液体抽出のためのシステム、及び方法
【課題】水で濡れた固体を乾燥するための、低コストで、より熱効率又はエネルギ効率のよい方法が必要されている。プロセスからの様々な排出流れが再生及び使用されると有利である。
【解決手段】固−液抽出及び液−液抽出を使用して固体材料から水を除去するための方法である。ほとんどの実施形態において、固体から水を除去しかつ乾燥した固体を得るために多数の溶剤が使用される。多数の溶剤は、水を溶剤と交換し、この溶剤と別の溶剤と交換し、次いで最後に第２の溶剤を固体から除去することによって、固体からの水の除去を容易にする。この方法は、固体を乾燥し、慣用的に乾燥プロセスにおいて使用される溶剤を分離するために、より少ない熱エネルギを使用する。選択された第１の溶剤は、水よりも低い気化熱、蒸発のエンタルピ、沸点、又はその他のこのような物理的特性を有する。それぞれの付加的な溶剤は、さらに低い気化熱、蒸発のエンタルピ、沸点、又はその他のこのような物理的特性を有することができる。
【解決手段】固−液抽出及び液−液抽出を使用して固体材料から水を除去するための方法である。ほとんどの実施形態において、固体から水を除去しかつ乾燥した固体を得るために多数の溶剤が使用される。多数の溶剤は、水を溶剤と交換し、この溶剤と別の溶剤と交換し、次いで最後に第２の溶剤を固体から除去することによって、固体からの水の除去を容易にする。この方法は、固体を乾燥し、慣用的に乾燥プロセスにおいて使用される溶剤を分離するために、より少ない熱エネルギを使用する。選択された第１の溶剤は、水よりも低い気化熱、蒸発のエンタルピ、沸点、又はその他のこのような物理的特性を有する。それぞれの付加的な溶剤は、さらに低い気化熱、蒸発のエンタルピ、沸点、又はその他のこのような物理的特性を有することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも２つの溶剤を使用して供給流れから液体水及び／又は炭化水素を抽出するためのシステム、及びその使用方法に関する。システム及び方法は概して低減されたエネルギ抽出及び乾燥プロセスとして説明されることができる。
【背景技術】
【０００２】
多くのプロセスのために、既存の流れは、廃棄流れ、副産物又は主要な所望の流れであるかにかかわらず、水で濡れた固体材料から成る。この水は通常、固体の隙間の空間に存在し、固体によって吸収又は吸着される。このような水は通常は、熱エネルギによって固体を乾燥することによって除去される。このプロセスは一般的に、固体から水を除去しかつ乾燥した使用可能な固体を得るために大量の熱又はエネルギを必要とする。
【０００３】
ヘキサン等の溶剤を使用して濡れた固体から水を除去するために有機溶剤を使用する試みがなされてきた。基本的に、ヘキサンは固体から水を散逸させるために使用される。次いで、固体と共に残るヘキサンは熱エネルギによって固体から蒸発させられる。再び、このプロセスは概して大量の熱エネルギを必要とするが、固体から水のみが乾燥される場合よりも少ない。しかしながら、ヘキサンは、毒性等のその他の問題を生じる。さらに、不十分な置換により、大量の残留水が固体に残る場合がある。
【０００４】
公知の抽出方法のいくつかの例は、Bairdの特許文献１を含み、この特許は、発酵混合物からガソホールにおいて使用するのに適したアルコールを直接抽出するために液−液抽出を利用する。ガソリンは、抽出溶剤として使用される。水は、吸着剤又は吸収剤を使用することによって、又は抽出されたアルコール−ガソリン生成物を約−１０°Ｆ未満の温度に冷却して水を除去することによって、除去される。
【０００５】
エタノール製造プロセス中には、一次水及びエタノールで濡れた固体が、ビール流れとして発酵プロセスから出る。油及びグリセロール等のその他の材料もビール流れに存在している。乾燥した固体と、水と、エタノールとの個々の排出流れを得ることが望ましい。
【０００６】
上述のようなビール流れ固体は、固体の隙間の空間に水を有しており、この水は固体によって吸収又は吸着されている。この水及びあらゆるエタノールは通常は固体を熱エネルギによって乾燥することによって除去されてきた。好適には、エタノールは回収されて使用される；あいにく、純粋な又はほとんど純粋なエタノールの回収は一般的ではない。さらに、好適には水は十分に純粋であり、水は容易に捨てられることができる；あいにく、この水は汚染物を含んでおり、管理されることなく直接捨てられることはできない。さらに、油及びグリセロール等の汚染物は固体に存在し、これにより固体が多くの用途に対して望ましくないものとなる。
【０００７】
【特許文献１】米国特許第４，２５１，２３１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって、水で濡れた固体を乾燥するための、低コストで、より熱効率又はエネルギ効率のよい方法が必要されている。プロセスからの様々な排出流れが再生及び使用されると有利である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、固体から及び存在するかもしれない炭化水素から水を分離するための方法であり、この方法は、同じ材料の慣用の強制空気乾燥よりも少なくとも２０％少ないエネルギを利用する。
【００１０】
水で濡れた固体は、水から分離され、本発明による方法によって乾燥される。方法は、固体の隙間空間に存在する水、及び固体によって吸収された水の一部を除去する。この方法は、固体供給流れから水を除去するための液体−固体抽出プロセスを使用する。
【００１１】
１つの実施形態において、段階的に固体から水を除去しかつ乾燥した固体を得るために多数の溶剤が使用される。多数の溶剤は、段階的に水を溶剤と交換し、その溶剤を別の溶剤と交換し、最後にその別の溶剤を固体から除去することによって固体からの水の除去を促進する。
【００１２】
別の実施形態において、水を固体から除去して乾燥した固体を得るために多数の溶剤が組み合わされ１つのステップにおいて使用される。組み合わされた多数の溶剤は、水を溶剤のうちの１つと交換し、その溶剤を別の溶剤と交換し、最後にその別の溶剤を固体から除去することによって固体からの水の除去を促進する。この実施形態において、２つ（又は３つ以上）の溶剤が同時に固体に導入され、好適には混合される。
【００１３】
相前後して又は同時に提供される多数の溶剤の使用は、固体からの水の分離、水からの溶剤の分離、及び様々な溶剤の互いの分離を促進する。多数の溶剤は、液−液抽出又は蒸留プロセスによって互いに分離される。
【００１４】
多数の溶剤は、慣用的に乾燥プロセスにおいて使用されるよりも、固体を乾燥しかつ溶剤を分離するためにより少ない熱エネルギを使用する。選択された少なくとも１つの溶剤は、水よりも低い気化熱、蒸発のエンタルピ、沸点、又はその他のこのような物理的特性を有する。それぞれの付加的な溶剤は、使用される第１の溶剤よりも低い気化熱、蒸発のエンタルピ、沸点、又はその他のこのような物理的特性を有する。これらの一般的な特性は、溶剤が相前後して（例えば段階的に）又は同時に（例えば混合されて）使用されるかにかかわらず当てはまる。
【００１５】
別の実施形態において、本発明は、最初に水で濡れた固体を乾燥する方法に関する。この方法は、隙間空間を有する固体と隙間空間に存在する水とを含む供給流れを溶剤に接触させる。この溶剤は２つ又は３つ以上の溶剤の組み合わせであってよい。隙間空間に存在する水は溶剤によって置換され、溶剤を隙間空間に残す。次いで、隙間空間に溶剤を有する供給流れは第２の溶剤と接触させられることができる。隙間空間に存在する第１の溶剤は第２の溶剤によって置換され、これにより、第２の溶剤を隙間空間に提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
前述のように、本発明は、少なくとも２つの溶剤を使用することによって固体から水を分離する方法に関する。少なくとも２つの溶剤は、逐次的に若しくは段階的に（すなわち相前後して）又は混合されて固体に提供されることができる。
【００１７】
この方法は、固体の隙間空間から水を置換するために第１の溶剤を使用する。この第１の溶剤は、水よりも低い気化熱及び沸点を有しており、水よりも固体から除去するのが簡単である。第２の溶剤は、固体から第１の溶剤を置換するために使用される。第２の溶剤は、第１の溶剤よりも低い気化熱及び沸点を有する。第２の溶剤は、第１の溶剤を導入した後に、又は第１の溶剤と同時に固体に導入されることができる。
【００１８】
第１の溶剤は好適には水溶性であるが、水との共沸混合物を形成しない。共沸混合物は、１つの物質のように働く２つ以上の物質の混合物である。液体の部分的な蒸発によって発生された蒸気は液体と同じ組成を有する。すなわち、混合物の気化は初期物質の分離を生じない。
【００１９】
第２の溶剤は好適には第１の溶剤と可溶性であるが、水とは可溶性ではない。使用される溶剤及びそれらの比に依存して、第１及び第２の溶剤は共沸混合物を形成してもしなくてもよい。しかしながら、第２の溶剤は、第１の溶剤、及び／又は水と混和性であってもよい。
【００２０】
あらゆる付加的な又は次の溶剤は、前の溶剤と可溶性であってもよく、また、他の溶剤と共沸混合物を形成してもしなくてもよい。
【００２１】
この多重溶剤液体抽出プロセスを利用することにより、固体を乾燥し、様々な溶剤を互いから及び自ら分離するために必要とされるエネルギは、慣用のプロセスと比較して著しく減じられる。
【００２２】
本発明のプロセスは、概して、固体から水を除去する初期抽出サブプロセスに減じられることができ、この初期抽出サブプロセスの後、２つのサブプロセス、すなわち固体から溶剤を分離する「固体から溶剤」分離サブプロセスと、水及び溶剤、及び選択的にその他の成分を分離及び回収再生する「溶剤から水」分離サブプロセスとが行われる。
【００２３】
ここで図を参照すると、２つの次々に提供される溶剤を使用する、本発明によるプロセスの概略的な表現は、概して図１に示されている。このプロセスは、固体から水を分離するための初期分離プロセス１００と、２つの一般的なサブプロセス、すなわち固体から溶剤を除去するためのサブプロセスＡと、水及び溶剤を分離及び回収再生するための第２のサブプロセスＢとを有している。
【００２４】
供給流れ１０、その中に固体を備えた水様の流れ、は、図１の左上の角隅においてシステムに進入するように示されている。流れ１０における固体のタイプ及び量は様々である。存在する特定の固体は、起源に依存し、起源の例は、穀物、その他の植物材料及び土材料を含む。
【００２５】
流れ１０における固体の量は概して５〜５０重量％である。流れ１０における固体の一般的な量は約１０〜１２％である。前記のように、流れ１０は通常は水様の流れであり、水が、約概して５０〜９５重量％のレベルで存在する。流れ１０における水の一般的な量は７８重量％である。水に加えて、その他の液体が供給流れ１０であることができ、しばしば供給流れ１０に存在する。
【００２６】
供給流れ１０が発酵プロセスからのものであると、流れ１０は概してアルコール（例えばエタノール）を含む。流れ１０におけるアルコール及びその他の成分のレベルは、流れ１０を提供するプロセスの効率に依存するが、流れ１０におけるアルコールは概して１６重量％未満である。通常、流れ１０におけるアルコールのレベルは約８重量％よりも大きい。幾つかの流れにおけるアルコールの一般的なレベルは約１５重量％である。
【００２７】
その他の材料が通常は流れ１０に存在する。例えば、油（例えばコーン油）及びグリセロールが通常は存在する。存在するかもしれない溶質の例は、酸（例えば酢酸）、アルデヒド（例えばアセトアルデヒド）、及び様々な糖を含む。これらの材料のレベルは低く、通常は２重量％未満、しばしば流れの１重量％未満である。
【００２８】
図１に戻ると、供給流れ１０は、供給流れ１０の固体が自ら分離される水／固体抽出システム１００に供給される。水／固体抽出システム１００のための択一的な用語は、水抽出装置又は固−液抽出ユニットである。抽出システム１００は、供給流れ１０から水を除去し、水を溶剤と交換するように構成されている。好適な抽出システム１００に関する付加的な詳細は以下に提供される。
【００２９】
抽出システム１００は１つ又は２つ以上の成分を供給流れ１０から抽出溶剤流れ（以下で説明する）に転移する。通常、抽出システム１００は反対流配列で動作する。すなわち、抽出溶剤流れは、供給流れ１０が流入するところから最も遠いところにおいてシステム１００に進入し、２つの流れは接触し、互いに反対方向に流過する。
【００３０】
抽出システム１００に供給される供給流れ１０に加えて、抽出溶剤流れ１５がシステム１００に供給される。供給流れ１０から水を抽出しかつ交換するのは流れ１５における溶剤である。流れ１５からの第１の溶剤は、供給流れ１０と溶剤流れ１５とがシステム１００内を通過しながら、供給流れ１０の元来の水様液体と結合する又は置換する。
【００３１】
流れにおける１つの溶剤の別の溶剤とのこの交換は、濃度平衡によるものである。流れ１５に高濃度で存在する溶剤は、より低い濃度を有する流れ、すなわち流れ１０へ移動する。同様に、流れ１０に高濃度で存在する水は、より低い水濃度を有する流れ、すなわち流れ１５へ移動する。
【００３２】
溶剤は、供給流れ１０における水よりも低い気化熱又は蒸発のエンタルピに基づいて流れ１５のために選択される。水は、１ポンドの水ごとに１０００ＢＴＵの気化熱を有しているので、流れ１５の溶剤は１０００未満の気化熱を有するべきである。１０００ＢＴＵに対して気化熱が低いほど、水からの溶剤１５の後の分離が容易になる。流れ１５の溶剤は、水溶性であることができる。流れ１５の溶剤及び水は、共沸混合物を形成してもしなくてもよい。共沸混合物が形成されないならば、溶剤と水との後の分離は単純である。
【００３３】
抽出溶剤流れ１５のために実質的にあらゆる水溶性溶剤が選択されることができるが、供給流れ１０に既に存在しているかもしれないものを選択することが好適である。適切な溶剤の例は、（エタノール、メタノール、イソプロピルアルコール、及びガソホール等の）アルコール、（アセトン、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）、メチルイソブチルケトン（ＭＩＢＫ）等の）ケトン、及びそれらの混合物を含む。多くの発酵プロセスからのものであるように、供給流れ１０が主に固体と、水と、アルコールとから成るならば、溶剤流れ１５は好適にはアルコール、例えば供給流れ１０に存在するアルコールである。
【００３４】
前記のように、供給流れ１０における水は、水抽出システム１００によって流れ１５からの第１の溶剤と交換される。システム１００から結果的に出る流れは、固体流れ２０と液体流れ３０とである。
【００３５】
固体流れ２０は、流れ１０の固体と流れ１５の所定量の第１の溶剤とから成る、濡れた固体流れである。濡れた固体流れ２０は、以下に説明するように、サブプロセスＡへ進行し、サブプロセスＡによって処理される。液体流れ３０は概して、供給流れ１０の元来の液体（すなわち、水と、アルコール等のあらゆるその他の液体）と、溶剤流れ１５の溶剤とから成る。液体流れ３０は、以下に説明するように、サブプロセスＢへ進行し、サブプロセスＢによって処理される。
【００３６】
＜抽出システム１００＞
水−固体抽出システム１００のための好適な構成が図２に示されている。図１及び図２に示されたように、供給流れ１０と溶剤流れ１５とがシステム１００に進入し、濡れた固体流れ２０と液体流れ３０とがシステム１００から出てくる。
【００３７】
水−固体抽出システム１００は少なくとも１つの抽出ユニット１１０を有している。図２に示されたシステムにおいて、システム１００は３つの抽出ユニット、特に１１０Ａ，１１０Ｂ，１１０Ｃを有している。各抽出ユニット１１０は、混合タンク１１２と、ポンプ１１４と、機械的な分離装置１１６と、エレメントを作動上接続するための管とを有している。
【００３８】
混合タンク１１２は、固体及び液体材料を結合及び一時的に貯蔵するためのあらゆる適切なレセプタクルであることができる。示された実施形態において、タンク１１２は、以下で説明されるビール供給１０及び水／溶剤流れ３１を受容する。タンク１１２のための適切な材料の例は、炭素鋼及びステンレス鋼等の鋼を含む。好適な材料は３０４ステンレス鋼である。タンク１１２の容積は、材料流れ容積と、タンク１１２内の所望の滞在時間とに基づく。３０ガロンのタンクが幾つかのカプロセスのために適した寸法である。
【００３９】
