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WO2024057886A1 - 膜分離システム及び膜分離システムの運転方法 - Google Patents

膜分離システム及び膜分離システムの運転方法 Download PDF

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Publication number
WO2024057886A1
WO2024057886A1 PCT/JP2023/030827 JP2023030827W WO2024057886A1 WO 2024057886 A1 WO2024057886 A1 WO 2024057886A1 JP 2023030827 W JP2023030827 W JP 2023030827W WO 2024057886 A1 WO2024057886 A1 WO 2024057886A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
section
membrane separation
membrane
organic compound
condensing
Prior art date
Application number
PCT/JP2023/030827
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
智也 平井
直道 木村
武史 仲野
Original Assignee
日東電工株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日東電工株式会社 filed Critical 日東電工株式会社
Priority to JP2024546821A priority Critical patent/JPWO2024057886A1/ja
Priority to CN202380063915.4A priority patent/CN119836321A/zh
Priority to EP23865243.2A priority patent/EP4588552A1/en
Publication of WO2024057886A1 publication Critical patent/WO2024057886A1/ja

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/36—Pervaporation; Membrane distillation; Liquid permeation

Definitions

  • the present invention relates to a membrane separation system and a method of operating the membrane separation system.
  • a pervaporation method using a pervaporation membrane is known as an example of a method for separating volatile organic compounds from an aqueous solution containing them.
  • Pervaporation is suitable for separating volatile organic compounds from aqueous solutions containing various substances. Pervaporation also tends to reduce energy consumption and emissions of gases such as carbon dioxide compared to distillation.
  • a technique has been proposed for continuously producing volatile organic compounds by combining a membrane separation device that performs pervaporation and a reaction tank that produces volatile organic compounds.
  • Patent Document 1 discloses a membrane separation system that combines a membrane separation device and a reaction tank.
  • the pervaporation method can be performed using a membrane separation section that has a pervaporation membrane and a supply space and a permeation space separated by the pervaporation membrane.
  • a membrane separation section that has a pervaporation membrane and a supply space and a permeation space separated by the pervaporation membrane.
  • the present inventors have found that since the pervaporation membrane also permeates gases contained in the feed liquid, gases such as carbon dioxide remain in the permeate fluid of gases separated by the pervaporation membrane. Obtained.
  • the gaseous permeate fluid, still containing gas is supplied to the condensing section as exhaust from the vacuum section. Gases such as carbon dioxide contained in the gaseous permeate fluid reduce the condensation efficiency in the condensation section, resulting in a reduction in the recovery efficiency of organic compounds.
  • an object of the present invention is to provide a membrane separation system suitable for efficiently recovering organic compounds.
  • the present invention comprising a membrane separation section, a pressure reduction section, a first condensation section and a second condensation section
  • the membrane separation section includes a pervaporation membrane that separates a feed liquid containing a volatile organic compound and a gas into a permeate fluid and a non-permeate fluid, and a supply space and a permeation space separated by the pervaporation membrane. death
  • the pressure reduction section reduces the pressure in the permeation space of the membrane separation section
  • the first condensation section is disposed between the membrane separation section and the pressure reduction section, and condenses the organic compound contained in the permeate fluid discharged from the membrane separation section
  • the second condensation section provides a membrane separation system that condenses the organic compound contained in the permeate fluid discharged from the pressure reduction section.
  • the invention provides: A method of operating a membrane separation system comprising a membrane separation section, a pressure reduction section, a first condensation section, and a second condensation section, the method comprising:
  • the first condensation section is arranged between the membrane separation section and the pressure reduction section,
  • the membrane separation section includes a pervaporation membrane, and a supply space and a permeation space separated by the pervaporation membrane, Separating a feed liquid containing a volatile organic compound and a gas into a permeate fluid and a non-permeate fluid by the pervaporation membrane of the membrane separation section; condensing the organic compound contained in the permeate fluid discharged from the membrane separation section by the first condensation section; condensing the organic compound contained in the permeate fluid discharged from the pressure reduction section by the second condensation section; including;
  • the method of operating a membrane separation system is provided, wherein the separating includes reducing the pressure in the permeation space of the membrane separation section by the pressure reduction section.
  • a membrane separation system suitable for efficiently recovering organic compounds can be provided.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an example of a membrane separation system of this embodiment. It is a schematic block diagram showing the 1st condensation part and the 2nd condensation part with which a membrane separation system is provided. It is a schematic sectional view showing an example of the membrane separation part with which a membrane separation system is provided. It is a schematic sectional view of the pervaporation membrane with which a membrane separation part is provided. FIG. 7 is an exploded perspective view schematically showing another example of the membrane separation section. 2 is a schematic configuration diagram showing a separation system used in calculation examples 1 and 6. FIG. FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a conventional membrane separation system.
  • the membrane separation system includes: comprising a membrane separation section, a pressure reduction section, a first condensation section and a second condensation section,
  • the membrane separation section includes a pervaporation membrane that separates a feed liquid containing a volatile organic compound and a gas into a permeate fluid and a non-permeate fluid, and a supply space and a permeation space separated by the pervaporation membrane.
  • the pressure reduction section reduces the pressure in the permeation space of the membrane separation section
  • the first condensation section is disposed between the membrane separation section and the pressure reduction section, and condenses the organic compound contained in the permeate fluid discharged from the membrane separation section
  • the second condensation section condenses the organic compound contained in the permeate fluid discharged from the pressure reduction section.
  • the pressure in the first condensing section is controlled to a lower value than the pressure in the second condensing section.
  • the pressure in the first condensing section is controlled within a range of 0.2 to 20.0 kPa during operation.
  • the cooling temperature of the first condensing section is equal to the cooling temperature of the second condensing section. Controlled to the same or lower value.
  • the cooling temperature of the first condensing section is controlled within a range of -80°C or more and less than 30°C.
  • the permeate fluid is cooled in the first condensing section and the second condensing section during operation. Refrigerant for this purpose is passed through.
  • the refrigerant passed through the first condensing section is passed into the second condensing section.
  • the concentration of the organic compound contained in the first condensed fluid obtained from the first condensing section is The concentration of the organic compound is lower than the concentration of the organic compound contained in the second condensed fluid obtained from the second condensation section.
  • the membrane separation system adjusts the pressure in the permeation space between the first condensation section and the pressure reduction section. It further includes a pressure regulating valve.
  • the method for operating a membrane separation system includes: A method of operating a membrane separation system comprising a membrane separation section, a pressure reduction section, a first condensation section, and a second condensation section, the method comprising:
  • the first condensation section is arranged between the membrane separation section and the pressure reduction section,
  • the membrane separation section includes a pervaporation membrane, and a supply space and a permeation space separated by the pervaporation membrane, Separating a feed liquid containing a volatile organic compound and a gas into a permeate fluid and a non-permeate fluid by the pervaporation membrane of the membrane separation section; condensing the organic compound contained in the permeate fluid discharged from the membrane separation section by the first condensation section; condensing the organic compound contained in the permeate fluid discharged from the pressure reduction section by the second condensation section; including;
  • the separating includes reducing the pressure in the permeation space of the membrane separation unit by the pressure reducing unit.
  • the membrane separation system 100 of this embodiment includes a membrane separation section 10 having a pervaporation membrane, a first condensation section 201, a pressure reduction section 30, and a second condensation section 202.
  • the first condensing section 201 is arranged between the membrane separation section 10 and the pressure reducing section 30.
  • the second condensing section 202 is arranged after the pressure reducing section 30.
  • the membrane separation unit 10 includes a pervaporation membrane, and a supply space and a permeation space separated by the pervaporation membrane.
  • the pervaporation membrane separates a feed liquid S containing volatile organic compounds C into a permeate fluid S 1 and a non-permeate fluid S 2 .
  • the pressure reducing section 30 reduces the pressure inside the permeation space of the membrane separation section 10 .
  • the first condensing section 201 condenses the organic compound C contained in the permeate fluid S 1 discharged from the membrane separation section 10 .
  • the second condensing section 202 condenses the organic compound C contained in the permeated fluid S 1 discharged from the pressure reducing section 30 .
  • the supply liquid S contains a volatile organic compound C such as alcohol.
  • Feed liquid S is typically a fermentation liquid.
  • a fermentation liquid is obtained by fermenting a carbon source such as glucose or synthetic gas using microorganisms in an aqueous solution. Therefore, when the feed liquid S is a fermentation liquid, the feed liquid S contains the volatile organic compound C and the microorganisms that produce the organic compound C.
  • the microorganism that produces organic compound C is typically a fungus.
  • gases such as carbon dioxide are generated as byproducts. Therefore, gas exists as a dissolved gas G in the feed liquid S obtained by fermentation.
  • Gas G contains carbon dioxide.
  • the feed liquid S contains water in addition to the organic compound C, microorganisms, and gas G, for example.
  • the feed liquid S is typically an aqueous solution containing an organic compound C, a microorganism, and a gas G.
  • a first condensation section 201 is arranged between the membrane separation section 10 and the pressure reduction section 30, and a second condensation section 202 is further arranged after the pressure reduction section 30.
  • FIG. 7 is a schematic configuration diagram showing a conventional membrane separation system 1000 using pervaporation.
  • the membrane separation system 1000 includes a membrane separation section 101 having a pervaporation membrane, a condensation section 102, and a pressure reduction section 103.
  • a condensation section 102 is provided between the membrane separation section 101 and the pressure reduction section 103.
  • symbol 104 shows the tank which stores the supply liquid L to be supplied to the membrane separation part 101.
  • pervaporation membranes also permeate gases contained in the feed liquid. Therefore, when the feed liquid L is separated into the permeate fluid L 1 and the non-permeate fluid L 2 by the pervaporation membrane of the membrane separation unit 101, gas such as carbon dioxide remains in the separated permeate fluid L 1 .
  • the permeate fluid L 1 discharged from the membrane separation section 101 is supplied to the condensation section 102 while containing gas.
  • the condensation efficiency in the condensation section 102 depends on the partial pressure of the gas to be condensed. Therefore, the gas contained in the permeated fluid L 1 reduces the condensation efficiency in the condensing section 102, and as a result, the recovery efficiency of organic compounds decreases.
  • the permeate fluid L 1 that cannot be condensed due to the presence of gas is discharged outside the system.
  • the present inventors disposed the first condensing section 201 between the membrane separation section 10 and the pressure reducing section 30, and then disposed the second condensing section 202 after the pressure reducing section 30, thereby discharging the water out of the system. It has been found that it is possible to reduce the amount of permeate fluid S1 .
  • the permeate fluid S 1 discharged from the membrane separation section 10 is first supplied to the first condensation section 201, where the organic compound C is condensed.
  • the permeate fluid S 1 supplied to the first condensing section 201 contains gas G. As described above, the condensation efficiency in the first condensation section 201 depends on the partial pressure of the gas to be condensed.
  • the permeate fluid S 1 that could not be condensed due to the presence of the gas G is discharged from the first condensing section 201 .
  • the permeate fluid S 1 discharged from the first condensing section 201 is supplied to the second condensing section 202 as exhaust from the pressure reducing section 30, and the second condensing section 202 further collects organic compounds C. is condensed. Therefore, the amount of permeate fluid S 1 discharged to the outside of the system can be reduced.
  • the pressure P 1 in the first condensing section 201 may be controlled to a value lower than the pressure P 2 in the second condensing section 202 during operation.
  • the recovery efficiency of the organic compound C can be improved.
  • the pressure P 1 within the first condensing section 201 may be controlled within a range of 0.1 to 20.0 kPa.
  • the pressure P 1 may be controlled within a range of 0.1 to 10.0 kPa, or may be controlled within a range of 0.1 to 5.0 kPa.
  • the pressure P 1 is, for example, 1.5 kPa.
  • the pressure P 2 within the second condensing section 202 may be controlled within a range of 50.0 to 101.325 kPa.
  • the pressure P 2 may be controlled within a range of 70.0 to 101.325 kPa, or may be controlled within a range of 90.0 to 101.325 kPa.
  • the pressure P 2 is, for example, atmospheric pressure (101.325 kPa).
  • the cooling temperature T 1 of the first condensing section 201 may be controlled to a value that is the same as or lower than the cooling temperature T 2 of the second condensing section 202 .
  • T 1 ⁇ T 2 the recovery efficiency of the organic compound C can be improved.
  • the cooling temperature T 1 of the first condensing section 201 may be controlled within a range of -80 to 10°C.
  • the cooling temperature T 1 may be controlled in the range of -40 to 5°C, or may be controlled in the range of -20 to 0°C.
  • the cooling temperature T 1 is, for example, -7°C.
  • the cooling temperature T 2 of the second condensing section 202 may be controlled within a range of -80 to 20°C.
  • the cooling temperature T 2 may be controlled in the range of -40 to 15°C, or may be controlled in the range of -20 to 10°C.
  • the cooling temperature T 2 is, for example, -7°C.
  • the pressure P 1 in the first condensing section 201 and the pressure P 2 in the second condensing section 202 can be controlled by controlling the operation of the pressure reducing section 30 .
  • the pressure reducing section 30 may be a vacuum device such as a vacuum pump.
  • the vacuum pump is typically a gas transport type vacuum pump, such as a reciprocating type vacuum pump or a rotary type vacuum pump.
  • reciprocating vacuum pumps include diaphragm type and swing piston type vacuum pumps.
  • rotary vacuum pumps include liquid ring pumps; oil rotary pumps (rotary pumps); mechanical booster pumps; and various dry pumps such as roots type, claw type, screw type, turbo type, and scroll type.
  • the pump serving as the pressure reducing unit 30 may be equipped with a variable speed mechanism for changing the rotation speed and the like.
  • An example of a variable speed mechanism is an inverter that drives a pump motor. By controlling the rotation speed of the pump using the variable speed mechanism, the pressure P 1 in the first condensing section 201 and the pressure P 2 in the second condensing section 202 can be adjusted appropriately.
