氣液接觸裝置、蒸餾裝置以及熱交換裝置製造方法

2023-05-25 22:20:51

氣液接觸裝置、蒸餾裝置以及熱交換裝置製造方法
【專利摘要】一種NMP回收系統(1)，使包含NMP的含NMP氣體與吸收NMP的水氣液接觸，所述NMP回收系統(1)具備：填充物(10A～10D)，它們相對於水具有浸透性，在滯留水的同時，浸透於內部的水因重力移動而向外部流出；含NMP氣體流通機構(30)，其使含NMP氣體流通，以使含NMP氣體與滯留於填充物(10A～10D)的水接觸；以及水流通機構(40)，其使水流通，以使水浸透於填充物(10A～10D)，在填充物(10A～10D)中，含有NMP的含NMP氣體與吸收NMP的水氣液接觸，含NMP氣體的NMP被水吸收，從而NMP被從含NMP氣體中分離出來。
【專利說明】氣液接觸裝置、蒸餾裝置以及熱交換裝置
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種氣液接觸裝置，具體而言，涉及氣體吸收(回收)裝置(包括氣體冷卻冷凝裝置(熱交換裝置))、蒸發濃縮裝置、蒸餾裝置(精餾裝置)。作為氣，可以例舉出NMP等VOC(Volatile Organic Compounds:揮發性有機化合物)，作為氣體吸收裝置，可以例舉出VOC吸收裝置。
【背景技術】
[0002]在鋰離子電池等二次電池的製造工序中，大量排出NMP(N_甲基吡咯烷酮)等有機溶劑(被吸收物、揮發性有機化合物)，所以希望能夠開發出一項將其回收的技術。
[0003]此外，NMP在例如用於形成負電極的負極漿料中，用作溶解負極導電劑(碳)、作為粘合劑的PVDF (聚偏氟乙烯)的溶劑(混合溶劑)。
[0004]而且，包含作為混合溶劑的NMP的負極漿料被塗覆於電極板之後，被熱風乾燥機乾燥，NMP通過該乾燥在熱風中氣化，從而排出包含氣化後的NMP的廢氣。
[0005]從廢氣分離?回收包含於這樣的廢氣的NMP等有機溶劑較重要，針對涉及分離?回收的技術，由本申請的 申請人:提出各種方案(參照專利文獻I)。
[0006]專利文獻1:日本特開2010-201282號公報

【發明內容】

[0007]因此，本發明的第一課題在於提供一種能夠適當地分離NMP等被吸收物的氣液接觸裝置。另外，本發明的第二課題在於提供一種能夠適當地對包含低沸點物質以及高沸點物質的原料進行蒸餾的蒸餾裝置。此外，本發明的第三課題在於提供一種能夠適當地冷卻或加熱氣體的熱交換裝置。
[0008]作為用於解決上述課題的機構，本發明是一種氣液接觸裝置，使包含被吸收物的氣體與吸收上述被吸收物的液體氣液接觸，上述氣液接觸裝置的特徵在於，具備:填充物，其相對於上述液體(水以及/或者有機溶劑)具有浸透性，在滯留液體的同時，浸透於內部的液體因重力(自重)移動而向外部流出；氣體流通機構，其使氣體流通，以使上述氣體與滯留於上述填充物的液體接觸；以及液體流通機構，其使液體流通，以使上述液體浸透於上述填充物，在上述填充物中，含有上述被吸收物的氣體與吸收上述被吸收物的液體氣液接觸，上述氣體的上述被吸收物被上述液體吸收，從而從氣體被分離出來。
[0009]在此，液體吸收被吸收物例如包括被吸收物溶解、分散於液體的方式。
[0010]根據這樣的氣液接觸裝置，通過液體流通機構而流通的液體浸透於填充物。另一方面，通過氣體流通機構而流通的氣體與滯留於填充物的液體接觸。
[0011]即，在填充物中，氣體與液體氣液接觸，氣體的被吸收物被液體吸收(物質移動)，從而被分離。而且，吸收被吸收物後的液體因重力(自重)而在填充物的內部移動(轉移)之後，向外部流出。
[0012]這樣，使包含被吸收物的氣體與滯留於填充物的液體氣液接觸，從而能夠利用液體吸收、分離氣體的被吸收物。
[0013]另外，在上述氣液接觸裝置中，優選上述液體流通機構將液體導入上述填充物的上部。
[0014]根據這樣的氣液接觸裝置，吸收介質流通機構將液體導入填充物的上部，所以液體容易從填充物的上部浸透。由此，在填充物中，液體變得易於更換。
[0015]另外，在上述氣液接觸裝置中，優選上述液體流通機構構成為將吸收被吸收物且從上述填充物流出的液體向上述填充物供給，從而使液體在上述填充物循環。
[0016]根據這樣的氣液接觸裝置，液體流通機構將吸收被吸收物且從填充物流出的液體向填充物供給，其結果是，液體經由填充物而循環。這樣，液體經由填充物而循環，所以伴隨著循環，液體中的被吸收物的濃度逐漸上升，從而能夠對被吸收物進行濃縮。
[0017]另外，在上述氣液接觸裝置中，優選上述填充物具備剖面呈波形且層疊的陶瓷製的多個片材，氣體在上述多個片材之間流通，在上述填充物中，氣體的流通方向與液體的流通方向正交。
[0018]根據這樣的氣液接觸裝置，氣體在剖面呈波形的陶瓷製的多個片材之間流通，而且，在填充物中，氣體的流通方向與液體的流通方向正交。由此，氣體能夠與滯留於其兩側的片材的液體良好地氣液接觸。