タンク１１２から材料を移動させるために使用されるポンプ１１４は、タンク１１２の下流に位置決めされる。ポンプ１１４は、固体材料及び液体を含むタンク１１２から材料を機械的な分離装置１１６へ移動させることができるように選択されている。適切なポンプの例は、ダイアフラムポンプ、遠心ポンプ、及び液体及び固体の組み合わせを圧送するように設計されたポンプを含む。好適なポンプ１１４の例は、ＩＴＴインダストリ社のGoulds Pumpsから販売される遠心ポンプである。
【００４０】
機械的な分離装置１１６は固体材料を液体から分離する。適切な機構分離機器の例は、ロトセル抽出装置、二重ねじ抽出装置、バスケット、回転式穴あきベルト、滑りロール、ループ抽出装置を含む。この機器は固−液抽出プロセスのためにはよく知られている。使用される特定の機器は、プロセスにおいて使用される溶剤及び溶剤比に依存する。抽出システム１００において使用するための好適な機器は、以下で説明されるような定置のスクリーンである。
【００４１】
それぞれの抽出ユニット１１０のためにタンク１１２と、ポンプ１１４と、機械的な分離装置１１６とを接続する管は、固体−液体材料を移動させることができるように選択されている。好適な管の例は、１インチ炭素鋼管である。
【００４２】
スクリーン材料分離装置１１６のための好適な構成は、図３Ａに示されている。分離装置１１６は、内部にスクリーン１１６３が設けられたハウジング１１６２を有している。スクリーン１１６３は、第１の湾曲部１１６３Ａと、第２の、概して垂直な部分１１６３Ｂとを有している。スクリーン１１６３はハウジング１１６２をろ過側１１６７と堆積物側１１６８とに分離している。
【００４３】
濡れた固体流れ１１をタンク１１２からスクリーン１１６３へ噴霧するためのノズル１１６４が設けられている。１つの好適なプロセスの構成において、ノズル１１６４は、濡れた固体流れ１１の８〜１０ガロン／分の流れをスクリーン１１６３に提供するように構成されている。
【００４４】
スクリーン１１６３の拡大図が図３Ｂに示されている。スクリーン１１６３は、クロスメンバ１１６６によって固定された複数の分離部材１１６５を有しており、クロスメンバ及び分離部材は、炭素鋼又はステンレス鋼であることができる。堆積物側１１６８において、よりノズル１１６４の近くに位置決めされた分離部材１１６５は、好適には、固体が部材１１６５に沿って落下するのを容易にするために垂直に延びている。１つの好適なプロセスにおいて、部材１１６５及び１１６６は、少なくとも０．０１インチのメッシュサイズ（すなわち開口）を提供するために配置されている。
【００４５】
主に湾曲部分１１６３Ａにノズル１１６４によって噴霧される濡れた固体流れ１１は、部材１１６５及び１１６６によって分離される。流れ１１の液体は、スクリーン１１６３を通過し、ろ過側１１６７に収集される。大きすぎてスクリーン１１６３を通過できない固体は、堆積物側１１６８に残っている。
【００４６】
一部の液体はスクリーン１１６３を通過せずに固体と共に残る。スクリーン１１６３は、固体からの液滴を得ようとして固体を保持するために、湾曲部分１１６３Ａと垂直部分１１６３Ｂとの接合部に又はその近くに位置決めされたダム又はバッフル１１６９を有している。
【００４７】
ろ過側１１６７へスクリーン１１６３を通過した液体は、出口１１６７Ａを介してハウジング１１６２へ除去される。堆積物側１１６８に残った濡れた固体は、出口１１６８Ａを介してハウジング１１６２から除去される。
【００４８】
図２に戻ると、この示されたプロセスは、３つの抽出ユニット１１０Ａ，１１０Ｂ，１１０Ｃを有している。ユニット１１０Ａは、混合タンク１１２Ａと、ポンプ１１４Ａと、機械的な分離装置１１６Ａと、エレメントを作動上結合するための管とを有している。ユニット１１０Ｂは、混合タンク１１２Ｂと、ポンプ１１４Ｂと、機械的な分離装置１１６Ｂと、エレメントを作動上結合するための管とを有している。ユニット１１０Ｃは、混合タンク１１２Ｃと、ポンプ１１４Ｃと、機械的な分離装置１１６Ｃと、エレメントを作動上結合するための管とを有している。
【００４９】
ビール供給１０はタンク１１２Ａに供給され、このタンクにおいて水／溶剤流れ３１（後で説明する）と混合される。流れ１１としてのこの混合物はポンプ１１４Ａを介して機械的な分離装置１１６Ａへ圧送され、この分離装置において混合物は水／溶剤流れ３０と濡れた固体流れ３４とに分割される。
【００５０】
濡れた固体流れ３４はタンク１１２Ｂに供給され、このタンクにおいて水／溶剤流れ３２（後で説明する）と混合される。流れ１２としてのこの混合物は、ポンプ１１４Ｂを介して機械的な分離装置１１６Ｂに圧送され、この分離装置において混合物は水／溶剤流れ３１と濡れた固体流れ３５とに分割される。
【００５１】
濡れた固体流れ３５はタンク１１２Ｃに供給され、このタンクにおいて第１の溶剤流れ１５と混合される。流れ１３としてのこの混合物はポンプ１１４Ｃを介して機械的な分離装置１１６Ｃへ圧送され、この分離装置において水／溶剤流れ３２と濡れた固体流れ２０とに分割される。
【００５２】
ユニット１１０Ａからの流れ３０は、“フルミセラ”と呼ばれる。図２に示された実施形態においては、３つのユニットが設けられているので、各流れは第３の（すなわち１／３）目的地が割り当てられている。ユニット１１０Ｂからの流れ３１は、“２／３”ミセラと呼ばれ、ユニット１１０Ｃからの流れ３２は、“１／３ミセラ”と呼ばれる。フルミセラ流れ３０は、２／３ミセラ流れ３１よりも低い溶剤濃度と高い水濃度とを有しており、２／３ミセラ流れは、１／３ミセラ流れ３２よりも低い溶剤濃度と高い水濃度とを有している。
【００５３】
これらの流れ３０，３１，３２のそれぞれはプロセスにおいて再利用される。流れ３１はリサイクルされてタンク１１２Ａに供給され、流れ３２はリサイクルされてタンク１１２Ｂに供給される。ビール供給１０の水と流れ１５の第１の溶剤とから成るフルミセラ流れ３０は、“溶剤から水”分離サブプロセスＢにおいて使用される。固体と流れ１５の第１の溶剤とから成る濡れた固体流れ２０は、“固体から溶剤”分離サブプロセスＡに進行する。
【００５４】
＜“固体から溶剤”分離サブプロセスＡ＞
図１に戻ると、水抽出システム１００から、濡れた固体流れ２０は“固体から溶剤”分離サブプロセスＡに搬送される。サブプロセスＡにおいて、乾燥した固体流れ９０を得るために、濡れた固体流れ２０の溶剤は第２の溶剤を使用することによって除去される。第２の溶剤は流れ７０としてサブプロセスＡに導入される。（元来は流れ１５からの）第１の溶剤及び流れ７０の第２の溶剤は、流れ８０／２３０としてサブプロセスＡから出る。
【００５５】
サブプロセスＡにおいて、アルコール等の、流れ１５の第１の溶剤は、固体から抽出されて第２の溶剤と置換される。第２の溶剤は固体から除去され、乾燥した固体が得られる。“固体から溶剤”分離サブプロセスＡは概して、２つのサブ−サブプロセス、溶剤抽出及び熱乾燥として構成されている。
【００５６】
図４を参照すると、“固体から溶剤”分離プロセスＡは、溶剤抽出システム２００及び乾燥システム３００を有して示されている。溶剤抽出システム２００の択一的な用語は、溶剤抽出装置、又は固体−液体又は固体−溶剤抽出ユニットである。溶剤抽出システム２００は、濡れた固体流れ２０から第１の溶剤を除去して第１の溶剤を第２の溶剤と置換するように構成されている。
【００５７】
溶剤抽出システム２００は、濡れた固体流れ２０の１つ又は２つ以上の成分を抽出第２溶剤流れ（後で説明する）に転移する。通常は、溶剤抽出システム２００は、反対流れ配列で動作する。
【００５８】
抽出システム２００に供給される濡れた固体流れ２０に加えて、抽出第２溶剤流れ７０はシステム２００に供給される。濡れた固体２０から溶剤を抽出して置換するのは流れ７０における溶剤である。流れ７０の第２の溶剤は、流れ２０及び溶剤流れ７０がシステム２００を通過するとき、固体流れ２０における供給流れ１５の第１の溶剤と結合し、この第１の溶剤と置換する。
【００５９】
第２の溶剤は、濡れた固体流れ７０に存在する流れ１５の第１の溶剤よりも低い気化熱または蒸発のエンタルピに基づく。好適には、流れ７０の溶剤は、流れ１５の第１の溶剤と可溶性で混合可能である。流れ７０の溶剤と流れ１５の溶剤とは、共沸混合物を形成してもしなくてもよい。共沸混合物が形成されないならば、溶剤の後の分離はより単純である。
【００６０】
流れ７０の適切な溶剤の例は、（エチルエーテル、ＭＴＢＥ（メチル-tert-ブチルエーテル）、ＥＴＢＥ（エチル-tert-ブチルエーテル）、フッ化エーテル、及びその他の低分子量エーテル等の）エーテル、ハロゲン化炭化水素（例えば、ｎ−プロピル臭化物又は１−ブロモプロパン、“Hypersolve NPB”の商品名で市販されている）、及び低分子量芳香族炭化水素（例えばトルエン、ベンゼン、キシレン）、及びこれらのあらゆる混合物を含む。
【００６１】
第２の溶剤は、第１の溶剤（例えばエタノール）との高い可溶性、水との低い可溶性、及び第１の溶剤と第２の溶剤との分離しやすさとに基づき、概して気化熱又は蒸発のエンタルピの差に基づき、選択される。
【００６２】
流れ７０は、外部供給源によって提供されるが、好適には、後で説明するように、固体から除去された溶剤から、及び蒸留器７００からのオーバーヘッド流れ７０からリサイクルされる。
【００６３】
上述のように、今や濡れた固体流れ２０に存在する流れ１５の第１の溶剤は、溶剤抽出システム２００によって流れ７０の第２の溶剤と交換される。システム２００の結果的な排出流れは、濡れた固体流れ２２０及び液体流れ２３０である；図４参照。固体流れ２２０は、固体と、所定の量の、流れ７０の第２の溶剤とから成る。濡れた固体流れ２２０は、第２の溶剤が固体から除去される乾燥システム３００へ進行する。
【００６４】
液体流れ２３０は、概して溶剤流れ１５の溶剤と、流れ７０の第２の溶剤とから成る。液体流れ２３０は、後で説明されるサブプロセスＢへ進行し、このサブプロセスＢによって処理される。
【００６５】
＜溶剤抽出システム２００＞
溶剤−固体抽出システム２００のための好適な構成が図５に示されている。図４及び図５に示されているように、濡れた固体流れ２０と第２の溶剤流れ７０とがシステム２００に進入し、濡れた固体流れ２２０と液体流れ２３０とがシステム２００から出てくる。
【００６６】
溶剤−固体抽出システム２００は少なくとも１つの抽出ユニット２１０を有している。図５に示されたシステム２００においては、システム２１０は３つの抽出ユニット、特に２１０Ａ，２１０Ｂ，２１０Ｃを有している。各抽出ユニット２１０は混合タンク２１２と、ポンプ２１４と、機械的な分離装置２１６と、エレメントを作動上結合するための管とを有している。
【００６７】
混合タンク２１２は、固体及び液体材料を組み合わせて一時的に貯蔵するためのあらゆる適切なレセプタクルであることができる。示された実施形態において、タンク２１２は、後で説明するように、濡れた固体流れ２０と液体流れ４１とを受容する。タンク２１２のための適切な材料の例は、炭素鋼及びステンレス鋼等の鋼を含む。好適な材料は３０４ステンレス鋼である。タンク２１２の容積は、材料の流れ容積とタンク２１２における所望の滞在時間とに基づく。３０ガロンのタンクが幾つかのプロセスのために適した寸法である。
【００６８】
タンク２１２から材料を移動させるために使用されるポンプ２１４はタンク２１２の下流に配置されている。ポンプ２１４は、固体材料及び液体を含むタンク２１２から機械的な分離装置２１６へ材料を移動させることができるように選択されている。適切なポンプの例は、ダイアフラムポンプ、遠心ポンプ、及び液体と固体との組み合わせを圧送するように設計されたポンプを含む。好適なポンプ２１４の例は、ITT Industries のGoulds Pumpsから販売されている遠心ポンプである。
【００６９】
機械的な分離装置２１６は液体から固体材料を分離する。適切な機械的な分離装置の例は、ロトセル抽出装置、ダブルスクリュー抽出装置、バスケット、回転式穴あきベルト、スライドロール、及びループ抽出装置を含む；この装置は固−液抽出プロセスのためによく知られている。使用される特定の装置は、プロセスにおいて及び溶剤比において使用される溶剤に依存する。抽出システム２００において使用するための好適な装置は、後で説明される定置のスクリーンである。
【００７０】
各抽出ユニット２１０のためのタンク２１２と、ポンプ２１４と、機械的な分離装置２１６とを接続する管は、固体−液体材料を移動させることができるように選択されている。好適な管の例は１インチ炭素鋼管である。
【００７１】
スクリーン機械的分離装置２１６のための好適な構成が分離装置１１６として図３Ａに示されている；すなわち、機械的分離装置２１６は、水抽出システム１００の機械的な分離装置１１６と同じであることができる。
【００７２】
図５に戻ると、示されたプロセスは３つの抽出ユニット２１０Ａ，２１０Ｂ，２１０Ｃを有している。ユニット２１０Ａは混合タンク２１２Ａと、ポンプ２１４Ａと、機械的な分離装置２１６Ａと、エレメントを作動上結合するための管とを有している。ユニット２１０Ｂは、混合タンク２１２Ｂと、ポンプ２１４Ｂと、機械的な分離装置２１６Ｂと、エレメントを作動上結合するための管とを有している。ユニット２１０Ｃは、混合タンク２１２Ｃと、ポンプ２１４Ｃと、機械的な分離装置２１６Ｃと、エレメントを作動上結合するための管とを有している。
【００７３】
濡れた固体流れ２０はタンク２１２Ａに供給され、このタンクにおいて液体流れ４１と混合される（後で説明する）。流れ２１としてのこの混合物はポンプ２１４Ａを介して機械的な分離装置２１６Ａへ圧送され、機械的な分離装置において液体流れ２３０と濡れた固体流れ４４とに分割される。
【００７４】
濡れた固体流れ４４はタンク２１２Ｂへ供給され、このタンクにおいて液体流れ４２と混合される（後で説明する）。流れ２２としてのこの混合物はポンプ２１４Ｂを介して機械的な分離装置２１６Ｂへ圧送され、機械的な分離装置において液体流れ４１と濡れた固体流れ４５とに分割される。
【００７５】
濡れた固体流れ４５はタンク２１２Ｃへ供給され、このタンクにおいて第２の溶剤流れ７０と混合される。流れ２３としてのこの混合物はポンプ２１４Ｃを介して機械的な分離装置２１６Ｃへ圧送され、機械的な分離装置において液体流れ４２と濡れた固体流れ２２０とに分割される。
【００７６】
ユニット２１０Ａの液体流れ２３０は、“フルミセラ”と呼ばれる。ユニット２１０Ｂの流れ４１は“２／３ミセラ”と呼ばれ、ユニット２１０Ｃの流れ４２は“１／３ミセラ”と呼ばれる。フルミセラ流れ２３０は、２／３ミセラ流れ４１よりも低い第２の溶剤濃度と高い第１の溶剤濃度とを有しており、２／３ミセラ流れ４１は、１／３ミセラ流れ４２よりも低い第２の溶剤濃度と高い第１の溶剤濃度とを有している。
【００７７】
これらの流れ２３０，４１，４２のそれぞれはプロセスにおいて再利用される。流れ４１はリサイクルされてタンク２１２Ａに供給され、流れ４２はリサイクルされたタンク２１２Ｂに供給される。流れ１５の第１の溶剤と流れ７０の第２の溶剤とから成るフルミセラ流れ２３０は、“溶剤から水”分離サブプロセスＢにおいて使用される。固体と流れ７０の第２の溶剤とから成る濡れた固体流れ２２０は乾燥システム３００へ進行する。
【００７８】
＜乾燥システム３００＞
溶剤抽出システム２００からの、流れ７０の固体及び第２の溶剤を有する、濡れた固体流れ２２０は、乾燥システム３００に供給され、この乾燥システムにおいて、溶剤とあらゆるその他の揮発性液体又は溶剤が固体から除去される。乾燥システム３００は、熱エネルギを使用する“固体から溶剤”分離サブプロセスＡにおける唯一のユニットである。乾燥システム３００のための適切な装置の例は、蒸気ジャケットチューブ乾燥機（例えばシュネッケンチューブ乾燥機）、蒸気加熱スクリューチューブ乾燥機、ロータリ乾燥機、ベルト乾燥機、ダウンドラフト溶剤除去装置、又はＤＴ；この装置は乾燥プロセスのためによく知られている。好適な乾燥システム３００は、蒸気ジャケットチューブスタイル乾燥機を含む。
【００７９】
溶剤は、乾燥システム３００において固体から熱的に除去され、乾燥した固体は出口流れ９０として得られる。除去された第２の溶剤は流れ８０として乾燥システム３００から出てくる。流れ８０はさらに処理されることができる。図４に示されたプロセス実施形態において、流れ８０は、ミセラ流れ２３０と組み合わされて、“溶剤から水”分離サブプロセスＢへ送られる。
【００８０】
＜“溶剤から水”分離サブプロセスＢ＞
図１に戻ると、ビール供給１０の水と流れ１５の第１の溶剤とから成る流れ３０は、“溶剤から水”分離サブプロセスＢへ搬送され、溶剤から水を分離するように処理される。
【００８１】
