CN112638508B - 原料液流浓缩系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种原料液流浓缩系统，其具有第一工序，该第一工序中，使含有溶质和溶剂(b)的原料液流(a)与驱动溶液流(d)借助正渗透膜(o)对流或并流，使原料液流(a)中的溶剂(b)向驱动溶液流(d)移动，由此得到作为经浓缩的原料液流的浓缩原料液流(c)、以及作为经稀释的驱动溶液流的稀释驱动溶液流(e)，其中，驱动溶液流(d)含有驱动物质(Xm)、通用溶质(Xn)以及溶剂(b)，原料液流(a)和驱动溶液流(d)中的溶剂(b)均包含水，通用溶质(Xn)为在原料液流(a)和驱动溶液流(d)中通用的溶质，其是与原料液流(a)所含有的溶质中的至少一种相同的溶质，并且驱动溶液流(d)中的通用溶质(Xn)的浓度为原料液流(a)中的通用溶质(Xn)的浓度的1％以上且小于100％。

Description

原料液流浓缩系统

技术领域

本发明涉及原料液流浓缩系统。

背景技术

在各种领域中，有时需要原料液的浓缩。

作为传统的浓缩方法，例如已知有蒸发法和反渗透法。

蒸发法需要进行原料液的加热，因此可能会产生因热所致的品质变化、固体成分的形状破裂等不良状况。

反渗透需要加压，因此在用于高浓度的原料液时，容易发生膜的堵塞，此外还存在浓缩效率受到加压泵的能力限制的极限。

作为原料液的浓缩方法，还已知有正渗透法。正渗透法是通过使原料液流与驱动溶液流隔着正渗透膜相邻而使溶剂从原料液流向驱动溶液移动的方法。正渗透法不需要加压，因此即使在应用于高浓度的原料液的情况下，也可期待能够长期持续进行高效率的浓缩。

但是，担心会发生原料液流中的部分溶质成分泄漏到驱动溶液流中、使所得到的浓缩液中的成分组成发生变化的情况。

关于这一点，专利文献1中提出了使用浓缩后的原料液流本身作为驱动溶液流的技术。

另外，专利文献2中提出了通过在驱动溶液流中以原料液中的浓度以上的浓度含有原料液中的膜透过性溶质成分来抑制该膜透过性溶质成分从原料液泄漏到驱动溶液流中的技术。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2016-150308号公报

专利文献2：国际公开第2016/21337号

发明内容

发明所要解决的课题

专利文献1中，根据该专利文献所记载的技术，说明了即使在溶质成分从驱动溶液流中混入到原料液流中的情况下，也能够防止对所得到的浓缩液的成分组成的不良影响。

但是，根据该方法，需要制备作为驱动溶液流的原料液流的浓缩物的工序，此外存在由于在正渗透膜的两侧存在原料液流而引起膜堵塞的发生从而得不到所期望的浓缩倍率的担忧。

另外，为了实施专利文献1所记载的方法，需要制备原料液的浓缩物的工序。此时可能会发生原料液中的成分的损失、变质等。将发生了成分的损失、变质的浓缩液用作驱动溶液流时，可能使所得到的浓缩物的成分平衡被破坏，或者变质成分泄漏扩散到原料液流中，使生成物的品质受损。

另一方面，根据专利文献2的方法，需要在驱动溶液流中以高浓度含有膜透过性溶质。因此，需要大量准备该膜透过性溶质。此外，在实施专利文献2的方法时，以高浓度包含在驱动溶液流中的膜透过性溶质可能会泄漏扩散到原料液流中，存在所得到的浓缩物的成分平衡被打破的担忧。

本发明是鉴于上述情况而完成的。

本发明的目的在于提供一种利用正渗透膜的浓缩系统，其能够利用简易的方法对原料液流以高效率进行浓缩，并且可抑制原料液流中的溶质成分向驱动溶液流中的扩散。

用于解决课题的手段

即，本发明如下所述。

《方式1》

一种原料液流浓缩系统，其具有第一工序，该第一工序中，使至少含有溶质和溶剂的原料液流与驱动溶液流借助正渗透膜对流或并流，使上述原料液流中的溶剂向上述驱动溶液流移动，由此得到作为经浓缩的原料液流的浓缩原料液流、以及作为经稀释的驱动溶液流的稀释驱动溶液流，其中，

上述驱动溶液流含有驱动物质、通用溶质以及溶剂，

上述原料液流和上述驱动溶液流中的溶剂均包含水，

上述通用溶质为在上述原料液流和上述驱动溶液流中通用的溶质，其是与上述原料液流所含有的溶质中的至少一种相同的溶质，并且

上述驱动溶液流中的上述通用溶质的浓度为上述原料液流中的上述通用溶质的浓度的1％以上且小于100％。

《方式2》

如方式1所述的系统，其中，上述通用溶质的数均分子量为15，000以下。

《方式3》

如方式1或2所述的系统，其中，上述通用溶质为选自酯、萜烯、苯丙素、核酸、蛋白质、蛋白制剂、疫苗、糖、肽、氨基酸、天然药品、小分子药品、抗生素、抗生素、维生素、无机盐、质子性极性有机化合物以及非质子性极性有机化合物中的1种以上。

《方式4》

如方式3所述的系统，其中，上述通用溶质包含下述阳离子与阴离子的盐，

该阳离子包含选自钠、镁、磷、钾、钙、铬、锰、铁、钴、铜、锌、硒以及钼中的至少一种元素，

该阴离子包含选自氧、硫、氮、氯以及碘中的至少一种元素。

《方式5》

如方式1～4中任一项所述的系统，其中，上述驱动溶液流中的上述通用溶质的浓度为上述原料液流中的上述通用溶质的浓度的6％以上96％以下。

《方式6》

如方式1～4中任一项所述的系统，其中，上述驱动溶液流中的上述通用溶质的浓度为上述原料液流中的上述通用溶质的浓度的30％以上96％以下。

《方式7》

如方式1～6中任一项所述的系统，其进一步具有第二工序，该第二工序中，由上述驱动溶液流分离出溶剂，得到作为经浓缩的驱动溶液流的浓缩驱动溶液流、以及溶剂。

《方式8》

如方式7所述的系统，其进一步具有在上述第一工序中使用将在上述第一工序中得到的稀释驱动溶液流与在上述第二工序中得到的浓缩驱动溶液流混合而制备出的驱动溶液流的手段。

《方式9》

如方式7或8所述的系统，其中，上述第二工序利用使用半透膜的膜蒸馏工艺来进行。

《方式10》

如方式1～9中任一项所述的系统，其中，上述正渗透膜以由复数根中空纤维的纤维束构成的正渗透膜组件的形态使用。

《方式11》

如方式10所述的系统，其中，上述正渗透膜为在中空纤维状的多孔性支持膜的内表面具有由聚合物薄膜构成的分离活性层的复合型中空纤维。

《方式12》

如方式1～11中任一项所述的系统，其中，上述原料液流为食品、药品、药品本体、药品原料或药品中间体。

发明的效果

根据本发明，提供一种利用正渗透膜的浓缩系统，其能够以高效率对原料液进行浓缩，并且可抑制原料液中的溶质成分向驱动溶液流中的扩散。

本发明能够适宜地用于例如食品、药品等的浓缩；化学合成的前体溶液的处理；由页岩气/油田等排出的伴生水的处理等用途中。

附图说明

图1是用于说明本发明的系统的一例的示意图。

图2是用于说明本发明的系统的另一例的示意图。

具体实施方式

《原料液流浓缩系统》

本发明的原料液流浓缩系统具有下述工序(第一工序)：使至少含有溶质和溶剂的原料液流与驱动溶液流借助正渗透膜对流或并流，使上述原料液流中的溶剂向上述驱动溶液流移动，由此进行上述原料液流的浓缩，其中，

