessment, it is clarified that capital cost is significantly affected by themembrane area, and that cost is lower in PV compared to VP over a wide scale of plants. But contradictory results are obtained from other researchers' data using the GFT membrane. The economics of membrane separation systems. strongly depend on separation characteristics of the membrane and the range of concentration.<BR>Next, the authors discuss the selection of an applicable membrane from various PV data showing "trade-off" relations between α and flux. It is clarified that high flux is a very importantcondition, rather than high selectivity for industrial applications.

収録刊行物

  • 化学工学論文集  

    化学工学論文集 24(6), 881-887, 1998-11-20 

    The Society of Chemical Engineers, Japan

参考文献:  16件

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各種コード

  • NII論文ID(NAID)
    10002836236
  • NII書誌ID(NCID)
    AN00037234
  • 本文言語コード
    JPN
  • 資料種別
    ART
  • ISSN
    0386216X
  • NDL 記事登録ID
    4600116
  • NDL 雑誌分類
    ZP5(科学技術--化学・化学工業--化学工学)
  • NDL 請求記号
    Z17-725
  • データ提供元
    CJP書誌  NDL  J-STAGE 
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