[0019]另外，在上述氣液接觸裝置中，優選具備:多個上述填充物，它們在氣體的流通方向以直列的方式配置；設置於上述各填充物的上述液體流通機構；以及液體供給機構，其將從上述填充物流出的液體在氣體的流通方向上向上遊的上述液體流通機構供給。
[0020]根據這樣的氣液接觸裝置，氣體在多個填充物中以直列的方式流通。因此，液體吸收的被吸收物的吸收量在最上遊的填充物較多，隨著趨向下遊而變少。
[0021 ]另外，液體供給機構將從填充物流出且包含被吸收物的液體在氣體的流通方向上向上遊的液體流通機構供給。即，從下遊的填充物流出的被吸收物較少液體被液體供給機構向其上遊的液體流通機構供給，能夠隨著趨向氣體的流通方向的上遊，將被吸收物濃縮。
[0022]另外，在上述氣液接觸裝置中，優選上述填充物具備剖面呈波形且層疊的陶瓷製的多個片材，氣體在上述多個片材之間流通，在上述填充物中，氣體的流通方向與液體的流通方向是相向的。
[0023]根據這樣的氣液接觸裝置，氣體在剖面呈波形的陶瓷製的多個片材之間流通，而且，在填充物中，氣體的流通方向與液體的流通方向是相向的。由此，氣體能夠與滯留於其兩側的片材的液體能夠良好地氣液接觸。
[0024]另外，本發明是一種蒸餾裝置，對包含沸點不同的低沸點物質以及高沸點物質在內的原料進行蒸餾，其特徵在於，具備:填充物，其相對於原料具有浸透性，在滯留原料的同時，浸透於內部的原料因重力(自重)移動而向外部流出；重沸器，其對原料進行加熱而生成蒸汽；蒸汽配管，其供由上述重沸器生成且朝上述填充物去的蒸汽流通；冷凝器，其對來自上述填充物的蒸汽進行冷卻而生成冷凝液；以及冷凝液配管，其使由上述冷凝器生成的冷凝液向上述填充物回流，在上述填充物中，蒸汽與滯留於該填充物的原料或冷凝液氣液接觸。
[0025]根據這樣的蒸餾裝置，填充物滯留原料或冷凝液。而且，在填充物中，由重沸器生成的蒸汽與滯留於填充物的原料或冷凝液氣液接觸，高沸點物質的熱向低沸點物質傳熱，從而增進蒸餾。由此，隨著蒸汽在填充物流通，蒸汽中的低沸點物質的量逐漸增多，通過利用冷凝器對從填充物流出的蒸汽進行冷卻能夠得到以低沸點物質為主要成分的冷凝液。
[0026]另一方面，即便高沸點物質暫時變成蒸汽，之後也容易液化，在填充物內移動而容易向外部流出。由此，從填充物流出的餾出液以高沸點物質為主要成分。
[0027]這樣，能夠適當地對原料進行蒸餾，分開低沸點物質與高沸點物質。
[0028]另外，在上述蒸餾裝置中，優選上述填充物具備剖面呈波形且層疊的陶瓷製的多個片材，蒸汽在上述多個片材之間流通，在上述填充物中，蒸汽的流通方向與原料或冷凝液的流通方向正交。
[0029]根據這樣的蒸餾裝置，蒸汽在剖面呈波形的陶瓷製的多個片材之間流通，而且，在填充物中，蒸汽的流通方向與原料或冷凝液的流通方向正交。由此，蒸汽與滯留於其兩側的片材的原料或冷凝液能夠良好地氣液接觸。
[0030]另外，在上述蒸餾裝置中，上述填充物具備剖面呈波形且層疊的陶瓷製的多個片材，蒸汽能夠在上述多個片材之間流通，在上述填充物中，蒸汽的流通方向與原料或冷凝液的流通方向是相向的。
[0031]根據這樣的蒸餾裝置，蒸汽在剖面呈波形的陶瓷製的多個片材之間流通，而且，在填充物中，蒸汽的流通方向與原料或冷凝液的流通方向是相向的。由此，蒸汽與滯留於其兩側的片材的原料或冷凝液能夠良好地良好氣液接觸。
[0032]另外，本發明是一種熱交換裝置，能夠在氣體與作為冷卻上述氣體的冷卻液體或加熱上述氣體的加熱液體的液體之間進行熱交換，其特徵在於，具備:填充物，其相對於液體具有浸透性，在滯留液體的同時，浸透於內部的液體因重力(自重)而移動而向外部流出；氣體流通機構，其使氣體流通，以使氣體與滯留於上述填充物的液體接觸；液體流通機構，其使液體流通，以使上述液體浸透於上述填充物，在上述填充物中，氣體與作為上述冷卻液體或上述加熱液體的液體氣液接觸。
[0033]根據這樣的熱交換裝置，填充物滯留作為冷卻液體或加熱液體的液體。而且，在填充物中，氣體與作為冷卻液體或加熱液體的液體氣液接觸，從而在氣體與冷卻液體或加熱液體之間良好地傳熱，所以能夠適當地冷卻或加熱氣體。
[0034]另外，在上述熱交換裝置中，優選上述填充物具備剖面呈波形且層疊的陶瓷製的多個片材，氣體在上述多個片材之間流通，在上述填充物中，氣體的流通方向與作為上述冷卻液體或上述加熱液體的液體的流通方向正交。
[0035]根據這樣的熱交換裝置，氣體在剖面呈波形的陶瓷製的多個片材之間流通，而且，在填充物中，氣體的流通方向與作為冷卻液體或加熱液體的液體的流通方向正交。由此，氣體與作為滯留於其兩側的片材的冷卻液體或加熱液體的液體能夠良好地氣液接觸。
[0036]另外，在上述熱交換裝置中，優選上述填充物具備剖面呈波形且層疊的陶瓷製的多個片材，氣體在上述多個片材之間流通，在上述填充物中，氣體的流通方向與作為上述冷卻液體或上述加熱液體的液體的流通方向是相向的。