上述驱动溶液流含有驱动物质、通用溶质以及溶剂，

上述原料液流和上述驱动溶液流中的溶剂均包含水，

上述通用溶质为在上述原料液流和上述驱动溶液流中通用的溶质，其是与上述原料液流所含有的溶质中的至少一种相同的溶质，并且

上述驱动溶液流中的上述通用溶质的浓度为上述原料液流中的上述通用溶质的浓度的1％以上且小于100％。

本发明的原料液流浓缩系统可以进一步具有由上述驱动溶液流除去上述溶剂而得到作为经浓缩的驱动溶液流的浓缩驱动溶液流的工序(第二工序)。

首先参照图1和图2对本发明的原料液流浓缩系统的概况进行说明。

图1是用于说明具有第一工序的本发明的原料液流浓缩系统的示意图。

第一工序中，使原料液流与驱动溶液流借助正渗透膜对流或并流，使原料液流中的溶剂向驱动溶液流移动，由此进行原料液流的浓缩。

在图1的原料液流浓缩系统的第一工序中，使用具有正渗透膜o、进行正渗透工艺的单元A。单元A的内部空间利用正渗透膜o分割成原料液流侧空间R和驱动溶液流侧空间D这两个空间。作为浓缩对象物的原料液流a被导入至单元A的原料液流侧空间R中。驱动溶液流d被导入至单元A的驱动溶液流侧空间D中。

原料液流a含有溶质Xn和溶剂b。驱动溶液流d含有驱动物质Xm和溶质(通用溶质)Xn以及溶剂b。此处，原料液流a中的溶质Xn与驱动溶液流d中的溶质Xn为相同种类的溶质，是在两种液流中通用的通用溶质。原料液流a含有2种以上的溶质的情况下，通用溶质可以为该2种以上的溶质中的一部分、也可以为全部。

之后，在使原料液流a与驱动溶液流d借助正渗透膜o对流或并流时，以两溶液的渗透压差作为驱动力，原料液流a中的溶剂b透过正渗透膜o并向驱动溶液流d侧移动。由此得到作为经浓缩的原料液流的浓缩原料液流c、以及作为经稀释的驱动溶液流的稀释驱动溶液流e。图1中的第一工序中，原料液流a与驱动溶液流d呈对流，但也可以为并流。

此处，驱动溶液流d中的通用溶质Xn的浓度被设定为小于原料液流a中的通用溶质Xn的浓度。由此可缓和作为原料液流a中的溶质Xn向驱动溶液流d侧移动的驱动力的渗透压差。另外，关于通用溶质Xn的浓度，由于驱动溶液流d的通用溶质Xn的浓度小于原料液流a的该浓度，因此认为通用溶质Xn不会由驱动溶液流d向原料液流a移动。出于这些原因，能够在不伴有溶质成分的变化的情况下有效地进行原料液流a的浓缩。

图2是用于说明具有第一工序和第二工序的本发明的原料液流浓缩系统的示意图。

图2中的第一工序与图1的情况相同。

图2中的第二工序中，由驱动溶液流d分离出溶剂b，得到作为经浓缩的驱动溶液流的浓缩驱动溶液流f。

图2的原料液流浓缩系统的第二工序中，使用具有半透膜p、进行膜蒸馏工艺的单元B。单元B的内部空间利用半透膜p被分割成液相部L和气相部G这两部分。作为浓缩对象物的驱动溶液流d被导入至单元B的液相部L。单元B的气相部G的压力被设定为减压。

驱动溶液流d含有驱动物质Xm和通用溶质Xn以及溶剂b。

之后，导入至单元B的驱动溶液流d中的溶剂b透过半透膜p并移动至减压侧腔中。由此得到浓缩驱动溶液流f以及溶剂b。

第二工序中，可以使用蒸馏工艺、正渗透工艺等来代替膜蒸馏工艺。

图2的原料液流浓缩系统中，第一工序和第二工序借助缓冲罐进行连结。

图2所示的缓冲罐具有将第一工序中得到的稀释驱动溶液流e与第二工序中得到的浓缩驱动溶液流f以最佳混合量进行混合来制备驱动溶液流d的功能。由此，在图2的原料液流浓缩系统中，能够向第一工序的单元A和第二工序的单元B中分别连续地供给驱动溶液流d，因此能够长期连续地实施利用正渗透膜的原料液流的浓缩。

图2中的r1和r2分别为送液泵，q1为热交换器，q2为冷却装置。

图2的原料液流浓缩系统中，第一工序和第二工序借助缓冲罐进行连结。但是，本发明中，该缓冲罐不是必须要素。例如，可以将第一工序中得到的稀释驱动溶液流e直接输送到第二工序的单元B中，将第二工序中得到的浓缩驱动溶液流f用作第一工序中的驱动溶液流d。

另外，第二工序中，使用了进行膜蒸馏工艺的单元B。但是，本发明中，在第二工序中也可以使用能够将驱动溶液流d浓缩而得到浓缩驱动溶液流f的其他手段。作为该浓缩手段，例如可以为膜蒸馏工艺以外的蒸发手段。

作为第二工序中的膜蒸馏以外的蒸发手段，例如可以为蒸馏工艺、减压蒸馏工艺、自然干燥工艺等。但是，在利用膜蒸馏工艺进行第二工序时，能够将本发明的原料液流浓缩系统小型化，从这方面出发是优选的。

第二工序中使用蒸发手段的情况下，本发明的原料液流浓缩系统可以进一步具有用于将所产生的溶剂b的蒸气进行绝热压缩而制成高温压缩蒸气的机械式蒸气再压缩手段(MVR：机械式蒸气再压缩，Mechanical Vapor Recompression)。利用MVR得到的高温压缩蒸气的热可以在第二工序的蒸发手段中进行再利用。

《原料液流浓缩系统的各要素》

以上对基于本发明的原料液流浓缩系统的原料液流的浓缩方法的概况进行了说明。下面接着对构成本发明的原料液流浓缩系统的要素进行详细说明。

〈原料液流a〉

原料液流a是以浓缩为目的的含有溶质和溶剂b的流体。该原料液流a只要为流体，也可以为乳化物。

若例示出适用于本发明的原料液流a，则可以举出例如食品、药品原料、海水、由气田/油田排出的伴生水等。但是，本发明的原料液流浓缩系统中，驱动溶液流d以原料液流a中的通用溶质的浓度的1％以上且小于100％的范围包含该驱动溶液流d与原料液流a的通用溶质。通过使驱动溶液流d以该浓度范围包含通用溶质，能够控制溶质从原料液流a向驱动溶液流d的移动，可得到原样维持了或几乎维持了与原料液流a相同的组成比的浓缩物。

需要说明的是，按照专利文献2的技术或者基于该技术，在驱动溶液流d中的通用溶质的浓度与原料液流a中的通用溶质的浓度相同或者为其以上时，多数情况下，驱动溶液流d中的通用溶质泄漏扩散至原料液流a中，所得到的浓缩物中的成分组成比被破坏。

与之相对，在本发明的原料液流浓缩系统中，驱动溶液流d中的通用溶质浓度被调整为低于原料液流a中的通用溶质的浓度的范围、具体而言为原料液流a中的通用溶质的浓度的1％以上且小于100％的范围。因此，可抑制驱动溶液流d中的通用溶质泄漏扩散到原料液流a中，由此能够进行原样维持了或几乎维持了与原料液流a相同的成分组成比的浓缩。

因此，将本发明的原料液流浓缩系统应用于食品时，能够进行香气成分、色味成分等的损失少的浓缩。另外，在将本发明的系统应用于药品或其原料的浓缩时，可实质上维持浓缩前后的成分平衡，因此能够进行维持药物效能的状态的浓缩。

出于上述理由，本发明的原料液流浓缩系统中，优选根据条件使用透过正渗透膜(半透膜)而得到的包含低分子量溶质的溶液作为原料液流，将该低分子量溶质中的至少一种作为原料液流与驱动溶液流的通用溶质。

低分子量溶质是数均分子量例如为15,000以下的物质。低分子量溶质的数均分子量例如可以为30以上、50以上、100以上、500以上、1,000以上、3,000以上或6,000以上。数均分子量为6,000以上的溶质根据条件有时也不容易透过正渗透膜，但可以通过适宜地设定实施条件使其透过正渗透膜，即使在这样的情况下也可有利地发挥出本发明的所期望的效果。