  • the first condensing section 201 condenses the organic compound C by cooling the permeate fluid S 1 discharged from the membrane separation section 10 .
  • the gaseous permeate fluid S 1 is liquefied, and the first condensed fluid S 31 is obtained.
  • the first condensed fluid S 31 is a liquid fluid containing an organic compound C.
  • the second condensing section 202 condenses the organic compound C by cooling the permeated fluid S 1 discharged from the pressure reducing section 30 .
  • the gaseous permeate fluid S1 is liquefied, and the second condensed fluid S32 is obtained.
  • the second condensed fluid S 32 is a liquid fluid containing an organic compound C.
  • the concentration of the organic compound C contained in the first condensed fluid S 31 obtained from the first condensing section 201 is lower than the concentration of the organic compound C contained in the second condensed fluid S 32 obtained from the second condensing section 202.
  • Each of the first condensing section 201 and the second condensing section 202 may be a gas-liquid heat exchanger that causes heat exchange between a cooling medium (refrigerant) such as an antifreeze liquid and a gaseous permeate fluid S1 . . That is, during operation, the refrigerant R for cooling the permeated fluid S 1 may be passed through the first condensing section 201 and the second condensing section 202 .
  • a cooling medium such as an antifreeze liquid
  • the refrigerant R for cooling the permeated fluid S 1 may be passed through the first condensing section 201 and the second condensing section 202 .
  • the refrigerant R for example, ethylene glycol, propylene glycol, ethanol, water, etc. can be used.
  • FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing the first condensing section 201 and the second condensing section 202.
  • the membrane separation section 10 is omitted.
  • the membrane separation system 100 may include a refrigerant path 99 as a flow path for the refrigerant R.
  • Refrigerant path 99 has a first portion 99A and a second portion 99B.
  • the first part 99A is connected to the refrigerant outlet 202e of the second condensing part 202 and the refrigerant inlet 201d of the first condensing part 201
  • the second part 99B is connected to the refrigerant outlet 201e of the first condensing part 201, It may be connected to the refrigerant inlet 202d of the second condensing section 202. That is, the refrigerant R passed through the first condensing section 201 may be configured to be passed through the second condensing section 202. In this way, a common refrigerant R may be used in the first condensing section 201 and the second condensing section 202.
  • the membrane separation system 100 may further include a cooling unit 203 for cooling the refrigerant R.
  • Cooling unit 203 is typically a chiller.
  • the cooling unit 203 may be provided in the first portion 99A of the refrigerant path 99.
  • the cooling unit 203 can cool the refrigerant R passed through the first condensing unit 201 and the second condensing unit 202 .
  • a temperature sensor that measures the temperature of the refrigerant R may be disposed in the refrigerant path 99.
  • a temperature sensor that measures the temperature of the refrigerant R may be disposed in each of the first portion 99A and the second portion 99B. Based on the measurement result of the temperature sensor, the temperature of the refrigerant R passed through the first condensing section 201 and the second condensing section 202 may be controlled so as to satisfy T 1 ⁇ T 2 .
  • a pump that controls the flow rate of the refrigerant R may be disposed in the refrigerant path 99.
  • a pump may not be disposed in the refrigerant path 99.
  • the membrane separation system 100 may further include a pressure regulating valve 35 between the first condensing section 201 and the pressure reducing section 30 to adjust the pressure in the permeation space of the membrane separation section 10.
  • a pressure regulating valve 35 between the first condensing section 201 and the pressure reducing section 30 to adjust the pressure in the permeation space of the membrane separation section 10.
  • methods for adjusting the pressure in the permeation space of the membrane separation section 10 include a method of introducing outside air into the pressure reducing section 30, and a method of regulating the flow rate using a pressure regulating valve provided upstream of the pressure reducing section 30.
  • the membrane separation system 100 may further include pressure sensors (not shown) that measure the pressure P 1 in the first condensing section 201 and the pressure P 2 in the second condensing section 202, respectively.
  • the operation of the pressure reducing unit 30 may be controlled based on the measurement result of the pressure sensor so that P 1 ⁇ P 2 is satisfied.
  • the membrane separation system 100 may further include a temperature sensor (not shown) that measures each of the cooling temperature T 1 of the first condensing section 201 and the cooling temperature T 2 of the second condensing section 202.
  • the operation of the cooling unit 203 may be controlled based on the measurement result of the temperature sensor so that T 1 ⁇ T 2 is satisfied.
  • the membrane separation system 100 further includes a tank 40 along with a membrane separation section 10, a first condensation section 201, a pressure reduction section 30, and a second condensation section 202.
  • the tank 40 stores the feed liquid S to be supplied to the membrane separation unit 10.
  • Tank 40 may be a fermenter for producing organic compound C by fermentation of a carbon source by microorganisms.
  • the membrane separation system 100 includes a fermented liquid supply path 91, a non-permeated fluid discharge path 92, a first permeated fluid discharge path 93, a first condensed fluid discharge path 94, a second permeated fluid discharge path 95, and a second permeated fluid discharge path 95 as fluid paths. 2 condensed fluid discharge passages 96 are further provided.
  • the fermentation liquid supply path 91 is a path for supplying the supply liquid S from the tank 40 to the membrane separation unit 10 during operation, and is connected to the outlet 40b of the tank 40 and the fermentation liquid inlet 13a of the membrane separation unit 10. ing.
  • the non-permeable fluid discharge path 92 is a path for discharging the non-permeable fluid S 2 from the membrane separation section 10 during operation, and is connected to the supply space outlet 13b of the membrane separation section 10.
  • a pump for controlling the flow rate of the non-permeable fluid S 2 may be disposed in the non-permeable fluid discharge path 92 .
  • a pump may not be disposed in the non-permeable fluid discharge path 92.
  • Non-permeate fluid discharge path 92 is connected to inlet 40a of tank 40 and may be configured to deliver non-permeate fluid S2 to tank 40 during operation. That is, during operation, the non-permeable fluid S 2 may be mixed with the supply liquid S in the tank 40 and circulated through the fermentation liquid supply path 91 and the non-permeable fluid discharge path 92 .
  • the non-permeate fluid S 2 is sent to the tank 40, the feed liquid S and the non-permeate fluid S 2 are mixed in the tank 40, and the content of organic compound C in the feed liquid S is reduced.
  • the tank 40 is a fermenter, the content rate of organic compound C in the supply liquid S decreases, thereby preventing fermentation by microorganisms from stopping, and thereby making it possible to continuously produce fermented products. can.
  • the first permeate fluid discharge path 93 is a path for discharging gaseous permeate fluid S 1 from the membrane separation section 10 during operation, and connects the permeation space outlet 14 b of the membrane separation section 10 and the permeation fluid S 1 of the first condensation section 201 .
  • the fluid inlet 201a is connected to the fluid inlet 201a.
  • the first condensed fluid discharge path 94 is a path for discharging the first condensed fluid S31 from the first condensing section 201 during operation, and is connected to the first condensed fluid outlet 201b of the first condensing section 201. .
  • the second permeate fluid discharge path 95 is a path for discharging gaseous permeate fluid S 1 that could not be condensed due to the presence of gas G from the first condensing section 201 during operation. It is connected to the permeate fluid outlet 201c and the permeate fluid inlet 202a of the second condensing section 202.
  • the second condensed fluid discharge path 96 is a path for discharging the second condensed fluid S32 from the second condensing section 202 during operation, and is connected to the second condensed fluid outlet 202b of the second condensing section 202. .
  • a pressure reducing section 30 is arranged in the second permeate fluid discharge path 95.
  • a pressure regulating valve 35 may be disposed between the first condensing section 201 and the pressure reducing section 30.
  • a flow meter may be disposed in the first condensed fluid discharge path 94 to measure the flow rate of the first condensed fluid S 31 .
  • a flow meter may be disposed in the second condensed fluid discharge path 96 to measure the flow rate of the second condensed fluid S32 .
  • the membrane separation system 100 may further include a recovery section 50.
  • the recovery unit 50 recovers the first condensed fluid S 31 sent from the first condensation unit 201 and the second condensed fluid S 32 sent from the second condensation unit 202 . 2 condensate fluid S 32 can be stored.
  • the recovery unit 50 is, for example, a tank that stores the first condensed fluid S 31 and the second condensed fluid S 32 .
  • the first condensed fluid discharge path 94 is connected to the inlet 50a of the recovery section 50
  • the second condensed fluid discharge path 96 is connected to the inlet 50b of the recovery section 50.
  • the recovery unit 50 may be configured to separately recover and store the first condensed fluid S 31 and the second condensed fluid S 32 .
  • the recovery unit 50 recovers the first condensed fluid S 31 sent from the first condensation unit 201 and includes, for example, a tank that can store the first condensed fluid S 31 and a tank that can store the first condensed fluid S 31 and the first condensed fluid S 31 sent from the second condensation unit 202 .
  • the second condensed fluid S 32 may be recovered and, for example, a tank capable of storing the second condensed fluid S 32 .
  • the membrane separation system 100 further includes a discharge path 97 as a fluid path.
  • the exhaust path 97 is connected to the exhaust outlet 202c of the second condensing section 202.
  • the membrane separation system 100 may further include a control unit 60 that controls each member of the membrane separation system 100.
  • the control unit 60 is, for example, a DSP (Digital Signal Processor) including an A/D conversion circuit, an input/output circuit, an arithmetic circuit, a storage device, and the like.
  • the control unit 60 stores a program for appropriately operating the membrane separation system 100.
  • the control unit 60 can control the operation of the pressure reducing unit 30 so that P 1 ⁇ P 2 is satisfied during operation.
  • the control unit 60 can control the operation of the cooling unit 203 so that T 1 ⁇ T 2 is satisfied.
  • each path of the membrane separation system 100 is configured with, for example, metal or resin piping.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing an example of the membrane separation section 10.
  • the membrane separation unit 10 includes a pervaporation membrane 11 and a container 12.
  • the container 12 has a first chamber 13 and a second chamber 14.
  • the first chamber 13 functions as a supply space where the supply liquid S is supplied.
  • the second chamber 14 functions as a permeation space to which the permeation fluid S 1 is supplied.
  • the permeate fluid S 1 is obtained by permeating the feed liquid S through the pervaporation membrane 11 .
  • the pervaporation membrane 11 is placed inside the container 12. Inside the container 12, the pervaporation membrane 11 separates a first chamber 13 and a second chamber 14. The pervaporation membrane 11 extends from one of the pair of walls of the container 12 to the other.
  • the first chamber 13 has a supply space inlet 13a and a supply space outlet 13b.
  • the second chamber 14 has a permeation space outlet 14b.
  • the supply space inlet 13a is an opening for supplying the supply liquid S to the supply space (first chamber 13).
  • the permeation space outlet 14b is an opening for discharging the permeation fluid S1 from the permeation space (second chamber 14).
  • the supply space outlet 13b is an opening for discharging the supply liquid S (non-permeable fluid S 2 ) that has not passed through the pervaporation membrane 11 from the supply space (first chamber 13).
  • Each of the supply space inlet 13a, the supply space outlet 13b, and the permeation space outlet 14b is formed on the wall surface of the container 12, for example.
  • the membrane separation unit 10 is suitable for a flow type (continuous type) membrane separation method. However, the membrane separation unit 10 may be used in a batch-type membrane separation method.
  • the pervaporation membrane 11 is typically a membrane (separation membrane) that allows the organic compound C contained in the supply liquid S to permeate preferentially.
  • the pervaporation membrane 11 generates a gaseous permeate fluid S 1 containing the organic compound C by, for example, a pervaporation method.
  • the pervaporation membrane 11 includes, for example, a separation functional layer 1 and a porous support 2 that supports the separation functional layer 1.
  • the pervaporation membrane 11 may further include a protective layer (not shown) that protects the separation functional layer 1.
  • the separation functional layer 1 is in direct contact with the porous support 2, for example.
  • the pervaporation membrane 11 has a main surface 11a on the separation functional layer side exposed to the first chamber 13, and a main surface 11b on the porous support side exposed to the second chamber 14.
  • the separation functional layer 1 is typically a layer through which the organic compound C contained in the supply liquid S can preferentially permeate.
  • the separation functional layer 1 includes, for example, a hydrophobic material.
  • a hydrophobic material means, for example, that when a 10 ⁇ L water droplet (temperature 25°C) is dropped on the surface of a test piece made of the material, the static contact angle of water exceeds 90°. means material. Note that the static contact angle of water can be measured using a commercially available contact angle meter.
  • hydrophobic material examples include compounds having siloxane bonds (Si-O-Si bonds), olefin polymers, oils, fluorine compounds, and the like. It is preferable that the separation functional layer 1 contains a compound having a siloxane bond as a hydrophobic material.
  • the compound having a siloxane bond is typically a silicone-based polymer.
  • the silicone polymer may be solid or liquid at 25°C.
  • Specific examples of silicone polymers include polydimethylsiloxane (PDMS).
  • olefin polymers include polyethylene and polypropylene.
  • oil examples include hydrocarbon oils such as liquid paraffin.
  • fluorine-based compound examples include polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), and tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA). Hydrophobic materials can be used alone or in combination of two or more.
  • the separation functional layer 1 may contain a hydrophobic material as a main component, or may be substantially composed only of a hydrophobic material.
  • "Main component” means the component contained in the separation functional layer 1 in the largest amount by weight.
  • the separation functional layer 1 may include a matrix containing a hydrophobic material and a filler dispersed in the matrix.
  • the filler is embedded within the matrix. Within the matrix, all fillers may be spaced apart from each other or may be partially aggregated.
  • the filler includes, for example, inorganic materials such as zeolite, silica, and bentonite.
  • the zeolite contained in the filler is preferably a high-silica zeolite with a high ratio of silica to alumina.
  • High silica zeolite has excellent hydrolysis resistance and is therefore suitable for use in separating the feed liquid S.
  • HSZ registered trademark
  • HiSiv registered trademark
  • USKY manufactured by Union Showa Co., Ltd.