しかしながら、所望の出口流れを提供するために分離を最大限にするために、サブプロセスＢは好適には、溶剤流れ４０としてサブプロセスＢに提供される第２の溶剤を利用する。
【００８２】
流れ４０の溶剤は、流れ３０の成分、すなわち供給流れ１０の水及び流れ１５の溶剤、よりも低い気化熱又は蒸発のエンタルピを有するように選択される。好適な方法において、流れ４０の溶剤は、上述された“固体から溶剤”分離サブプロセスＡからの、流れ７０の溶剤と同じである。好適には、溶剤流れ４０は、“固体から溶剤”分離サブプロセスＢからリサイクルされる；特に、溶剤流れ４０は流れ８０から得られる。
【００８３】
流れ８０は流れ２３０と組み合わされ、この組み合わされた流れ８０／２３０は、１つの流れとしてサブプロセスＢに供給される。流れ４０は、４つの主要な成分、すなわち水と、第１の溶剤と、第２の溶剤との適切な濃度を保証するように必要に応じて加えられる。
【００８４】
溶剤から水を分離するためにあらゆる公知の方法を使用することができる。適切な液−液抽出又は液−液分離方法の例は、蒸留、例えばパックされた、ヨークシャイベル、オールドシューラストン、回転ディスク、Karr又はパルスカラムを含む。別の適切な分離方法は遠心コンタクタに関する。
【００８５】
“溶剤から水”分離プロセスＢのための１つの一般的な構成が図６に示されている。サブプロセスＢは、液−液分離ユニット４００と、２つの蒸留ユニット５００，６００とを含む。
【００８６】
この実施形態において、底部において液−液プロセスユニット４００に進入する、液体流れ３０は、ユニット４００の頂上部において進入する流れ８０／２３０よりも低い密度を有する。すなわち、流れ３０の成分はユニット４００において上昇するのに対し、流れ８０／２３０における成分はカラムにおいて低下する。ユニット４００からの排出は、ユニット４００の上部から上部流れ４５と、ユニット４００の底部からの底部流れ６５とである。流れ４５，６５の特定の組成は、流れ３０及び８０／２３０の組成に依存する。流れ４０は、ユニット４００における水と、第１の溶剤と、第２の溶剤との適切なバランスを保証するための追加流れである。
【００８７】
互いに可溶性のそれぞれの進入する流れ３０，４０と、互いに不溶性である幾つかの流れとにおける成分がある。選択によって、流れ８０／２３０の溶剤と、水とは、通常は互いに不溶性であり、一方又は他方において濃厚な上部及び下部の相を形成する。溶剤は、水よりも大きな又は小さな密度を有するので、水濃厚相は、上部又は底部における。流れ８０／２３０の溶剤が１．３の密度を有する、ひいては水よりも濃厚であるとすると、流れ６５と水濃厚相とが上部から流れ４５として出るときに、溶剤濃厚相はカラム４００の底部から出る。流れ４５は、他のより少ない水溶性成分、場合によっては流れ８０／２３０の少量の溶剤を備えた、アルコール及び水の多い流れである傾向がある。流れ６５は、場合によっては少量のアルコール及びその他の成分を備えた、溶剤の多い流れである。
【００８８】
流れ４５は、流れ５５及び６０へのさらなる分離のために、プロセスユニット５００、蒸発又は蒸留装置へ送られる。流れ６５は、流れ５０及び７５へのさらなる分離のために、処理ユニット６００、異なる蒸留又は蒸発装置へ送られる。
【００８９】
多くのプロセスにおいて、付加的な処理の必要なしにこれらの流れの材料が販売されるか又はそれ以外で使用されることができるように、流れ５０，５５，６０，７５は十分に純粋である。
【００９０】
（プロセスの好適な実施形態）
このプロセスの好適な実施形態が図７に概略的に示されている。このプロセスは、固体から水を除去する初期抽出プロセスを有しており、この後に２つのサブプロセスが行われる。第１のサブプロセスは固体から初期溶剤を除去し、第２のサブプロセスは、水と、溶剤と、その他の成分を分離し、再生する。この好適なプロセスの説明においては、参照符号の後に“a”が付いていることを除けば、適当に、同様の流れ及び装置に関して前で使用されたものと同じ参照符号が使用される。
【００９１】
好適なプロセスのこの実施形態において、（穀物固体、水、エタノール、油、グリセロール、及びその他少量の成分から成る）ビール流れ１０ａが固体液体抽出システム１００ａに供給される。固−液抽出システム１００ａの択一的な用語は水抽出装置又は水抽出ユニットである。水抽出システム１００ａは、供給流れ１０ａから水を除去し、水を溶剤と置換するように設計されている。適切な固−液抽出装置の例は前に水抽出システム１００として説明されており、好適なシステム１００ａは３つの分離装置１１６を有している。水抽出システム１００ａは反対流れ形式で作動する。
【００９２】
第１の溶剤、抽出溶剤１５ａは、溶剤の一部が水を流れ１０ａから置換する水抽出システム１００ａに供給される。この実施形態において、抽出溶剤はエタノールである。エタノールは、供給流れ１０ａにおける水よりも低い気化熱又は蒸発のエンタルピを有している。
【００９３】
システム１００ａ、結果的な出口流れは濡れた固体流れ２０ａ及び液体流れ３０ａである。固体流れ２０ａは、後で説明される“固体から溶剤”分離サブプロセスＡへ進行し、これによって処理される。液体流れ３０ａは、後で説明される“溶剤から水”分離サブプロセスＢへ進行し、これによって処理される。
【００９４】
サブプロセスＡ
システム１００ａの濡れた固体流れ２０ａは管によって固−液抽出システム２００ａへ圧送される。システム２００ａのための適切な装置の例は前に固−液抽出システム２００として提供されており、好適なシステム２００ａは３つの分離装置２１６を有している。通常は、溶剤抽出システム２００ａは反対流れ構成で動作する。
【００９５】
また、第２の溶剤、流れ７０ａも溶剤抽出システム２００ａに進入する。この実施形態において、溶剤はｎ−プロピル臭化物である。ｎ−プロピル臭化物は、供給流れ１０ａにおける水及び流れ１５ａのエタノールよりも低い気化熱又は蒸発のエンタルピを有している。
【００９６】
溶剤抽出システム２００ａにおいて、特に固体の隙間空間における、流れ２０ａにおけるエタノールは、流れ７０ａのｎ−プロピル臭化物と交換される。エタノールは流れ２３０ａとしてシステム２００ａから排出され、今やｎ−プロピル臭化物で濡れた固体は流れ２２０ａとしてシステム２００ａから排出される。
【００９７】
流れ２２０ａは乾燥機３００ａへ供給され、この乾燥機においてｎ−プロピル臭化物とあらゆるその他の残留する揮発性液体又は溶剤は固体から除去される。乾燥機３００ａは熱エネルギを使用するサブプロセスＡにおける唯一のユニットである。乾燥機３００ａのための適切な装置の例は、前に乾燥機３００に関して説明されている。乾燥した固体は出口流れ９０ａとして排出される。熱的に除去された溶剤は、流れ８０ａ、蒸気として乾燥機３００ａから排出される。流れ８０ａは液体流れ２３０ａと組み合わされる。この組み合わされた流れ８０ａ／２３０ａ及び流れ３０ａは、“溶剤から水”分離サブプロセスＢにおいて液−液抽出ユニット４００ａに供給される。
【００９８】
サブプロセスＢ
組み合わされた流れ３０ａはプロセスユニット４００ａの底部に提供される。溶剤流れ８０ａ／２３０ａはユニット４００ａの上部において進入する。この実施形態において、流れ８０ａ／２３０ａの溶剤はｎ−プロピル臭化物である。流れ３０ａは、ユニット４００ａの上部において進入するｎ−プロピル臭化物よりも低い密度を有する。したがって、流れ８０ａ／２３０ａの成分はカラムにおいて落下するのに対し、流れ３０ａにおける成分はカラムにおいて上昇する。したがって、１．３の密度を有する標準−プロピル臭化物は、溶剤濃厚流れ６５ａとしてカラムの底部から排出され、水濃厚相は流れ４５ａとして出てくる。
【００９９】
流れ４５ａは、その他のより少ない水溶性成分と共に、アルコール及び水の濃度が高い。流れ４５ａには少量のｎ−プロピル臭化物が存在することがある。
【０１００】
流れ４５ａはプロセスユニット５００ａ、蒸発又は蒸留装置へ送られる。ユニット５００ａは流れ４５ａの混合物からエタノールを分離する；蒸気としての及びエタノール及び水の共沸混合物としてのエタノールは、流れ６０ａとしてユニット５００ａから出てくる。流れ６０ａは、凝縮されるか、そのまま使用されるか、又はその他の成分を除去するための別の処理のために送られる。流れ６０ａは、９９．９＋％純粋な生成エタノールを提供するための別の精製装置へ蒸気としても搬送される。
【０１０１】
プロセスユニット５００ａの流れ５５ａは、ほとんど、ユニット５００ａにおいて蒸発しなかった幾らかの水溶性成分を含んだ水である。この液体流れ５５ａは、そのまま、又はさらに精製されて使用することができる。
【０１０２】
ユニット４００ａに戻ると、流れ６５ａ、ユニット４００ａからの高有機底部流れも、蒸留又は蒸発装置へ送られる。流れ６５ａの大部分はｎ−プロピル臭化物から成り、流れ６５ａの残りは、コーン油等の、脂溶性成分から成る。流れ６５ａは、存在する蒸気流れ７５ａと液体流れ５０ａとを有するプロセス装置６００ａを供給する。流れ７５ａは主にｎ−プロピル臭化物である。この蒸気は、凝縮され、流れ７０ａとして、液体抽出サブプロセスＡにおいてリサイクル（再利用）されることができる。液体流れ５０ａは主に脂肪及び油である；この流れはそのまま使用することもできるし、又はさらに精製することもできる。
【０１０３】
連続的な溶剤を使用するプロセスの択一的な実施形態
プロセスの第１の択一的な実施形態は図８に概略的に示されている。このプロセスは、固体から水を除去する初期抽出プロセスを有しており、その後に２つのサブプロセスが続く。第１のサブプロセスは固体から初期溶剤を除去し、第２のサブプロセスは、水と、溶剤と、その他の成分とを分離して再生する。この好適なプロセスの説明は、参照符号の後に“ｂ”が付けられていることを除けば、適当に、同様の流れ及び装置のために前に使用された同じ参照符号を使用する。
【０１０４】
この実施形態において、供給流れ１０ｂは固−液抽出システム１００ｂに供給され、供給流れ１０ｂの固体は自ら分離される。適切な固液抽出装置の例は、水抽出システム１００として前に説明されており、好適なシステム１００ｂは分離装置１１６を有している。
【０１０５】
抽出溶剤流れ１５ｂは供給流れ１０ｂと共に水抽出システム１００ｂに供給される。この実施形態において、抽出溶剤はエタノールである。エタノールは、供給流れ１０ｂにおける水よりも低い気化熱又は蒸発のエンタルピを有している。システム１００ｂからの結果的な出口流れは、濡れた固体流れ２０ｂと液体流れ３０ｂとである。固体流れ２０ｂは、後で説明される“固体から溶剤”分離サブプロセスＡへ進行し、このプロセスによって処理される。液体流れ３０ｂは、やはり後で説明される“溶剤から水”分離サブプロセスＢへ進行し、このプロセスによって処理される。
【０１０６】
サブプロセスＡ
水抽出システム１００ｂから、固体流れ２０ｂは、固−液抽出システム２００ｂへ搬送され、この固−液抽出システムにおいて流れ１５ｂの溶剤は、固体から除去され、流れ７０ｂとして進入する第２の溶剤と交換される。この実施形態において、溶剤はエチルエーテルであり、エチルエーテルは、供給流れ１０ｂにおける水及び流れ１５ｂのエタノールよりも低い気化熱又は蒸発のエンタルピを有している。流れ７０ｂのエチルエーテルは外部供給源によって提供されるが、好適には、後で説明するように、固体から除去された溶剤から、及び蒸留器６００ｂからのオーバヘッド流れ７５ｂからリサイクルされる。
【０１０７】
溶剤抽出システム２００ｂにおいて、流れ２０ｂにおけるエタノールは、流れ７０ｂのエチルエーテルと交換される。エタノールは流れ２３０ｂとしてシステム２００ｂから排出され、今やエチルエーテルで濡れた固体は流れ２２０ｂとしてシステム２００ｂから出る。
【０１０８】
流れ２２０ｂは乾燥機３００ｂへ供給され、この乾燥機においてエチルエーテル及びあらゆるその他の残留する揮発性の液体又は溶剤は固体から除去される。熱的に除去された溶剤は流れ８０ｂ、蒸気、として乾燥機３００ｂから排出され、凝縮器８００へ進行する。流れ８０ｂの体積に応じて、流れの一部はエーテル副次流として除去される。流れ８０ｂの残りはシステム２００ｂへ戻される。
流れ２３０ｂは“固体から水”分離サブプロセスＢへ進行する。
【０１０９】
サブプロセスＢ
“溶剤から水”分離サブプロセスＢは、水抽出システム１００ｂの液体流れ３０ｂと、サブプロセスＡからの流れ２３０ｂとを処理する。流れ３０ｂはプロセスユニット４００ｂの上部に提供される。液−液抽出ユニット４００ｂは通常は４つのポートを備えた高いカラムであり、頂上部と底部とに１つずつ入口が設けられており、頂上部と底部とに１つずつ、２つの出口が設けられている；２つの入口からの流れは反対方向に流れる。溶剤流れ４０ｂはユニット４００ｂの底部において進入する。この実施形態において流れ４０ｂの溶剤はエチルエーテルである。したがって、流れ４０ｂの成分はカラムにおいて上昇するのに対し、流れ３０ｂの成分はユニット４００ｂにおいて低下し、入口において流れ３０ｂが有するよりも低いエタノール濃度を有する排出水様底部出口流れ４５ｂを生じ、いくらかのエタノールをエーテル流れに転移させている。また、ほとんどエーテルである上部出口流れ６５ｂも排出されるが、この流れは、入口において流れ４０ｂが有するよりも高いエタノール濃度を有しており、流れ３０ｂのいくらかのエタノールを受け取っている。
【０１１０】
底部出口流れ４５ｂは、水と、エタノールと、供給流れ１０ｂのいくらかのその他の炭化水素と、流れ４０ｂの少量のエチルエーテルとから成る。流れ４５ｂは蒸留器５００ｂに供給され、この蒸留器において、全ての揮発性成分を自ら分離しかつオーバヘッド流れ６０ｂ及び底部流れ５５ｂを提供するために熱エネルギが使用される。蒸留器５００ｂは、サブプロセスＢのこの実施形態において、熱エネルギを利用する２つだけのプロセスエレメントのうちの１つである。
【０１１１】
オーバヘッド流れ６０ｂは、エタノールと、流れ４５ｂに存在していたあらゆる僅かなエーテルとを含む。底部流れ５５ｂは、水と、あらゆるその他の重い材料を含む。水と溶剤との異なる沸点により、分離を提供するために概して少量の外部熱又はエネルギが必要とされる。
【０１１２】
オーバヘッド流れ６０ｂはコンデンサ７００へ進行し、このコンデンサにおいてエタノール蒸気は液体に凝縮される。結果的な液体流れは、かなり純粋、通常は少なくとも９０％、好適には少なくとも９５％である。エタノールは、溶剤流れ１５ｂのために収集されかつ使用されることができる。底部流れ５５ｂは、最小限のさらなる精製で廃棄することができるように、概して十分に純粋な水である。
【０１１３】
液−液抽出ユニット４００ｂの上部出口流れ６５ｂは、ユニット４００ｂの大部分のエーテルと、流れ３０ｂの大部分のエタノールとを含み、通常は少量の水を含む。上部出口流れ６５ｂ及び流れ２３０ｂは蒸留器６００ｂ、すなわち熱エネルギを利用するこの実施形態におけるサブプロセスＢの２つのプロセスエレメントのうちの第２のもの、に供給される。上部出口流れ６５ｂは、蒸留器６００ｂによって、オーバヘッド流れ７５ｂと底部流れ６７とに分離される。
【０１１４】
オーバヘッド流れ７５ｂはエーテルを含む；通常、この流れはかなり純粋、通常は少なくとも９５％、好適には少なくとも９８％純粋である。オーバヘッド流れ７５ｂは、プロセス内へリサイクルされ、サブプロセスＡの乾燥機３００ｂから排出されたエーテル流れ８０ｂと組み合わされる。
【０１１５】
底部流れ６７はより重いエタノールを含む；この流れはかなり純粋、通常は少なくとも９０％純粋、好適には少なくとも９５％純粋である。かなり純粋なエタノールから成る底部流れ６７は、流れ６０ｂと同じ形式で処理されることができ、収集され、溶剤流れ１５ｂとしてプロセスへ戻されるか、又はさらに精製されることができる。
【０１１６】
２つの連続的に提供される溶剤を使用するプロセスの第２の択一的な実施形態が図９に概略的に示されている。このプロセスは、固体から水を除去する初期抽出プロセスを有しており、その後に２つのサブプロセスが行われる。第１のサブプロセスは、固体から初期溶剤を除去し、第２のサブプロセスは、水と、溶剤と、その他の成分とを分離しかつ再生する。この好適なプロセスの説明は、参照符号の後に“ｃ”が付けられていることを除いて、適切に、同様の流れ及び装置のために前に使用された同じ参照符号を使用する。
【０１１７】
図９は、この実施形態が付加的なプロセス装置を有することを除いて、図８のプロセスと同様のプロセスを示している。ユニット６００ｃからの底部流れ６７ｃは蒸発器ユニット９００へ送られ、この蒸発器ユニットは、流れ７６及び流れ７７を提供するために、エタノール及び水の共沸混合物を沸騰させるように設計されている。流れ７６は、エタノールと、好適には水、及びいくらかの少量の付加的な揮発性の材料の混合物を含む。流れ７６はシステム１０００、一連の分子ふるい、へ進行する。システム１０００は、蒸発器ユニット９００から共沸混合物を取り出し、エタノール、流れ７８を提供する。分離からの残りの水は流れ７９としてシステム１０００から排出される。