[0037]根據這樣的熱交換裝置，氣體在剖面呈波形的陶瓷製的多個片材之間流通，而且，在填充物中，氣體的流通方向與作為冷卻液體或加熱液體的液體的流通方向是相向的。由此，氣體與作為滯留於其兩側的片材的冷卻液體或加熱液體的液體能夠良好地氣液接觸。
[0038]發明的效果[0039]根據本發明，能夠提供一種可適當分離NMP等被吸收物的氣液接觸裝置。另外，能夠提供一種適當地對包含低沸點物質以及高沸點物質的原料進行蒸餾的蒸餾裝置。並且，能夠提供一種能夠適當地冷卻或加熱氣體的熱交換裝置。而且，對本發明的各方面和效果以及其他的效果和進一步的特徵而言，參照附圖並通過後述的本發明的例示且非限制的實施方式的詳細的說明能夠變得更加明了。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0040]圖1是本實施方式的正交流動用的填充物的立體圖。
[0041]圖2是圖1示出的正交流動用的填充物的局部分解立體圖。
[0042]圖3是圖1示出的正交流動用的填充物的側視圖。
[0043]圖4是本實施方式的相向流動用的填充物的立體圖。
[0044]圖5是圖4示出的相向流動用的填充物的局部分解立體圖。
[0045]圖6是圖4示出的相向流動用的填充物的側視圖。
[0046]圖7是表示第一實施方式的正交流動用的NMP回收系統的結構的圖。
[0047]圖8是表示第二實施方式的相向流動用的NMP回收系統的結構的圖。
[0048]圖9是表示第三實施方式的正交流動用的蒸餾裝置的結構的圖。
[0049]圖10是表示第四實施方式的相向流動用的蒸餾裝置的結構的圖。
[0050]圖11是表示第四實施方式的相向流動用的蒸餾裝置的一個效果的線圖。
【具體實施方式】
[0051]首先，參照圖1?圖6對本實施方式的主要部分即填充物10 (也稱為規則填充物)進行說明。此外，為明確地進行說明並且為了方便而設定「上下左右前後」。
[0052]〈填充物〉
[0053]圖1?圖6示出的填充物10用於使氣體與液體高效地地氣液接觸，圖1?圖6的填充物10相同，但其配置朝向不同。具體而言，圖1?圖3表示使氣體與液體以正交流動的方式氣液接觸的情況下的配置(橫型配置)，圖4?圖6表示使氣體與液體以相向流動的方式氣液接觸的情況下的配置(縱型配置)。
[0054]此外，液體在正交流動用的橫型配置和相向流動用的縱型配置中共用，在構成填充物10的後述的片材11、12內以垂直向下的方式流通。
[0055]除此之外，在無重力空間中使用填充物10的情況下，例如，還能夠通過形成利用了離心力等的力場，而基於氣體與液體的密度差，使氣體與液體相向流動。
[0056]以下，參照圖1?圖3對以正交流動用的橫型方式配置的填充物10詳細地進行說明，然後，參照圖4?圖6對以相向流動用的縱型方式配置的填充物10的不同部分進行說明。
[0057]
[0058]如圖1?圖3所示，在填充物10中，在使氣體與液體正交流動的情況下，氣體的流通方向為水平方向(圖1?圖3的前後方向)，液體的流通方向為垂直向下。
[0059]如圖1所示，填充物10的外形大致呈長方體。填充物10具備剖面呈波形的多個片材11、12和外框(未圖示)。而且，多個片材11、12在厚度方向(圖1?圖3的左右方向)交替層疊，並收納於上述外框內，從而能夠維持多個片材11、12的層疊狀態。
[0060]其中，片材11、12的形狀並不局限於此，除此之外，例如，可以是平板狀。在這種情況下，對於平板狀的片材而言，在通過隔離物等空開間隙的同時層疊片材。而且，在這種情況下，相鄰的片材的間隙成為氣體的流路。
[0061]在多個片材11、12的厚度方向觀察(左右方向觀察)時，片材11、12的山線、谷線的朝向錯開，片材11的山線(谷線)與片材12的山線(谷線)所成角度0 I在本實施方式中為60°。具體而言，片材11的山線(谷線)與片材12的山線(谷線)以氣體的流通方向(圖1?圖3的前後方向)為對稱軸對稱地配置，片材11的山線(谷線)與氣體的流通方向所成角度Θ2為30°，片材12的山線(谷線)與氣體的流通方向所成角度Θ3為30° (參照圖3)。由此，流通的氣體從填充物10接受的壓力損失變小。
[0062]此外，氣體在填充物10內，在如此層疊的片材11、12的間流通，以使其行進方向向上30°或向下30°的方式多次改變朝向，並且，反覆分流/合流地流通。
[0063]其中，角度Θ I?Θ 3並不局限於此，也可以適當地改變。
[0064]片材11、12例如由陶瓷(也包括例如SiO2與Al2O3的化合物、稱為陶瓷紙的物質)、燒結金屬體等多孔質體形成，片材11、12具有相對於水、有機溶劑等液體通過浸透性以及/或毛細管現象使液體主動地浸透的特性。由此，片材11、12能夠滯留(保持)液體的滯留量(具體而言，是靜態滯留量)相對於不具有浸透性的金屬制的片材顯著變大。