作为适用于本发明中的原料液流a，优选食品、药品、药品本体、药品原料或药品中间体。

作为利用本发明的原料液流浓缩系统进行浓缩的食品，例如可以举出咖啡提取液、果汁(例如橙汁、番茄汁等)、酒精饮料(例如葡萄酒、啤酒等)、乳制品(例如乳酸菌饮料、鲜奶等)、汤汁(例如昆布汤汁、鲣鱼汤汁等)、茶提取液、香料乳化物(例如香草香精、草莓香精等的乳化物)、蜜类(例如枫糖、蜂蜜等)、食品油乳化物(例如菜籽油、橄榄油、葵花籽油、红花、玉米等的乳化物)等。

(原料液流a的溶质)

作为利用本发明的原料液流浓缩系统进行浓缩的药品、药品本体、药品原料或药品中间体，作为溶质例如可以举出包含选自由核酸、蛋白质、糖、肽、氨基酸、抗生素、天然药品、小分子药品以及维生素组成的组中的有用物质的溶质。从确保药效的方面出发，这些溶质的数均分子量优选为100以上，从抑制对正渗透膜的附着的方面出发，该数均分子量优选为6,000以下。

药品、药品本体、药品原料或药品中间体中包含的溶质的具体例例如如下所述。

作为核酸，例如可以举出低聚核苷酸、RNA、siRNA、miRNA、适体、诱骗核酸、CpG低聚核酸、反义核酸、Mipomersen、Eteplirsen、Nusinersen、Pegaptanib等。

作为蛋白质，例如可以举出蛋白制剂、疫苗等。作为这些之中的蛋白制剂，例如可以举出干扰素α、干扰素β、白细胞介素1～12、成长激素、促红细胞生成素、胰岛素、粒细胞集落刺激因子(G-CSF)、组织型纤溶酶原及货物(TPA)、钠利尿肽、凝血因子VIII、生长调节素、胰高血糖素、成长激素释放因子、血清白蛋白、降钙素等，作为疫苗，例如可以举出甲型肝炎疫苗、乙型肝炎疫苗、丙型肝炎疫苗等。

作为糖，例如可以举出单糖类(例如葡萄糖、果糖、半乳糖、甘露糖、核糖、脱氧核糖等)、二糖类(例如麦芽糖、蔗糖、乳糖等)、糖链(例如葡萄糖、半乳糖、甘露糖、岩藻糖、木糖、葡萄糖醛酸、艾杜糖醛酸等；以及N-乙酰葡糖胺、N-乙酰半乳糖胺、N-乙酰神经氨酸等糖类衍生物等)等。

肽是指2个以上任意的氨基酸键合而成的化合物，其是包括2个氨基酸键合而成的二肽、3个氨基酸键合而成的三肽、4～10个氨基酸键合而成的低聚肽、以及11个以上氨基酸键合而成的多肽的概念。肽可以为链状、也可以为环状。

作为氨基酸，例如可以举出必须氨基酸、非必须氨基酸、非天然氨基酸等。作为必须氨基酸，例如可以举出色氨酸、赖氨酸、甲硫氨酸、苯丙氨酸、苏氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸等。作为非必须氨基酸，例如可以举出精氨酸、甘氨酸、丙氨酸、丝氨酸、酪氨酸、半胱氨酸、天冬酰胺、谷酰胺、脯氨酸、天冬氨酸、谷氨酸等。

非天然氨基酸是指非天然存在的氨基酸，例如可以举出任意的标记化合物与氨基酸骨架键合而成的“标记氨基酸”。标记化合物例如可以为色素、荧光物质、化学发光物质、生物发光物质、酶底物、辅酶、抗原性物质、蛋白质结合性物质等。作为非天然氨基酸的具体例，例如可以举出光响应性氨基酸、光转换氨基酸、荧光探针氨基酸、荧光标记氨基酸等。

作为抗生素，例如可以举出链霉素、万古霉素等。

作为天然药品，例如可以举出环孢素、艾日布林、雷帕霉素、他克莫司等。

作为小分子药品，例如可以举出雷迪帕韦、来那度胺、氟替卡松、索非布韦、瑞舒伐他汀、普瑞巴林、伊马替尼、噻托溴铵、西格列汀、恩曲他滨、阿托伐他汀、氯吡格雷、氨氯地平、埃索美拉唑、辛伐他汀、奥氮平、缬沙坦、文拉法辛、舍曲林、雷尼替丁、奥美拉唑、依那普利、硝苯地平、氟西汀、普伐他汀、法莫替丁、卡托普利、对乙酰氨基酚等。可以为它们的类似物质、本体、中间体等。小分子药品优选分子量为2,000以下。

作为维生素，例如可以举出维生素A、B族维生素、维生素C等，包含它们的衍生物、盐等。作为B族维生素，例如可以举出维生素B6、维生素B12等。

(通用溶质)

原料液流a所具有的溶质中的至少一种也包含在驱动溶液流d中。本说明书中，以下参照该溶质作为在原料液流a和驱动溶液流d中通用的通用溶质Xn。

作为通用溶质，在原料液流a所具有的溶质中，例如可以举出酯、萜烯(萜类化合物)、苯丙素、核酸、蛋白质、蛋白制剂、疫苗、糖、肽、氨基酸、天然药品、小分子药品、抗生素、抗生素、维生素、无机盐、质子性极性有机化合物、非质子性极性有机化合物等。通过将这些中的1种以上作为通用溶质，可得到维持了香气成分的组成的风味优异的浓缩食品、或者保持了药效成分的组成且维持了药物效能的浓缩药品，是优选的。

关于它们的具体例，

作为酯，例如可以举出丁酸乙酯、异丁酸乙酯、2-甲基丁酸甲酯、甲基丁酸乙酯等；

作为萜烯，例如可以举出α-蒎烯、β-蒎烯、水合桧烯、月桂烯、甲基异丙苯、罗勒烯、萜品烯、里哪醇、冰片、百里酚、α-紫萝酮、β-紫萝酮、γ-紫萝酮、β-香茅醇等；

作为苯丙素，例如可以举出肉桂酸、3，4-二羟基肉桂酸(別名：咖啡酸)、丁子香酚、茴香脑、芝麻素、木酚素、木质素、乙酸肉桂酯等。

作为无机盐，例如可以为

包含选自钠、镁、磷、钾、钙、铬、锰、铁、钴、铜、锌、硒以及钼中的至少一种元素的阳离子与

包含选自氧、硫、氮、氯以及碘中的至少一种元素的阴离子

的盐，优选可以从例如碱金属卤化物、碱金属碳酸盐、碱金属硝酸盐、碱金属硫酸盐、碱金属亚硫酸盐、碱金属硫代硫酸盐、碱土金属卤化物、碱土金属碳酸盐、碱土金属硝酸盐、碱土金属硫酸盐、碱土金属亚硫酸盐、碱土金属硫代硫酸盐等、以及各种铵盐中选择。

作为无机盐，具体地说，例如可以举出氯化钠、氯化钾、氯化镁、氯化钙、硫酸钠、硫酸镁、硫代硫酸钠、亚硫酸钠、氯化铵、硫酸铵、碳酸铵等。

关于作为通用溶质优选的核酸、蛋白质、蛋白制剂、疫苗、糖、肽、氨基酸、天然药品、小分子药品、抗生素、抗生素以及维生素的具体例，分别可以举出作为原料液流中包含的溶质在上文例示出的物质。

作为质子性极性有机化合物，例如可以举出正丁醇、异丙醇、硝基甲烷、乙醇、甲醇、乙酸等；

作为非质子性极性有机化合物，例如可以举出N-甲基吡咯烷酮、四氢呋喃、丙酮、二甲基甲酰胺、乙腈、二甲基亚砜等。关于这些质子性极性有机化合物和非质子性极性有机化合物，只要在本发明的原料液流浓缩系统中不会带来例如使正渗透膜产生缺陷等不良影响，即可分别作为本发明中的通用溶质使用。

(原料液流a的溶剂)