【０１１８】
流れ７５ｃの揮発させられない部分は、流れ７７、比較的クリーンな水としてユニット９００から排出される。
【０１１９】
２つの連続的な溶剤を使用するプロセスの第３の択一的な実施形態が概略的に図１０に示されている。この好適なプロセスの説明は、参照符号の後に“ｄ”が付けられていることを除いて、適切に、同じ流れ及び装置のために前に使用された同じ参照符号を使用する。
【０１２０】
図１０は、プロセスの別の実施形態であり、図９のプロセスと同様である。しかしながら、図１０のプロセスは、付加された液／液抽出ユニット４５０を有する。図８及び図９の実施形態とは異なり、ユニット４００ｄからの水様（底部）の流れ４５ｄは直接ユニット５００ｄに供給されず、ユニット４５０への２つの供給流れのうちの１つである。ユニット４００ｄと同様に、ユニット４５０は、ユニット４５０に提供される他の供給流れ４６であるエーテルを使用して、水様の供給流れからエタノールを抽出する。ユニット４５０からの有機（上部）相流れ、流れ４７は、ユニット４００ｄの有機相流れ６５ｄと組み合わされる。付加的に、ユニット５００ｄの蒸気流れ６０ｄは、凝縮器へ送られないが、流れ４７及び６５ｄと組み合わされ、結果的な流れは、システム２００ｄからの流れ２３０ｄと組み合わされる。この組み合わされた流れはユニット６００ｄに供給される。この実施形態においても、流れ６７ｄは流れ６１及び６２に分割される。流れ６２は、システム１０００のふるいベッドを再生するために２００プルーフエタノール及びエタノールを提供するために適切な量のエタノールを運搬する。プロセスにおける再利用のために流れ６１は貯蔵タンクへ送られる。
【０１２１】
固体から水を除去する初期抽出プロセスを利用し、その後に２つのサブプロセスが行われる、前記プロセスのいずれかの択一的な実施形態は、本発明の範囲に含まれる。
【０１２２】
前記の様々なプロセスは、２つの溶剤を連続的に、又は段階的に使用し、固体から水を除去した；特に、第１の溶剤は水と交換され、第２の溶剤は第１の溶剤と交換された。上の説明では溶剤を“第１の溶剤”及び“第２の溶剤”などと呼んでいるが、これらのグループ分けは限定するものではないことが認識されるべきである。幾つかの設計では、例えば、“第２の溶剤”に列挙された溶剤が第１の溶剤として使用されることもある；同様に、“第１の溶剤”に列挙された溶剤が第２の溶剤として使用されることもある。唯一の基本は、第２の溶剤が第１の溶剤よりも低い気化熱又は蒸発のエンタルピ、又はその他のこのような物理的特性を有しているということである。第３の溶剤が使用される場合には、第３の溶剤は第２の溶剤よりも低い気化熱、蒸発のエンタルピ、又はこのような物理的特性を有するであろう。
【０１２３】
（一般的動作条件）
以下の一般的な作動条件は、典型的なパイロットプラントスケールで作動させられた場合、本発明によるプロセスに適している。
【０１２４】
【表１】
【０１２５】
本発明に従って有効なシステム内の流量が上に示されている。概して、供給流れ１０は１００〜１２０ｌｂｓ／ｍｉｎの流量を有する。第１の溶剤流れ１５の流量は等式（Ｉ）に従って設定される。第２の溶剤流れ７０の流量は概して１０〜２０ｌｂｓ／ｍｉｎの範囲であるが、等式（ＩＩ）を介して流れ２０に関して調整されることもできる。サブプロセスＢへの及びサブプロセスＢからの様々な流れの流量は概して、システム１００及びサブプロセスＡにおける流れの流量によって支配される。
【０１２６】
＜典型的なプロセス条件＞
以下に、後の第２の溶剤としてｎ−プロピル臭化物を使用した、図７に関して説明された、商業的な大きさの、モデル化されたプロセスのための典型的な流れ成分及び提案される材料流量が提供されている。ｎ−プロピル臭化物／エタノール／水のためのバイナリダイアグラムが図１１として提供されている。水とエタノールとを分離したいシステムのためにｎ−プロピル臭化物を使用することは、低い水パーセンテージにおいて平衡するためのシステムのための傾向があるという点において有利であることが分かった。
【０１２７】
【表２】
【０１２８】
ユニット１００ａにおいて、供給流れ１０ａ（通常は約８５〜９０°Ｆの温度）と第１の溶剤流れ１５ａとは、一連の６スクリーン抽出ユニット１１６を通って送られる（図２を参照すると、一連の３スクリーン抽出ユニット１１６Ａ，１１６Ｂ，１１６Ｃが示されている）。６つの抽出機からの結果的な流れは以下の通りである：
【０１２９】
【表３】
【０１３０】
【表４】
【０１３１】
濡れた固体流れ２０ａはユニット２００ａへ進行し、このユニット２００ａにおいて濡れた固体流れ２０ａと第２の溶剤流れ７０ａとは一連の６スクリーン抽出ユニット２１６に送り込まれる（図５を参照すると、一連の３スクリーン抽出ユニット２１６Ａ，２１６Ｂ，２１６Ｃが示されている）。６つの抽出機からの結果的な流れは以下の通りである：
【０１３２】
【表５】
【０１３３】
第１抽出機からのミセラ流れは図７の流れ２３０ａに対応する。流れ２３０ａの成分は以下に提供される。
【０１３４】
第６抽出機から得られた固体流れは図７の流れ２２０ａに対応する。乾燥機３００ａに供給される流れ２２０ａは固体流れ９０ａと蒸気流れ８０ａとを提供する。固体流れ９０ａは、１００％固体の３８９ｌｂ／ｍｉｎの流量である。
【０１３５】
【表６】
【０１３６】
組み合わされた流れ８０ａ／２３０ａは分離カラム４００ａの上部に供給され、水様流れ３０ａはカラム４００ａの底部に供給され、流れ４５ａ及び６５ａが出てくる。この実施例において、流れ４０ａのような付加的な溶剤は加えられなかった。
【０１３７】
【表７】
【０１３８】
流れ４５ａは蒸留器５００ａへ供給され、出てくる流れ６０ａ，５５ａは以下に列挙される組成を有する。この実施例において、蒸留器の上部へ溶剤を運搬するか又はさもなければ搬送するのを容易にするために、流れ散布流れが、３５ｌｂ／ｍｉｎで加えられた。流れ６５ａは蒸留器６００ａに供給され、出てくる流れ７５ａ，５０ａは以下に列挙される組成を有する。この実施例において、蒸留器６００ａに進入する前に流れ６５ａを押し流すために熱交換器が使用される；これは、進入する質量流量を約４７００ｌｂ／ｍｉｎに減少させる。
【０１３９】
【表８】
【０１４０】
＜付加的な典型的なプロセス条件＞
以下に、第２の溶剤としてのエーテルを使用した、図１０に関して説明されたモデル化されたプロセスのための典型的な流れ成分及び提案された材料流量が提供されている。
【０１４１】
【表９】
【０１４２】
【表１０】
【０１４３】
【表１１】
【０１４４】
【表１２】
【０１４５】
【表１３】
【０１４６】
【表１４】
【０１４７】
【表１５】
【０１４８】
【表１６】
【０１４９】
図１０に示されかつ図１０に関して説明されたシステムからのプロセス装置の３つの片のみが熱エネルギを使用する。シュネッケン・チューブタイプ乾燥機である乾燥機１３００は典型的な７７．３ｌｂ／ｍｉｎの流れを使用し、蒸留器１７００は典型的な６５３２ｌｂ／ｍｉｎの流れを使用し、水分離機１５００は典型的な１９９．５ｌｂ／ｍｉｎの流れを使用する。
【０１５０】
上記の説明は、ほとんどの部分において、２つの溶剤が連続的に固体に提供されるプロセスに関している；すなわち、固体は第１の溶剤に、次いで第２の溶剤に接触させられる。本発明によれば、２つ又はそれ以上の溶剤を同時に固体に提供することができる；例えば、多数の溶剤が、固体に接触させられる前に混合されることができる。
【０１５１】
固体に同時に提供するための溶剤は、上で説明されたものと同じであることができる。第１の溶剤は好適には水溶性であるが、水と共沸混合物を形成しない。第２の溶剤は好適には第１の溶剤と可溶性であるが、水溶性ではない。しかしながら、第２の溶剤は第１の溶剤及び／又は水と混和性であることもできる。さらに、第１の溶剤は水よりも低い気化熱および沸点を有しており、第２の溶剤は第１の溶剤よりも低い気化熱及び沸点を有している。概して、連続的な又は段階的なシステムに関して、混合される又は同時システムのために同じ溶剤を使用することができる。
【０１５２】
混合されることができる適切な溶剤の例は、アルコール（例えば、エタノール、メタノール、イソプロピルアルコール、及びガソホール）、ケトン（例えば、アセトン、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）、メチルイソブチルケトン（ＭＩＢＫ））、炭化水素、及びこれらの混合物を含む。適切な炭化水素の例は、エーテル（例えば、エチルエーテル、ＭＴＢＥ（メチル-tert-ブチルエーテル）、ＥＴＢＥ（エチル-tert-ブチルエーテル）、フッ化エーテル、及びその他の低分子量エーテル）、ハロゲン化炭化水素（例えば、ｎ−プロピル臭化物又は１−ブロモプロパン）、直鎖低分子量炭化水素（例えばヘキサン、ペンタン）、低分子量芳香族炭化水素（例えば、トルエン、ベンゼン、キシレン）、及びこれらのあらゆる混合物を含む。
【０１５３】
溶剤の比は、溶剤と、固体に存在する材料（例えば、エタノール及び水）と、その他のパラメータに基づいて選択される。適切な比は、１／９９〜９９／１、１０／９０〜９０／１０、２５／７５〜７５／２５、３０／７０〜７０／３０及びその他の比である；前記のように、比は溶剤と所望の結果特性とに基づき選択され、この結果特性は、分離効果、溶剤のコスト、溶剤の分離コスト、又は固体からの溶剤の分離コスト、溶剤の毒性等を含む。例えば、固体からの水及びエタノールの分離のために、エタノール及びｎ−ＰＢは好適な溶剤組み合わせの一例である；エタノール及びヘキサンは別の例である。適切な溶剤混合物の例は；ＰＢ／エタノールの８４／１６、７５／２５、６７／３３及び５０／５０重量比を含み；８４／１６は共沸混合物レベルである。抽出の有効性、分離の容易さ及びコストを含む多くの特性に基づき、７５／２５及び６７／３３の比が好ましい。溶剤混合物のその他の適切な例は７９／２１のヘキサン／エタノールを含み、これは共沸混合物レベルである。
【０１５４】
組み合わされた溶剤は、連続的な溶剤と概して同じ形式で働く。水及びエタノールで濡れた固体におけるエタノール及びｎ−ＰＢの例を使用して、エタノール溶剤は固体の隙間空間における水と組み合わさる。なぜならば、エタノールはｎ−ＰＢよりも水を好むからである（少なくとも部分的に、エタノールが水溶性であり、エタノール及びｎ−Ｐｂが互いに不溶性であることによる）。ｎ−ＰＢはこれらの空間におけるエタノールと交換され、これらの空間からエタノール及び水を抜き出す。次いで、使用された溶剤流れ（すなわち、あらゆるその他の成分を含む、ｎ−ＰＢ、エタノール、水）は、ろ過、デキャンティング等を含む固液分離技術によって固体から除去されることができる。好適なシステムにおいて、使用された固体流れ相は分離し、ｎ−ＰＢはエタノール及び自ら分離する。少量の固体は溶剤に連行されるか、それぞれの側に層として存在するか、又は溶剤の間に存在する。蒸留を含む液−液抽出は、溶剤を分離するために、使用された溶剤流れにおいて行われることができる。あらゆる残留溶剤（例えばｎ−ＰＢ及び／又はエタノール）は例えば加熱によって固体から除去されることができる。
【０１５５】
この議論は、固体から水を除去するために多数の組み合わされた溶剤を使用することの簡単な概要であった。択一的な実施形態が本発明の範囲に含まれる。固体から水を除去するために、上で説明されたプロセスは２つの溶剤を同時に使用した又は混合した；特に、第１の溶剤は水と交換され、次いで第２の溶剤は第１の溶剤と交換された。しかし一回の動作である。上記の説明では溶剤を“第１の溶剤”及び“第２の溶剤”と呼んでいるが、これらのグループ分けは限定するものでないことが認識されるべきである。唯一の基本は、第１の溶剤が、第１の溶剤よりも低い気化熱、蒸発のエンタルピ、又はその他のこのような物理的特性を有することである。第３の溶剤が使用されるならば、第３の溶剤は、第２の溶剤よりも低い気化熱、蒸発のエンタルピ、又はその他のこのような物理的特性を有する。
【０１５６】
上の明細書は、本発明のプロセス、装置及び組成の完全な説明を提供する。本発明の多くの実施形態が発明の精神及び範囲から逸脱することなく行われることができるので、発明は別紙に添付された請求項に帰属する。
【図面の簡単な説明】
【０１５７】
【図１】「初期」分離サブプロセスと、「固体から溶剤」分離サブプロセスと、「溶剤から水」分離サブプロセスとを有する、本発明による一般的な方法の概略図である。
【図２】本発明による「導入」分離サブプロセスの一般的な第１の実施形態の概略的なプロセス図である。
【図３Ａ】図２のサブプロセスの抽出ユニットの概略図である。
【図３Ｂ】図３Ａの抽出ユニットの一部の拡大した斜視図である。
【図４】本発明による「固体から溶剤」分離サブプロセスの第１の実施形態の概略的なプロセス図である。
【図５】図４の「固体から溶剤」分離サブプロセスの部分の概略的なプロセス図である。
【図６】本発明による「溶剤から水」分離サブプロセスの第１の実施形態の概略的なプロセス図である。
【図７】本発明による好適なプロセスの概略的なプロセス図である。
【図８】本発明による別の択一的なプロセスの概略図である。
【図９】本発明による別の択一的なプロセスの概略図である。
【図１０】本発明によるさらに別の択一的なプロセスの概略図である。
【図１１】本発明による好適な３溶剤システムのためのバイナリダイアグラムである。
【符号の説明】
【０１５８】
１００ 初期分離プロセス
１０ 供給流れ
１５ 溶剤流れ
２０ 固体流れ
３０ 液体流れ
１１０ 抽出ユニット
１１２ 混合タンク
１１４ ポンプ
１１６ 分離装置
１１６３ スクリーン
１１６３Ａ 第１の湾曲部
１１６３Ｂ 垂直な部分
１１６４ ノズル
１１６５ 分離部材
１１６６ クロスメンバ
１１６７ ろ過側
１１６８ 堆積物側
１１６７Ａ，１１６８Ａ 出口
１１６９ バッフル
３０，３１ 水／溶剤流れ
３４，３５ 固体流れ
７０ 流れ
８０ 流れ
９０ 固体流れ
２００ 溶剤抽出システム
２１０ システム
２１２ 混合タンク
２１４ ポンプ
２１６ 分離装置
２２０ 濡れた固体流れ
２３０ 液体流れ
３００ 乾燥システム
４００ 液−液プロセスユニット
５００，６００ 蒸留ユニット
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも２つの溶剤を使用して供給流れから液体水及び／又は炭化水素を抽出するためのシステム、及びその使用方法に関する。システム及び方法は概して低減されたエネルギ抽出及び乾燥プロセスとして説明されることができる。
【背景技術】
【０００２】
多くのプロセスのために、既存の流れは、廃棄流れ、副産物又は主要な所望の流れであるかにかかわらず、水で濡れた固体材料から成る。この水は通常、固体の隙間の空間に存在し、固体によって吸収又は吸着される。このような水は通常は、熱エネルギによって固体を乾燥することによって除去される。このプロセスは一般的に、固体から水を除去しかつ乾燥した使用可能な固体を得るために大量の熱又はエネルギを必要とする。
【０００３】
ヘキサン等の溶剤を使用して濡れた固体から水を除去するために有機溶剤を使用する試みがなされてきた。基本的に、ヘキサンは固体から水を散逸させるために使用される。次いで、固体と共に残るヘキサンは熱エネルギによって固体から蒸発させられる。再び、このプロセスは概して大量の熱エネルギを必要とするが、固体から水のみが乾燥される場合よりも少ない。しかしながら、ヘキサンは、毒性等のその他の問題を生じる。さらに、不十分な置換により、大量の残留水が固体に残る場合がある。
【０００４】
公知の抽出方法のいくつかの例は、Bairdの特許文献１を含み、この特許は、発酵混合物からガソホールにおいて使用するのに適したアルコールを直接抽出するために液−液抽出を利用する。ガソリンは、抽出溶剤として使用される。水は、吸着剤又は吸収剤を使用することによって、又は抽出されたアルコール−ガソリン生成物を約−１０°Ｆ未満の温度に冷却して水を除去することによって、除去される。
【０００５】
エタノール製造プロセス中には、一次水及びエタノールで濡れた固体が、ビール流れとして発酵プロセスから出る。油及びグリセロール等のその他の材料もビール流れに存在している。乾燥した固体と、水と、エタノールとの個々の排出流れを得ることが望ましい。
【０００６】
