省 エ ネ ル ギ ー 型 エ タ ノ ー ル 蒸 留 法 の た め の 気 液 平 衡 測 定
日 大 生 産 工
(
院)
○ 髙 木 喜 和 子日 大 生 産 工
辻 智 也 日 秋 俊
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緒 言ア ル コ ー ル は 食 品 、 飲 料 だ け で は な く 医 薬 品 や 化 粧 品 、 溶 剤 と し て な ど 幅 広 い 分 野 で 使 用 さ れ て い る 。 ア ル コ ー ル は 多 く の 利 用 者 に 安 定 か つ 安 価 に 供 給 す る た め に ア ル コ ー ル 専 売 制 度 に よ っ て 国 で 管 理 さ れ て い た 。 し か し 新 た に ア ル コ ー ル 事 業 法 が 施 行 さ れ 平 成
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年 度 か ら 工 業 用 ア ル コ ー ル の 市 場 が 自 由 化 さ れ る こ と で こ れ ま で 専 売 事 業 と し て 国 の 管 理 化 に あ っ た が 民 間 企 業 の 参 入 も 自 由 に な っ た 。 そ こ で 現 行法 の ア ル コ ー ル 精 製 プ ロ セ ス に 対 し て 省 エ ネ ル ギ ー の 観 点 か ら の 見 直 し が 進
み 新 し い 精 製 プ ロ セ ス が 検 討 さ て い る 。
エ タ ノ ー ル の 製 造 法 は 発 酵 法 と エ チ レ ン を 原 料 と す る 合 成 法 の
2
つ の 方 法 で 行 わ れ て い る 。 し か し い ず れ の 方 法 に お い て も 高 純 度 エ タ ノ ー ル を 製 造 す る た め に は 脱 水 プ ロ セ ス が 重 要 と な る 。 エ タ ノ ー ル と 水 は 共 沸 混 合 物 を 形 成 す る た め に 通 常 の 蒸 留 操 作 で は 、 分 離 が 困 難 で あ り 高 純 度 の ア ル コ ー ル を 生 成 す る に は 共 沸 蒸 留 や 抽 出 蒸 留 な ど を 行 う 必 要 あ る 。 本 研 究 で 提 案 す る エ タ ノ ー ル 省 エ ネ ル ギ ー 型 脱 水 プ ロ セ ス は 、 エ タ ノ ー ル 水 溶 液 に エ ン ト レ ー ナ と し て プ ロ ピ レ ン グ リ コ ー ル(PG)
を 加 え 第 １ 塔 で 抽 出 蒸 留 を 行 う 方 法 で あ る 。 こ の 方 法 は ２ 本 の 蒸 留 搭 を 用 い る も の で あ り 、第 １ 塔 で エ タ ノ ー ル 水 溶 液 にPG
を エ ン ト レ ー ナ と し て 加 え 塔 頂 か ら 純 エ タ ノ ー ル を 取 り 出 す 。 次 に 缶 出 液 で あ る 水+PG
混 合 物 を 第 ２ 塔 で 分 離 し 、PG
を 回 収 、リ サ イ ク ル す る 。こ の プ ロ セ ス で は エ タ ノ ー ル 、水 、P G
か ら 成 る ２ 成 分 お よ び ３ 成 分 系 気 液 平 衡 デ ー タ が 必 要 不 可 欠 で あ り 本 研 究 で は こ れ ら に つ い て 測 定 す る も の で あ る 。2
実 験 方 法 お よ び 測 定 方 法測 定 に 用 い た 気 液 平 衡 測 定 装 置 を 図 １ に 示 す 。 本 装 置 は 本 研 究 室 で 開 発 し た も の で あ り 、 パ イ レ ッ ク ス ガ ラ ス 製 循 環 型 気 液 平 衡 蒸 留 器 で あ る 。 実 験 操 作
Measurement of Vapor-Liquid Equilibrium for Energy-saving Distillation P rocess of Ethanol Deh ydration
Kiwako Takagi,Tomo ya Tsuji and Tosihiko Hiaki
図.1 気 相 液 相 循 環 型 気 液 平 衡 測 定 装 置
A: B o il i n g fl as k B : Co t tr el l pu mp C : Th er mo met er wel l D : Equ i l ib ri u m ch a mb er E : H eat er fo r p r even t in g p ar t i al con d en s at io n o f val ve
F : C on d en s er G : D ro p cou nt er H : To at mo s ph er e
I1 , I2 : Wi t hd r awal o f cond en s ed vapo r an d l iq ui d s amp l es
J : B u ffer fo r p r even t in g o f b ackwar d fl o w o f mi xi n g s amp l e
K : D r ain val ve
は 、蒸 留 器 に 混 合 試 料 を 仕 込 み
Boiling flask
で 加 熱 沸 騰 さ せ る 。加 熱 さ れ た 試 料 はCottrel pump
を 上 昇 しEquilibrium chamber
内 に フ ラ ッ シ ュ さ れ 、 こ こ で 液 相 と 気 相 に 分 離 さ れ る 。 液 相 は 気 相 液 相 混 合 部 へ 、 気 相 は コ ン デ ン サ ー 内 に 入 り 冷 却 さ れ 液 化 凝 縮 し 気 相 サ ン プ リ ン グ 部 を 経 由 し て 気 相 液 相 混 合 部 に 入 る 。 こ こ で 再 び 気 相 と 液 相 が 混 合 さ れBoiling flask
に 戻 る 。 こ の 流 れ を 繰 り 返 す こ と に よ っ て 平 衡 状 態 に 達 す る 。 温 度 測 定 に は あ ら か じ め 検 定 済 み のASL
社 製 高 精 度 白 金 温 度 計F250
を 用 い 、 測 定 温 度 精 度 は ±0.05K
以 内 で 行 っ た 。組 成 分 析 に は 検 出 器FID
を 備 え たHP
社 製 ガ ス ク ロ マ ト グ ラ フHP6890
を 用 い 、カ ラ ム に はHP -FFAP
を 用 い た 。3
結 果 お よ び 考 察図 ２ に エ タ ノ ー ル
+水 系 の 101.3 kP a
に お け る 気 液 平 衡 デ ー タ を 示 す 。気 液 平 衡 デ ー タ の 評 価 に は
Van Ness
2 )ら が 提 案 し た ポ イ ン ト テ ス ト お よ びHerington
3 )に よ っ て 提 案 さ れ た 面 積 テ ス ト を 用 い た 。 そ の 結 果 エ タ ノ ー ル+
水 系 の 実 測 し た 気 液 平 衡 デ ー タ は 良 好 で あ り 、 熱 力 学 的 に 健 全 で あ る と 評 価 さ れ た 。今 後 の 予 定 と し て は エ タ ノ ー ル
+
プ ロ ピ レ ン グ リ コ ー ル 系 お よ び エ タ ノ ー ル+
水 系 の101.3 kPa
に お け る 気 液 平 衡 測 定 を 行 う 。[
参 考 文 献]
1)M.Rogalski,Smalanowski, Fluid P hase Equilibria 5 (1980)97 -112.
2)VanNess,H.C.et.al.:AICHJ.,19,238 (1973)
3)Herington,E. F.G:J.Inst.Petro,37,457
(1951)
図2.Vapor-Liquid Equilibrium for the
Ethanol+Water system at 101.3 kPa
0 0.5 1
Liquid mole fraction Ethanol x
10 0.5 1
V a p o r m o le f ra ct io n E th a n o l y
1This work
0 0.5 1
Liqu id m o le fractio n E thano l x
1 01 2
ln
γ
1,lnγ
2LNγ1 LNγ2 (GE/RT)/x1x2