原料液流a中的溶剂b为含有水的液体，可以为水、或者水与水溶性有机溶剂的混合溶剂，优选能够溶解或分散上述溶质。溶剂b多数情况下为水。

〈驱动溶液流d〉

驱动溶液流d为下述流体：其含有与原料液流a所含有的溶质中的至少一种相同的通用溶质Xn、驱动物质Xm以及溶剂b，具有比原料液流a高的渗透压，且不会使正渗透膜o显著变性。通用溶质Xn与原料液流a中所包含的溶质Xn的一部分或全部相同。驱动溶液流d中的通用溶质Xn的浓度被设定为原料液流a中的通用溶质Xn的浓度的1％以上且小于100％。通用溶质Xn为2种以上的情况下，优选对于通用溶质Xn的每一种类按照驱动溶液流d中的浓度为原料液流a中的浓度的1％以上且小于100％的方式进行浓度设定。

使原料液流a与上述的驱动溶液流d借助作为半透膜的正渗透膜o进行接触时，原料液流a中的溶剂b透过正渗透膜o而向驱动溶液流d移动，此时可抑制原料液流a中的通用溶质Xn向驱动溶液流d侧移动。

本发明中，通过使用这样的驱动溶液流d来进行正渗透工艺，能够在原样维持了或几乎维持了与溶质成分相同的组成的情况下对原料液流a进行浓缩。

(通用溶质Xn)

作为驱动溶液流d中的通用溶质Xn，可以根据作为浓缩对象的原料液流a的种类、性质、浓缩物的用途等从原料液流a中所包含的溶质中适宜地选择1种以上来使用。关于这一点如上文所述。

驱动溶液流d中的通用溶质Xn的浓度为原料液流a中的通用溶质Xn的浓度的1％以上且小于100％。从通用溶质Xn的溶出抑制性能变得显著的方面出发，优选驱动溶液流d中的通用溶质Xn的浓度相对于原料液流a中的通用溶质Xn的浓度(质量％)为1％以上99％以下、或者6％以上96％以下。更优选的比例为30％以上96％以下，该比例该范围时，能够将通用溶质Xn从原料液流a向驱动溶液流d中的溶出抑制到实质上能够忽视的程度。

驱动溶液流d中的通用溶质Xn的浓度相对于原料液流a中的通用溶质Xn的浓度为1％以上时，能够抑制通用溶质Xn从驱动溶液流d的漏出。通用溶质Xn的浓度相对于原料液流a中的通用溶质Xn的浓度为6％以上时，通用溶质Xn从原料液流a向驱动溶液流d的溶出抑制性能显著提高，是优选的。另外，该比例为96％以下时，具有不容易发生正渗透膜o的堵塞、通用溶质Xn从驱动溶液流d的漏出等倾向，此外驱动物质Xm在驱动溶液d中的溶解性或分散性增高，可得到高渗透压，因而优选。

驱动溶液流d包含两种以上的通用溶质Xn的情况下，其中的1种满足上述浓度要素即可。但是，优选驱动溶液流d中所包含的通用溶质Xn全部相对于原料液流a中相应的通用溶质Xn的浓度(质量％)分别为1％以上且小于100％。

需要说明的是，关于本发明中的通用溶质Xn的浓度，在该通用溶质Xn在溶剂b中以经电离的离子的形式存在的情况下，也以电离前的式量的值为基准来决定。

(驱动物质Xm)

驱动物质Xm是包含在驱动溶液流d中、对驱动溶液流d赋予比原料液流a更高的渗透压的物质。

作为能够用于本发明的驱动物质Xm，例如可以举出无机盐、糖、醇、聚合物等。

作为无机盐，例如可以举出氯化钠、氯化钾、氯化镁、氯化钙、硫酸钠、硫酸镁、硫代硫酸钠、亚硫酸钠、氯化铵、硫酸铵、碳酸铵等；

作为糖，例如可以举出蔗糖、果糖、葡萄糖等常见糖类、以及低聚糖、希少糖等特殊糖类；

作为醇，例如可以举出甲醇、乙醇、1-丙醇、2-丙醇等单醇、以及乙二醇、丙二醇等二醇；

作为聚合物，例如可以举出环氧乙烷、环氧丙烷等的聚合物、以及它们的共聚物等。

上述驱动物质Xm的示例与通用溶质Xn的示例有部分重复。示例重复的物质可以作为通用溶质Xn使用，也可以作为驱动物质Xm使用。但是，在包含某一物质作为通用溶质Xn的原料液流a的浓缩中，不能使用包含该物质作为驱动物质Xm的驱动溶液流d。其原因在于，由于驱动溶液流d中的通用溶质Xn的浓度被限制为原料液流a中的通用溶质Xn的浓度的1％以上且小于100％，因此认为难以利用这样的低浓度对驱动溶液流d赋予比原料液流a更高的渗透压。

对驱动溶液流d中的驱动物质Xm的浓度进行设定，以使得驱动溶液流d的渗透压高于原料液流a的渗透压。驱动溶液流d的渗透压只要高于原料液流a的渗透压即可，可在该范围内变动。

为了判断两种液体间的渗透压差，可以利用下述任一方法进行。

(1)将两种液体混合后发生二相分离的情况：在二相分离后体积增加的一方被判断为液体的渗透压高；或者

(2)将两种液体混合后不发生二相分离的情况：借助正渗透膜o使两种液体接触，经过一定时间后体积增大的一方被判断为液体的渗透压高。此时的一定时间取决于该渗透压差，通常为数分钟至数小时的范围。

驱动物质Xm与通用溶质Xn均有助于驱动溶液流d的渗透压的产生。因此，驱动溶液流d中的驱动物质Xm的浓度的设定可以在还考虑驱动溶液流d中的通用溶质Xn的基础上使用例如van’tHoff公式等。

作为代表例，在溶剂b使用水、驱动物质Xm使用水溶性的无机盐的情况下，作为驱动溶液流d中的驱动物质Xm的浓度，例如可例示出15质量％～60质量％的范围。

(驱动溶液流d的溶剂)

驱动溶液流d中的溶剂为含有水的液体，优选能够溶解或分散通用溶质Xn和驱动物质Xm，更优选与应该从原料液流a中分离出的溶剂b为同种溶剂。例如原料液流a的溶剂为水的情况下，优选驱动溶液流d中的溶剂也为水。

(驱动溶液流d的制备方法)

本发明中使用的驱动溶液流d可以通过将通用溶质Xn和驱动物质Xm溶解或分散在溶剂b中来制备。

如上所述，本发明的原料液流浓缩系统中，驱动溶液中所包含的通用溶质的浓度为原料液流中的通用溶质的浓度的1％以上且小于100％，可以为1％以上99％以下、6％以上96％以下、或者30％以上96％以下。

通用溶质Xn可以通过原料液流a本身的添加而导入到驱动溶液流d中，也可以通过与通用溶质Xn相当的成分的添加而导入到驱动溶液流d中。

在通过原料液流a本身的添加而将通用溶质Xn导入到驱动溶液流d中时，不必预先大量准备原料液流的浓缩物或通用溶质，能够通过简单的手段制备出驱动溶液流d。

关于通用溶质Xn和驱动物质Xm向溶剂b中的添加，只要在系统运转中即可随时进行添加。例如，优选为驱动溶液流d被导入至第一工序的单元A中之前、被导入至第二工序的单元B中之前，但并不限于此。

根据原料液流a的种类和浓缩原料液流c的使用目的，有时可能希望在系统运转中的任意时刻均可阻止通用溶质Xn从原料液流a向驱动溶液流d的移动。这样的情况下，例如首先利用由驱动物质Xm和溶剂b构成的驱动溶液流d开始运转，在希望阻止通用溶质Xn的移动的时刻之前向驱动溶液流d中添加规定浓度的通用溶质Xn，该方案也包含在本发明的实施方式中。

〈第一工序〉

本发明的原料液流浓缩系统的第一工序中使用单元A进行正渗透工艺，该单元A利用正渗透膜o将内部空间分割成原料液流侧空间R和驱动溶液流侧空间D这两个空间。

(正渗透单元的正渗透膜o)