上述のようなビール流れ固体は、固体の隙間の空間に水を有しており、この水は固体によって吸収又は吸着されている。この水及びあらゆるエタノールは通常は固体を熱エネルギによって乾燥することによって除去されてきた。好適には、エタノールは回収されて使用される；あいにく、純粋な又はほとんど純粋なエタノールの回収は一般的ではない。さらに、好適には水は十分に純粋であり、水は容易に捨てられることができる；あいにく、この水は汚染物を含んでおり、管理されることなく直接捨てられることはできない。さらに、油及びグリセロール等の汚染物は固体に存在し、これにより固体が多くの用途に対して望ましくないものとなる。
【０００７】
【特許文献１】米国特許第４，２５１，２３１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって、水で濡れた固体を乾燥するための、低コストで、より熱効率又はエネルギ効率のよい方法が必要されている。プロセスからの様々な排出流れが再生及び使用されると有利である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、固体から及び存在するかもしれない炭化水素から水を分離するための方法であり、この方法は、同じ材料の慣用の強制空気乾燥よりも少なくとも２０％少ないエネルギを利用する。
【００１０】
水で濡れた固体は、水から分離され、本発明による方法によって乾燥される。方法は、固体の隙間空間に存在する水、及び固体によって吸収された水の一部を除去する。この方法は、固体供給流れから水を除去するための液体−固体抽出プロセスを使用する。
【００１１】
１つの実施形態において、段階的に固体から水を除去しかつ乾燥した固体を得るために多数の溶剤が使用される。多数の溶剤は、段階的に水を溶剤と交換し、その溶剤を別の溶剤と交換し、最後にその別の溶剤を固体から除去することによって固体からの水の除去を促進する。
【００１２】
別の実施形態において、水を固体から除去して乾燥した固体を得るために多数の溶剤が組み合わされ１つのステップにおいて使用される。組み合わされた多数の溶剤は、水を溶剤のうちの１つと交換し、その溶剤を別の溶剤と交換し、最後にその別の溶剤を固体から除去することによって固体からの水の除去を促進する。この実施形態において、２つ（又は３つ以上）の溶剤が同時に固体に導入され、好適には混合される。
【００１３】
相前後して又は同時に提供される多数の溶剤の使用は、固体からの水の分離、水からの溶剤の分離、及び様々な溶剤の互いの分離を促進する。多数の溶剤は、液−液抽出又は蒸留プロセスによって互いに分離される。
【００１４】
多数の溶剤は、慣用的に乾燥プロセスにおいて使用されるよりも、固体を乾燥しかつ溶剤を分離するためにより少ない熱エネルギを使用する。選択された少なくとも１つの溶剤は、水よりも低い気化熱、蒸発のエンタルピ、沸点、又はその他のこのような物理的特性を有する。それぞれの付加的な溶剤は、使用される第１の溶剤よりも低い気化熱、蒸発のエンタルピ、沸点、又はその他のこのような物理的特性を有する。これらの一般的な特性は、溶剤が相前後して（例えば段階的に）又は同時に（例えば混合されて）使用されるかにかかわらず当てはまる。
【００１５】
別の実施形態において、本発明は、最初に水で濡れた固体を乾燥する方法に関する。この方法は、隙間空間を有する固体と隙間空間に存在する水とを含む供給流れを溶剤に接触させる。この溶剤は２つ又は３つ以上の溶剤の組み合わせであってよい。隙間空間に存在する水は溶剤によって置換され、溶剤を隙間空間に残す。次いで、隙間空間に溶剤を有する供給流れは第２の溶剤と接触させられることができる。隙間空間に存在する第１の溶剤は第２の溶剤によって置換され、これにより、第２の溶剤を隙間空間に提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
前述のように、本発明は、少なくとも２つの溶剤を使用することによって固体から水を分離する方法に関する。少なくとも２つの溶剤は、逐次的に若しくは段階的に（すなわち相前後して）又は混合されて固体に提供されることができる。
【００１７】
この方法は、固体の隙間空間から水を置換するために第１の溶剤を使用する。この第１の溶剤は、水よりも低い気化熱及び沸点を有しており、水よりも固体から除去するのが簡単である。第２の溶剤は、固体から第１の溶剤を置換するために使用される。第２の溶剤は、第１の溶剤よりも低い気化熱及び沸点を有する。第２の溶剤は、第１の溶剤を導入した後に、又は第１の溶剤と同時に固体に導入されることができる。
【００１８】
第１の溶剤は好適には水溶性であるが、水との共沸混合物を形成しない。共沸混合物は、１つの物質のように働く２つ以上の物質の混合物である。液体の部分的な蒸発によって発生された蒸気は液体と同じ組成を有する。すなわち、混合物の気化は初期物質の分離を生じない。
【００１９】
第２の溶剤は好適には第１の溶剤と可溶性であるが、水とは可溶性ではない。使用される溶剤及びそれらの比に依存して、第１及び第２の溶剤は共沸混合物を形成してもしなくてもよい。しかしながら、第２の溶剤は、第１の溶剤、及び／又は水と混和性であってもよい。
【００２０】
あらゆる付加的な又は次の溶剤は、前の溶剤と可溶性であってもよく、また、他の溶剤と共沸混合物を形成してもしなくてもよい。
【００２１】
この多重溶剤液体抽出プロセスを利用することにより、固体を乾燥し、様々な溶剤を互いから及び自ら分離するために必要とされるエネルギは、慣用のプロセスと比較して著しく減じられる。
【００２２】
本発明のプロセスは、概して、固体から水を除去する初期抽出サブプロセスに減じられることができ、この初期抽出サブプロセスの後、２つのサブプロセス、すなわち固体から溶剤を分離する「固体から溶剤」分離サブプロセスと、水及び溶剤、及び選択的にその他の成分を分離及び回収再生する「溶剤から水」分離サブプロセスとが行われる。
【００２３】
ここで図を参照すると、２つの次々に提供される溶剤を使用する、本発明によるプロセスの概略的な表現は、概して図１に示されている。このプロセスは、固体から水を分離するための初期分離プロセス１００と、２つの一般的なサブプロセス、すなわち固体から溶剤を除去するためのサブプロセスＡと、水及び溶剤を分離及び回収再生するための第２のサブプロセスＢとを有している。
【００２４】
供給流れ１０、その中に固体を備えた水様の流れ、は、図１の左上の角隅においてシステムに進入するように示されている。流れ１０における固体のタイプ及び量は様々である。存在する特定の固体は、起源に依存し、起源の例は、穀物、その他の植物材料及び土材料を含む。
【００２５】
流れ１０における固体の量は概して５〜５０重量％である。流れ１０における固体の一般的な量は約１０〜１２％である。前記のように、流れ１０は通常は水様の流れであり、水が、約概して５０〜９５重量％のレベルで存在する。流れ１０における水の一般的な量は７８重量％である。水に加えて、その他の液体が供給流れ１０であることができ、しばしば供給流れ１０に存在する。
【００２６】
供給流れ１０が発酵プロセスからのものであると、流れ１０は概してアルコール（例えばエタノール）を含む。流れ１０におけるアルコール及びその他の成分のレベルは、流れ１０を提供するプロセスの効率に依存するが、流れ１０におけるアルコールは概して１６重量％未満である。通常、流れ１０におけるアルコールのレベルは約８重量％よりも大きい。幾つかの流れにおけるアルコールの一般的なレベルは約１５重量％である。
【００２７】
その他の材料が通常は流れ１０に存在する。例えば、油（例えばコーン油）及びグリセロールが通常は存在する。存在するかもしれない溶質の例は、酸（例えば酢酸）、アルデヒド（例えばアセトアルデヒド）、及び様々な糖を含む。これらの材料のレベルは低く、通常は２重量％未満、しばしば流れの１重量％未満である。
【００２８】
図１に戻ると、供給流れ１０は、供給流れ１０の固体が自ら分離される水／固体抽出システム１００に供給される。水／固体抽出システム１００のための択一的な用語は、水抽出装置又は固−液抽出ユニットである。抽出システム１００は、供給流れ１０から水を除去し、水を溶剤と交換するように構成されている。好適な抽出システム１００に関する付加的な詳細は以下に提供される。
【００２９】
抽出システム１００は１つ又は２つ以上の成分を供給流れ１０から抽出溶剤流れ（以下で説明する）に転移する。通常、抽出システム１００は反対流配列で動作する。すなわち、抽出溶剤流れは、供給流れ１０が流入するところから最も遠いところにおいてシステム１００に進入し、２つの流れは接触し、互いに反対方向に流過する。
【００３０】
抽出システム１００に供給される供給流れ１０に加えて、抽出溶剤流れ１５がシステム１００に供給される。供給流れ１０から水を抽出しかつ交換するのは流れ１５における溶剤である。流れ１５からの第１の溶剤は、供給流れ１０と溶剤流れ１５とがシステム１００内を通過しながら、供給流れ１０の元来の水様液体と結合する又は置換する。
【００３１】
流れにおける１つの溶剤の別の溶剤とのこの交換は、濃度平衡によるものである。流れ１５に高濃度で存在する溶剤は、より低い濃度を有する流れ、すなわち流れ１０へ移動する。同様に、流れ１０に高濃度で存在する水は、より低い水濃度を有する流れ、すなわち流れ１５へ移動する。
【００３２】
溶剤は、供給流れ１０における水よりも低い気化熱又は蒸発のエンタルピに基づいて流れ１５のために選択される。水は、１ポンドの水ごとに１０００ＢＴＵの気化熱を有しているので、流れ１５の溶剤は１０００未満の気化熱を有するべきである。１０００ＢＴＵに対して気化熱が低いほど、水からの溶剤１５の後の分離が容易になる。流れ１５の溶剤は、水溶性であることができる。流れ１５の溶剤及び水は、共沸混合物を形成してもしなくてもよい。共沸混合物が形成されないならば、溶剤と水との後の分離は単純である。
【００３３】
抽出溶剤流れ１５のために実質的にあらゆる水溶性溶剤が選択されることができるが、供給流れ１０に既に存在しているかもしれないものを選択することが好適である。適切な溶剤の例は、（エタノール、メタノール、イソプロピルアルコール、及びガソホール等の）アルコール、（アセトン、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）、メチルイソブチルケトン（ＭＩＢＫ）等の）ケトン、及びそれらの混合物を含む。多くの発酵プロセスからのものであるように、供給流れ１０が主に固体と、水と、アルコールとから成るならば、溶剤流れ１５は好適にはアルコール、例えば供給流れ１０に存在するアルコールである。
【００３４】
前記のように、供給流れ１０における水は、水抽出システム１００によって流れ１５からの第１の溶剤と交換される。システム１００から結果的に出る流れは、固体流れ２０と液体流れ３０とである。
【００３５】
固体流れ２０は、流れ１０の固体と流れ１５の所定量の第１の溶剤とから成る、濡れた固体流れである。濡れた固体流れ２０は、以下に説明するように、サブプロセスＡへ進行し、サブプロセスＡによって処理される。液体流れ３０は概して、供給流れ１０の元来の液体（すなわち、水と、アルコール等のあらゆるその他の液体）と、溶剤流れ１５の溶剤とから成る。液体流れ３０は、以下に説明するように、サブプロセスＢへ進行し、サブプロセスＢによって処理される。
【００３６】
＜抽出システム１００＞
水−固体抽出システム１００のための好適な構成が図２に示されている。図１及び図２に示されたように、供給流れ１０と溶剤流れ１５とがシステム１００に進入し、濡れた固体流れ２０と液体流れ３０とがシステム１００から出てくる。
【００３７】
水−固体抽出システム１００は少なくとも１つの抽出ユニット１１０を有している。図２に示されたシステムにおいて、システム１００は３つの抽出ユニット、特に１１０Ａ，１１０Ｂ，１１０Ｃを有している。各抽出ユニット１１０は、混合タンク１１２と、ポンプ１１４と、機械的な分離装置１１６と、エレメントを作動上接続するための管とを有している。
【００３８】
混合タンク１１２は、固体及び液体材料を結合及び一時的に貯蔵するためのあらゆる適切なレセプタクルであることができる。示された実施形態において、タンク１１２は、以下で説明されるビール供給１０及び水／溶剤流れ３１を受容する。タンク１１２のための適切な材料の例は、炭素鋼及びステンレス鋼等の鋼を含む。好適な材料は３０４ステンレス鋼である。タンク１１２の容積は、材料流れ容積と、タンク１１２内の所望の滞在時間とに基づく。３０ガロンのタンクが幾つかのカプロセスのために適した寸法である。
【００３９】
タンク１１２から材料を移動させるために使用されるポンプ１１４は、タンク１１２の下流に位置決めされる。ポンプ１１４は、固体材料及び液体を含むタンク１１２から材料を機械的な分離装置１１６へ移動させることができるように選択されている。適切なポンプの例は、ダイアフラムポンプ、遠心ポンプ、及び液体及び固体の組み合わせを圧送するように設計されたポンプを含む。好適なポンプ１１４の例は、ＩＴＴインダストリ社のGoulds Pumpsから販売される遠心ポンプである。
【００４０】
機械的な分離装置１１６は固体材料を液体から分離する。適切な機構分離機器の例は、ロトセル抽出装置、二重ねじ抽出装置、バスケット、回転式穴あきベルト、滑りロール、ループ抽出装置を含む。この機器は固−液抽出プロセスのためにはよく知られている。使用される特定の機器は、プロセスにおいて使用される溶剤及び溶剤比に依存する。抽出システム１００において使用するための好適な機器は、以下で説明されるような定置のスクリーンである。
【００４１】
それぞれの抽出ユニット１１０のためにタンク１１２と、ポンプ１１４と、機械的な分離装置１１６とを接続する管は、固体−液体材料を移動させることができるように選択されている。好適な管の例は、１インチ炭素鋼管である。
【００４２】
スクリーン材料分離装置１１６のための好適な構成は、図３Ａに示されている。分離装置１１６は、内部にスクリーン１１６３が設けられたハウジング１１６２を有している。スクリーン１１６３は、第１の湾曲部１１６３Ａと、第２の、概して垂直な部分１１６３Ｂとを有している。スクリーン１１６３はハウジング１１６２をろ過側１１６７と堆積物側１１６８とに分離している。
【００４３】
濡れた固体流れ１１をタンク１１２からスクリーン１１６３へ噴霧するためのノズル１１６４が設けられている。１つの好適なプロセスの構成において、ノズル１１６４は、濡れた固体流れ１１の８〜１０ガロン／分の流れをスクリーン１１６３に提供するように構成されている。
【００４４】
スクリーン１１６３の拡大図が図３Ｂに示されている。スクリーン１１６３は、クロスメンバ１１６６によって固定された複数の分離部材１１６５を有しており、クロスメンバ及び分離部材は、炭素鋼又はステンレス鋼であることができる。堆積物側１１６８において、よりノズル１１６４の近くに位置決めされた分離部材１１６５は、好適には、固体が部材１１６５に沿って落下するのを容易にするために垂直に延びている。１つの好適なプロセスにおいて、部材１１６５及び１１６６は、少なくとも０．０１インチのメッシュサイズ（すなわち開口）を提供するために配置されている。
【００４５】
主に湾曲部分１１６３Ａにノズル１１６４によって噴霧される濡れた固体流れ１１は、部材１１６５及び１１６６によって分離される。流れ１１の液体は、スクリーン１１６３を通過し、ろ過側１１６７に収集される。大きすぎてスクリーン１１６３を通過できない固体は、堆積物側１１６８に残っている。
【００４６】
一部の液体はスクリーン１１６３を通過せずに固体と共に残る。スクリーン１１６３は、固体からの液滴を得ようとして固体を保持するために、湾曲部分１１６３Ａと垂直部分１１６３Ｂとの接合部に又はその近くに位置決めされたダム又はバッフル１１６９を有している。
【００４７】
ろ過側１１６７へスクリーン１１６３を通過した液体は、出口１１６７Ａを介してハウジング１１６２へ除去される。堆積物側１１６８に残った濡れた固体は、出口１１６８Ａを介してハウジング１１６２から除去される。
【００４８】
図２に戻ると、この示されたプロセスは、３つの抽出ユニット１１０Ａ，１１０Ｂ，１１０Ｃを有している。ユニット１１０Ａは、混合タンク１１２Ａと、ポンプ１１４Ａと、機械的な分離装置１１６Ａと、エレメントを作動上結合するための管とを有している。ユニット１１０Ｂは、混合タンク１１２Ｂと、ポンプ１１４Ｂと、機械的な分離装置１１６Ｂと、エレメントを作動上結合するための管とを有している。ユニット１１０Ｃは、混合タンク１１２Ｃと、ポンプ１１４Ｃと、機械的な分離装置１１６Ｃと、エレメントを作動上結合するための管とを有している。
【００４９】