[0065]其中，片材11、12的材質並不局限於此，除此之外，可以由例如海綿、織物、非織物形成。其中，作為形成織物、非織物的纖維，可以使用例如玻璃纖維、碳纖維、合成纖維。此夕卜，在由織物、非織物等構成片材11等的情況下，例如通過向金屬網等芯材粘貼織物、非織物等來形成波形等所希望的形狀。
[0066]此外，在由陶瓷等無機材料形成的情況下，片材11、12相對於溫度變化具有耐受性，而且，能夠減少有機溶劑產生的汙染，另外，還具有耐酸性.耐鹼性。而且，片材11、12本身的溶出減少，填充物10、NMP液的品質管理(維護等)變容易，其通用性變高。此外，在使用由陶瓷形成的片材11、12的情況下，優選預先實施燒制處理，依靠片材11等本身維持在波形。
[0067]在此，滯留量(因液體而潤溼的量、保持量、))利用「填充物10的液體的保持體積(L)/填充物10的填充體積」來賦值。換句話說，例如，在填充物10的填充體積為10(m3)、滯留量為5(% )的情況下，填充物10的液體的滯留體積為500 (L)。
[0068]並且，滯留量細分為流體不流通的情況下的「靜態滯留量」和流體連續流通的情況下的「動態滯留量」。「動態滯留量」包括例如因流通的氣體而按壓滯留於片材的表面的液體，所以，一般形成為「靜態滯留量<動態滯留量」的關係。
[0069]而且，片材11、12相對於液體的浸透性尤其大，片材11、12的「靜態滯留量」相對於沒有浸透性的金屬制的片材顯著變大。此外，優選靜態滯留量為5 (%)以上，這樣，只要為5(% )以上，液體以及氣體的可運轉的流量範圍就會變大，從而能夠不需要更多地考慮液體以及氣體的流量平衡地設定運轉條件。由此，氣體與液體的氣液接觸面積增加，從而氣體與液體能夠高效地氣液接觸。
[0070]這樣，對片材11、12而言，「靜態滯留量」較大，所以能夠使氣體為小流量，還能夠降低壓力損失。[0071]另外，與此相反地，如後所述，由於難以溢流，所以實現大流量，即，還能夠提高氣體的流速，並能夠縮小氣體流路的截面積。
[0072]並且，能夠縮短填充物10(片材11、12)在氣體的流通方向的長度，減少填充物10
的數量，即，還能夠減少填充量。
[0073]進一步，還能夠使依次向片材11、12供給的液體為小流量。
[0074]由此，例如，在將填充物10用於NMP回收的情況下，能夠縮小回流比(水(液體)相對於含NMP氣體(氣體)的流量比)，從而實現節能化。
[0075]因此，在沒有浸透性的金屬制的片材中，液體處於附著於片材的表面等的狀態，在液體少的情況下，液體不會廣布片材整體，而形成片材間的流路並流下，從而存在不能充分確保氣液接觸面積的擔憂。
[0076]為改善這種情況，如果使氣體為大流量，增加「動態滯留量」，則液體會因氣體而被按壓於片材，其結果是，液體不更替，而氣體接受的壓力損失變大，存在變成溢流狀態的擔憂。因此，相對於沒有浸透性的金屬制的片材，對於氣體以及液體的流量等的可控範圍變小。
[0077]另外，片材11、12具有浸透性，所以即便被導入片材11、12的液體為小流量，液體也能夠主動地在片材11、12內浸透、擴散，遍布片材11、12整體。由此，不需要液體的分散裝置，即便水平度相對設計時不同也沒有問題，即使是在船上等會產生搖晃的位置也可以使用。
[0078]並且，由於片材11、12具有這樣的浸透性，液體會在片材11、12內滲透並移動，所以因氣體的流通而產生的液體的飛沫減少。由此，能夠較低地抑制安全係數(安全率)，從而能夠減少填充物10的填充量。另外，由於液體的飛沫像這樣減少，所以也不需要被稱為去霧用的消除器(除霧器)的飛沫除去裝置。並且，在以多層具備多個填充物10的結構的情況下，飛沫像這樣減少，所以能夠縮小相鄰層的間隔，從而裝置整體實現小型化。
[0079]並且，相鄰的片材11、12局部地接觸，所以液體通過該接觸部分在相鄰的片材11、12之間擴散、流通。
[0080]而且，液體在片材11、12內因其自重而以較慢的速度垂直向下流通，然後向外部流出。
[0081]
[0082]如圖4?圖6所示，在填充物10中，在使氣體與液體相向流動的情況下，氣體的流通方向為垂直向上，液體的流通方向為垂直向下。
[0083]在這種情況下，片材11的山線(谷線)與片材12的山線(谷線)以氣體垂直向上的流通方向(圖4?圖6的上下方向)為對稱軸對稱地配置，片材11的山線(谷線)與氣體的流通方向所成的角度Θ2為30°，片材12的山線(谷線)與氣體的流通方向所成的角度Θ 3為30° (參照圖6)。
[0084]除此之外與正交流動用的橫型配置相同。
[0085]《第一實施方式、正交流動、NMP回收系統》
[0086]接下來，參照圖7對本發明的第一實施方式進行說明。
[0087]此外，第一實施方式是將四個填充物IOA?IOD配置為橫型(參照圖1?圖3)且相對於圖7的朝右(水平方向)流通的含NMP氣體(氣體)直列地配置，並在填充物IOA?IOD中使含NMP氣體與水(液體)正交流動的形態。
[0088]《NMP回收系統的結構》