单元A的正渗透膜o是指具有可透过溶剂b但不透过或难以透过溶质的功能的膜。

作为正渗透膜o的形状，例如可以举出中空纤维状、平膜状、螺旋膜状等。

正渗透膜o优选为在支持层(支持膜)上具有分离活性层的复合型的膜。上述支持膜可以为平膜、也可以为中空纤维膜。

使平膜为支持膜的情况下，可以在支持膜的单面或双面具有分离活性层。

使中空纤维膜为支持膜的情况下，可以在中空纤维膜的外表面或内表面、或者这两个表面上具有分离活性层。

本实施方式中的支持膜是用于支持分离活性层的膜，优选其本身对于分离对象物实质上不显示出分离性能。作为该支持膜，包括公知的微细孔性支持膜、无纺布等在内的任何种类均可使用。

本实施方式中优选的支持膜为微细孔性中空纤维支持膜。该微细孔中空纤维支持膜在其内表面具有孔径优选为0.001μm以上0.1μm以下、更优选为0.005μm以上0.05μm以下的微细孔。另一方面，关于微细孔性中空纤维支持膜从内表面沿膜的深度方向至外表面为止的结构，为了减小所透过的流体的透过阻力，只要能够保持强度，优选为尽可能稀疏的结构。该部分的稀疏结构例如优选为网状、指状空洞等或者它们的混合结构中的任一结构。

作为支持膜、特别是微细孔性支持膜的材料，只要能够成型为微细孔性支持膜、并且不会由于分离活性层的形成中使用的单体、溶剂等而受到化学损伤就没有特别限制。本实施方式中，优选能够成型为中空纤维状的微细孔性支持膜。

作为支持膜的材料，优选以选自例如聚醚砜、聚砜、聚酮、聚醚醚酮、聚苯醚、聚偏二氟乙烯、聚丙烯腈、聚亚胺、聚酰亚胺、聚苯并噁唑、聚苯并咪唑以及聚酰胺中的至少一种作为主成分，更优选以选自聚砜和聚醚砜中的至少一种作为主成分，进一步优选使用聚醚砜。

作为平膜状或中空纤维状的正渗透膜o中的分离活性层，出于驱动物质的阻止率高的原因，优选为由以选自例如聚砜、聚醚砜、聚偏二氟乙烯、聚丙烯腈、聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺、乙酸纤维素等中的至少一种作为主成分的聚合物薄膜构成的层。更优选以选自聚砜、聚醚砜、聚偏二氟乙烯、聚丙烯腈以及聚酰胺中的至少一种作为主成分，特别优选为聚酰胺的层。

分离活性层中的聚酰胺可以通过多官能性酰卤化物和多官能性芳香族胺的界面聚合而形成。

多官能性芳香族酰卤化物是指在一分子中具有2个以上的酰卤基的芳香族酰卤化合物。具体地说，例如可以举出均苯三甲酰卤、偏苯三甲酰卤、间苯二甲酰卤、对苯二甲酰卤、苯均四甲酰卤、二苯甲酮四甲酰卤、联苯二甲酰卤、萘二甲酰卤、吡啶二甲酰卤、苯二磺酰卤等，可以将它们单独使用、或者使用它们的混合物。作为这些芳香族酰卤化合物中的卤化物离子，例如可以举出氯离子、溴离子、碘离子等。本发明中，特别优选使用单独的均苯三甲酰氯、或者均苯三甲酰氯与间苯二甲酰氯的混合物、或者均苯三甲酰氯与对苯二甲酰氯的混合物。

多官能性芳香族胺是指在一分子中具有2个以上的氨基的芳香族氨基化合物。具体地说，例如可以举出间苯二胺、对苯二胺、3，3’-二氨基二苯基甲烷、4，4’-二氨基二苯胺、4，4’-二氨基二苯醚、3，4’-二氨基二苯醚、3，3’-二氨基二苯胺、3，5-二氨基苯甲酸、4，4’-二氨基二苯砜、3，3’-二氨基二苯砜、3，4’-二氨基二苯砜、1，3，5-三氨基苯、1，5-二氨基萘等，可以将它们单独使用、或者使用它们的混合物。本发明中，特别适于使用选自间苯二胺和对苯二胺中的1种以上。

多官能性酰卤化物和多官能性芳香族胺的界面聚合可以按照公知的方法实施。

本实施方式中的构成正渗透膜的支持膜和分子活性层的表面或内部、或者表面和内部双方可以含有纳米颗粒、小胞、涂层剂等。

作为纳米颗粒，例如可以举出开放末端碳纳米管、交叉末端碳纳米管、碳纤维、纳米纤维、纳米线、纳米棒、纳米管、金属纳米颗粒等；

作为小胞，例如可以举出脂质体、聚合物囊泡、自己集合纳米结构体(例如包含某种膜贯通蛋白质和表面活性剂等的自聚集体)等；

作为涂层剂，例如可以举出氧化石墨烯、聚乙烯醇、银负载聚合物、聚多巴胺、聚乙烯吡咯烷酮、聚(甲基丙烯酸-2-羟乙酯)、环糊精、倍半硅氧烷等。

本实施方式中，优选使用中空纤维状的正渗透膜，特别优选使用在中空纤维状的多孔性支持膜的内表面具有由聚合物薄膜构成的分离活性层的复合型中空纤维。

作为单元A，优选使用复数根正渗透膜的纤维束优选被收纳在适当的外壳内而构成的呈正渗透膜组件的形态的单元。

正渗透膜o对于溶剂b的透过流束优选为1～100kg/(m²×hr)。该透过流束小于1kg/(m²×hr)时，溶剂b的分离效率可能会受损，该透过流束大于100kg/(m²×hr)时，驱动物质Xm借助正渗透膜o从驱动溶液流d向浓缩原料液流c的移动量可能会增多。

本说明书中的对于溶剂b的透过流束是指透过正渗透膜o的溶剂b的量相对于正渗透膜o每单位面积、以及每单位时间的分配量，由下述数学式(1)定义。

F＝L/(M×H) (1)

此处，F是对于溶剂b的透过流束(kg/(m²×hr))，L为所透过的溶剂b的量(kg)，M为正渗透膜o的表面积(m²)，H为时间(hr)。

溶剂b为水的情况下的透过流束通常被称为“透水量”，例如可以使用纯水作为处理液、使用3.5质量％食盐水作为驱动溶液流来进行测定。

(原料溶液流a和驱动溶液流d向单元A中的导入)

向单元A的原料液流侧空间R中导入作为浓缩对象物的原料液流a，向驱动溶液流侧空间D中导入驱动溶液流d。这些液流的方向可以为对流，也可以为并流。

导入至单元A的原料液流侧空间R中的原料液流a的流量是任意的，但作为代表例，可例示出相对于每1m²单元A的正渗透膜的表面积在每1分钟为50mL/(m²·分钟)～1,500mL/(m²·分钟)的范围，优选为100mL/(m²·分钟)～1,000mL/(m²·分钟)。

导入至单元A的驱动溶液流侧空间D中的驱动溶液流d的流量为任意的，但可例示出100mL/(m²·分钟)～5,000mL/(m²·分钟)的范围，优选为500mL/(m²·分钟)～2,000mL/(m²·分钟)。

(原料液流a和驱动溶液流d的温度)

第一工序中，导入至单元A的原料液流侧空间R中的原料液流a的温度没有特别限制，不必进行特别控制，例如可以为室温。

导入至单元A的驱动溶液流侧空间D中的驱动溶液流d的温度没有特别限定，优选为5℃以上60℃以下、更优选为15℃以上40℃以下。理由尚不确定，但在驱动溶液流d的温度为小于15℃或大于60℃的温度时，发现了驱动物质Xm借助正渗透膜o从驱动溶液流d向原料液流a移动的量增多。

〈第二工序〉

本实施方式的溶剂分离系统中任选采用的第二工序为下述工序：

由驱动溶液流d分离出溶剂b，得到作为经浓缩的驱动溶液流的浓缩驱动溶液流f、以及溶剂b。

将驱动溶液流d分离成浓缩驱动溶液流f和溶剂b的工序可以使用例如蒸馏工艺、正渗透工艺、膜蒸馏工艺等。

蒸馏工艺为下述的工序：将驱动溶液流d调整为规定的温度后，送入到蒸馏塔中，由塔顶部得到溶剂b，并且由塔底部除去溶剂b而得到作为经浓缩的驱动溶液流的浓缩驱动溶液流f。