  • Zeoal registered trademark
  • the filler may include a metal-organic-framework (MOF).
  • the metal-organic framework is also called a porous coordination polymer (PCP).
  • PCP porous coordination polymer
  • the metal-organic framework is hydrophobic.
  • Metal-organic frameworks include, for example, metal ions and organic ligands. Examples of metal ions include Zn ions.
  • the organic ligand includes, for example, an aromatic ring. Examples of the aromatic ring contained in the organic ligand include an imidazole ring. Examples of the organic ligand include 2-methylimidazole and the like. Specific examples of the metal-organic framework include ZIF-8 and the like.
  • the shape of the filler is, for example, particulate.
  • "particulate” includes spherical, ellipsoidal, scaly, and fibrous.
  • the average particle size of the filler is not particularly limited, and is, for example, 50 ⁇ m or less, preferably 20 ⁇ m or less, and more preferably 10 ⁇ m or less.
  • the lower limit of the average particle size of the filler is, for example, 0.01 ⁇ m.
  • the average particle size of the filler can be determined, for example, by the following method. First, a cross section of the separation functional layer 1 is observed using a transmission electron microscope. In the obtained electron microscope image, the area of a specific filler is calculated by image processing.
  • the diameter of a circle having the same area as the calculated area is regarded as the particle size (particle diameter) of that particular filler.
  • the particle diameters of an arbitrary number of fillers (at least 50) are calculated, and the average value of the calculated values is regarded as the average particle diameter of the fillers.
  • the filler content in the separation functional layer 1 is, for example, 10 wt% or more, preferably 30 wt% or more, and more preferably 40 wt% or more.
  • the upper limit of the filler content in the separation functional layer 1 is not particularly limited, and is, for example, 70 wt%.
  • the content of the matrix in the separation functional layer 1 is not particularly limited, and is, for example, 30 wt% to 90 wt%.
  • the thickness of the separation functional layer 1 is, for example, 200 ⁇ m or less, preferably 100 ⁇ m or less, and more preferably 80 ⁇ m or less.
  • the thickness of the separation functional layer 1 may be 1.0 ⁇ m or more, 10 ⁇ m or more, or 30 ⁇ m or more.
  • the separation functional layer 1 may have a microporous structure with an average pore diameter of less than 0.01 ⁇ m, but it may also be a dense layer with no pores on the surface.
  • porous support 2 examples include nonwoven fabric; porous polytetrafluoroethylene; aromatic polyamide fiber; porous metal; sintered metal; porous ceramic; porous polyester; porous nylon; activated carbon fiber; latex silicone; silicone rubber; permeable material containing at least one selected from the group consisting of polyvinyl fluoride, polyvinylidene fluoride, polyurethane, polypropylene, polyethylene, polystyrene, polycarbonate, polysulfone, polyetheretherketone, polyacrylonitrile, polyimide, and polyphenylene oxide. (porous) polymers; metal foams with open or closed cells; polymer foams with open or closed cells; silica; porous glass; mesh screens, and the like.
  • the porous support 2 may be a combination of two or more of these.
  • the porous support 2 has an average pore diameter of, for example, 0.01 to 0.4 ⁇ m.
  • the thickness of the porous support 2 is not particularly limited, and is, for example, 10 ⁇ m or more, preferably 50 ⁇ m or more, and more preferably 100 ⁇ m or more.
  • the thickness of the porous support 2 is, for example, 300 ⁇ m or less, preferably 200 ⁇ m or less.
  • the protective layer covers the surface of the separation functional layer 1, for example.
  • the material for the protective layer is not particularly limited, and examples thereof include silicone resin.
  • the material of the protective layer may be the same as the material of the matrix of the separation functional layer 1.
  • the thickness of the protective layer is not particularly limited, and is, for example, 0.5 ⁇ m or more, preferably 1 ⁇ m or more, more preferably 5 ⁇ m or more, and still more preferably 10 ⁇ m or more.
  • the thickness of the protective layer is, for example, 100 ⁇ m or less, preferably 50 ⁇ m or less, and more preferably 30 ⁇ m or less.
  • the pervaporation membrane 11 can be produced, for example, by forming the separation functional layer 1 on the porous support 2. Specifically, first, a coating liquid containing the material of the separation functional layer 1 is prepared. The coating liquid may contain a dispersant for dispersing the filler in the coating liquid together with the filler. When the coating liquid contains a compound having a siloxane bond, the coating liquid may further contain a catalyst for curing the compound. Next, the coating liquid is applied onto the porous support 2 to obtain a coating film. The separation functional layer 1 is formed by drying the coating film.
  • the method of operating the membrane separation system 100 is to separate a feed liquid S containing a volatile organic compound C and a gas G into a permeate fluid S 1 and a non-permeate fluid S 2 by the pervaporation membrane of the membrane separation unit 10.
  • Step 1 the first condensing section 201 condenses the organic compound C contained in the permeate fluid S 1 discharged from the membrane separation section 10
  • Step 2 the second condensing section 202 condenses the organic compound C contained in the permeate fluid S1 discharged from the membrane separation section 10; condensing the organic compound C contained in the permeate fluid S 1 discharged from 30 (step 3).
  • Step 1 includes reducing the pressure in the permeation space of the membrane separation unit 10 by the pressure reduction unit 30.
  • the feed liquid S when the feed liquid S is a fermentation liquid, the feed liquid S contains a volatile organic compound C and a microorganism that produces the organic compound C.
  • the feed liquid S contains water in addition to the organic compound C, microorganisms, and gas G, for example.
  • the feed liquid S is typically an aqueous solution containing an organic compound C, a microorganism, and a gas G.
  • the organic compound C contained in the supply liquid S is not particularly limited as long as it has volatility.
  • a volatile organic compound means, for example, an organic compound having a boiling point of 20° C. to 260° C. under atmospheric pressure (101.325 kPa). Note that, for example, when the organic compound C has a high concentration in an aqueous solution, it produces an aqueous phase containing water as a main component and an organic phase having a higher content of organic compound C than the aqueous phase. be.
  • the number of carbon atoms in the organic compound C is not particularly limited, and may be, for example, 10 or less, 8 or less, 6 or less, or even 4 or less.
  • the lower limit of the number of carbon atoms in the organic compound C may be 1 or 2.
  • the organic compound C has a functional group containing an oxygen atom, such as a hydroxyl group, a carbonyl group, an ether group, or an ester group. In organic compound C, the number of functional groups containing an oxygen atom is typically one.
  • Examples of the organic compound C include alcohol, ketone, ester, etc., and alcohol is preferable.
  • the organic compound C is alcohol, the organic compound C is easily compatible with water, and the environment within the system is less likely to be biased.
  • the alcohol may be an alkyl alcohol composed only of an alkyl group and a hydroxyl group, or an aryl alcohol containing an aryl group and a hydroxyl group.
  • the alkyl alcohol may be linear, branched, or cyclic.
  • alkyl alcohol examples include methanol, ethanol, n-propanol, isopropanol, n-butanol, 2-butanol, isobutanol, t-butanol, and n-pentanol, with n-butanol being preferred.
  • N-butanol is a compound that produces two phases (aqueous phase and organic phase) from an aqueous solution when its content in the aqueous solution is about 8 wt% or more.
  • the organic compound C is n-butanol
  • the aqueous phase and the organic phase can be mixed in the first condensed fluid S 31 .
  • the first condensed fluid S 31 can be easily purified by separating the aqueous phase and the organic phase.
  • the aryl alcohol include phenol.
  • the ketone may be a dialkyl ketone composed only of an alkyl group and a carbonyl group.
  • dialkyl ketones include methyl ethyl ketone (MEK) and acetone.
  • the ester may be a fatty acid alkyl ester composed only of an alkyl group and an ester group.
  • fatty acid alkyl esters include ethyl acetate.
  • organic compound C is not limited to those mentioned above.
  • the organic compound C may be an aromatic hydrocarbon such as benzene, toluene, or xylene.
  • the supply liquid S may contain one type of organic compound C, or may contain two or more types of organic compound C.
  • the content of the organic compound C in the supply liquid S is, for example, 50 wt% or less, and may be 30 wt% or less, 10 wt% or less, 5 wt% or less, 2 wt% or less, or even 1 wt% or less.
  • the lower limit of the content of organic compound C is not particularly limited, and is, for example, 0.01 wt%.
  • the organic compound C may be a fermented product produced by fermentation of a carbon source by microorganisms.
  • the organic compound C is preferably an alcohol produced by microorganisms (bioalcohol).
  • the feed liquid S may further contain other components such as a carbon source, a nitrogen source, and inorganic ions.
  • carbon sources include polysaccharides such as starch and monosaccharides such as glucose.
  • step 1 A specific implementation method of step 1 will be explained using the membrane separation unit 10 shown in FIG. 3 as an example.
  • the supply liquid S is supplied to the first chamber 13 of the membrane separation section 10 through the supply space inlet 13a. Thereby, the supply liquid S can be brought into contact with one surface (for example, the main surface 11a) of the pervaporation membrane 11.
  • the pressure in the space adjacent to the other surface (for example, the main surface 11b) of the pervaporation membrane 11 is reduced.
  • the pressure inside the second chamber 14 is reduced through the permeation space outlet 14b.
  • the pressure inside the second chamber 14 can be reduced by the pressure reducing section 30.
  • the pressure in the second chamber 14 is, for example, 50 kPa or less, and may be 20 kPa or less, 10 kPa or less, 5 kPa or less, 3 kPa or less, or even 2 kPa or less.
  • the permeate fluid S 1 is supplied to the second chamber 14 .
  • the permeate fluid S 1 is typically a gas.
  • the permeate fluid S 1 is discharged to the outside of the membrane separation section 10 through the permeate space outlet 14b.
  • the permeate fluid S 1 is supplied to the first condensing section 201 through the permeate fluid inlet 201a via the first permeate discharge path 93.
  • Non-permeate fluid S 2 is discharged to the outside of the membrane separation section 10 through the supply space outlet 13b.
  • Non-permeable fluid S2 is typically a liquid.
  • Non-permeate fluid S 2 is supplied to tank 40 through inlet 40a via non-permeate fluid discharge path 92.
  • step 1 the organic compound C contained in the supply liquid S can be preferentially permeated through the pervaporation membrane 11 of the membrane separation unit 10. Therefore, the permeate fluid S 1 obtained by the operation of the membrane separation section 10 has a higher content of organic compounds C than the feed liquid S supplied to the membrane separation section 10 .
  • the ratio of the content (wt%) of organic compound C in the permeate fluid S1 to the content (wt%) of organic compound C in feed liquid S is not particularly limited.
  • step 1 for example, a permeate fluid S 1 having a high content of organic compounds C can be produced.
  • the organic compound C can be obtained as the permeate fluid S 1 .
  • Step 1 includes reducing the pressure in the permeation space of the membrane separation unit 10 by the pressure reduction unit 30.
  • the operation of the pressure reducing section 30 may be controlled so that P 1 ⁇ P 2 is satisfied during operation.
  • step 2 A specific implementation method of step 2 will be described using the first condensing section 201 shown in FIG. 2 as an example.
  • step 2 first, the permeate fluid S 1 is supplied to the first condensing section 201 through the permeate fluid inlet 201a.
  • the permeate fluid S 1 contains gas G.
  • the refrigerant R is passed through the first condensing section 201 through the refrigerant inlet 201d. Therefore, within the first condensing section 201, heat exchange is performed between the refrigerant R and the gaseous permeate fluid S1 . This cools the gaseous permeate fluid S 1 and condenses the organic compound C.
  • the first condensed fluid S 31 containing the organic compound C is discharged from the first condensing section 201 through the first condensed fluid outlet 201b.
  • the permeate fluid S 1 that could not be condensed due to the presence of the gas G is discharged from the first condensing section 201 through the permeate outlet 201c.
  • step 3 the permeated fluid S 1 discharged from the first condensing section 201 is supplied to the second condensing section 202 through the permeated fluid inlet 202 a as exhaust from the pressure reducing section 30 .
  • the refrigerant R is passed through the second condensing section 202 through the refrigerant inlet 202d. Therefore, within the second condensing section 202, heat exchange is performed between the refrigerant R and the gaseous permeate fluid S1 . This cools the gaseous permeate fluid S 1 and condenses the organic compound C.
  • the second condensed fluid S 32 containing the organic compound C is discharged from the second condensing section 202 through the second condensed fluid outlet 202b. The remaining exhaust gas is exhausted from the second condensing section 202 through the exhaust outlet 202c.
  • the amount of permeate fluid S1 discharged outside the system can be reduced, thereby suppressing a decrease in condensation efficiency.
  • the recovery efficiency of organic compound C is improved.
  • the method for producing an organic compound of this embodiment is a method for producing an organic compound using the membrane separation section 10, the pressure reduction section 30, the first condensation section 201, and the second condensation section 202.
  • the first condensing section 201 is arranged between the membrane separation section 10 and the pressure reducing section 30.
  • a pervaporation membrane in a membrane separation unit 10 separates a feed liquid S containing a volatile organic compound C and a gas G into a permeate fluid S 1 and a non-permeate fluid S 2 .
  • the first condensing section 201 condenses the organic compound C contained in the permeated fluid S 1 discharged from the membrane separation section 10
  • the second condensing section 202 condenses the permeated fluid S 1 discharged from the pressure reducing section 30 .
  • the method includes condensing the organic compound C contained in the fluid S 1 and recovering the organic compound C.
  • the above-mentioned separation includes reducing the pressure in the permeation space of the membrane separation unit 10 by the pressure reduction unit 30.
  • the organic compound C may be alcohol. According to the method for producing an organic compound of the present embodiment, alcohol can be efficiently separated from the supply liquid S 0 containing volatile alcohol.
  • the membrane separation unit 10 may be a spiral type membrane element, a hollow fiber membrane element, a disk tube type membrane element in which a plurality of pervaporation membranes are stacked, a plate and frame type membrane element, or the like.