ビール供給１０はタンク１１２Ａに供給され、このタンクにおいて水／溶剤流れ３１（後で説明する）と混合される。流れ１１としてのこの混合物はポンプ１１４Ａを介して機械的な分離装置１１６Ａへ圧送され、この分離装置において混合物は水／溶剤流れ３０と濡れた固体流れ３４とに分割される。
【００５０】
濡れた固体流れ３４はタンク１１２Ｂに供給され、このタンクにおいて水／溶剤流れ３２（後で説明する）と混合される。流れ１２としてのこの混合物は、ポンプ１１４Ｂを介して機械的な分離装置１１６Ｂに圧送され、この分離装置において混合物は水／溶剤流れ３１と濡れた固体流れ３５とに分割される。
【００５１】
濡れた固体流れ３５はタンク１１２Ｃに供給され、このタンクにおいて第１の溶剤流れ１５と混合される。流れ１３としてのこの混合物はポンプ１１４Ｃを介して機械的な分離装置１１６Ｃへ圧送され、この分離装置において水／溶剤流れ３２と濡れた固体流れ２０とに分割される。
【００５２】
ユニット１１０Ａからの流れ３０は、“フルミセラ”と呼ばれる。図２に示された実施形態においては、３つのユニットが設けられているので、各流れは第３の（すなわち１／３）目的地が割り当てられている。ユニット１１０Ｂからの流れ３１は、“２／３”ミセラと呼ばれ、ユニット１１０Ｃからの流れ３２は、“１／３ミセラ”と呼ばれる。フルミセラ流れ３０は、２／３ミセラ流れ３１よりも低い溶剤濃度と高い水濃度とを有しており、２／３ミセラ流れは、１／３ミセラ流れ３２よりも低い溶剤濃度と高い水濃度とを有している。
【００５３】
これらの流れ３０，３１，３２のそれぞれはプロセスにおいて再利用される。流れ３１はリサイクルされてタンク１１２Ａに供給され、流れ３２はリサイクルされてタンク１１２Ｂに供給される。ビール供給１０の水と流れ１５の第１の溶剤とから成るフルミセラ流れ３０は、“溶剤から水”分離サブプロセスＢにおいて使用される。固体と流れ１５の第１の溶剤とから成る濡れた固体流れ２０は、“固体から溶剤”分離サブプロセスＡに進行する。
【００５４】
＜“固体から溶剤”分離サブプロセスＡ＞
図１に戻ると、水抽出システム１００から、濡れた固体流れ２０は“固体から溶剤”分離サブプロセスＡに搬送される。サブプロセスＡにおいて、乾燥した固体流れ９０を得るために、濡れた固体流れ２０の溶剤は第２の溶剤を使用することによって除去される。第２の溶剤は流れ７０としてサブプロセスＡに導入される。（元来は流れ１５からの）第１の溶剤及び流れ７０の第２の溶剤は、流れ８０／２３０としてサブプロセスＡから出る。
【００５５】
サブプロセスＡにおいて、アルコール等の、流れ１５の第１の溶剤は、固体から抽出されて第２の溶剤と置換される。第２の溶剤は固体から除去され、乾燥した固体が得られる。“固体から溶剤”分離サブプロセスＡは概して、２つのサブ−サブプロセス、溶剤抽出及び熱乾燥として構成されている。
【００５６】
図４を参照すると、“固体から溶剤”分離プロセスＡは、溶剤抽出システム２００及び乾燥システム３００を有して示されている。溶剤抽出システム２００の択一的な用語は、溶剤抽出装置、又は固体−液体又は固体−溶剤抽出ユニットである。溶剤抽出システム２００は、濡れた固体流れ２０から第１の溶剤を除去して第１の溶剤を第２の溶剤と置換するように構成されている。
【００５７】
溶剤抽出システム２００は、濡れた固体流れ２０の１つ又は２つ以上の成分を抽出第２溶剤流れ（後で説明する）に転移する。通常は、溶剤抽出システム２００は、反対流れ配列で動作する。
【００５８】
抽出システム２００に供給される濡れた固体流れ２０に加えて、抽出第２溶剤流れ７０はシステム２００に供給される。濡れた固体２０から溶剤を抽出して置換するのは流れ７０における溶剤である。流れ７０の第２の溶剤は、流れ２０及び溶剤流れ７０がシステム２００を通過するとき、固体流れ２０における供給流れ１５の第１の溶剤と結合し、この第１の溶剤と置換する。
【００５９】
第２の溶剤は、濡れた固体流れ７０に存在する流れ１５の第１の溶剤よりも低い気化熱または蒸発のエンタルピに基づく。好適には、流れ７０の溶剤は、流れ１５の第１の溶剤と可溶性で混合可能である。流れ７０の溶剤と流れ１５の溶剤とは、共沸混合物を形成してもしなくてもよい。共沸混合物が形成されないならば、溶剤の後の分離はより単純である。
【００６０】
流れ７０の適切な溶剤の例は、（エチルエーテル、ＭＴＢＥ（メチル-tert-ブチルエーテル）、ＥＴＢＥ（エチル-tert-ブチルエーテル）、フッ化エーテル、及びその他の低分子量エーテル等の）エーテル、ハロゲン化炭化水素（例えば、ｎ−プロピル臭化物又は１−ブロモプロパン、“Hypersolve NPB”の商品名で市販されている）、及び低分子量芳香族炭化水素（例えばトルエン、ベンゼン、キシレン）、及びこれらのあらゆる混合物を含む。
【００６１】
第２の溶剤は、第１の溶剤（例えばエタノール）との高い可溶性、水との低い可溶性、及び第１の溶剤と第２の溶剤との分離しやすさとに基づき、概して気化熱又は蒸発のエンタルピの差に基づき、選択される。
【００６２】
流れ７０は、外部供給源によって提供されるが、好適には、後で説明するように、固体から除去された溶剤から、及び蒸留器７００からのオーバーヘッド流れ７０からリサイクルされる。
【００６３】
上述のように、今や濡れた固体流れ２０に存在する流れ１５の第１の溶剤は、溶剤抽出システム２００によって流れ７０の第２の溶剤と交換される。システム２００の結果的な排出流れは、濡れた固体流れ２２０及び液体流れ２３０である；図４参照。固体流れ２２０は、固体と、所定の量の、流れ７０の第２の溶剤とから成る。濡れた固体流れ２２０は、第２の溶剤が固体から除去される乾燥システム３００へ進行する。
【００６４】
液体流れ２３０は、概して溶剤流れ１５の溶剤と、流れ７０の第２の溶剤とから成る。液体流れ２３０は、後で説明されるサブプロセスＢへ進行し、このサブプロセスＢによって処理される。
【００６５】
＜溶剤抽出システム２００＞
溶剤−固体抽出システム２００のための好適な構成が図５に示されている。図４及び図５に示されているように、濡れた固体流れ２０と第２の溶剤流れ７０とがシステム２００に進入し、濡れた固体流れ２２０と液体流れ２３０とがシステム２００から出てくる。
【００６６】
溶剤−固体抽出システム２００は少なくとも１つの抽出ユニット２１０を有している。図５に示されたシステム２００においては、システム２１０は３つの抽出ユニット、特に２１０Ａ，２１０Ｂ，２１０Ｃを有している。各抽出ユニット２１０は混合タンク２１２と、ポンプ２１４と、機械的な分離装置２１６と、エレメントを作動上結合するための管とを有している。
【００６７】
混合タンク２１２は、固体及び液体材料を組み合わせて一時的に貯蔵するためのあらゆる適切なレセプタクルであることができる。示された実施形態において、タンク２１２は、後で説明するように、濡れた固体流れ２０と液体流れ４１とを受容する。タンク２１２のための適切な材料の例は、炭素鋼及びステンレス鋼等の鋼を含む。好適な材料は３０４ステンレス鋼である。タンク２１２の容積は、材料の流れ容積とタンク２１２における所望の滞在時間とに基づく。３０ガロンのタンクが幾つかのプロセスのために適した寸法である。
【００６８】
タンク２１２から材料を移動させるために使用されるポンプ２１４はタンク２１２の下流に配置されている。ポンプ２１４は、固体材料及び液体を含むタンク２１２から機械的な分離装置２１６へ材料を移動させることができるように選択されている。適切なポンプの例は、ダイアフラムポンプ、遠心ポンプ、及び液体と固体との組み合わせを圧送するように設計されたポンプを含む。好適なポンプ２１４の例は、ITT Industries のGoulds Pumpsから販売されている遠心ポンプである。
【００６９】
機械的な分離装置２１６は液体から固体材料を分離する。適切な機械的な分離装置の例は、ロトセル抽出装置、ダブルスクリュー抽出装置、バスケット、回転式穴あきベルト、スライドロール、及びループ抽出装置を含む；この装置は固−液抽出プロセスのためによく知られている。使用される特定の装置は、プロセスにおいて及び溶剤比において使用される溶剤に依存する。抽出システム２００において使用するための好適な装置は、後で説明される定置のスクリーンである。
【００７０】
各抽出ユニット２１０のためのタンク２１２と、ポンプ２１４と、機械的な分離装置２１６とを接続する管は、固体−液体材料を移動させることができるように選択されている。好適な管の例は１インチ炭素鋼管である。
【００７１】
スクリーン機械的分離装置２１６のための好適な構成が分離装置１１６として図３Ａに示されている；すなわち、機械的分離装置２１６は、水抽出システム１００の機械的な分離装置１１６と同じであることができる。
【００７２】
図５に戻ると、示されたプロセスは３つの抽出ユニット２１０Ａ，２１０Ｂ，２１０Ｃを有している。ユニット２１０Ａは混合タンク２１２Ａと、ポンプ２１４Ａと、機械的な分離装置２１６Ａと、エレメントを作動上結合するための管とを有している。ユニット２１０Ｂは、混合タンク２１２Ｂと、ポンプ２１４Ｂと、機械的な分離装置２１６Ｂと、エレメントを作動上結合するための管とを有している。ユニット２１０Ｃは、混合タンク２１２Ｃと、ポンプ２１４Ｃと、機械的な分離装置２１６Ｃと、エレメントを作動上結合するための管とを有している。
【００７３】
濡れた固体流れ２０はタンク２１２Ａに供給され、このタンクにおいて液体流れ４１と混合される（後で説明する）。流れ２１としてのこの混合物はポンプ２１４Ａを介して機械的な分離装置２１６Ａへ圧送され、機械的な分離装置において液体流れ２３０と濡れた固体流れ４４とに分割される。
【００７４】
濡れた固体流れ４４はタンク２１２Ｂへ供給され、このタンクにおいて液体流れ４２と混合される（後で説明する）。流れ２２としてのこの混合物はポンプ２１４Ｂを介して機械的な分離装置２１６Ｂへ圧送され、機械的な分離装置において液体流れ４１と濡れた固体流れ４５とに分割される。
【００７５】
濡れた固体流れ４５はタンク２１２Ｃへ供給され、このタンクにおいて第２の溶剤流れ７０と混合される。流れ２３としてのこの混合物はポンプ２１４Ｃを介して機械的な分離装置２１６Ｃへ圧送され、機械的な分離装置において液体流れ４２と濡れた固体流れ２２０とに分割される。
【００７６】
ユニット２１０Ａの液体流れ２３０は、“フルミセラ”と呼ばれる。ユニット２１０Ｂの流れ４１は“２／３ミセラ”と呼ばれ、ユニット２１０Ｃの流れ４２は“１／３ミセラ”と呼ばれる。フルミセラ流れ２３０は、２／３ミセラ流れ４１よりも低い第２の溶剤濃度と高い第１の溶剤濃度とを有しており、２／３ミセラ流れ４１は、１／３ミセラ流れ４２よりも低い第２の溶剤濃度と高い第１の溶剤濃度とを有している。
【００７７】
これらの流れ２３０，４１，４２のそれぞれはプロセスにおいて再利用される。流れ４１はリサイクルされてタンク２１２Ａに供給され、流れ４２はリサイクルされたタンク２１２Ｂに供給される。流れ１５の第１の溶剤と流れ７０の第２の溶剤とから成るフルミセラ流れ２３０は、“溶剤から水”分離サブプロセスＢにおいて使用される。固体と流れ７０の第２の溶剤とから成る濡れた固体流れ２２０は乾燥システム３００へ進行する。
【００７８】
＜乾燥システム３００＞
溶剤抽出システム２００からの、流れ７０の固体及び第２の溶剤を有する、濡れた固体流れ２２０は、乾燥システム３００に供給され、この乾燥システムにおいて、溶剤とあらゆるその他の揮発性液体又は溶剤が固体から除去される。乾燥システム３００は、熱エネルギを使用する“固体から溶剤”分離サブプロセスＡにおける唯一のユニットである。乾燥システム３００のための適切な装置の例は、蒸気ジャケットチューブ乾燥機（例えばシュネッケンチューブ乾燥機）、蒸気加熱スクリューチューブ乾燥機、ロータリ乾燥機、ベルト乾燥機、ダウンドラフト溶剤除去装置、又はＤＴ；この装置は乾燥プロセスのためによく知られている。好適な乾燥システム３００は、蒸気ジャケットチューブスタイル乾燥機を含む。
【００７９】
溶剤は、乾燥システム３００において固体から熱的に除去され、乾燥した固体は出口流れ９０として得られる。除去された第２の溶剤は流れ８０として乾燥システム３００から出てくる。流れ８０はさらに処理されることができる。図４に示されたプロセス実施形態において、流れ８０は、ミセラ流れ２３０と組み合わされて、“溶剤から水”分離サブプロセスＢへ送られる。
【００８０】
＜“溶剤から水”分離サブプロセスＢ＞
図１に戻ると、ビール供給１０の水と流れ１５の第１の溶剤とから成る流れ３０は、“溶剤から水”分離サブプロセスＢへ搬送され、溶剤から水を分離するように処理される。
【００８１】
しかしながら、所望の出口流れを提供するために分離を最大限にするために、サブプロセスＢは好適には、溶剤流れ４０としてサブプロセスＢに提供される第２の溶剤を利用する。
【００８２】
流れ４０の溶剤は、流れ３０の成分、すなわち供給流れ１０の水及び流れ１５の溶剤、よりも低い気化熱又は蒸発のエンタルピを有するように選択される。好適な方法において、流れ４０の溶剤は、上述された“固体から溶剤”分離サブプロセスＡからの、流れ７０の溶剤と同じである。好適には、溶剤流れ４０は、“固体から溶剤”分離サブプロセスＢからリサイクルされる；特に、溶剤流れ４０は流れ８０から得られる。
【００８３】
流れ８０は流れ２３０と組み合わされ、この組み合わされた流れ８０／２３０は、１つの流れとしてサブプロセスＢに供給される。流れ４０は、４つの主要な成分、すなわち水と、第１の溶剤と、第２の溶剤との適切な濃度を保証するように必要に応じて加えられる。
【００８４】
溶剤から水を分離するためにあらゆる公知の方法を使用することができる。適切な液−液抽出又は液−液分離方法の例は、蒸留、例えばパックされた、ヨークシャイベル、オールドシューラストン、回転ディスク、Karr又はパルスカラムを含む。別の適切な分離方法は遠心コンタクタに関する。
【００８５】
“溶剤から水”分離プロセスＢのための１つの一般的な構成が図６に示されている。サブプロセスＢは、液−液分離ユニット４００と、２つの蒸留ユニット５００，６００とを含む。
【００８６】
この実施形態において、底部において液−液プロセスユニット４００に進入する、液体流れ３０は、ユニット４００の頂上部において進入する流れ８０／２３０よりも低い密度を有する。すなわち、流れ３０の成分はユニット４００において上昇するのに対し、流れ８０／２３０における成分はカラムにおいて低下する。ユニット４００からの排出は、ユニット４００の上部から上部流れ４５と、ユニット４００の底部からの底部流れ６５とである。流れ４５，６５の特定の組成は、流れ３０及び８０／２３０の組成に依存する。流れ４０は、ユニット４００における水と、第１の溶剤と、第２の溶剤との適切なバランスを保証するための追加流れである。
【００８７】
互いに可溶性のそれぞれの進入する流れ３０，４０と、互いに不溶性である幾つかの流れとにおける成分がある。選択によって、流れ８０／２３０の溶剤と、水とは、通常は互いに不溶性であり、一方又は他方において濃厚な上部及び下部の相を形成する。溶剤は、水よりも大きな又は小さな密度を有するので、水濃厚相は、上部又は底部における。流れ８０／２３０の溶剤が１．３の密度を有する、ひいては水よりも濃厚であるとすると、流れ６５と水濃厚相とが上部から流れ４５として出るときに、溶剤濃厚相はカラム４００の底部から出る。流れ４５は、他のより少ない水溶性成分、場合によっては流れ８０／２３０の少量の溶剤を備えた、アルコール及び水の多い流れである傾向がある。流れ６５は、場合によっては少量のアルコール及びその他の成分を備えた、溶剤の多い流れである。
【００８８】
流れ４５は、流れ５５及び６０へのさらなる分離のために、プロセスユニット５００、蒸発又は蒸留装置へ送られる。流れ６５は、流れ５０及び７５へのさらなる分離のために、処理ユニット６００、異なる蒸留又は蒸発装置へ送られる。
【００８９】
多くのプロセスにおいて、付加的な処理の必要なしにこれらの流れの材料が販売されるか又はそれ以外で使用されることができるように、流れ５０，５５，６０，７５は十分に純粋である。
【００９０】
（プロセスの好適な実施形態）
このプロセスの好適な実施形態が図７に概略的に示されている。このプロセスは、固体から水を除去する初期抽出プロセスを有しており、この後に２つのサブプロセスが行われる。第１のサブプロセスは固体から初期溶剤を除去し、第２のサブプロセスは、水と、溶剤と、その他の成分を分離し、再生する。この好適なプロセスの説明においては、参照符号の後に“a”が付いていることを除けば、適当に、同様の流れ及び装置に関して前で使用されたものと同じ参照符号が使用される。
【００９１】