正渗透工艺为下述工序：使驱动溶液流d按照与正渗透膜接触的方式流通，使驱动溶液流d中含有的溶剂b按照透过正渗透膜的方式构成，由此分离成溶剂b、以及除去了溶剂b的浓缩驱动溶液流f。

膜蒸馏工艺例如可以通过在图2中作为第二工序示出的构成来进行。这种情况下的膜蒸馏工艺按照下述方式构成：使用半透膜p将分离室分割成液相部L和气相部G，使驱动溶液流d中含有的溶剂b从液相部L透过半透膜而移动至减压的气相部G，由此能够将驱动溶液流d分离成溶剂b和浓缩驱动溶液流f。

作为第二工序中的工艺，从设备尺寸小的方面出发，优选使用正渗透膜的正渗透工艺、或者使用半透膜p的膜蒸馏工艺，从能够抑制驱动物质Xm从驱动溶液流d向溶剂b的移动的方面出发，优选使用半透膜p的膜蒸馏工艺。

(膜蒸馏工艺的半透膜p)

作为膜蒸馏工艺中使用的半透膜p的形状，可以举出从针对第一工序中的正渗透膜o的形状的上述例示的形状中选择的任意形状，具体地说，例如可以举出中空纤维状、平膜状、螺旋膜状等。

平膜状的半透膜p例如可以由单一层构成，也可以具有支持层以及该支持层上的分离活性层。中空纤维状的半透膜p例如可以为由单一层构成的中空纤维，也可以具有中空纤维状的支持层、以及该支持层的外表面或内表面或者这两个表面上的分离活性层。

关于半透膜p中的支持层和分离活性层的材料，可以分别由针对第一工序中的正渗透膜o的上述例示的材料中选择的任意材料构成。

半透膜p对于溶剂b的透过流束优选为1kg/(m²×hr)以上200kg/(m²×hr)以下。该透过流束小于1kg/(m²×hr)时，可能有损于溶剂b的有效分离，该透过流束大于200kg/(m²×hr)，驱动物质借助半透膜p从驱动溶液流d向溶剂b的移动量可能会增多。

该透过流束与第一工序中的正渗透膜o针对溶剂b的透过流束同样地定义。

(导入至膜蒸馏工艺中的驱动溶液流d的温度)

驱动溶液流d优选在导入至液相部L中之前将温度调整为20℃以上90℃以下的范围。该温度若低于20℃，则基于膜蒸馏的溶剂b的分离效率可能会受损；该温度若高于90℃，则驱动溶液流d中包含的驱动物质Xm借助半透膜p向溶剂b中的移动量可能会增大。

作为用于对驱动溶液流d进行加热的热源，可以使用例如热交换器q1，或者可以使用产业工艺等的废热。作为热源利用废热时，能够削减为了进行溶剂b的分离而新消耗的能量，因而优选。

(膜蒸馏工艺中的气相部G)

膜蒸馏工艺中使用的单元B的气相部G优选被减压至规定的压力。气相部G的压力可以根据装置的规模、驱动溶液流d的浓度、所期望的溶剂b的生成速度等适宜地设定，例如优选为0.1kPa以上80kPa以下、更优选为1kPa以上50kPa以下。

作为用于对单元B的气相部G进行减压的减压装置，例如可以举出隔膜真空泵、干燥泵、油旋转真空泵、喷射器、抽吸装置等。

(第二工序的产品)

通过第二工序由驱动溶液流d中分离出溶剂b，形成作为经浓缩的驱动溶液流的浓缩驱动溶液流f，从单元B排出。

该浓缩驱动溶液流f可以与稀释驱动溶液流e混合而调整为规定的浓度，之后作为驱动溶液流d进行再利用。在进行浓缩驱动溶液流f的再利用时，可以使用冷却装置q2调整浓缩驱动溶液流f的温度。作为冷却装置q2，例如可以使用冷却器、热交换器等。

利用第二工序由驱动溶液流d分离出的溶剂b可以根据需要进行再利用。

《驱动溶液流d的制备和使用》

本发明的原料液流浓缩系统可以进一步具有在第一工序和第二工序中使用将第一工序中得到的稀释驱动溶液流e与第二工序中得到的浓缩驱动溶液流f混合而制备出的驱动溶液流d的手段。

图2的系统中，将第一工序和第二工序借助缓冲罐连结。该缓冲罐具有将第一工序中得到的稀释驱动溶液流e与第二工序中得到的浓缩驱动溶液流f以最佳混配量进行混合来制备驱动溶液流d的功能。

由缓冲罐制备(再生)的驱动溶液流d可以分别利用送液泵r1送至第一工序、利用送液泵r2送至第二工序并在各工序中使用。

本发明的原料液流浓缩系统通过为这样的构成，能够向第一工序的单元A和第二工序的单元B中分别连续地供给驱动溶液流d，因此能够长时间连续地实施利用正渗透膜的原料液流的浓缩。

实施例

以下基于实施例对本发明进行具体说明，但本发明不受实施例的限定。

以下的实施例和比较例使用图2所示构成的原料液流浓缩系统来实施。

《原料液流浓缩系统的制作》

〈具有正渗透膜o的单元A的制作〉

(中空纤维支持膜组件的制作)

将聚醚砜(BASF公司制造、商品名“Ultrason”)溶解在N-甲基-2-吡咯烷酮(和光纯药株式会社制)中，制备20质量％的中空纤维纺丝原液。

将上述原液填充至装备有双喷丝头的湿式中空纤维纺丝机中，挤出到装满水的凝固槽中，通过相分离而形成中空纤维。将所得到的中空纤维卷绕在卷装机中。所得到的中空纤维的外径为1.0mm、内径为0.7mm、内表面的微细孔的孔径为0.05μm。

将该中空纤维用作微细孔性的中空纤维支持膜。

将130根上述中空纤维支持膜填充在直径2cm、长10cm的圆筒状塑料外壳中，将两端部用粘接剂固定，由此制作出有效膜内表面积为0.023m²的中空纤维支持膜组件。

〈作为正渗透膜组件的单元A的制作〉

向0.5L容器中加入间苯二胺10g和月桂基硫酸钠0.8g，进一步加入纯水489.2g进行溶解，制备用于界面聚合的第1溶液0.5kg。

向另外的1.0L容器中加入均苯三甲酰氯0.8g，加入正己烷399.2g进行溶解，制备用于界面聚合的第2溶液0.4kg。

将第1溶液填充至上述“中空纤维支持膜组件的制作”中制造的中空纤维支持膜组件的核心侧(中空纤维的内侧)，静置5分钟后倒出液体，使中空纤维的内侧成为利用第1溶液润湿的状态。

接着，利用核心侧压力调整装置将核心侧压力设定为常压，利用壳侧压力调整装置将壳侧压力设定为绝对压力90kPa的减压，在该状态下静置5分钟。接着进行向核心侧以5L/分钟的流量流通5分钟氮的操作，除去过量的第1溶液。进一步将壳侧的压力维持在绝对压力90kPa的减压，在该状态下利用第2溶液送液泵将第2溶液以50mL/分钟的流量向核心侧送液2分钟，进行界面聚合。设聚合温度为25℃。

接着，向中空纤维支持膜组件的核心侧流通1分钟40℃的氮，将正己烷蒸发除去。进一步利用纯水清洗壳侧和核心侧这两侧，由此制作出在中空纤维支持膜的内表面具有由聚酰胺构成的分离活性层的中空纤维状的正渗透膜o的组件即单元A。

〈具有半透膜p的进行膜蒸馏工艺的单元B的制作〉

将平均一次粒径0.016μm、比表面积110m²/g的疏水性氧化硅(NIPPON AEROSIL公司制造、品名“AEROSIL-R972”)23质量份、邻苯二甲酸二辛酯(DOP)31质量份以及邻苯二甲酸二丁酯(DBP)6质量份利用亨舍尔混合机混合后，进一步添加重均分子量为310,000的聚偏二氟乙烯(SOLVAY公司制造、品名“Solef6010”)40质量份，再次用亨舍尔混合机混合，得到混合物。将该混合物利用双螺杆混炼挤出机制成粒料。