[0089]第一實施方式的NMP回收系統I (氣液接觸裝置)是使製造鋰離子電池時在乾燥設備D生成的含有NMP (被吸收物)的含NMP氣體(含被吸收物氣體、氣體)與水(吸收介質、液體)氣液接觸，從而吸收、分離並回收NMP的系統。
[0090]NMP回收系統I具備:含NMP氣體流通機構30 (氣體流通機構)，其使含NMP氣體流通；4個填充物IOA?IOD ;多個(圖1中為4個)水流通機構40 (液體流通機構)；以及作為水供給機構的配管41a (液體供給機構)，其在含NMP氣的流通方向，將存儲於後述的外殼21的水向其上遊的外殼21供給。
[0091]其中，填充物IOA?IOD的數量並不局限於此，可自由改變。
[0092]
[0093]含NMP氣體流通機構30具備第一過濾器31、第二過濾器32、第一鼓風機33、熱交換器34、第二鼓風機35、流量控制閥36、溫溼度傳感器37以及溫度傳感器38。
[0094]而且，若第一鼓風機33根據控制裝置(未圖示)的指令工作，則將外部的空氣(外部空氣)通過配管31a、第一過濾器31、配管31b、第二過濾器32、配管32a、第一鼓風機33、配管33a、熱交換器34以及配管34a向乾燥設備D供給。
[0095]第一過濾器31是用於去除微粒子(塵、埃等)的過濾器，第二過濾器32是防止鹽害用的過濾器。
[0096]熱交換器34在朝乾燥設備D去的空氣與來自乾燥設備D的高溫(80?120°C )的含NMP氣鹽害之間進行熱交換，加熱朝乾燥設備D去的空氣。這樣，若朝乾燥設備D去的空氣的溫度變高，則在乾燥設備D中，NMP(氣體)易含於空氣，並且能夠減少設置於乾燥設備D的用於加熱NMP的空氣加熱器(未圖示)的加熱量。
[0097]熱交換器34的熱交換方式並不是特別限定的，也可以使用例如板式的熱交換器。
[0098]溫溼度傳感器37安裝於配管33a，對朝熱交換器34去的空氣的溫度、溼度(相對溼度)進行檢測，並向控制裝置(未圖示)輸出。
[0099]在乾燥設備D中，伴隨著鋰離子電池的製造而蒸發氣化的NMP (氣體)被混入並包含於空氣，從而生成含NMP氣體。
[0100]另外，若第二鼓風機35根據控制裝置(未圖示)的指令工作，則將乾燥設備D的含NMP氣體依次通過配管34b、熱交換器34、配管34c、第二鼓風機35以及配管35a向填充物IOA供給。
[0101]此外，含NMP氣體的溫度通過在熱交換器34的熱交換而降低，朝填充物IOA去的含NMP氣體的溫度變為規定溫度範圍(例如45?55°C左右)。
[0102]並且，配管34b通過配管36a、流量控制閥36以及配管36b與配管34c連接。即，利用配管36a與配管36b構成供含NMP氣體在熱交換器34旁通的旁路，在該旁路設置有流量控制閥36。流量控制閥36是利用控制裝置使其開度可變的蝶閥等，通過使開度可變能夠控制在熱交換器34旁通的含NMP氣體的流量。
[0103]此外，若在熱交換器34旁通的含NMP氣體的流量增加，則朝填充物IOA去的含NMP氣體的溫度變高。另外，控制流量控制閥36的開度以使溫度傳感器38所檢測的含NMP氣體的溫度為規定溫度範圍(例如45?55°C左右)。[0104]溫度傳感器38安裝於比配管36b的連接點更靠下遊的配管34c，對朝填充物IOA去的含NMP氣體的溫度進行檢測，並向控制裝置輸出。
[0105]
[0106]填充物IOA?IOD分別以橫型的方式進行配置(參照圖1?圖3)，在含NMP氣體的流通方向(水平方向)以直列的方式排列，從上遊向下遊依次為填充物10A、10B、10C、10D。換句話說，填充物IOA?IOD在含NMP氣體的流通方向以四級(多級)的方式進行配置。
[0107]填充物IOA?IOD分別收納於外殼21。
[0108]而且，通過水流通機構40將水分別向填充物IOA?IOD的上部供給，供給的水一邊浸透、擴散(滯留)於全部填充物IOA?10D，一邊因其自重而垂直向下移動。該水一邊在填充物IOA?IOD內垂直向下移動一邊與含NMP氣體氣液接觸，吸收(回收)NMP。
[0109]吸收了 NMP的水從填充物IOA?IOD向垂直下方流出，暫時存儲於各外殼21的下部。換句話說，在填充物IOA?IOD流通的水因其自重而垂直向下移動、流出，依次更換。
[0110]此外，存儲於各外殼21的下部的水的NMP的濃度隨著趨向含NMP氣的上遊而變高。而且，含NMP氣體的壓力因填充物IOA?IOD的壓力損失而隨著趨向下遊而逐漸降低，所以存儲於外殼21且吸收NMP的水的液面隨著趨向下遊而逐漸變高(參照圖7)。
[0111]並且，在收納最上遊的填充物IOA的外殼21安裝有第一液面傳感器22，在收納最下遊的填充物IOD的外殼21安裝有第二液面傳感器23。第一液面傳感器22對存儲於最上遊的外殼21的水的量(液面高度)進行檢測，並向控制裝置輸出。第二液面傳感器23對存儲於最下遊的外殼21的水的量(液面高度)進行檢測，並向控制裝置輸出。