  • FIG. 5 is an exploded perspective view schematically showing a spiral membrane element.
  • the membrane separation unit 10 may be a spiral type membrane element as shown in FIG.
  • the membrane separation unit 10 (membrane element) in FIG. 5 includes a central tube 16 and a membrane leaf 17 having a pervaporation membrane 11 and wound around the central tube 16.
  • the central tube 16 has a cylindrical shape.
  • a through hole 16h is formed on the surface of the center tube 16 for allowing the permeate fluid S 1 to flow into the center tube 16.
  • the number of through holes 16h is not particularly limited, and may be one or two or more.
  • materials for the center tube 16 include resins such as acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer resin (ABS resin), polyphenylene ether resin (PPE resin), and polysulfone resin (PSF resin); metals such as stainless steel and titanium. It will be done.
  • the inner diameter of the central tube 16 is, for example, in the range of 20 to 100 mm.
  • the membrane separation unit 10 has a plurality of membrane leaves 17.
  • Each membrane leaf 17 includes a pervaporation membrane 11 and a permeate channel material 19 .
  • membrane leaf 17 has two pervaporation membranes 11. Two pervaporation membranes 11 are stacked on top of each other and sealed on three sides to form a bag-like structure.
  • a permeate-side channel material 19 is arranged between the two pervaporation membranes 11 so as to be located inside the bag-like structure.
  • the permeation side channel material 19 secures a space (permeation space) between the two pervaporation membranes 11 as a flow path for the permeate fluid S1. In this way, the permeate side channel material 19 is used in combination with the pervaporation membrane 11.
  • the number of membrane leaves 17 is not particularly limited, and is, for example, 2 to 30.
  • the membrane separation unit 10 further includes a supply side channel material 18.
  • the supply side channel material 18 is located outside the bag-like structure described above and is laminated on the membrane leaf 17. Specifically, a plurality of supply side channel materials 18 and a plurality of membrane leaves 17 are alternately stacked.
  • the supply side channel material 18 secures a space (supply space) as a channel for the supply liquid S between the membrane leaves 17 .
  • the supply side channel material 18 and the permeate side channel material 19 are made of resin made of polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate (PET), polyphenylene sulfide (PPS), or ethylene-chlorotrifluoroethylene copolymer (ECTFE), for example. Nets, woven or knitted fabrics can be used.
  • the outer peripheral surface of the membrane element is composed of a shell (not shown) made of a material through which fluid cannot pass.
  • the shell may be made of FRP (fiber reinforced plastic).
  • the membrane element may be housed in a casing (not shown).
  • the membrane separation section 10 (membrane element) in FIG. 5 can be operated, for example, in the following manner.
  • the supply liquid S is supplied to one end of the wound membrane leaf 17.
  • the space inside the central tube 16 is depressurized.
  • the pressure reduction can be performed by the pressure reduction section 30.
  • the permeated fluid S 1 that has passed through the pervaporation membrane 11 of the membrane leaf 17 moves into the center tube 16 .
  • the permeate fluid S 1 is discharged to the outside through the central tube 16 .
  • the feed liquid S (non-permeate fluid S 2 ) treated in the membrane separation unit 10 is discharged to the outside from the other end of the wound membrane leaf 17 .
  • the membrane separation system 100 of this embodiment may include a plurality of membrane separation units 10, and the plurality of membrane separation units 10 may be connected to each other in series or in parallel.
  • a plurality of membrane separation units 10 are connected in series means that the feed liquid S discharged from the supply space of the membrane separation unit 10 in the previous stage (non-permeable during operation of the membrane separation system) This refers to a configuration in which a plurality of membrane separation units 10 are connected to each other so that the fluid S 2 ) is supplied to the supply space of the membrane separation unit 10 at the subsequent stage.
  • a plurality of membrane separation units 10 are connected in parallel to each other means that a plurality of membrane separation units 10 are connected in parallel so that the supply liquid S sent from the tank 40 is supplied to each supply space of the plurality of membrane separation units 10. This refers to a configuration in which the separation parts 10 are connected to each other.
  • the number of membrane separation units 10 in the membrane separation system 100 is not particularly limited, and is, for example, 2 to 5.
  • the membrane separation system 100 of this embodiment may include a plurality of units each having a plurality of directly connected membrane separation sections 10, and may have a configuration in which each unit is connected in parallel.
  • the membrane separation system 100 may include two units each having three directly connected membrane separation sections 10, and the two units may be connected in parallel.
  • a pervaporation membrane was prepared by the following method. Silicone resin (YSR3022 manufactured by Momentive Performance Materials Japan) 1.650 kg (solid concentration 30 wt%), toluene 2.805 kg, high silica zeolite (HiSiv3000 manufactured by Union Showa Co., Ltd.) 0.495 kg, silicone curing catalyst A coating liquid was prepared by mixing 0.0495 kg of YC6831 (manufactured by Momentive Performance Materials Japan) and 0.0495 kg of acetylacetone as a curing retarder.
  • a coating film (thickness: 500 ⁇ m) was obtained by applying the coating solution onto a porous support (RS-50, manufactured by Nitto Denko Corporation) with a thickness of 150 ⁇ m.
  • the coating film was heated at 90° C. for 4 minutes and dried to produce a separation functional layer with a thickness of 50 ⁇ m.
  • the weight ratio of silicone resin and high silica zeolite was 50:50. Thereby, a pervaporation membrane was obtained.
  • the membrane separation system 200 includes a first heat exchanger 301 in place of the first condensation section 201, a second heat exchanger 302 in place of the second condensation section 202, and a recovery section 50 in the second heat exchanger. It had the same configuration as the membrane separation system 100 shown in FIG. 1, except that it was connected only to the vessel 302.
  • the first heat exchanger 301 only functions as a heat exchanger, and is configured to cool the gaseous permeate fluid S 1 discharged from the membrane separation unit 10 but not to condense it.