将所得到的粒料利用双螺杆混炼挤出机在240℃熔融混炼，挤出成中空纤维状，得到中空纤维。此时，在挤出机前端的机头内的挤出口处安装中空纤维成型用喷丝头，将混炼熔融物从熔融物挤出用圆环孔中挤出，同时从位于熔融物挤出用圆环孔的内侧的中空部形成流体喷出用的圆形孔中喷出氮气，由此挤出成中空纤维状。

中空纤维状物以空转距离20cm导入至水浴(40℃)中，以20m/分钟的速度卷绕。

将所得到的中空纤维状物利用一对第一无限轨道式带式牵引机以20m/分钟的速度连续地牵引，经过控制在空间温度40℃的第一加热槽(0.8m长)。之后，利用第二无限轨道式带式牵引机以40m/分钟的速度牵引，沿长度方向拉伸为2.0倍。接着，经过控制在空间温度80℃的第二加热槽(0.8m长)后，在20℃的冷却水槽的水面周期性地弯折并进行冷却。之后进一步利用第三无限轨道式带式牵引机以30m/分钟的速度牵引，使拉伸丝沿长度方向收缩(缓和)至1.5倍后，利用周长约3m的卷盘(绕线轴)进行卷取。冷却水槽的水面中的周期性弯折中，使用一对周长为约0.20m且4齿的凹凸辊，通过以170rpm的旋转速度连续地夹持中空纤维状物来进行。

将上述处理后的中空纤维状物浸渍在二氯甲烷中，萃取除去DOP和DBP后进行干燥。接着将中空纤维状物浸渍在50质量％乙醇水溶液中，然后在5质量％氢氧化钠水溶液中于40℃浸渍1小时，萃取除去二氧化硅。然后进行水洗、干燥，得到中空纤维膜。所得到的中空纤维的外径为1.25mm、内径为0.68mm、内表面的微细孔的孔径为0.1μm。将该中空纤维用作半透膜。

将由上述中空纤维构成的半透膜70根填充在直径2cm、长10cm的圆筒状塑料外壳中，将两端部利用粘接剂固定，由此制作有效膜内表面积为0.012m²的具有中空纤维状半透膜p的膜蒸馏组件即单元B。

《比较例1》

在比较例1中，作为第一工序中的单元A使用上述制作的正渗透单元A，作为第二工序中的单元B使用上述制作的膜蒸馏单元B。

作为溶剂b使用水。

作为驱动溶液流d使用含有氯化镁作为驱动物质Xm的水溶液，使驱动溶液流d中的氯化镁浓度为20质量％。

作为原料液流a使用含有氯化钠的水溶液，设其初期浓度为5.0质量％。

使原料液流a以10mL/分钟的流速流向第一工序的单元A，使驱动溶液流d以24mL/分钟的流速流向第一工序的单元A。

使驱动溶液流d以600mL/分钟的流速流向第二工序的单元B，利用真空泵调节单元B的气相部G的压力使其绝对压力达到10kPa。

另外，将第一工序中得到的稀释驱动溶液流e与第二工序中得到的浓缩驱动溶液流f在缓冲罐中混合来制备驱动溶液，在第一和第二工序中进行再利用。

之后，设第一工序中的单元A内的驱动溶液流d的温度为25℃，设第二工序中的单元B内的驱动溶液流d的温度为65℃，进行10小时的运转，由此进行原料液流a的浓缩。

《比较例2～10》

除了分别如表1所述变更驱动溶液流d中的驱动物质Xm以及原料液流a中的溶质Xn的种类和浓度以外，按照与比较例1相同的过程进行原料液流a的浓缩。

《实施例1》

作为驱动溶液流d，使用添加有作为驱动物质Xm的氯化镁、同时以4.8质量％的浓度添加有作为该驱动溶液流d与原料液流a的通用溶质Xn的氯化钠，除此以外按照与比较例1相同的过程进行原料液流a的浓缩。

《实施例2～15》

除了分别按照表2所述变更驱动溶液流d中的驱动物质Xm的种类以及原料液流a和驱动溶液流d中的通用溶质Xn的种类及其浓度以外，按照与实施例1相同的过程进行原料液流a的浓缩。

《评价》

(1)原料液流a中的溶质Xn的溶出抑制性能的评价

使用Thermo Fishier Scientific公司制造的ICP-MS(感应耦合高频等离子体质量分析)装置、型号名称“iCAP Q”连续地测定由溶质Xn(其存在于由单元A排出的原料液流a中)电离出的阳离子(溶质Xn来源阳离子)的量。

之后利用下述数学式(2)计算出从运转开始起到运转结束为止的单元A中的溶质Xn的透过流速。需要说明的是，溶质Xn的透过流速被设为每单位时间从原料液流a借助正渗透膜o向驱动溶液流d中移动的溶质Xn来源阳离子的量。

F’＝L’/(M’×H’) (2)

此处，F’为溶质Xn来源阳离子的透过流速[g/(m²×hr)]，L’为所透过的溶质Xn来源阳离子的总量(g)，M’为正渗透膜o的表面积(m²)，H’为运转时间(hr)。

根据所得到的溶质Xn的透过流速F’的值按下述基准评价溶质的溶出抑制性能并将其示于表1。

A：溶质Xn的透过流速为检测限以下(0[g/(m²×hr)])的情况(非常好)

B：溶质Xn的透过流速大于0[g/(m²×hr)]且为3.8[g/(m²×hr)]以下的情况(良好)

C：溶质Xn的透过流速大于3.8[g/(m²×hr)]的情况(不良)

(2)抑制通用溶质所致的向驱动溶液流d中的溶质漏出的抑制性能的评价

比较例1是实施例1～5中的在驱动溶液流d中不含有通用溶质Xn的示例，

比较例2是实施例6中的在驱动溶液流d中不含有通用溶质Xn的示例，

比较例3是实施例7和8中的在驱动溶液流d中不含有通用溶质Xn的示例，并且

比较例4～10分别是实施例9～15中的在驱动溶液流d中分别不含有通用溶质Xn的示例。

针对这些实施例和比较例的各自相应的组合，通过下述指标对于驱动溶液流d中含有通用溶质Xn的情况与不含有通用溶质Xn的情况进行比较。

使用由上述数学式(2)计算出的溶质Xn的透过流速F’的值，设实施例中的F’的值为“F’1”，设与该实施例相对应的比较例中的F’的值为“F’0”，由下述数学式(3)计算出因含有通用溶质所致的溶质漏出抑制性能值Z1，以下述基准进行评价。

Z1＝{F’1/F’0}×100(％) (3)

(评价基准)

AA：Z1的值为60％以下的情况(非常好)

A：Z1的值大于60％且小于80％的情况(良好)

B：Z1的值大于80％且小于95％的情况(一般)

C：Z1的值大于95％的情况

将比较例的评价结果示于表1、将实施例的评价结果示于表2。

《比较例11》

比较例11使用图1所示的原料液流浓缩系统来实施。此处，作为第一工序中的单元A，使用上述制作的正渗透单元A。

作为溶剂b使用水。

作为驱动溶液流d使用含有氯化镁作为驱动物质Xm的水溶液，使初期驱动溶液流d中的氯化镁浓度为25质量％。

作为原料液流a，使用含有乙醇作为溶质Xn的水溶液，使其初期浓度为5.0质量％。

图1所示的原料液流浓缩系统中，使原料液流a以流速120mL/分钟流向第一工序的单元A，使驱动溶液流d以流速236mL/分钟流向第一工序的单元A。

另外，使稀释驱动溶液流e在循环泵中循环，再次作为驱动溶液流d进行供给。

之后，使第一工序中的单元A内的原料液流a和驱动溶液流d的温度为25℃，进行5小时的运转，由此进行原料液流a的浓缩。

《比较例12～20》

除了分别如表3所述变更驱动溶液流d中的驱动物质Xm以及原料液流a中的溶质Xn的种类和浓度以外，按照与比较例11同样的过程进行原料液流a的浓缩。

《实施例16》

作为驱动溶液流d，使用添加有作为驱动物质Xm的氯化镁、同时以1.0质量％的浓度添加有作为该驱动溶液流d与原料液流a的通用溶质Xn的乙醇，除此以外按照与比较例11相同的过程进行原料液流a的浓缩。