[0112]另一方面，含NMP氣體通過在填充物IOA?IOD以直列的方式流通而被淨化，從而該氣體中的NMP量逐漸變少。而且，含NMP氣體被良好地淨化後，作為淨化後氣體，通過配管35b而向外部排出。
[0113]
[0114]各水流通機構40是分別相對於填充物IOA?IOD進行設置，汲取存儲於各外殼21內的水，並將其向填充物IOA?IOD的上部供給，使水浸透於填充物IOA?10D，從而使水以經由填充物IOA?IOD的方式循環的機構。
[0115]各水流通機構40具備泵41。而且，若根據控制裝置的指令使各泵41工作，則存儲於各外殼21的水通過配管41a、泵41以及配管41b分別向填充物IOA?IOD的上部被供給。此外，配管41b的下遊端分為多支，以使水供給、浸透於填充物IOA?IOD整體。
[0116]這樣，構成為水在各填充物IOA?IOD中循環，所以隨著增進循環，吸收於水的NMP的濃度逐漸變高，從而增進NMP的濃縮。
[0117]另外，在相對於最上遊的填充物IOA而設置的配管41b安裝有濃度傳感器42，該濃度傳感器42對包含於循環的水(水溶液)的NMP的濃度進行檢測。即，濃度傳感器42經由配管42a以及配管42b與配管41b連接，循環的水的一部分經過濃度傳感器42。
[0118]並且，在相對於最上遊的填充物IOA設置的配管41b設置有NMP液取出機構，該NMP液取出機構向系統外取出NMP液(濃縮液、回收液)。NMP液取出機構具備取出閥43，取出閥43是在濃度傳感器42檢測出的NMP的濃度為規定濃度(例如80質量％ )以上的情況下被控制裝置打開的閥。而且，若取出閥43打開，則NMP的濃度為規定濃度以上的NMP液通過配管43a、取出閥43以及配管43b而向未圖示的罐體等(外部)排出。[0119]進一步，在相對於最下遊的填充物IOD設置的配管41b設置有水補充機構。水補充機構具備補充閥44，補充閥44是在第二液面傳感器23檢測出的水的量為規定量以下的情況下被控制裝置打開的閥。而且，若補充閥44打開，則來自外部的水源(例如蒸餾水)的水通過配管44a、補充閥44以及配管44b而向配管41b被供給，從而滯留於填充物IOD的外殼21的水被維持在規定量。
[0120]
[0121]在本實施方式中，具備三根作為水供給機構的配管51a。
[0122]具體而言，各配管51a將在含NMP氣體的流通方向上相鄰的外殼21、21的下部彼此連接。而且，若存儲於其中的上遊側的外殼21的水減少，則存儲於其中的下遊側的外殼21的水通過該配管51a向它們中的上遊側的外殼21被供給。
[0123]另外，在最上遊的配管51a設置有供給閥51。供給閥51是在第一液面傳感器22檢測出的水的量為規定量以下的情況下被控制裝置打開的閥。
[0124]《第一實施方式的作用效果》
[0125]根據這樣的NMP回收系統1，能夠得到下面的作用效果。
[0126]由於是相對於含NMP氣體以直列的方式配置填充物IOA?10D，另外，在填充物IOA?IOD中，使含NMP氣體與水正交流動並使水循環，並且，將循環的水的一部分向上遊輸送的結構，所以能夠回收NMP並提高NMP的濃度，從而對其進行濃縮。
[0127]《第一實施方式的變形例》
[0128]以上，對本發明的第一實施方式進行了說明，但本發明並不局限於此，也可以進行例如下面那樣地改變。
[0129]在上述實施方式中，例示了被吸收物是NMP(有機溶劑)、被吸收物含有氣體(氣體)是含NMP氣體、吸收介質(液體)是水的結構，但並不局限於此，也可以適當地自由改變，從而構成其他的種類的氣體分離回收裝置。
[0130]具體而言，例如被吸收物可以是DMF(富馬酸二甲酯)、DMSO(二甲基亞碸)、DMAc(二甲基乙醯胺)等。
[0131]在上述實施方式中，例示了具備4個(多個)填充物10的結構，但也可以是僅具備一個填充物10的結構。即，不限定填充物10的數量。
[0132]在上述實施方式中，設計為含NMP氣體(氣體)與水(液體)正交流動的結構，但也可以是其他的結構，構成例如空氣(氣體)與冷水(冷卻介質)或溫水(加熱介質)正交流動，並在空氣與冷水或溫水之間進行熱交換來冷卻或加熱空氣的熱交換裝置(直接接觸式熱交換裝置、冷卻塔)。即，也可以構成例如利用冷水冷卻空氣(氣體)來冷凝空氣中的水蒸汽的氣體冷卻冷凝裝置(熱交換裝置)。此外，後述的第二實施方式也如此。
[0133]《第二實施方式、相向流動、NMP回收系統》
[0134]接下來，參照圖8對本發明的第二實施方式進行說明。其中，對與第一實施方式不同的部分進行說明。
[0135]第二實施方式的NMP回收系統2 (氣液接觸裝置)是將兩個填充物10AU0B配置為縱型(參照圖4?圖6)且相對於圖8的垂直向上流通的含NMP氣體(氣體)直列地配置，在填充物10AU0B中使含NMP氣體與水(液體)相向流動的結構。
[0136]在NMP回收系統2中，來自配管35a的含NMP氣體在外殼21內垂直向上流通。填充物IOAUOB配置於相同的外殼21，在含NMP氣體的流通方向，從上遊依次為填充物10A、10B。