  • the second heat exchanger 302 was configured to condense the gaseous permeate fluid S 1 discharged from the first heat exchanger 301 under atmospheric pressure.
  • the aqueous solution sent from the tank 40 to the membrane separation unit 10 contains alcohol (n-butanol or ethanol) and gas G as volatile organic compounds.
  • alcohol n-butanol or ethanol
  • gas G volatile organic compounds.
  • the membrane separation system 100 included a membrane separation section 10, a pressure reduction section 30, a first condensation section 201, a second condensation section 202, and the like.
  • the feed liquid sent from the tank 40 to the membrane separation unit 10 contains alcohol (n-butanol or ethanol) and volatile organic compounds.
  • the permeate fluid S 1 containing gas G is obtained by reducing the pressure in the permeation space of the membrane separation unit 10 by the decompression unit 30 , and the obtained permeate fluid S 1 is transferred to the first condensing unit 201 . It was assumed that the alcohol was condensed by cooling, and that the permeate fluid S 1 that could not be condensed in the first condensing section 201 was further cooled in the second condensing section 202 to condense the alcohol.
  • Table 2 shows the simulation results for calculation examples 1 to 10.
  • n-butanol is condensed by cooling the permeate fluid S 1 in the first condensing section 201;
  • the recovery rate of n-butanol was greatly improved.
  • the membrane separation system 100 shown in FIG. 1 compared to the membrane separation system 200 shown in FIG. 6 and the conventional membrane separation system 1000 shown in FIG. Therefore, the reduction in condensation efficiency was suppressed. This result shows that the membrane separation system of this embodiment, which is capable of two-stage condensation, is suitable for efficiently recovering organic compounds.
  • the membrane separation system of this embodiment is suitable for efficiently recovering organic compounds.

Landscapes

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Abstract

本発明は、有機化合物を効率的に回収することに適した膜分離システムを提供する。膜分離システム１００は、膜分離部１０、減圧部３０、第１凝縮部２０１、及び第２凝縮部２０２を備える。膜分離部１０は、揮発性の有機化合物ＣとガスＧとを含む供給液Ｓを透過流体Ｓ1と非透過流体Ｓ2とに分離する浸透気化膜と、浸透気化膜によって隔てられた供給空間及び透過空間とを有する。減圧部３０は、膜分離部１０の透過空間内を減圧する。第１凝縮部２０１は、膜分離部１０と減圧部３０との間に配置され、膜分離部１０から排出された透過流体Ｓ1に含まれる有機化合物Ｃを凝縮する。第２凝縮部２０２は、減圧部３０から排出された透過流体Ｓ1に含まれる有機化合物Ｃを凝縮する。

Description

膜分離システム及び膜分離システムの運転方法
　本発明は、膜分離システム及び膜分離システムの運転方法に関する。
　揮発性の有機化合物を含む水溶液から当該有機化合物を分離する方法の一例として、浸透気化膜を用いた浸透気化法（パーベーパレーション法）が知られている。浸透気化法は、様々な物質を含む水溶液から揮発性の有機化合物を分離することに適している。浸透気化法は、蒸留法に比べて、エネルギーの消費量や、二酸化炭素などのガスの排出量を抑制できる傾向もある。浸透気化法を行う膜分離装置と、揮発性の有機化合物を製造する反応槽とを組み合わせることによって、揮発性の有機化合物を連続して製造する技術が提案されている。例えば、特許文献１は、膜分離装置と反応槽とを組み合わせた膜分離システムを開示している。
特許第４０４８２７９号公報
　浸透気化法は、浸透気化膜と、浸透気化膜によって隔てられた供給空間及び透過空間とを有する膜分離部を用いて行うことができる。浸透気化膜に供給液を接触させた状態で透過空間内を減圧することによって、浸透気化膜を透過する供給液が気化する。これにより、気体の透過流体が得られる。従来、浸透気化法を用いた膜分離システムにおいて、透過空間内の減圧は、膜分離部の後段に設けた減圧部によって行われる。得られた気体の透過流体は、減圧部の後段に設けた凝縮部で液化され、液体の透過流体が得られる。
　本発明者らは、浸透気化膜は供給液に含まれるガスをも透過することから、浸透気化膜によって分離された気体の透過流体には、二酸化炭素などのガスが残存しているという知見を得た。浸透気化法を用いた従来の膜分離システムにおいて、気体の透過流体は、ガスを含んだまま、減圧部の排気として凝縮部に供給される。気体の透過流体に含まれる二酸化炭素などのガスは、凝縮部における凝縮効率を低下させ、その結果、有機化合物の回収効率が低下する。
　そこで本発明は、有機化合物を効率的に回収することに適した膜分離システムを提供することを目的とする。
　本発明は、
　膜分離部、減圧部、第１凝縮部及び第２凝縮部を備え、
　前記膜分離部は、揮発性の有機化合物とガスとを含む供給液を透過流体と非透過流体とに分離する浸透気化膜と、前記浸透気化膜によって隔てられた供給空間及び透過空間とを有し、
　前記減圧部は、前記膜分離部の前記透過空間内を減圧し、
　前記第１凝縮部は、前記膜分離部と前記減圧部との間に配置され、前記膜分離部から排出された前記透過流体に含まれる前記有機化合物を凝縮し、
　前記第２凝縮部は、前記減圧部から排出された前記透過流体に含まれる前記有機化合物を凝縮する、膜分離システムを提供する。
　別の側面において、本発明は、
　膜分離部、減圧部、第１凝縮部及び第２凝縮部を備えた膜分離システムの運転方法であって、
　前記第１凝縮部は、前記膜分離部と前記減圧部との間に配置され、
　前記膜分離部は、浸透気化膜と、前記浸透気化膜によって隔てられた供給空間及び透過空間とを有し、
　前記膜分離部の前記浸透気化膜によって、揮発性の有機化合物とガスとを含む供給液を透過流体と非透過流体とに分離することと、
　前記第１凝縮部によって、前記膜分離部から排出された前記透過流体に含まれる前記有機化合物を凝縮することと、
　前記第２凝縮部によって、前記減圧部から排出された前記透過流体に含まれる前記有機化合物を凝縮することと、
　を含み、
　前記分離することは、前記減圧部によって、前記膜分離部の前記透過空間内を減圧することを含む、膜分離システムの運転方法を提供する。
　本発明によれば、有機化合物を効率的に回収することに適した膜分離システムを提供できる。
本実施形態の膜分離システムの一例を示す概略構成図である。 膜分離システムが備える第１凝縮部及び第２凝縮部を示す概略構成図である。 膜分離システムが備える膜分離部の一例を示す概略断面図である。 膜分離部が備える浸透気化膜の概略断面図である。 膜分離部の別の一例を模式的に示す展開斜視図である。 計算例１、６で使用した分離システムを示す概略構成図である。 従来の膜分離システムを示す概略構成図である。
　本発明の第１態様にかかる膜分離システムは、
　膜分離部、減圧部、第１凝縮部及び第２凝縮部を備え、
　前記膜分離部は、揮発性の有機化合物とガスとを含む供給液を透過流体と非透過流体とに分離する浸透気化膜と、前記浸透気化膜によって隔てられた供給空間及び透過空間とを有し、
　前記減圧部は、前記膜分離部の前記透過空間内を減圧し、
　前記第１凝縮部は、前記膜分離部と前記減圧部との間に配置され、前記膜分離部から排出された前記透過流体に含まれる前記有機化合物を凝縮し、
　前記第２凝縮部は、前記減圧部から排出された前記透過流体に含まれる前記有機化合物を凝縮する。
　本発明の第２態様において、例えば、第１態様にかかる膜分離システムでは、運転時に、前記第１凝縮部内の圧力は、前記第２凝縮部内の圧力よりも低い値に制御される。
　本発明の第３態様において、例えば、第２態様にかかる膜分離システムでは、運転時に、前記第１凝縮部内の圧力は、０．２～２０．０ｋＰａの範囲に制御される。
　本発明の第４態様において、例えば、第１～第３態様のいずれか１つにかかる膜分離システムでは、運転時に、前記第１凝縮部の冷却温度は、前記第２凝縮部の冷却温度と同じ又は低い値に制御される。
　本発明の第５態様において、例えば、第４態様にかかる膜分離システムでは、運転時に、前記第１凝縮部の冷却温度は、－８０℃以上３０℃未満の範囲に制御される。
　本発明の第６態様において、例えば、第１～第５態様のいずれか１つにかかる膜分離システムでは、運転時に、前記第１凝縮部内及び前記第２凝縮部内に、前記透過流体を冷却するための冷媒が通される。
　本発明の第７態様において、例えば、第６態様にかかる膜分離システムでは、運転時に、前記第１凝縮部内に通された前記冷媒が、前記第２凝縮部内に通される。
　本発明の第８態様において、例えば、第１～第７態様のいずれか１つにかかる膜分離システムでは、前記第１凝縮部から得られる第１凝縮流体に含まれる前記有機化合物の濃度は、前記第２凝縮部から得られる第２凝縮流体に含まれる前記有機化合物の濃度よりも低い。
　本発明の第９態様において、例えば、第１～第８態様のいずれか１つにかかる膜分離システムは、前記第１凝縮部と前記減圧部との間に、前記透過空間内の圧力を調節する圧力調整弁をさらに備える。
　本発明の第１０態様にかかる膜分離システムの運転方法は、
　膜分離部、減圧部、第１凝縮部及び第２凝縮部を備えた膜分離システムの運転方法であって、
　前記第１凝縮部は、前記膜分離部と前記減圧部との間に配置され、
　前記膜分離部は、浸透気化膜と、前記浸透気化膜によって隔てられた供給空間及び透過空間とを有し、
　前記膜分離部の前記浸透気化膜によって、揮発性の有機化合物とガスとを含む供給液を透過流体と非透過流体とに分離することと、
　前記第１凝縮部によって、前記膜分離部から排出された前記透過流体に含まれる前記有機化合物を凝縮することと、
　前記第２凝縮部によって、前記減圧部から排出された前記透過流体に含まれる前記有機化合物を凝縮することと、
　を含み、
　前記分離することは、前記減圧部によって、前記膜分離部の前記透過空間内を減圧することを含む。
　以下、本発明の詳細を説明するが、以下の説明は、本発明を特定の実施形態に制限する趣旨ではない。
＜膜分離システムの実施形態＞
　図１に示すように、本実施形態の膜分離システム１００は、浸透気化膜を有する膜分離部１０、第１凝縮部２０１、減圧部３０、及び第２凝縮部２０２を備える。第１凝縮部２０１は、膜分離部１０と減圧部３０との間に配置されている。第２凝縮部２０２は、減圧部３０の後段に配置されている。
　膜分離部１０は、浸透気化膜と、当該浸透気化膜によって隔てられた供給空間及び透過空間とを有する。浸透気化膜は、揮発性の有機化合物Ｃを含む供給液Ｓを透過流体Ｓ1と非透過流体Ｓ2とに分離する。減圧部３０は、膜分離部１０の透過空間内を減圧する。第１凝縮部２０１は、膜分離部１０から排出された透過流体Ｓ1に含まれる有機化合物Ｃを凝縮する。第２凝縮部２０２は、減圧部３０から排出された透過流体Ｓ1に含まれる有機化合物Ｃを凝縮する。
　供給液Ｓは、アルコールなどの揮発性の有機化合物Ｃを含む。供給液Ｓは、典型的には発酵液である。発酵液は、水溶液中で微生物を利用してグルコース、合成ガスなどの炭素源を発酵させることによって得られる。そのため、供給液Ｓが発酵液である場合、供給液Ｓは、揮発性の有機化合物Ｃとともに、当該有機化合物Ｃを生成する微生物を含む。有機化合物Ｃを生成する微生物は、典型的には菌である。一般的に、水溶液中における炭素源の発酵の過程では、副生成物として二酸化炭素などのガスが発生する。そのため、発酵により得られた供給液Ｓには、ガスが溶存ガスＧとして存在している。ガスＧは、二酸化炭素を含む。供給液Ｓは、例えば、有機化合物Ｃ、微生物、及びガスＧ以外に水を含む。供給液Ｓは、典型的には、有機化合物Ｃ、微生物、及びガスＧを含む水溶液である。
　膜分離システム１００では、膜分離部１０と減圧部３０との間に第１凝縮部２０１が配置され、さらに、減圧部３０の後段に第２凝縮部２０２が配置されている。このような構成であることにより、系外に排出される透過流体Ｓ1の量を低減でき、もって、凝縮効率の低下を抑制することができる。その結果、有機化合物Ｃの回収効率が向上する。本実施形態の膜分離システム１００は、供給液Ｓが発酵液である場合、特に有効である。
　図７は、浸透気化法を用いた従来の膜分離システム１０００を示す概略構成図である。膜分離システム１０００は、浸透気化膜を有する膜分離部１０１、凝縮部１０２、及び減圧部１０３を備える。膜分離部１０１と減圧部１０３との間に凝縮部１０２が設けられている。なお、符号１０４は、膜分離部１０１に供給されるべき供給液Ｌを貯蔵しているタンクを示す。上述したように、浸透気化膜は、供給液に含まれるガスをも透過する。そのため、膜分離部１０１の浸透気化膜によって、供給液Ｌを透過流体Ｌ1と非透過流体Ｌ2とに分離すると、分離された透過流体Ｌ1には二酸化炭素などのガスが残存する。膜分離システム１０００では、膜分離部１０１から排出された透過流体Ｌ1は、ガスを含んだまま凝縮部１０２に供給される。凝縮部１０２における凝縮効率は、凝縮対象気体の分圧に依存する。そのため、透過流体Ｌ1に含まれるガスは、凝縮部１０２における凝縮効率を低下させ、その結果、有機化合物の回収効率が低下する。ガスが存在するせいで凝縮できなかった透過流体Ｌ1は、系外に排出される。