好適なプロセスのこの実施形態において、（穀物固体、水、エタノール、油、グリセロール、及びその他少量の成分から成る）ビール流れ１０ａが固体液体抽出システム１００ａに供給される。固−液抽出システム１００ａの択一的な用語は水抽出装置又は水抽出ユニットである。水抽出システム１００ａは、供給流れ１０ａから水を除去し、水を溶剤と置換するように設計されている。適切な固−液抽出装置の例は前に水抽出システム１００として説明されており、好適なシステム１００ａは３つの分離装置１１６を有している。水抽出システム１００ａは反対流れ形式で作動する。
【００９２】
第１の溶剤、抽出溶剤１５ａは、溶剤の一部が水を流れ１０ａから置換する水抽出システム１００ａに供給される。この実施形態において、抽出溶剤はエタノールである。エタノールは、供給流れ１０ａにおける水よりも低い気化熱又は蒸発のエンタルピを有している。
【００９３】
システム１００ａ、結果的な出口流れは濡れた固体流れ２０ａ及び液体流れ３０ａである。固体流れ２０ａは、後で説明される“固体から溶剤”分離サブプロセスＡへ進行し、これによって処理される。液体流れ３０ａは、後で説明される“溶剤から水”分離サブプロセスＢへ進行し、これによって処理される。
【００９４】
サブプロセスＡ
システム１００ａの濡れた固体流れ２０ａは管によって固−液抽出システム２００ａへ圧送される。システム２００ａのための適切な装置の例は前に固−液抽出システム２００として提供されており、好適なシステム２００ａは３つの分離装置２１６を有している。通常は、溶剤抽出システム２００ａは反対流れ構成で動作する。
【００９５】
また、第２の溶剤、流れ７０ａも溶剤抽出システム２００ａに進入する。この実施形態において、溶剤はｎ−プロピル臭化物である。ｎ−プロピル臭化物は、供給流れ１０ａにおける水及び流れ１５ａのエタノールよりも低い気化熱又は蒸発のエンタルピを有している。
【００９６】
溶剤抽出システム２００ａにおいて、特に固体の隙間空間における、流れ２０ａにおけるエタノールは、流れ７０ａのｎ−プロピル臭化物と交換される。エタノールは流れ２３０ａとしてシステム２００ａから排出され、今やｎ−プロピル臭化物で濡れた固体は流れ２２０ａとしてシステム２００ａから排出される。
【００９７】
流れ２２０ａは乾燥機３００ａへ供給され、この乾燥機においてｎ−プロピル臭化物とあらゆるその他の残留する揮発性液体又は溶剤は固体から除去される。乾燥機３００ａは熱エネルギを使用するサブプロセスＡにおける唯一のユニットである。乾燥機３００ａのための適切な装置の例は、前に乾燥機３００に関して説明されている。乾燥した固体は出口流れ９０ａとして排出される。熱的に除去された溶剤は、流れ８０ａ、蒸気として乾燥機３００ａから排出される。流れ８０ａは液体流れ２３０ａと組み合わされる。この組み合わされた流れ８０ａ／２３０ａ及び流れ３０ａは、“溶剤から水”分離サブプロセスＢにおいて液−液抽出ユニット４００ａに供給される。
【００９８】
サブプロセスＢ
組み合わされた流れ３０ａはプロセスユニット４００ａの底部に提供される。溶剤流れ８０ａ／２３０ａはユニット４００ａの上部において進入する。この実施形態において、流れ８０ａ／２３０ａの溶剤はｎ−プロピル臭化物である。流れ３０ａは、ユニット４００ａの上部において進入するｎ−プロピル臭化物よりも低い密度を有する。したがって、流れ８０ａ／２３０ａの成分はカラムにおいて落下するのに対し、流れ３０ａにおける成分はカラムにおいて上昇する。したがって、１．３の密度を有する標準−プロピル臭化物は、溶剤濃厚流れ６５ａとしてカラムの底部から排出され、水濃厚相は流れ４５ａとして出てくる。
【００９９】
流れ４５ａは、その他のより少ない水溶性成分と共に、アルコール及び水の濃度が高い。流れ４５ａには少量のｎ−プロピル臭化物が存在することがある。
【０１００】
流れ４５ａはプロセスユニット５００ａ、蒸発又は蒸留装置へ送られる。ユニット５００ａは流れ４５ａの混合物からエタノールを分離する；蒸気としての及びエタノール及び水の共沸混合物としてのエタノールは、流れ６０ａとしてユニット５００ａから出てくる。流れ６０ａは、凝縮されるか、そのまま使用されるか、又はその他の成分を除去するための別の処理のために送られる。流れ６０ａは、９９．９＋％純粋な生成エタノールを提供するための別の精製装置へ蒸気としても搬送される。
【０１０１】
プロセスユニット５００ａの流れ５５ａは、ほとんど、ユニット５００ａにおいて蒸発しなかった幾らかの水溶性成分を含んだ水である。この液体流れ５５ａは、そのまま、又はさらに精製されて使用することができる。
【０１０２】
ユニット４００ａに戻ると、流れ６５ａ、ユニット４００ａからの高有機底部流れも、蒸留又は蒸発装置へ送られる。流れ６５ａの大部分はｎ−プロピル臭化物から成り、流れ６５ａの残りは、コーン油等の、脂溶性成分から成る。流れ６５ａは、存在する蒸気流れ７５ａと液体流れ５０ａとを有するプロセス装置６００ａを供給する。流れ７５ａは主にｎ−プロピル臭化物である。この蒸気は、凝縮され、流れ７０ａとして、液体抽出サブプロセスＡにおいてリサイクル（再利用）されることができる。液体流れ５０ａは主に脂肪及び油である；この流れはそのまま使用することもできるし、又はさらに精製することもできる。
【０１０３】
連続的な溶剤を使用するプロセスの択一的な実施形態
プロセスの第１の択一的な実施形態は図８に概略的に示されている。このプロセスは、固体から水を除去する初期抽出プロセスを有しており、その後に２つのサブプロセスが続く。第１のサブプロセスは固体から初期溶剤を除去し、第２のサブプロセスは、水と、溶剤と、その他の成分とを分離して再生する。この好適なプロセスの説明は、参照符号の後に“ｂ”が付けられていることを除けば、適当に、同様の流れ及び装置のために前に使用された同じ参照符号を使用する。
【０１０４】
この実施形態において、供給流れ１０ｂは固−液抽出システム１００ｂに供給され、供給流れ１０ｂの固体は自ら分離される。適切な固液抽出装置の例は、水抽出システム１００として前に説明されており、好適なシステム１００ｂは分離装置１１６を有している。
【０１０５】
抽出溶剤流れ１５ｂは供給流れ１０ｂと共に水抽出システム１００ｂに供給される。この実施形態において、抽出溶剤はエタノールである。エタノールは、供給流れ１０ｂにおける水よりも低い気化熱又は蒸発のエンタルピを有している。システム１００ｂからの結果的な出口流れは、濡れた固体流れ２０ｂと液体流れ３０ｂとである。固体流れ２０ｂは、後で説明される“固体から溶剤”分離サブプロセスＡへ進行し、このプロセスによって処理される。液体流れ３０ｂは、やはり後で説明される“溶剤から水”分離サブプロセスＢへ進行し、このプロセスによって処理される。
【０１０６】
サブプロセスＡ
水抽出システム１００ｂから、固体流れ２０ｂは、固−液抽出システム２００ｂへ搬送され、この固−液抽出システムにおいて流れ１５ｂの溶剤は、固体から除去され、流れ７０ｂとして進入する第２の溶剤と交換される。この実施形態において、溶剤はエチルエーテルであり、エチルエーテルは、供給流れ１０ｂにおける水及び流れ１５ｂのエタノールよりも低い気化熱又は蒸発のエンタルピを有している。流れ７０ｂのエチルエーテルは外部供給源によって提供されるが、好適には、後で説明するように、固体から除去された溶剤から、及び蒸留器６００ｂからのオーバヘッド流れ７５ｂからリサイクルされる。
【０１０７】
溶剤抽出システム２００ｂにおいて、流れ２０ｂにおけるエタノールは、流れ７０ｂのエチルエーテルと交換される。エタノールは流れ２３０ｂとしてシステム２００ｂから排出され、今やエチルエーテルで濡れた固体は流れ２２０ｂとしてシステム２００ｂから出る。
【０１０８】
流れ２２０ｂは乾燥機３００ｂへ供給され、この乾燥機においてエチルエーテル及びあらゆるその他の残留する揮発性の液体又は溶剤は固体から除去される。熱的に除去された溶剤は流れ８０ｂ、蒸気、として乾燥機３００ｂから排出され、凝縮器８００へ進行する。流れ８０ｂの体積に応じて、流れの一部はエーテル副次流として除去される。流れ８０ｂの残りはシステム２００ｂへ戻される。
流れ２３０ｂは“固体から水”分離サブプロセスＢへ進行する。
【０１０９】
サブプロセスＢ
“溶剤から水”分離サブプロセスＢは、水抽出システム１００ｂの液体流れ３０ｂと、サブプロセスＡからの流れ２３０ｂとを処理する。流れ３０ｂはプロセスユニット４００ｂの上部に提供される。液−液抽出ユニット４００ｂは通常は４つのポートを備えた高いカラムであり、頂上部と底部とに１つずつ入口が設けられており、頂上部と底部とに１つずつ、２つの出口が設けられている；２つの入口からの流れは反対方向に流れる。溶剤流れ４０ｂはユニット４００ｂの底部において進入する。この実施形態において流れ４０ｂの溶剤はエチルエーテルである。したがって、流れ４０ｂの成分はカラムにおいて上昇するのに対し、流れ３０ｂの成分はユニット４００ｂにおいて低下し、入口において流れ３０ｂが有するよりも低いエタノール濃度を有する排出水様底部出口流れ４５ｂを生じ、いくらかのエタノールをエーテル流れに転移させている。また、ほとんどエーテルである上部出口流れ６５ｂも排出されるが、この流れは、入口において流れ４０ｂが有するよりも高いエタノール濃度を有しており、流れ３０ｂのいくらかのエタノールを受け取っている。
【０１１０】
底部出口流れ４５ｂは、水と、エタノールと、供給流れ１０ｂのいくらかのその他の炭化水素と、流れ４０ｂの少量のエチルエーテルとから成る。流れ４５ｂは蒸留器５００ｂに供給され、この蒸留器において、全ての揮発性成分を自ら分離しかつオーバヘッド流れ６０ｂ及び底部流れ５５ｂを提供するために熱エネルギが使用される。蒸留器５００ｂは、サブプロセスＢのこの実施形態において、熱エネルギを利用する２つだけのプロセスエレメントのうちの１つである。
【０１１１】
オーバヘッド流れ６０ｂは、エタノールと、流れ４５ｂに存在していたあらゆる僅かなエーテルとを含む。底部流れ５５ｂは、水と、あらゆるその他の重い材料を含む。水と溶剤との異なる沸点により、分離を提供するために概して少量の外部熱又はエネルギが必要とされる。
【０１１２】
オーバヘッド流れ６０ｂはコンデンサ７００へ進行し、このコンデンサにおいてエタノール蒸気は液体に凝縮される。結果的な液体流れは、かなり純粋、通常は少なくとも９０％、好適には少なくとも９５％である。エタノールは、溶剤流れ１５ｂのために収集されかつ使用されることができる。底部流れ５５ｂは、最小限のさらなる精製で廃棄することができるように、概して十分に純粋な水である。
【０１１３】
液−液抽出ユニット４００ｂの上部出口流れ６５ｂは、ユニット４００ｂの大部分のエーテルと、流れ３０ｂの大部分のエタノールとを含み、通常は少量の水を含む。上部出口流れ６５ｂ及び流れ２３０ｂは蒸留器６００ｂ、すなわち熱エネルギを利用するこの実施形態におけるサブプロセスＢの２つのプロセスエレメントのうちの第２のもの、に供給される。上部出口流れ６５ｂは、蒸留器６００ｂによって、オーバヘッド流れ７５ｂと底部流れ６７とに分離される。
【０１１４】
オーバヘッド流れ７５ｂはエーテルを含む；通常、この流れはかなり純粋、通常は少なくとも９５％、好適には少なくとも９８％純粋である。オーバヘッド流れ７５ｂは、プロセス内へリサイクルされ、サブプロセスＡの乾燥機３００ｂから排出されたエーテル流れ８０ｂと組み合わされる。
【０１１５】
底部流れ６７はより重いエタノールを含む；この流れはかなり純粋、通常は少なくとも９０％純粋、好適には少なくとも９５％純粋である。かなり純粋なエタノールから成る底部流れ６７は、流れ６０ｂと同じ形式で処理されることができ、収集され、溶剤流れ１５ｂとしてプロセスへ戻されるか、又はさらに精製されることができる。
【０１１６】
２つの連続的に提供される溶剤を使用するプロセスの第２の択一的な実施形態が図９に概略的に示されている。このプロセスは、固体から水を除去する初期抽出プロセスを有しており、その後に２つのサブプロセスが行われる。第１のサブプロセスは、固体から初期溶剤を除去し、第２のサブプロセスは、水と、溶剤と、その他の成分とを分離しかつ再生する。この好適なプロセスの説明は、参照符号の後に“ｃ”が付けられていることを除いて、適切に、同様の流れ及び装置のために前に使用された同じ参照符号を使用する。
【０１１７】
図９は、この実施形態が付加的なプロセス装置を有することを除いて、図８のプロセスと同様のプロセスを示している。ユニット６００ｃからの底部流れ６７ｃは蒸発器ユニット９００へ送られ、この蒸発器ユニットは、流れ７６及び流れ７７を提供するために、エタノール及び水の共沸混合物を沸騰させるように設計されている。流れ７６は、エタノールと、好適には水、及びいくらかの少量の付加的な揮発性の材料の混合物を含む。流れ７６はシステム１０００、一連の分子ふるい、へ進行する。システム１０００は、蒸発器ユニット９００から共沸混合物を取り出し、エタノール、流れ７８を提供する。分離からの残りの水は流れ７９としてシステム１０００から排出される。
【０１１８】
流れ７５ｃの揮発させられない部分は、流れ７７、比較的クリーンな水としてユニット９００から排出される。
【０１１９】
２つの連続的な溶剤を使用するプロセスの第３の択一的な実施形態が概略的に図１０に示されている。この好適なプロセスの説明は、参照符号の後に“ｄ”が付けられていることを除いて、適切に、同じ流れ及び装置のために前に使用された同じ参照符号を使用する。
【０１２０】
図１０は、プロセスの別の実施形態であり、図９のプロセスと同様である。しかしながら、図１０のプロセスは、付加された液／液抽出ユニット４５０を有する。図８及び図９の実施形態とは異なり、ユニット４００ｄからの水様（底部）の流れ４５ｄは直接ユニット５００ｄに供給されず、ユニット４５０への２つの供給流れのうちの１つである。ユニット４００ｄと同様に、ユニット４５０は、ユニット４５０に提供される他の供給流れ４６であるエーテルを使用して、水様の供給流れからエタノールを抽出する。ユニット４５０からの有機（上部）相流れ、流れ４７は、ユニット４００ｄの有機相流れ６５ｄと組み合わされる。付加的に、ユニット５００ｄの蒸気流れ６０ｄは、凝縮器へ送られないが、流れ４７及び６５ｄと組み合わされ、結果的な流れは、システム２００ｄからの流れ２３０ｄと組み合わされる。この組み合わされた流れはユニット６００ｄに供給される。この実施形態においても、流れ６７ｄは流れ６１及び６２に分割される。流れ６２は、システム１０００のふるいベッドを再生するために２００プルーフエタノール及びエタノールを提供するために適切な量のエタノールを運搬する。プロセスにおける再利用のために流れ６１は貯蔵タンクへ送られる。
【０１２１】
固体から水を除去する初期抽出プロセスを利用し、その後に２つのサブプロセスが行われる、前記プロセスのいずれかの択一的な実施形態は、本発明の範囲に含まれる。
【０１２２】
前記の様々なプロセスは、２つの溶剤を連続的に、又は段階的に使用し、固体から水を除去した；特に、第１の溶剤は水と交換され、第２の溶剤は第１の溶剤と交換された。上の説明では溶剤を“第１の溶剤”及び“第２の溶剤”などと呼んでいるが、これらのグループ分けは限定するものではないことが認識されるべきである。幾つかの設計では、例えば、“第２の溶剤”に列挙された溶剤が第１の溶剤として使用されることもある；同様に、“第１の溶剤”に列挙された溶剤が第２の溶剤として使用されることもある。唯一の基本は、第２の溶剤が第１の溶剤よりも低い気化熱又は蒸発のエンタルピ、又はその他のこのような物理的特性を有しているということである。第３の溶剤が使用される場合には、第３の溶剤は第２の溶剤よりも低い気化熱、蒸発のエンタルピ、又はこのような物理的特性を有するであろう。
【０１２３】
（一般的動作条件）
以下の一般的な作動条件は、典型的なパイロットプラントスケールで作動させられた場合、本発明によるプロセスに適している。
【０１２４】
【表１】
【０１２５】
本発明に従って有効なシステム内の流量が上に示されている。概して、供給流れ１０は１００〜１２０ｌｂｓ／ｍｉｎの流量を有する。第１の溶剤流れ１５の流量は等式（Ｉ）に従って設定される。第２の溶剤流れ７０の流量は概して１０〜２０ｌｂｓ／ｍｉｎの範囲であるが、等式（ＩＩ）を介して流れ２０に関して調整されることもできる。サブプロセスＢへの及びサブプロセスＢからの様々な流れの流量は概して、システム１００及びサブプロセスＡにおける流れの流量によって支配される。
【０１２６】
＜典型的なプロセス条件＞