[0137]配管41b的下遊端配置於填充物IOA與填充物IOB之間，將來自泵41的水向填充物IOA的上部供給。由此，暫時存儲於外殼21的底部且包含NMP的水經由填充物IOA進行循環，其結果是，使趨向下遊的填充物IOB且含NMP氣體的組成穩定化。
[0138]配管44b的下遊端配置於填充物IOB的上方，將來自外部的水源的水通過配管44a、控制流量的補充閥44以及配管44b向填充物IOB的上部供給。
[0139]在配管44b安裝有流量傳感器45，對配管44b的水的流量進行檢測。
[0140]在此，從外部的水源向填充物IOB供給的水的流量基於導入填充物IOA的含NMP氣體的流量以及/或溫度來決定，構成如下關係:若含NMP氣體的流量增加、溫度變高，則水的流量增加。
[0141]其中，向填充物IOB供給的水的流量被設定為包含於在配管35b流通的淨化後氣體的水的流量以下。
[0142]在第一液面傳感器22所檢測的液面(水位)為規定液面以上、濃度傳感器42所檢測的NMP的濃度為規定濃度以上的情況下，打開取出閥43，取出NMP液。
[0143]在配管44a的中途依次連接有配管46a、常閉型的旁通閥46以及配管46b，配管46b的下遊端在存儲在外殼21的下部的水的上方開口。而且，在第一液面傳感器22所檢測的液面(水位)為規定液面以下的情況下，打開旁通閥46，補充來自外部的水源的水。 [0144]《第三實施方式、正交流動、蒸餾裝置》
[0145]接下來，參照圖9對本發明的第三實施方式進行說明。其中，對與第一實施方式不同的部分進行說明。
[0146]第三實施方式的蒸餾裝置3 (精餾裝置)是將四個填充物IOA~IOD配置為橫型(參照圖1~圖3)且相對於圖9的朝右(水平方向)流通的蒸汽(氣體)直列地配置，在填充物IOA~IOD中使蒸汽與原料或冷凝液(液體)正交流動的結構。
[0147]即，填充物IOA~IOD在水平方向配置，所以相對於塔型的蒸餾裝置，其整體高度變低，從而也可以設置於存在高度限制的位置。
[0148]原料是包含沸點不同的低沸點物質與高沸點物質的混合液，例如是水與甲醇的混合液(甲醇水溶液)。其中，原料的種類可以自由改變。
[0149]蒸餾裝置3具備蒸發原料來生成蒸汽的重沸器47 (reboiler)和冷卻來自填充物IOD的蒸汽來生成冷凝液的冷凝器48 (condenser)。
[0150]而且，由重沸器47生成的蒸汽在通過配管47a(蒸汽配管)之後，在圖9的朝右(水平方向)向填充物1(^被供給，然後，依次在填充物1(^、1(?、10(:、100流通。因此，在填充物IOA主要滯留有高沸點物質。
[0151 ] 在每個填充物10B、10C、10D,混合液(原料與冷凝液的混合液)因泵41的工作而循環，從而在填充物IOB、10C、10D滯留混合液。在此，對混合液而言，在填充物10B、10CU0D中隨著趨向蒸汽的下遊，低沸點物質變多，所以隨著蒸汽依次在填充物10A、10B、10CU0D流通,低沸點物質逐漸增加。
[0152]此外，原料被導入使儲存於收納填充物IOB的外殼21的混合液循環的配管42a。
[0153]從填充物IOD排出的蒸汽包含大量的低沸點物質，包含大量該低沸點物質的蒸汽通過配管48a而被冷凝器48冷凝，從而成為包含大量低沸點物質的冷凝液。而且，大量包含該低沸點物質的冷凝液通過配管48b (冷凝液配管)而向收納填充物IOD的外殼21回流。
[0154]存儲於收納填充物IOB~IOC的外殼21的混合液通過配管51a而向上遊一級的外殼21回流。
[0155]因此，隨著趨向蒸汽的流動方向的上遊(填充物10A)，對存儲於外殼21的混合液而言，高沸點物質逐漸變多，低沸點物質逐漸變少。因此，對存儲於收納填充物IOA的外殼21的混合液而目，聞沸點物質最多，低沸點物質最少。
[0156]此外，存儲於收納填充物IOA的外殼21的混合液由於泵41的工作而通過配管41a和配管41b，趨向重沸器47。
[0157]若取出閥43打開，則高純度的高沸點物質作為殘液通過配管43a和配管43b，向外部被取出。另一方面，若取出閥49打開，則高純度的低沸點物質作為餾出液通過配管49a和配管49b，向外部被取出。
[0158]《第四實施方式、對交流動、蒸餾裝置》
[0159]接下來，參照圖10對本發明的第四實施方式進行說明。其中，對與第三實施方式不同的部分進行說明。
[0160]第四實施方式的蒸餾裝置4是將一個填充物IOA配置為縱型(參照圖4~圖6)，在填充物IOA中使蒸汽與原料或冷凝液(液體)正交流動的結構。其中，填充物IOA的數量並不局限於一個， 以是多個。
[0161]將由重沸器47生成的蒸汽從配管47a導入外殼21,並使之在外殼21內垂直向上流通。由冷凝器48生成的冷凝液通過配管48b而向填充物IOA的上部被供給。在填充物IOA的中間高度位置供給原料。