　本発明者らは、膜分離部１０と減圧部３０との間に第１凝縮部２０１を配置した上で、減圧部３０の後段に第２凝縮部２０２を配置することによって、系外に排出される透過流体Ｓ1の量を低減できることを見出した。膜分離部１０から排出された透過流体Ｓ1は、まず第１凝縮部２０１に供給され、有機化合物Ｃの凝縮が行われる。第１凝縮部２０１に供給された透過流体Ｓ1はガスＧを含んでいる。上述したように、第１凝縮部２０１における凝縮効率は、凝縮対象気体の分圧に依存する。そのため、第１凝縮部２０１からは、ガスＧが存在するせいで凝縮できなかった透過流体Ｓ1が排出される。本実施形態の膜分離システム１００では、第１凝縮部２０１から排出された透過流体Ｓ1が、減圧部３０の排気として第２凝縮部２０２に供給され、第２凝縮部２０２でさらに有機化合物Ｃの凝縮が行われる。したがって、系外に排出される透過流体Ｓ1の量を低減できる。
　膜分離システム１００では、運転時に、第１凝縮部２０１内の圧力Ｐ1が、第２凝縮部２０２内の圧力Ｐ2よりも低い値に制御されてもよい。運転時に、Ｐ1＜Ｐ2を満たすように制御することで、有機化合物Ｃの回収効率を向上させることができる。
　運転時に、第１凝縮部２０１内の圧力Ｐ1は、０．１～２０．０ｋＰａの範囲に制御されてもよい。圧力Ｐ1は、０．１～１０．０ｋＰａの範囲に制御されてもよく、０．１～５．０ｋＰａの範囲に制御されてもよい。圧力Ｐ1は、例えば、１．５ｋＰａである。
　運転時に、第２凝縮部２０２内の圧力Ｐ2は、５０．０～１０１．３２５ｋＰａの範囲に制御されてもよい。圧力Ｐ2は、７０．０～１０１．３２５ｋＰａの範囲に制御されてもよく、９０．０～１０１．３２５ｋＰａの範囲に制御されてもよい。圧力Ｐ2は、例えば、大気圧（１０１．３２５ｋＰａ）である。
　運転時に、第１凝縮部２０１の冷却温度Ｔ1は、第２凝縮部２０２の冷却温度Ｔ2同じ又は低い値に制御されてもよい。運転時に、Ｔ1≦Ｔ2を満たすように制御することで、有機化合物Ｃの回収効率を向上することができる。
　運転時に、第１凝縮部２０１の冷却温度Ｔ1は、－８０～１０℃の範囲に制御されてもよい。冷却温度Ｔ1は、－４０～５℃の範囲に制御されてもよく、－２０～０℃の範囲に制御されてもよい。冷却温度Ｔ1は、例えば、－７℃である。
　運転時に、第２凝縮部２０２の冷却温度Ｔ2は、－８０～２０℃の範囲に制御されてもよい。冷却温度Ｔ2は、－４０～１５℃の範囲に制御されてもよく、－２０～１０℃の範囲に制御されてもよい。冷却温度Ｔ2は、例えば、－７℃である。
　第１凝縮部２０１内の圧力Ｐ1及び第２凝縮部２０２内の圧力Ｐ2は、減圧部３０の動作を制御することによって、制御することができる。減圧部３０の動作を制御することによって、運転時に、Ｐ1＜Ｐ2を満たすように制御してもよい。
　減圧部３０は、真空ポンプなどの真空装置であってもよい。真空ポンプは、典型的には気体輸送式の真空ポンプであり、往復運動式の真空ポンプや回転式の真空ポンプなどが挙げられる。往復運動式の真空ポンプとしては、ダイヤフラム型や揺動ピストン型の真空ポンプが挙げられる。回転式の真空ポンプとしては、液封ポンプ；油回転ポンプ（ロータリポンプ）；メカニカルブースターポンプ；ルーツ型、クロー型、スクリュー型、ターボ型、スクロール型などの各種ドライポンプなどが挙げられる。減圧部３０としてのポンプは、回転数などを変化させるための可変速機構を備えていてもよい。可変速機構の例は、ポンプのモータを駆動するインバータである。可変速機構でポンプの回転数などを制御することによって、第１凝縮部２０１内の圧力Ｐ1及び第２凝縮部２０２内の圧力Ｐ2を適切に調整することができる。
　第１凝縮部２０１は、膜分離部１０から排出された透過流体Ｓ1を冷却することによって有機化合物Ｃを凝縮する。言い換えると、第１凝縮部２０１によれば、気体の透過流体Ｓ1が液化し、第１凝縮流体Ｓ31が得られる。第１凝縮流体Ｓ31は、有機化合物Ｃを含む液体の流体である。第２凝縮部２０２は、減圧部３０から排出された透過流体Ｓ1を冷却することによって有機化合物Ｃを凝縮する。言い換えると、第２凝縮部２０２によれば、気体の透過流体Ｓ1が液化し、第２凝縮流体Ｓ32が得られる。第２凝縮流体Ｓ32は、有機化合物Ｃを含む液体の流体である。
　第１凝縮部２０１から得られる第１凝縮流体Ｓ31に含まれる有機化合物Ｃの濃度は、第２凝縮部２０２から得られる第２凝縮流体Ｓ32に含まれる有機化合物Ｃの濃度よりも低い。
　第１凝縮部２０１及び第２凝縮部２０２のそれぞれは、不凍液などの冷却媒体（冷媒）と気体の透過流体Ｓ1との間で熱交換を生じさせる気－液熱交換器であってもよい。すなわち、運転時に、第１凝縮部２０１内及び第２凝縮部２０２内に、透過流体Ｓ1を冷却するための冷媒Ｒが通されてもよい。冷媒Ｒとして、例えば、エチレングリコール、プロピレングリコール、エタノール、水などが用いられうる。
　図２は、第１凝縮部２０１及び第２凝縮部２０２を示す概略構成図である。図２では、膜分離部１０は省略されている。膜分離システム１００は、冷媒Ｒの流路として、冷媒経路９９を備えていてもよい。冷媒経路９９は、第１部分９９Ａ及び第２部分９９Ｂを有する。第１部分９９Ａが、第２凝縮部２０２の冷媒出口２０２ｅと、第１凝縮部２０１の冷媒入口２０１ｄとに接続されており、第２部分９９Ｂが、第１凝縮部２０１の冷媒出口２０１ｅと、第２凝縮部２０２の冷媒入口２０２ｄとに接続されていてもよい。すなわち、第１凝縮部２０１内に通された冷媒Ｒが、第２凝縮部２０２内に通されるように構成されていてもよい。このように、第１凝縮部２０１及び第２凝縮部２０２に、共通の冷媒Ｒが用いられてもよい。
　膜分離システム１００は、冷媒Ｒを冷却するための冷却部２０３をさらに備えていてもよい。冷却部２０３は、典型的には、チラーである。冷却部２０３は、冷媒経路９９の第１部分９９Ａに設けられていてもよい。冷却部２０３によって、第１凝縮部２０１内及び第２凝縮部２０２内に通される冷媒Ｒを冷却することができる。
　冷媒経路９９には、例えば、冷媒Ｒの温度を測定する温度センサが配置されていてもよい。第１部分９９Ａ及び第２部分９９Ｂのそれぞれに、冷媒Ｒの温度を測定する温度センサが配置されていてもよい。温度センサの測定結果に基づき、Ｔ1≦Ｔ2を満たすよう、第１凝縮部２０１内及び第２凝縮部２０２内に通される冷媒Ｒの温度を制御してもよい。
　冷媒経路９９には、例えば、冷媒Ｒの流量を制御するポンプが配置されていてもよい。冷媒経路９９には、ポンプが配置されていなくてもよい。
　膜分離システム１００は、第１凝縮部２０１と減圧部３０との間に、膜分離部１０の透過空間内の圧力を調節する圧力調整弁３５をさらに備えていてもよい。膜分離部１０の透過空間内の圧力を調節する方法としては、例えば、外気を減圧部３０に導入する方法、減圧部３０の前段に設けた圧力調整弁によって流量を調節する方法が挙げられる。圧力調整弁３５を採用することにより、外気が減圧部３０に導入することで、排気量が増加することを回避することができる。
　膜分離システム１００は、第１凝縮部２０１内の圧力Ｐ1及び第２凝縮部２０２内の圧力Ｐ2のそれぞれを測定する圧力センサ（図示せず）をさらに備えていてもよい。圧力センサの測定結果に基づき、減圧部３０の動作を制御することによって、Ｐ1＜Ｐ2を満たすように制御してもよい。
　膜分離システム１００は、第１凝縮部２０１の冷却温度Ｔ1及び第２凝縮部２０２の冷却温度Ｔ2のそれぞれを測定する温度センサ（図示せず）をさらに備えていてもよい。温度センサの測定結果に基づき、冷却部２０３の動作を制御することによって、Ｔ1≦Ｔ2を満たすように制御してもよい。
　膜分離システム１００は、膜分離部１０、第１凝縮部２０１、減圧部３０、及び第２凝縮部２０２とともに、タンク４０をさらに備える。タンク４０は、膜分離部１０に供給されるべき供給液Ｓを貯蔵している。タンク４０は、微生物による炭素源の発酵によって有機化合物Ｃを生成するための発酵槽であってもよい。
　膜分離システム１００は、流体の経路として、発酵液供給経路９１、非透過流体排出経路９２、第１透過流体排出経路９３、第１凝縮流体排出経路９４、第２透過流体排出経路９５、及び第２凝縮流体排出経路９６をさらに備える。
　発酵液供給経路９１は、運転時に、タンク４０から膜分離部１０に供給液Ｓを供給するための経路であり、タンク４０の出口４０ｂと、膜分離部１０の発酵液入口１３ａとに接続されている。
　非透過流体排出経路９２は、運転時に、膜分離部１０から非透過流体Ｓ2を排出するための経路であり、膜分離部１０の供給空間出口１３ｂに接続されている。非透過流体排出経路９２には、例えば、非透過流体Ｓ2の流量を制御するためのポンプが配置されていてもよい。非透過流体排出経路９２には、ポンプが配置されていなくてもよい。
　非透過流体排出経路９２は、タンク４０の入口４０ａに接続されており、運転時に、非透過流体Ｓ2をタンク４０に送るように構成されていてもよい。すなわち、運転時に、非透過流体Ｓ2がタンク４０にて供給液Ｓに混合され、発酵液供給経路９１及び非透過流体排出経路９２を循環する構成であってもよい。非透過流体Ｓ2をタンク４０に送る場合、タンク４０内では、供給液Ｓ及び非透過流体Ｓ2が混合され、供給液Ｓにおける有機化合物Ｃの含有率が低下する。タンク４０が発酵槽である場合、供給液Ｓにおける有機化合物Ｃの含有率が低下することによって、微生物による発酵が停止することを抑制でき、これにより、発酵物の製造を連続して行うことができる。
　第１透過流体排出経路９３は、運転時に、膜分離部１０から気体の透過流体Ｓ1を排出するための経路であり、膜分離部１０の透過空間出口１４ｂと、第１凝縮部２０１の透過流体入口２０１ａとに接続されている。第１凝縮流体排出経路９４は、運転時に、第１凝縮部２０１から第１凝縮流体Ｓ31を排出するための経路であり、第１凝縮部２０１の第１凝縮流体出口２０１ｂに接続されている。
　第２透過流体排出経路９５は、運転時に、ガスＧが存在するせいで凝縮できなかった気体の透過流体Ｓ1を第１凝縮部２０１から排出するための経路であり、第１凝縮部２０１の透過流体出口２０１ｃと、第２凝縮部２０２の透過流体入口２０２ａとに接続されている。第２凝縮流体排出経路９６は、運転時に、第２凝縮部２０２から第２凝縮流体Ｓ32を排出するための経路であり、第２凝縮部２０２の第２凝縮流体出口２０２ｂに接続されている。
　第２透過流体排出経路９５に、減圧部３０が配置されている。第１凝縮部２０１と減圧部３０との間に、圧力調整弁３５が配置されていてもよい。
　第１凝縮流体排出経路９４には、第１凝縮流体Ｓ31の流量を測定する流量計が配置されていてもよい。第２凝縮流体排出経路９６には、第２凝縮流体Ｓ32の流量を測定する流量計が配置されていてもよい。
　膜分離システム１００は、回収部５０をさらに備えていてもよい。回収部５０は、第１凝縮部２０１から送られた第１凝縮流体Ｓ31及び第２凝縮部２０２から送られた第２凝縮流体Ｓ32を回収し、例えば、第１凝縮流体Ｓ31及び第２凝縮流体Ｓ32を貯蔵することができる。回収部５０は、例えば、第１凝縮流体Ｓ31及び第２凝縮流体Ｓ32を貯蔵するタンクである。この場合、回収部５０の入口５０ａには、第１凝縮流体排出経路９４が接続されており、回収部５０の入口５０ｂには、第２凝縮流体排出経路９６が接続されている。
　回収部５０は、第１凝縮流体Ｓ31と第２凝縮流体Ｓ32とを別々に回収し、貯蔵するように構成されていてもよい。回収部５０は、第１凝縮部２０１から送られた第１凝縮流体Ｓ31を回収し、例えば、第１凝縮流体Ｓ31貯蔵することができるタンクと、第２凝縮部２０２から送られた第２凝縮流体Ｓ32を回収し、例えば、第２凝縮流体Ｓ32を貯蔵することができるタンクとから構成されていてもよい。
　膜分離システム１００は、流体の経路として、排出経路９７をさらに備える。
　排出経路９７は、第２凝縮部２０２の排気出口２０２ｃに接続されている。
　膜分離システム１００は、膜分離システム１００の各部材を制御する制御部６０をさらに備えていてもよい。制御部６０は、例えば、Ａ／Ｄ変換回路、入出力回路、演算回路、記憶装置などを含むＤＳＰ（Digital Signal Processor）である。制御部６０には、膜分離システム１００を適切に運転するためのプログラムが格納されている。例えば、制御部６０は、減圧部３０の動作を制御することによって、運転時に、Ｐ1＜Ｐ2を満たすように制御することができる。例えば、制御部６０は、冷却部２０３の動作を制御することによって、Ｔ1≦Ｔ2を満たすように制御することができる。
　膜分離システム１００の経路のそれぞれは、特に言及がない限り、例えば、金属製又は樹脂製の配管で構成されている。
　次に、本実施形態の膜分離システム１００が備える膜分離部１０について、さらに詳説する。
［膜分離部］
　図３は、膜分離部１０の一例を示す概略断面図である。図３に示すように、膜分離部１０は、浸透気化膜１１及び容器１２を備える。容器１２は、第１室１３及び第２室１４を有する。第１室１３は、供給液Ｓが供給される供給空間として機能する。第２室１４は、透過流体Ｓ1が供給される透過空間として機能する。透過流体Ｓ1は、供給液Ｓが浸透気化膜１１を透過することによって得られる。
　浸透気化膜１１は、容器１２の内部に配置されている。容器１２の内部において、浸透気化膜１１は、第１室１３と第２室１４とを隔てている。浸透気化膜１１は、容器１２の１対の壁面の一方から他方まで延びている。
　第１室１３は、供給空間入口１３ａ及び供給空間出口１３ｂを有する。第２室１４は、透過空間出口１４ｂを有する。供給空間入口１３ａは、供給液Ｓを供給空間（第１室１３）に供給するための開口である。透過空間出口１４ｂは、透過流体Ｓ1を透過空間（第２室１４）から排出するための開口である。供給空間出口１３ｂは、浸透気化膜１１を透過しなかった供給液Ｓ（非透過流体Ｓ2）を供給空間（第１室１３）から排出するための開口である。供給空間入口１３ａ、供給空間出口１３ｂ及び透過空間出口１４ｂのそれぞれは、例えば、容器１２の壁面に形成されている。
　膜分離部１０は、流通式（連続式）の膜分離方法に適している。ただし、膜分離部１０は、バッチ式の膜分離方法に用いられてもよい。
（浸透気化膜）
　上述のとおり、浸透気化膜１１は、典型的には、供給液Ｓに含まれる有機化合物Ｃを優先的に透過させる膜（分離膜）である。浸透気化膜１１は、例えば、浸透気化法によって、有機化合物Ｃを含む気体の透過流体Ｓ1を生じさせる。
　図４に示すとおり、浸透気化膜１１は、例えば、分離機能層１、及び、分離機能層１を支持する多孔性支持体２を備えている。浸透気化膜１１は、分離機能層１を保護する保護層（図示せず）をさらに備えていてもよい。分離機能層１は、例えば、多孔性支持体２と直接接している。浸透気化膜１１は、例えば、分離機能層側の主面１１ａが第１室１３に露出しており、多孔性支持体側の主面１１ｂが第２室１４に露出している。
（分離機能層）
　分離機能層１は、典型的には、供給液Ｓに含まれる有機化合物Ｃを優先的に透過させることができる層である。分離機能層１は、例えば、疎水性材料を含む。本明細書において、「疎水性材料」は、例えば、当該材料で構成された試験片の表面に１０μＬの水滴（温度２５℃）を滴下した場合に、水の静的接触角が９０°を上回る材料を意味する。なお、水の静的接触角は、市販の接触角計を用いて測定することができる。