以下に、後の第２の溶剤としてｎ−プロピル臭化物を使用した、図７に関して説明された、商業的な大きさの、モデル化されたプロセスのための典型的な流れ成分及び提案される材料流量が提供されている。ｎ−プロピル臭化物／エタノール／水のためのバイナリダイアグラムが図１１として提供されている。水とエタノールとを分離したいシステムのためにｎ−プロピル臭化物を使用することは、低い水パーセンテージにおいて平衡するためのシステムのための傾向があるという点において有利であることが分かった。
【０１２７】
【表２】
【０１２８】
ユニット１００ａにおいて、供給流れ１０ａ（通常は約８５〜９０°Ｆの温度）と第１の溶剤流れ１５ａとは、一連の６スクリーン抽出ユニット１１６を通って送られる（図２を参照すると、一連の３スクリーン抽出ユニット１１６Ａ，１１６Ｂ，１１６Ｃが示されている）。６つの抽出機からの結果的な流れは以下の通りである：
【０１２９】
【表３】
【０１３０】
【表４】
【０１３１】
濡れた固体流れ２０ａはユニット２００ａへ進行し、このユニット２００ａにおいて濡れた固体流れ２０ａと第２の溶剤流れ７０ａとは一連の６スクリーン抽出ユニット２１６に送り込まれる（図５を参照すると、一連の３スクリーン抽出ユニット２１６Ａ，２１６Ｂ，２１６Ｃが示されている）。６つの抽出機からの結果的な流れは以下の通りである：
【０１３２】
【表５】
【０１３３】
第１抽出機からのミセラ流れは図７の流れ２３０ａに対応する。流れ２３０ａの成分は以下に提供される。
【０１３４】
第６抽出機から得られた固体流れは図７の流れ２２０ａに対応する。乾燥機３００ａに供給される流れ２２０ａは固体流れ９０ａと蒸気流れ８０ａとを提供する。固体流れ９０ａは、１００％固体の３８９ｌｂ／ｍｉｎの流量である。
【０１３５】
【表６】
【０１３６】
組み合わされた流れ８０ａ／２３０ａは分離カラム４００ａの上部に供給され、水様流れ３０ａはカラム４００ａの底部に供給され、流れ４５ａ及び６５ａが出てくる。この実施例において、流れ４０ａのような付加的な溶剤は加えられなかった。
【０１３７】
【表７】
【０１３８】
流れ４５ａは蒸留器５００ａへ供給され、出てくる流れ６０ａ，５５ａは以下に列挙される組成を有する。この実施例において、蒸留器の上部へ溶剤を運搬するか又はさもなければ搬送するのを容易にするために、流れ散布流れが、３５ｌｂ／ｍｉｎで加えられた。流れ６５ａは蒸留器６００ａに供給され、出てくる流れ７５ａ，５０ａは以下に列挙される組成を有する。この実施例において、蒸留器６００ａに進入する前に流れ６５ａを押し流すために熱交換器が使用される；これは、進入する質量流量を約４７００ｌｂ／ｍｉｎに減少させる。
【０１３９】
【表８】
【０１４０】
＜付加的な典型的なプロセス条件＞
以下に、第２の溶剤としてのエーテルを使用した、図１０に関して説明されたモデル化されたプロセスのための典型的な流れ成分及び提案された材料流量が提供されている。
【０１４１】
【表９】
【０１４２】
【表１０】
【０１４３】
【表１１】
【０１４４】
【表１２】
【０１４５】
【表１３】
【０１４６】
【表１４】
【０１４７】
【表１５】
【０１４８】
【表１６】
【０１４９】
図１０に示されかつ図１０に関して説明されたシステムからのプロセス装置の３つの片のみが熱エネルギを使用する。シュネッケン・チューブタイプ乾燥機である乾燥機１３００は典型的な７７．３ｌｂ／ｍｉｎの流れを使用し、蒸留器１７００は典型的な６５３２ｌｂ／ｍｉｎの流れを使用し、水分離機１５００は典型的な１９９．５ｌｂ／ｍｉｎの流れを使用する。
【０１５０】
上記の説明は、ほとんどの部分において、２つの溶剤が連続的に固体に提供されるプロセスに関している；すなわち、固体は第１の溶剤に、次いで第２の溶剤に接触させられる。本発明によれば、２つ又はそれ以上の溶剤を同時に固体に提供することができる；例えば、多数の溶剤が、固体に接触させられる前に混合されることができる。
【０１５１】
固体に同時に提供するための溶剤は、上で説明されたものと同じであることができる。第１の溶剤は好適には水溶性であるが、水と共沸混合物を形成しない。第２の溶剤は好適には第１の溶剤と可溶性であるが、水溶性ではない。しかしながら、第２の溶剤は第１の溶剤及び／又は水と混和性であることもできる。さらに、第１の溶剤は水よりも低い気化熱および沸点を有しており、第２の溶剤は第１の溶剤よりも低い気化熱及び沸点を有している。概して、連続的な又は段階的なシステムに関して、混合される又は同時システムのために同じ溶剤を使用することができる。
【０１５２】
混合されることができる適切な溶剤の例は、アルコール（例えば、エタノール、メタノール、イソプロピルアルコール、及びガソホール）、ケトン（例えば、アセトン、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）、メチルイソブチルケトン（ＭＩＢＫ））、炭化水素、及びこれらの混合物を含む。適切な炭化水素の例は、エーテル（例えば、エチルエーテル、ＭＴＢＥ（メチル-tert-ブチルエーテル）、ＥＴＢＥ（エチル-tert-ブチルエーテル）、フッ化エーテル、及びその他の低分子量エーテル）、ハロゲン化炭化水素（例えば、ｎ−プロピル臭化物又は１−ブロモプロパン）、直鎖低分子量炭化水素（例えばヘキサン、ペンタン）、低分子量芳香族炭化水素（例えば、トルエン、ベンゼン、キシレン）、及びこれらのあらゆる混合物を含む。
【０１５３】
溶剤の比は、溶剤と、固体に存在する材料（例えば、エタノール及び水）と、その他のパラメータに基づいて選択される。適切な比は、１／９９〜９９／１、１０／９０〜９０／１０、２５／７５〜７５／２５、３０／７０〜７０／３０及びその他の比である；前記のように、比は溶剤と所望の結果特性とに基づき選択され、この結果特性は、分離効果、溶剤のコスト、溶剤の分離コスト、又は固体からの溶剤の分離コスト、溶剤の毒性等を含む。例えば、固体からの水及びエタノールの分離のために、エタノール及びｎ−ＰＢは好適な溶剤組み合わせの一例である；エタノール及びヘキサンは別の例である。適切な溶剤混合物の例は；ＰＢ／エタノールの８４／１６、７５／２５、６７／３３及び５０／５０重量比を含み；８４／１６は共沸混合物レベルである。抽出の有効性、分離の容易さ及びコストを含む多くの特性に基づき、７５／２５及び６７／３３の比が好ましい。溶剤混合物のその他の適切な例は７９／２１のヘキサン／エタノールを含み、これは共沸混合物レベルである。
【０１５４】
組み合わされた溶剤は、連続的な溶剤と概して同じ形式で働く。水及びエタノールで濡れた固体におけるエタノール及びｎ−ＰＢの例を使用して、エタノール溶剤は固体の隙間空間における水と組み合わさる。なぜならば、エタノールはｎ−ＰＢよりも水を好むからである（少なくとも部分的に、エタノールが水溶性であり、エタノール及びｎ−Ｐｂが互いに不溶性であることによる）。ｎ−ＰＢはこれらの空間におけるエタノールと交換され、これらの空間からエタノール及び水を抜き出す。次いで、使用された溶剤流れ（すなわち、あらゆるその他の成分を含む、ｎ−ＰＢ、エタノール、水）は、ろ過、デキャンティング等を含む固液分離技術によって固体から除去されることができる。好適なシステムにおいて、使用された固体流れ相は分離し、ｎ−ＰＢはエタノール及び自ら分離する。少量の固体は溶剤に連行されるか、それぞれの側に層として存在するか、又は溶剤の間に存在する。蒸留を含む液−液抽出は、溶剤を分離するために、使用された溶剤流れにおいて行われることができる。あらゆる残留溶剤（例えばｎ−ＰＢ及び／又はエタノール）は例えば加熱によって固体から除去されることができる。
【０１５５】
この議論は、固体から水を除去するために多数の組み合わされた溶剤を使用することの簡単な概要であった。択一的な実施形態が本発明の範囲に含まれる。固体から水を除去するために、上で説明されたプロセスは２つの溶剤を同時に使用した又は混合した；特に、第１の溶剤は水と交換され、次いで第２の溶剤は第１の溶剤と交換された。しかし一回の動作である。上記の説明では溶剤を“第１の溶剤”及び“第２の溶剤”と呼んでいるが、これらのグループ分けは限定するものでないことが認識されるべきである。唯一の基本は、第１の溶剤が、第１の溶剤よりも低い気化熱、蒸発のエンタルピ、又はその他のこのような物理的特性を有することである。第３の溶剤が使用されるならば、第３の溶剤は、第２の溶剤よりも低い気化熱、蒸発のエンタルピ、又はその他のこのような物理的特性を有する。
【０１５６】
上の明細書は、本発明のプロセス、装置及び組成の完全な説明を提供する。本発明の多くの実施形態が発明の精神及び範囲から逸脱することなく行われることができるので、発明は別紙に添付された請求項に帰属する。
【図面の簡単な説明】
【０１５７】
【図１】「初期」分離サブプロセスと、「固体から溶剤」分離サブプロセスと、「溶剤から水」分離サブプロセスとを有する、本発明による一般的な方法の概略図である。
【図２】本発明による「導入」分離サブプロセスの一般的な第１の実施形態の概略的なプロセス図である。
【図３Ａ】図２のサブプロセスの抽出ユニットの概略図である。
【図３Ｂ】図３Ａの抽出ユニットの一部の拡大した斜視図である。
【図４】本発明による「固体から溶剤」分離サブプロセスの第１の実施形態の概略的なプロセス図である。
【図５】図４の「固体から溶剤」分離サブプロセスの部分の概略的なプロセス図である。
【図６】本発明による「溶剤から水」分離サブプロセスの第１の実施形態の概略的なプロセス図である。
【図７】本発明による好適なプロセスの概略的なプロセス図である。
【図８】本発明による別の択一的なプロセスの概略図である。
【図９】本発明による別の択一的なプロセスの概略図である。
【図１０】本発明によるさらに別の択一的なプロセスの概略図である。
【図１１】本発明による好適な３溶剤システムのためのバイナリダイアグラムである。
【符号の説明】
【０１５８】
１００ 初期分離プロセス
１０ 供給流れ
１５ 溶剤流れ
２０ 固体流れ
３０ 液体流れ
１１０ 抽出ユニット
１１２ 混合タンク
１１４ ポンプ
１１６ 分離装置
１１６３ スクリーン
１１６３Ａ 第１の湾曲部
１１６３Ｂ 垂直な部分
１１６４ ノズル
１１６５ 分離部材
１１６６ クロスメンバ
１１６７ ろ過側
１１６８ 堆積物側
１１６７Ａ，１１６８Ａ 出口
１１６９ バッフル
３０，３１ 水／溶剤流れ
３４，３５ 固体流れ
７０ 流れ
８０ 流れ
９０ 固体流れ
２００ 溶剤抽出システム
２１０ システム
２１２ 混合タンク
２１４ ポンプ
２１６ 分離装置
２２０ 濡れた固体流れ
２３０ 液体流れ
３００ 乾燥システム
４００ 液−液プロセスユニット
５００，６００ 蒸留ユニット
【特許請求の範囲】
【請求項１】
最初に水で濡れた固体を乾燥する方法において、
（ａ）供給流れを第１の溶剤及び第２の溶剤と接触させ、前記供給流れが、隙間空間と該隙間空間内に存在する水とを有する固体を含んでおり、第１の溶剤が、水の気化熱よりも低い気化熱を有しておりかつ水溶性であり、第２の溶剤が、第１の溶剤の気化熱よりも低い気化熱を有しておりかつ第１の溶剤と混和性であり；
（ｂ）隙間空間に第１の溶剤を有する固体を提供するために、隙間空間に存在する水を第１の溶剤と交換し；
（ｃ）隙間空間に第２の溶剤を有する固体を提供するために、隙間空間に存在する第１の溶剤を第２の溶剤と交換することを特徴とする、最初に水で濡れた固体を乾燥する方法。
【請求項２】
（ｅ）加熱によって固体の隙間空間から第２の溶剤を除去するステップを含むことを特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項３】
供給流れを接触させることが：
（ａ）供給流れを、アルコールである第１の溶剤と接触させることを含むことを特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項４】
供給流れを接触させることが：
（ａ）供給流れを、エタノールである第１の溶剤と接触させることを含むことを特徴とする、請求項３記載の方法。
【請求項５】
供給流れを接触させることが：
（ａ）供給流れを、ハロゲン化炭化水素である第２の溶剤と接触させることを含むことを特徴とする、請求項３記載の方法。
【請求項６】
供給流れを接触させることが：
（ａ）供給流れを、ｎ−プロピル臭化物である第２の溶剤と接触させることを含むことを特徴とする、請求項５記載の方法。
【請求項７】
（ａ）供給流れを第１の溶剤と接触させることが、供給流れをアルコールと接触させることを含み；
（ｂ）供給流れを第２の溶剤と接触させることが、供給流れをｎ−プロピル臭化物と接触させることを含み；さらに、
（ｃ）少なくとも９５％純粋なｎ−プロピル臭化物である生成物を獲得し；
（ｄ）少なくとも９０％純粋なアルコールであるアルコール生成物を獲得することを特徴とする、請求項６記載の方法。
【請求項８】
（ａ）供給流れをアルコールと接触させることが、エタノールと接触させることを含み；
（ｂ）少なくとも９０％純粋なアルコールであるアルコール生成物を獲得することが、少なくとも９５％純粋なエタノールであるアルコール生成物を獲得することを含むことを特徴とする、請求項７記載の方法。
【請求項１】
最初に水で濡れた固体を乾燥する方法において、
（ａ）供給流れを第１の溶剤及び第２の溶剤と接触させ、前記供給流れが、隙間空間と該隙間空間内に存在する水とを有する固体を含んでおり、第１の溶剤が、水の気化熱よりも低い気化熱を有しておりかつ水溶性であり、第２の溶剤が、第１の溶剤の気化熱よりも低い気化熱を有しておりかつ第１の溶剤と混和性であり；
（ｂ）隙間空間に第１の溶剤を有する固体を提供するために、隙間空間に存在する水を第１の溶剤と交換し；
（ｃ）隙間空間に第２の溶剤を有する固体を提供するために、隙間空間に存在する第１の溶剤を第２の溶剤と交換することを特徴とする、最初に水で濡れた固体を乾燥する方法。
【請求項２】
（ｅ）加熱によって固体の隙間空間から第２の溶剤を除去するステップを含むことを特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項３】
供給流れを接触させることが：
（ａ）供給流れを、アルコールである第１の溶剤と接触させることを含むことを特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項４】
供給流れを接触させることが：
（ａ）供給流れを、エタノールである第１の溶剤と接触させることを含むことを特徴とする、請求項３記載の方法。
【請求項５】
供給流れを接触させることが：
（ａ）供給流れを、ハロゲン化炭化水素である第２の溶剤と接触させることを含むことを特徴とする、請求項３記載の方法。
【請求項６】
供給流れを接触させることが：
（ａ）供給流れを、ｎ−プロピル臭化物である第２の溶剤と接触させることを含むことを特徴とする、請求項５記載の方法。
【請求項７】
（ａ）供給流れを第１の溶剤と接触させることが、供給流れをアルコールと接触させることを含み；
（ｂ）供給流れを第２の溶剤と接触させることが、供給流れをｎ−プロピル臭化物と接触させることを含み；さらに、
（ｃ）少なくとも９５％純粋なｎ−プロピル臭化物である生成物を獲得し；
（ｄ）少なくとも９０％純粋なアルコールであるアルコール生成物を獲得することを特徴とする、請求項６記載の方法。
【請求項８】
（ａ）供給流れをアルコールと接触させることが、エタノールと接触させることを含み；
（ｂ）少なくとも９０％純粋なアルコールであるアルコール生成物を獲得することが、少なくとも９５％純粋なエタノールであるアルコール生成物を獲得することを含むことを特徴とする、請求項７記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００７−１０５７１７（Ｐ２００７−１０５７１７Ａ）
【公開日】平成１９年４月２６日（２００７．４．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１３３９２１（Ｐ２００６−１３３９２１）
【出願日】平成１８年５月１２日（２００６．５．１２）
【出願人】（５０６１６１０３８）ケーエフアイ インテレクチャル プロパティーズ エルエルシー (1)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年４月２６日（２００７．４．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年５月１２日（２００６．５．１２）
【出願人】（５０６１６１０３８）ケーエフアイ インテレクチャル プロパティーズ エルエルシー (1)
【Ｆターム（参考）】
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