[0162]而且，原料以及冷凝液被填充物IOA滯留並垂直向下移動，另一方面，蒸汽一邊在填充物IOA內垂直向上流通，一邊與原料以及冷凝液連續氣液接觸。
[0163]因此，在填充物IOA的高度方向，隨著趨向垂直上方，低沸點物質的量逐漸連續變多，高沸點物質的量逐漸連續變少(圖11的實施例)。優選填充物IOA的高度考慮單位高度的氣液接觸效率來決定。與此相對地，在貨架式的蒸餾塔中，階梯狀地變化(圖11的比較例)。
[0164]附圖標記說明:
[0165]1、2…NMP回收系統(氣液接觸裝置);3、4…蒸餾裝置；10A、10B、10C、IOD…填充物；11、12…片材；20…含NMP氣流通機構(氣體流通機構)；40…水流通機構(液體流通機構)；47…重沸器；48…冷凝器；51...供給閥(液體供給機構)；51a…配管(液體供給機構)。
【權利要求】
1.一種氣液接觸裝置，使包含被吸收物的氣體與吸收所述被吸收物的液體氣液接觸，其特徵在於，具備: 填充物，其相對於液體具有浸透性，在滯留液體的同時，浸透於內部的液體因重力移動而向外部流出； 氣體流通機構，其使氣體流通，以使氣體與滯留於所述填充物的液體接觸；以及 液體流通機構，其使液體流通，以使所述液體浸透於所述填充物， 在所述填充物中，含有所述被吸收物的氣體與吸收所述被吸收物的液體氣液接觸，所述氣體的所述被吸收物被所述液體吸收，從而從氣體被分離出來。
2.根據權利要求1所述的氣液接觸裝置，其特徵在於， 所述液體流通機構將液體導入所述填充物的上部。
3.根據權利要求1或2所述的氣液接觸裝置，其特徵在於， 所述液體流通機構構成為將吸收被吸收物並從所述填充物流出的液體向所述填充物供給，使液體在所述填充物循環。
4.根據權利要求1或2所述的氣液接觸裝置，其特徵在於， 所述填充物具備 剖面呈波形且層疊的陶瓷製的多個片材， 氣體在所述多個片材之間流通， 在所述填充物中，氣體的流通方向與液體的流通方向正交。
5.根據權利要求4所述的氣液接觸裝置，其特徵在於，具備: 多個所述填充物，它們在氣體的流通方向以直列的方式配置； 設置於所述各填充物的所述液體流通機構；以及 液體供給機構，其將從所述填充物流出的液體在氣體的流通方向上向上遊的所述液體流通機構供給。
6.根據權利要求1或2所述的氣液接觸裝置，其特徵在於， 所述填充物具備剖面呈波形且層疊的陶瓷製的多個片材， 氣體在所述多個片材之間流通， 在所述填充物中，氣體的流通方向與液體的流通方向是相向的。
7.一種蒸餾裝置，對包含沸點不同的低沸點物質以及高沸點物質在內的原料進行蒸餾，其特徵在於，具備: 填充物，其相對於原料具有浸透性，在滯留原料的同時，浸透於內部的原料因重力移動而向外部流出； 重沸器，其對原料進行加熱而生成蒸汽； 蒸汽配管，其供由所述重沸器生成並朝所述填充物去的蒸汽流通； 冷凝器，其對來自所述填充物的蒸汽進行冷卻而生成冷凝液；以及 冷凝液配管，其使由所述冷凝器生成的冷凝液向所述填充物回流， 在所述填充物中，蒸汽與滯留於該填充物的原料或冷凝液氣液接觸。
8.根據權利要求7所述蒸餾裝置，其特徵在於， 所述填充物具備剖面呈波形且層疊的陶瓷製的多個片材， 蒸汽在所述多個片材之間流通， 在所述填充物中，蒸汽的流通方向與原料或冷凝液的流通方向正交。
9.根據權利要求7所述的蒸餾裝置，其特徵在於， 所述填充物具備剖面呈波形且層疊的陶瓷製的多個片材， 蒸汽在所述多個片材之間流通， 在所述填充物中，蒸汽的流通方向與原料或冷凝液的流通方向是相向的。
10.一種熱交換裝置，能夠在氣體與作為冷卻所述氣體的冷卻液體或加熱所述氣體的加熱液體的液體之間進行熱交換，其特徵在於，具備: 填充物，其相對於液體具有浸透性 ，在滯留液體的同時，浸透於內部的液體因重力移動而向外部流出； 氣體流通機構，其使氣體流通，以使氣體與滯留於所述填充物的液體接觸；以及 液體流通機構，其使液體流通，以使所述液體浸透於所述填充物， 在所述填充物中，氣體與作為所述冷卻液體或所述加熱液體的液體氣液接觸。
11.根據權利要求10所述的熱交換裝置，其特徵在於， 所述填充物具備剖面呈波形且層疊的陶瓷製的多個片材， 氣體在所述多個片材之間流通， 在所述填充物中，氣體的流通方向與作為所述冷卻液體或所述加熱液體的液體的流通方向正交。
12.根據權利要求10所述的熱交換裝置，其特徵在於， 所述填充物具備剖面呈波形且層疊的陶瓷製的多個片材， 氣體在所述多個片材之間流通， 在所述填充物中，氣體的流通方向與作為所述冷卻液體或所述加熱液體的液體的流通方向是相向的。
【文檔編號】F28C1/06GK103987441SQ201280061114
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2012年12月7日 優先權日:2011年12月12日
【發明者】竹山友潔, 小田昭昌, 川瀨泰人, 川瀨泰淳 申請人:日本瑞環株式會社