　疎水性材料としては、例えば、シロキサン結合（Ｓｉ－Ｏ－Ｓｉ結合）を有する化合物、オレフィン系ポリマー、オイル、フッ素系化合物などが挙げられる。分離機能層１は、疎水性材料として、シロキサン結合を有する化合物を含むことが好ましい。シロキサン結合を有する化合物は、典型的には、シリコーン系ポリマーである。シリコーン系ポリマーは、２５℃で固体であってもよく、液体であってもよい。シリコーン系ポリマーの具体例としては、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）などが挙げられる。オレフィン系ポリマーの具体例としては、ポリエチレン、ポリプロピレンなどが挙げられる。オイルとしては、例えば、流動パラフィンなどの炭化水素系オイルが挙げられる。フッ素系化合物としては、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、テトラフルオロエチレン－パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）などが挙げられる。疎水性材料は、単独で又は２種以上を組み合わせて使用できる。
　分離機能層１は、疎水性材料を主成分として含んでいてもよく、実質的に疎水性材料のみから構成されていてもよい。「主成分」は、分離機能層１に重量比で最も多く含まれる成分を意味する。
　分離機能層１は、疎水性材料を含むマトリクスと、マトリクスに分散したフィラーとを含んでいてもよい。フィラーは、マトリクス内に埋め込まれている。マトリクス内において、全てのフィラーが互いに離間していてもよく、部分的に凝集していてもよい。
　フィラーは、例えば、ゼオライト、シリカ、ベントナイトなどの無機材料を含む。フィラーに含まれるゼオライトは、アルミナに対するシリカの比率が高いハイシリカゼオライトであることが好ましい。ハイシリカゼオライトは、耐加水分解性に優れているため、供給液Ｓを分離する用途に適している。ハイシリカゼオライトとしては、東ソー社製のＨＳＺ（登録商標）、ユニオン昭和社製のＨｉＳｉｖ（登録商標）、ユニオン昭和社製のＵＳＫＹ及び中村超硬社製のＺｅｏａｌ（登録商標）などを用いることができる。
　フィラーは、金属有機構造体（Metal-Organic-Framework：ＭＯＦ）を含んでいてもよい。金属有機構造体は、多孔性配位高分子（Porous Coordination Polymer：ＰＣＰ）とも呼ばれている。金属有機構造体は、疎水性であることが好ましい。金属有機構造体は、例えば、金属イオン及び有機配位子を含んでいる。金属イオンとしては、Ｚｎイオンなどが挙げられる。有機配位子は、例えば、芳香環を含んでいる。有機配位子に含まれる芳香環としては、イミダゾール環などが挙げられる。有機配位子としては、２－メチルイミダゾールなどが挙げられる。金属有機構造体の具体例としては、ＺＩＦ－８などが挙げられる。
　フィラーの形状は、例えば、粒子状である。本明細書において、「粒子状」には、球状、楕円体状、鱗片状及び繊維状が含まれる。フィラーの平均粒径は、特に限定されず、例えば５０μｍ以下であり、好ましくは２０μｍ以下であり、より好ましくは１０μｍ以下である。フィラーの平均粒径の下限値は、例えば０．０１μｍである。フィラーの平均粒径は、例えば、次の方法によって特定することができる。まず、分離機能層１の断面を透過電子顕微鏡で観察する。得られた電子顕微鏡像において、特定のフィラーの面積を画像処理によって算出する。算出された面積と同じ面積を有する円の直径をその特定のフィラーの粒径（粒子の直径）とみなす。任意の個数（少なくとも５０個）のフィラーの粒径をそれぞれ算出し、算出値の平均値をフィラーの平均粒径とみなす。
　分離機能層１におけるフィラーの含有率は、例えば１０ｗｔ％以上であり、好ましくは３０ｗｔ％以上であり、より好ましくは４０ｗｔ％以上である。分離機能層１におけるフィラーの含有率の上限値は、特に限定されず、例えば７０ｗｔ％である。分離機能層１におけるマトリクスの含有率は、特に限定されず、例えば３０ｗｔ％～９０ｗｔ％である。
　分離機能層１の厚さは、例えば２００μｍ以下であり、好ましくは１００μｍ以下であり、より好ましくは８０μｍ以下である。分離機能層１の厚さは、１．０μｍ以上であってもよく、１０μｍ以上であってもよく、３０μｍ以上であってもよい。
　分離機能層１は、平均孔径が０．０１μｍ未満の微孔構造を有していてもよいが、表面に孔を有さない緻密層であってもよい。
（多孔性支持体）
　多孔性支持体２としては、例えば、不織布；多孔質ポリテトラフルオロエチレン；芳香族ポリアミド繊維；多孔質金属；焼結金属；多孔質セラミック；多孔質ポリエステル；多孔質ナイロン；活性化炭素繊維；ラテックス；シリコーン；シリコーンゴム；ポリフッ化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、ポリウレタン、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリスルホン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリアクリロニトリル、ポリイミド及びポリフェニレンオキシドからなる群より選ばれる少なくとも１つを含む透過性（多孔質）ポリマー；連続気泡又は独立気泡を有する金属発泡体；連続気泡又は独立気泡を有するポリマー発泡体；シリカ；多孔質ガラス；メッシュスクリーンなどが挙げられる。多孔性支持体２は、これらのうちの２種以上を組み合わせたものであってもよい。
　多孔性支持体２は、例えば０．０１～０．４μｍの平均孔径を有する。多孔性支持体２の厚さは、特に限定されず、例えば１０μｍ以上であり、好ましくは５０μｍ以上であり、より好ましくは１００μｍ以上である。多孔性支持体２の厚さは、例えば３００μｍ以下であり、好ましくは２００μｍ以下である。
（保護層）
　保護層は、例えば、分離機能層１の表面を被覆している。保護層の材料としては、特に限定されず、例えばシリコーン樹脂が挙げられる。保護層の材料は、分離機能層１のマトリクスの材料と同じであってもよい。保護層の厚さは、特に限定されず、例えば０．５μｍ以上であり、好ましくは１μｍ以上であり、より好ましくは５μｍ以上であり、さらに好ましくは１０μｍ以上である。保護層の厚さは、例えば１００μｍ以下であり、好ましくは５０μｍ以下であり、より好ましくは３０μｍ以下ある。
（浸透気化膜の作製方法）
　浸透気化膜１１は、例えば、多孔性支持体２の上に分離機能層１を形成することによって作製することができる。詳細には、まず、分離機能層１の材料を含む塗布液を調製する。塗布液は、フィラーとともにフィラーを塗布液中に分散させるための分散剤を含んでいてもよい。塗布液がシロキサン結合を有する化合物を含む場合、塗布液は、当該化合物を硬化させるための触媒をさらに含んでいてもよい。次に、塗布液を多孔性支持体２の上に塗布することによって塗布膜を得る。塗布膜を乾燥させることによって、分離機能層１が形成される。
＜膜分離システムの運転方法の実施形態＞
　膜分離システム１００の運転方法は、膜分離部１０の浸透気化膜によって、揮発性の有機化合物ＣとガスＧとを含む供給液Ｓを透過流体Ｓ1と非透過流体Ｓ2とに分離すること（ステップ１）と、第１凝縮部２０１によって、膜分離部１０から排出された透過流体Ｓ1に含まれる有機化合物Ｃを凝縮すること（ステップ２）と、第２凝縮部２０２によって、減圧部３０から排出された透過流体Ｓ1に含まれる有機化合物Ｃを凝縮することと（ステップ３）とを含む。ステップ１は、減圧部３０によって、膜分離部１０の透過空間内を減圧することを含む。
　上述のとおり、供給液Ｓが発酵液である場合、供給液Ｓは、揮発性の有機化合物Ｃととともに、当該有機化合物Ｃを生成する微生物を含む。供給液Ｓは、例えば、有機化合物Ｃ、微生物、及びガスＧ以外に水を含む。供給液Ｓは、典型的には、有機化合物Ｃ、微生物、及びガスＧを含む水溶液である。
　供給液Ｓに含まれる有機化合物Ｃは、揮発性を有する限り、特に限定されない。本明細書において、「揮発性を有する有機化合物」とは、例えば、大気圧下（１０１．３２５ｋＰａ）での沸点が２０℃～２６０℃である有機化合物を意味する。なお、有機化合物Ｃは、例えば、水溶液中での濃度が高い場合に、水を主成分として含む水相と、当該水相よりも有機化合物Ｃの含有率が高い有機相とを生じさせるものである。
　有機化合物Ｃの炭素数は、特に限定されず、例えば１０以下であり、８以下、６以下、さらには４以下であってもよい。有機化合物Ｃの炭素数の下限値は、１であってもよく、２であってもよい。有機化合物Ｃは、例えば、ヒドロキシル基、カルボニル基、エーテル基、エステル基などの酸素原子を含む官能基を有している。有機化合物Ｃにおいて、酸素原子を含む官能基の数は、典型的には１つである。
　有機化合物Ｃとしては、例えば、アルコール、ケトン、エステルなどが挙げられ、アルコールであることが好ましい。有機化合物Ｃがアルコールである場合、有機化合物Ｃは、水と相溶しやすく、系内の環境に偏りが生じにくい。アルコールは、アルキル基及びヒドロキシル基のみから構成されたアルキルアルコールであってもよく、アリール基及びヒドロキシル基を含むアリールアルコールであってもよい。アルキルアルコールは、直鎖状、分岐鎖状、環状のいずれであってもよい。アルキルアルコールとしては、例えば、メタノール、エタノール、ｎ－プロパノール、イソプロパノール、ｎ－ブタノール、２－ブタノール、イソブタノール、ｔ－ブタノール、ｎ－ペンタノールなどが挙げられ、好ましくはｎ－ブタノールである。ｎ－ブタノールは、水溶液中での含有率が８ｗｔ％程度以上である場合に、水溶液から２つの相（水相及び有機相）を生じさせる化合物である。そのため、有機化合物Ｃがｎ－ブタノールである場合、例えば、透過流体Ｓ1における有機化合物Ｃの含有率を８ｗｔ％程度以上に調整することによって、第１凝縮流体Ｓ31において、水相及び有機相を生じさせることができる。この場合、水相及び有機相を分離することによって、第１凝縮流体Ｓ31を容易に精製することができる。アリールアルコールとしては、例えば、フェノールなどが挙げられる。
　ケトンは、アルキル基及びカルボニル基のみから構成されたジアルキルケトンであってもよい。ジアルキルケトンとしては、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）、アセトンなどが挙げられる。
　エステルは、アルキル基及びエステル基のみから構成された脂肪酸アルキルエステルであってもよい。脂肪酸アルキルエステルとしては、酢酸エチルなどが挙げられる。
　なお、有機化合物Ｃは、上述したものに限定されない。有機化合物Ｃは、ベンゼン、トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素であってもよい。
　供給液Ｓは、１種類の有機化合物Ｃを含んでいてもよく、２種類以上の有機化合物Ｃを含んでいてもよい。供給液Ｓにおける有機化合物Ｃの含有率は、例えば５０ｗｔ％以下であり、３０ｗｔ％以下、１０ｗｔ％以下、５ｗｔ％以下、２ｗｔ％以下、さらには１ｗｔ％以下であってもよい。有機化合物Ｃの含有率の下限値は、特に限定されず、例えば０．０１ｗｔ％である。
　有機化合物Ｃは、微生物が炭素源を発酵させることによって生成した発酵物であってもよい。有機化合物Ｃは、好ましくは、微生物が生成したアルコール（バイオアルコール）である。
　供給液Ｓは、水、有機化合物Ｃ、微生物、及びガスＧ以外に、炭素源、窒素源、無機イオンなどの他の成分をさらに含んでいてもよい。炭素源としては、デンプンなどの多糖類や、グルコースなどの単糖類が挙げられる。
　ステップ１の具体的な実施方法について、図３に示す膜分離部１０を例にして説明する。ステップ１では、まず、供給空間入口１３ａを通じて、供給液Ｓを膜分離部１０の第１室１３に供給する。これにより、浸透気化膜１１の一方の面（例えば、主面１１ａ）に供給液Ｓを接触させることができる。
　次に、浸透気化膜１１の一方の面に供給液Ｓを接触させた状態で、浸透気化膜１１の他方の面（例えば、主面１１ｂ）に隣接する空間を減圧する。詳細には、透過空間出口１４ｂを通じて、第２室１４内を減圧する。第２室１４内の減圧は、減圧部３０によって行うことができる。第２室１４内の圧力は、例えば５０ｋＰａ以下であり、２０ｋＰａ以下、１０ｋＰａ以下、５ｋＰａ以下、３ｋＰａ以下、さらには２ｋＰａ以下であってもよい。
　第２室１４内を減圧することによって、浸透気化膜１１の他方の面側において、有機化合物Ｃの含有率が高い透過流体Ｓ1を得ることができる。言い換えると、透過流体Ｓ1が第２室１４に供給される。第２室１４内において、透過流体Ｓ1は、典型的には気体である。透過流体Ｓ1は、透過空間出口１４ｂを通じて、膜分離部１０の外部に排出される。透過流体Ｓ1は、第１透過流体排出経路９３を経て、透過流体入口２０１ａを通じて、第１凝縮部２０１に供給される。
　一方、供給液Ｓにおける有機化合物Ｃの含有率は、第１室１３の供給空間入口１３ａから供給空間出口１３ｂに向かって徐々に低下する。第１室１３で処理された供給液Ｓ（非透過流体Ｓ2）は、供給空間出口１３ｂを通じて、膜分離部１０の外部に排出される。非透過流体Ｓ2は、典型的には液体である。非透過流体Ｓ2は、非透過流体排出経路９２を経て、入口４０ａを通じて、タンク４０に供給される。
　ステップ１では、膜分離部１０の浸透気化膜１１によって、供給液Ｓに含まれる有機化合物Ｃを優先的に透過させることができる。そのため、膜分離部１０の運転によって得られた透過流体Ｓ1は、膜分離部１０に供給された供給液Ｓに比べて、有機化合物Ｃの含有率が高い。供給液Ｓにおける有機化合物Ｃの含有率（ｗｔ％）に対する、透過流体Ｓ1における有機化合物Ｃの含有率（ｗｔ％）の比は、特に限定されない。
　ステップ１によれば、例えば、有機化合物Ｃの含有率が高い透過流体Ｓ1を製造することができる。言い換えると、ステップ１によって、透過流体Ｓ1として、有機化合物Ｃを得ることができる。
　ステップ１は、減圧部３０によって、膜分離部１０の透過空間内を減圧することを含む。このとき、減圧部３０の動作を制御することによって、運転時に、Ｐ1＜Ｐ2を満たすように制御してもよい。
　ステップ２の具体的な実施方法について、図２に示す第１凝縮部２０１を例にして説明する。ステップ２では、まず、透過流体入口２０１ａを通じて、透過流体Ｓ1が第１凝縮部２０１に供給される。透過流体Ｓ1は、ガスＧを含んでいる。このとき、第１凝縮部２０１には、冷媒入口２０１ｄを通じて、冷媒Ｒが通されている。そのため、第１凝縮部２０１内で、冷媒Ｒと気体の透過流体Ｓ1との間で熱交換が行われる。これにより、気体の透過流体Ｓ1が冷却され、有機化合物Ｃが凝縮される。有機化合物Ｃを含む第１凝縮流体Ｓ31は、第１凝縮流体出口２０１ｂを通じて、第１凝縮部２０１から排出される。ガスＧが存在するせいで凝縮できなかった透過流体Ｓ1は、透過流体出口２０１ｃを通じて、第１凝縮部２０１から排出される。
　ステップ３の具体的な実施方法について、図２に示す第２凝縮部２０２を例にして説明する。ステップ３では、第１凝縮部２０１から排出された透過流体Ｓ1が、減圧部３０の排気として、透過流体入口２０２ａを通じて、第２凝縮部２０２に供給される。このとき、第２凝縮部２０２には、冷媒入口２０２ｄを通じて、冷媒Ｒが通されている。そのため、第２凝縮部２０２内で、冷媒Ｒと気体の透過流体Ｓ1との間で熱交換が行われる。これにより、気体の透過流体Ｓ1が冷却され、有機化合物Ｃが凝縮される。有機化合物Ｃを含む第２凝縮流体Ｓ32は、第２凝縮流体出口２０２ｂを通じて、第２凝縮部２０２から排出される。残りの排気は、排気出口２０２ｃを通じて、第２凝縮部２０２から排出される。
　膜分離システム１００の運転方法によれば、系外に排出される透過流体Ｓ1の量を低減でき、もって、凝縮効率の低下を抑制することができる。その結果、有機化合物Ｃの回収効率が向上する。
＜有機化合物の製造方法の実施形態＞
　本実施形態の有機化合物の製造方法は、膜分離部１０、減圧部３０、第１凝縮部２０１及び第２凝縮部２０２を用いた有機化合物の製造方法である。第１凝縮部２０１は、膜分離部１０と減圧部３０との間に配置されている。本実施形態の有機化合物の製造方法は、膜分離部１０の浸透気化膜によって、揮発性の有機化合物ＣとガスＧとを含む供給液Ｓを透過流体Ｓ1と非透過流体Ｓ2とに分離することと、第１凝縮部２０１によって、膜分離部１０から排出された透過流体Ｓ1に含まれる有機化合物Ｃを凝縮することと、第２凝縮部２０２によって、減圧部３０から排出された透過流体Ｓ1に含まれる有機化合物Ｃを凝縮することと、有機化合物Ｃを回収することと、を含む。上記分離することは、減圧部３０によって、膜分離部１０の透過空間内を減圧することを含む。
　本実施形態の有機化合物の製造方法において、有機化合物Ｃは、アルコールであってもよい。本実施形態の有機化合物の製造方法によれば、揮発性のアルコールを含む供給液Ｓ0から当該アルコールを効率的に分離することができる。
［膜分離部の変形例］
　膜分離部１０は、スパイラル型の膜エレメント、中空糸膜エレメント、複数の浸透気化膜が積層されたディスクチューブ型の膜エレメント、プレートアンドフレーム型の膜エレメントなどであってもよい。図５は、スパイラル型の膜エレメントを模式的に示す展開斜視図である。膜分離部１０は、図５に示すようなスパイラル型の膜エレメントであってもよい。図５の膜分離部１０（膜エレメント）は、中心管１６と、浸透気化膜１１を有し、中心管１６に巻き付けられた膜リーフ１７とを備える。
　中心管１６は、円筒形状を有している。中心管１６の表面には、中心管１６の内部に透過流体Ｓ1を流入させるための貫通孔１６ｈが形成されている。貫通孔１６ｈの数は特に限定されず、１つであってもよく、２つ以上であってもよい。中心管１６の材料としては、例えば、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合樹脂（ＡＢＳ樹脂）、ポリフェニレンエーテル樹脂（ＰＰＥ樹脂）、ポリサルフォン樹脂（ＰＳＦ樹脂）などの樹脂；ステンレス鋼、チタンなどの金属が挙げられる。中心管１６の内径は、例えば２０～１００ｍｍの範囲にある。
　膜分離部１０は、複数の膜リーフ１７を有する。各膜リーフ１７は、浸透気化膜１１及び透過側流路材１９を含む。例えば、膜リーフ１７は、２つの浸透気化膜１１を有する。２つの浸透気化膜１１が互いに重ね合わされ、袋状の構造を有するように３辺において封止されている。袋状の構造の内部に位置するように、２つの浸透気化膜１１の間に透過側流路材１９が配置されている。透過側流路材１９は、２つの浸透気化膜１１の間に透過流体Ｓ１の流路としての空間（透過空間）を確保している。このように、透過側流路材１９は、浸透気化膜１１に組み合わされて使用される。膜リーフ１７の数は、特に限定されず、例えば２～３０である。
　膜分離部１０は、供給側流路材１８をさらに有する。供給側流路材１８は、上述の袋状の構造の外部に位置するとともに、膜リーフ１７に積層されている。詳細には、複数の供給側流路材１８と複数の膜リーフ１７とが交互に積層されている。供給側流路材１８は、膜リーフ１７と膜リーフ１７との間に供給液Ｓの流路としての空間（供給空間）を確保している。
　供給側流路材１８及び透過側流路材１９としては、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）又はエチレン－クロロトリフルオロエチレン共重合体（ＥＣＴＦＥ）からなる樹脂製のネット、織物又は編物を用いることができる。
　膜エレメントの外周面は、流体が通過できない材料によって作製されたシェル（不図示）で構成されている。シェルは、ＦＲＰ（fiber reinforced plastic）によって作られていてもよい。膜エレメントは、ケーシング（図示せず）に収容されていてもよい。
　図５の膜分離部１０（膜エレメント）は、例えば、次の方法で運転できる。まず、巻回された膜リーフ１７の一端に供給液Ｓを供給する。中心管１６の内部の空間を減圧する。減圧は、減圧部３０によって行うことができる。これにより、膜リーフ１７の浸透気化膜１１を透過した透過流体Ｓ1が中心管１６の内部に移動する。透過流体Ｓ1は、中心管１６を通じて外部に排出される。膜分離部１０で処理された供給液Ｓ（非透過流体Ｓ2）は、巻回された膜リーフ１７の他端から外部に排出される。
＜膜分離システムの変形例＞
　本実施形態の膜分離システム１００は、複数の膜分離部１０を備えていてもよく、複数の膜分離部１０が互いに直列又は並列に接続されていてもよい。本明細書において、「複数の膜分離部１０が互いに直列に接続されている」とは、前段の膜分離部１０の供給空間から排出された供給液Ｓ（膜分離システムの運転時は非透過流体Ｓ2）が後段の膜分離部１０の供給空間に供給されるように、複数の膜分離部１０が互いに接続されている構成を意味する。「複数の膜分離部１０が互いに並列に接続されている」とは、タンク４０から送られた供給液Ｓが複数の膜分離部１０のそれぞれの供給空間に供給されるように、複数の膜分離部１０が互いに接続されている構成を意味する。膜分離システム１００における膜分離部１０の数は、特に限定されず、例えば２～５である。本実施形態の膜分離システム１００は、直接に接続された複数の膜分離部１０を有するユニットを複数備え、各ユニットが並列に接続される構成を有していてもよい。例えば、膜分離システム１００は、直接に接続された３つの膜分離部１０を有するユニットを２つ備え、２つのユニットが並列に接続されていてもよい。
　上述した各実施形態に関する説明は、技術的に矛盾しない限り、相互に適用される。上記の各実施形態及び各変形例は、技術的に矛盾しない限り、相互に組み合わされてもよい。
　以下に、計算例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
［浸透気化膜の作製］
　まず、次の方法によって浸透気化膜を作製した。シリコーン樹脂（モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン社製のＹＳＲ３０２２）１．６５０ｋｇ（固形分濃度３０ｗｔ％）、トルエン２．８０５ｋｇ、ハイシリカゼオライト（ユニオン昭和社製のＨｉＳｉｖ３０００）０．４９５ｋｇ、シリコーン硬化触媒（モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン社製のＹＣ６８３１）０．０４９５ｋｇ、及び硬化遅延剤としてのアセチルアセトン０．０４９５ｋｇを混合して塗布液を調製した。次に、塗布液を厚さ１５０μｍの多孔性支持体（日東電工社製のＲＳ－５０）の上に塗布することによって塗布膜（厚さ５００μｍ）を得た。塗布膜を９０℃で４分間加熱し、乾燥させることによって、厚さ５０μｍの分離機能層を作製した。分離機能層において、シリコーン樹脂とハイシリカゼオライトとの重量比は、５０：５０であった。これにより、浸透気化膜を得た。
（計算例１、６）
　作製した浸透気化膜を用いて、図６に示す膜分離システム２００を運転したときのシミュレーションを行った。詳細には、膜分離システム２００において、膜分離部１０が備える浸透気化膜として、上記の浸透気化膜を用いることを想定した。膜分離システム２００は、第１凝縮部２０１に代えて第１熱交換器３０１を備えること、第２凝縮部２０２に代えて第２熱交換器３０２を備えること、回収部５０が第２熱交換器３０２のみに接続されていることを除き、図１に示す膜分離システム１００と同じ構成であった。第１熱交換器３０１は、熱交換器として機能するだけであって、膜分離部１０から排出された気体の透過流体Ｓ1を冷却するが、凝縮は行わない構成であった。第２熱交換器３０２は、第１熱交換器３０１から排出された気体の透過流体Ｓ1を大気圧下で凝縮する構成であった。
　なお、計算例１、６の膜分離部１０の運転では、タンク４０から膜分離部１０に送られる水溶液が、揮発性の有機化合物としてのアルコール（ｎ－ブタノール又はエタノール）及びガスＧを含むこと、減圧部３０によって、膜分離部１０の透過空間内を減圧することによって、気体の透過流体Ｓ1を得ること、及び、得られた透過流体Ｓ1を第１熱交換器３０１で冷却すること、及び、第１熱交換器３０１で冷却された透過流体Ｓ1を第２熱交換器３０２で冷却することによってアルコールを凝縮することを想定した。
　計算例１、６では、表１に示す仮定条件が成立する場合に、第２熱交換器３０２による回収量（水及びアルコール）を計算した。計算には、Schlumberger製のプロセスモデリングソフトSymmetryを用いた。
（計算例２～４、７～９）
　作製した浸透気化膜を用いて、図１に示す膜分離システム１００を運転したときのシミュレーションを行った。詳細には、膜分離システム１００において、膜分離部１０が備える浸透気化膜として、上記の浸透気化膜を用いることを想定した。膜分離システム１００は、膜分離部１０、減圧部３０、第１凝縮部２０１、及び第２凝縮部２０２などを備えていた。
　なお、計算例２～４、７～９の膜分離部１０の運転では、タンク４０から膜分離部１０に送られる供給液が、揮発性の有機化合物としてのアルコール（ｎ－ブタノール又はエタノール）及びガスＧを含むこと、減圧部３０によって、膜分離部１０の透過空間内を減圧することによって、気体の透過流体Ｓ1が得られること、得られた透過流体Ｓ1を第１凝縮部２０１で冷却することによってアルコールを凝縮すること、及び、第１凝縮部２０１で凝縮できなかった透過流体Ｓ1を第２凝縮部２０２でさらに冷却することによってアルコールを凝縮することを想定した。
　計算例２～４、７～９では、表１に示す仮定条件が成立する場合に、第１凝縮部２０１による回収量（水及びアルコール）と、第２凝縮部２０２による回収量（水及びアルコール）とを計算した。計算には、Schlumberger製のプロセスモデリングソフトSymmetryを用いた。
（計算例５、１０）
　作製した浸透気化膜を用いて、図７に示す従来の膜分離システム１０００を運転したときのシミュレーションを行った。詳細には、膜分離システム１０００において、膜分離部１０１が備える浸透気化膜として、上記の浸透気化膜を用いることを想定した。膜分離システム１０００は、膜分離部１０１、凝縮部１０２、及び減圧部１０３を備え、膜分離部１０１と減圧部１０３との間に凝縮部１０２が設けられていた。膜分離部１０１から排出された透過流体Ｌ1は、二酸化炭素を含んだまま凝縮部１０２に供給された。
　計算例５、１０では、表１に示す仮定条件が成立する場合に、凝縮部１０２による回収量（水及びアルコール）を計算した。計算には、Schlumberger製のプロセスモデリングソフトSymmetryを用いた。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　計算例１～１０のシミュレーション結果を表２に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　計算例２～４と計算例１、５とのシミュレーション結果の比較からわかるとおり、透過流体Ｓ1を第１凝縮部２０１で冷却することによってエタノールを凝縮し、第１凝縮部２０１で凝縮できなかった透過流体Ｓ1を第２凝縮部２０２でさらに冷却することによってエタノールを凝縮した場合、エタノールの回収率が大きく向上した。計算例７～９と計算例６、１０とのシミュレーション結果の比較からわかるとおり、透過流体Ｓ1を第１凝縮部２０１で冷却することによってｎ－ブタノールを凝縮し、第１凝縮部２０１で凝縮できなかった透過流体Ｓ1を第２凝縮部２０２でさらに冷却することによってｎ－ブタノールを凝縮した場合、ｎ－ブタノールの回収率が大きく向上した。このように、図１に示す膜分離システム１００では、図６に示す膜分離システム２００及び図７に示す従来の膜分離システム１０００と比べて、系外に排出される透過流体Ｓ1の量を低減でき、もって、凝縮効率の低下が抑制されていた。この結果から、二段凝縮が可能な本実施形態の膜分離システムは、有機化合物を効率的に回収することに適していることがわかる。
　図１に示す膜分離システム１００では、第２凝縮部２０２から得られる第２凝縮流体Ｓ32に含まれるアルコールの濃度は、第１凝縮部２０１から得られる第１凝縮流体Ｓ31に含まれるアルコールの濃度よりも高かった。このように、本実施形態の膜分離システムでは、第２凝縮部において、第１凝縮部よりもアルコールの濃度が高い凝縮流体を得ることができることがわかる。
　図１に示す膜分離システム１００では、運転時に、第１凝縮部２０１の冷却温度が、－８０℃以上３０℃未満の範囲に制御された場合、エタノールの回収率が大きく向上した。
　図１に示す膜分離システム１００では、運転時に、第１凝縮部２０１内の圧力が、０．２～２０．０ｋＰａの範囲に制御され場合、エタノールの回収率が大きく向上した。
　本実施形態の膜分離システムは、有機化合物を効率的に回収することに適している。
 

Claims (10)

  1. 　膜分離部、減圧部、第１凝縮部及び第２凝縮部を備え、
    　前記膜分離部は、揮発性の有機化合物とガスとを含む供給液を透過流体と非透過流体とに分離する浸透気化膜と、前記浸透気化膜によって隔てられた供給空間及び透過空間とを有し、
    　前記減圧部は、前記膜分離部の前記透過空間内を減圧し、
    　前記第１凝縮部は、前記膜分離部と前記減圧部との間に配置され、前記膜分離部から排出された前記透過流体に含まれる前記有機化合物を凝縮し、
    　前記第２凝縮部は、前記減圧部から排出された前記透過流体に含まれる前記有機化合物を凝縮する、膜分離システム。
  2. 　運転時に、前記第１凝縮部内の圧力は、前記第２凝縮部内の圧力よりも低い値に制御される、請求項１に記載の膜分離システム。
  3. 　運転時に、前記第１凝縮部内の圧力は、０．２～２０．０ｋＰａの範囲に制御される、請求項２に記載の膜分離システム。
  4. 　運転時に、前記第１凝縮部の冷却温度は、前記第２凝縮部の冷却温度と同じ又は低い値に制御される、請求項１に記載の膜分離システム。
  5. 　運転時に、前記第１凝縮部の冷却温度は、－８０℃以上３０℃未満の範囲に制御される、請求項４に記載の膜分離システム。
  6. 　運転時に、前記第１凝縮部内及び前記第２凝縮部内に、前記透過流体を冷却するための冷媒が通される、請求項１に記載の膜分離システム。
  7. 　運転時に、前記第１凝縮部内に通された前記冷媒が、前記第２凝縮部内に通される、請求項６に記載の膜分離システム。
  8. 　前記第１凝縮部から得られる第１凝縮流体に含まれる前記有機化合物の濃度は、前記第２凝縮部から得られる第２凝縮流体に含まれる前記有機化合物の濃度よりも低い、請求項１に記載の膜分離システム。
  9. 　前記第１凝縮部と前記減圧部との間に、前記透過空間内の圧力を調節する圧力調整弁をさらに備えた、請求項１に記載の膜分離システム。
  10. 　膜分離部、減圧部、第１凝縮部及び第２凝縮部を備えた膜分離システムの運転方法であって、
    　前記第１凝縮部は、前記膜分離部と前記減圧部との間に配置され、
    　前記膜分離部は、浸透気化膜と、前記浸透気化膜によって隔てられた供給空間及び透過空間とを有し、
    　前記膜分離部の前記浸透気化膜によって、揮発性の有機化合物とガスとを含む供給液を透過流体と非透過流体とに分離することと、
    　前記第１凝縮部によって、前記膜分離部から排出された前記透過流体に含まれる前記有機化合物を凝縮することと、
    　前記第２凝縮部によって、前記減圧部から排出された前記透過流体に含まれる前記有機化合物を凝縮することと、
    　を含み、
    　前記分離することは、前記減圧部によって、前記膜分離部の前記透過空間内を減圧することを含む、膜分離システムの運転方法。
     
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