《实施例17～27和比较例21～23》

除了如表4所述变更驱动溶液流d中的驱动物质Xm的种类以及原料液流a和驱动溶液流d中的通用溶质Xn的种类及其浓度以外，按照与实施例16相同的过程进行原料液流a的浓缩。

需要说明的是，在通用溶质Xn难以溶解在驱动溶液流d中的情况下，将溶液充分搅拌并保持在尽可能均匀浓度的状态下进行原料液流a的浓缩并进行评价。

《评价》

对于上述比较例11～23和实施例16～27中进行的原料液流a的浓缩，如下进行溶质Xn的量的测定，除此以外与比较例1同样地进行(1)原料液流a中的溶质Xn的溶出抑制性能的评价、以及(2)抑制因含有通用溶质所致的向驱动溶液流d中的溶质漏出的抑制性能的评价。

此处，关于由单元A排出的稀释驱动溶液流e中所存在的溶质Xn的量，分成溶质Xn为有机物的情况、以及为无机盐的情况分别如下进行测定。

溶质Xn为有机物的情况：

i)有机物为一种的情况

使用市售的TOC测定装置株式会社岛津制作所制造、“TOC-5000”)以总有机体碳量(TOC)的形式测定溶质Xn的量。

ii)有机物存在复数种成分的情况

除了TOC测定以外，还适宜地使用核磁共振装置(NMR；日本电子株式会社制造、型号“ECS-400”)以及气相色谱质量分析(GC/MS；Agilent公司制造、型号“HP6890/5973”)进行测定，对每一成分进行定量。

溶质Xn为无机盐的情况：利用与比较例1相同的方法进行测定。

将比较例11～20的评价结果示于表3、将实施例16～27和比较例21～23的评价结果示于表4。

需要说明的是，表3和表4中，溶质或通用溶质栏中的简称分别为下述含义。

EtOH：乙醇

IPA：异丙醇

EtOAc：乙酸乙酯

β-Cit：β-香茅醇

AcCin：乙酸肉桂酯

AN：乙腈

Ser：L-丝氨酸

另外，表中的“逆流”表示浓缩后的原料液流a中的通用溶质Xn的总量高于浓缩前的原料液流a中的通用溶质Xn的总量。

《比较例24》

比较例24中，使用图1所示的原料液流浓缩系统实施红酒的浓缩。

此处，作为第一工序中的单元A，使用上述制作的正渗透单元A。

作为原料液流a，直接使用市售的红酒(乙醇(EtOH)含量＝12.0体积％)。因此，原料液流a的溶剂b为水。作为驱动液流d的溶剂b使用水。

作为驱动溶液流d，使用含有氯化镁作为驱动物质Xm的水溶液，使初期驱动溶液流d中的氯化镁浓度为32质量％。

图1所示的原料液流浓缩系统中，使原料液流a以流速120mL/分钟流向第一工序的单元A，使驱动溶液流d以流速236mL/分钟流向第一工序的单元A。

另外，使稀释驱动溶液流e利用循环泵进行循环，直接作为驱动溶液流d进行再供给。

之后，设第一工序中的单元A内的原料液流a、以及驱动溶液流d的温度为10℃，进行1小时的运转。

《比较例25》

作为驱动溶液流d，使用添加有作为驱动物质Xm的氯化镁、同时以20体积％的浓度添加有作为该驱动溶液流d与原料液流a的通用溶质Xn的乙醇，除此以外按照与比较例24相同的过程进行原料液流a的浓缩。

《实施例28》

作为驱动溶液流d，使用添加有作为驱动物质Xm的32质量％浓度的氯化镁、以及与原料液流a相同的红酒的水溶液，将红酒中的全部种类的溶质作为通用溶质Xn。红酒向驱动溶液流d中的添加量被设为以乙醇换算计为2.0体积％的量。

《评价》

(1)抑制通用溶质所致的向驱动溶液流d中的溶质漏出的抑制性能的评价

比较例25和实施例28分别相当于比较例24中的驱动溶液流d中含有通用溶质Xn的情况。因此，对于比较例25和实施例28，分别以比较例24为基准，通过下述方法进行抑制因含有通用溶质所致的向驱动溶液流d中的溶质漏出的抑制性能的评价。

关于原料液流a(红酒)的浓缩，作为溶质Xn选择乙醇，利用后述的方法进行其量的测定，如下变更评价基准，除此以外与实施例16同样地进行“(1)原料液流a中的溶质Xn的溶出抑制性能的评价”，得到各F’的值。之后使用利用实施例16的“(2)抑制因含有通用溶质所致的向驱动溶液流d中的溶质漏出的抑制性能的评价”中的数学式(2)计算出的Z1的值，按下述基准进行评价。

A：Z1的值为80％以下的情况(良好)

C：Z1的值大于80％且为100％以下的情况(不良)

逆流：Z1的值大于100％的情况(非常不良)

(2)溶质成分平衡维持性的评价

作为红酒中的溶质，选择乙醇以及6种有机酸(酒石酸、柠檬酸、苹果酸、乳酸、琥珀酸、以及乙酸)这7种溶质成分。

对于浓缩前和浓缩后的红酒，分别利用后述方法测定这7种成分的浓度，求出组成比。以质量基准的形式求出按照7种成分的合计为100的方式进行了标准化的数值，将其作为该组成比。由此，对于浓缩前和浓缩后的红酒，以百分数(％)单位计算出各成分的质量比例。

之后，对于每种成分求出浓缩前的质量比例(％)与浓缩后的质量比例(％)之差(％pt)，通过下述基准进行评价。

A：对于全部的7种成分，浓缩前后的质量比例(％)之差为5(％pt)以下的情况(良好)

C：浓缩前后的质量比例(％)之差大于5(％pt)的成分为1种以上的情况(不良)

分别使用京都电子工业株式会社制造的醇快速测定试剂盒、商品名“SD-700”进行上述“(1)抑制通用溶质所致的向驱动溶液流d中的溶质漏出的抑制性能的评价”和“(2)溶质成分平衡维持性的评价”中的乙醇量的分析。

上述“(2)溶质成分平衡维持性的评价”中的有机酸的量的分析使用HPLC通过校正曲线法进行。

(3)感官评价

对于比较例24和25以及实施例28中得到的浓缩红酒(浓缩原料液流c)，分别加入纯水按照乙醇浓度达到浓缩前的数值(12.0体积％)的方式进行稀释，得到浓缩还原红酒。

由6位评价人员品尝这些浓缩还原红酒和浓缩前红酒，对于涩味、甜味以及酒精的平衡的维持性进行评价，按下述基准评分。

3分：维持了涩味、甜味以及酒精的平衡的情况

1分：维持了涩味和甜味的平衡，但酒精的平衡被破坏的情况

0分：涩味、甜味和酒精的平衡全部被破坏的情况

并且，对于各比较例和实施例，将6位评价人员的评分合计，按下述基准利用所得到的总评分进行评价。

A：总评分为15份以上的情况(良好)

B：总评分为10分以上14分以下的情况(不良)

C：总评分为9分以下的情况(非常不良)

将上述的结果示于表5。

[表7]

表5

(表5结束)

符号的说明

a 原料液流

b 溶剂

c 浓缩原料液流

d 驱动溶液流

e 稀释驱动溶液流

f 浓缩驱动溶液流

Xn 通用溶质

Xm 驱动物质

o 正渗透膜

p 半透膜

q1 热交换器

q2 冷却装置

r1、r2 送液泵

D 驱动溶液流侧空间

G 气相部

L 液相部

R 原料液流侧空间

Claims (12)

1.一种原料液流浓缩方法，其具有第一工序，该第一工序中，使至少含有溶质和溶剂的原料液流与驱动溶液流借助正渗透膜对流或并流，使所述原料液流中的溶剂向所述驱动溶液流移动，由此得到作为经浓缩的原料液流的浓缩原料液流、以及作为经稀释的驱动溶液流的稀释驱动溶液流，其中，

所述驱动溶液流含有驱动物质、通用溶质以及溶剂，

所述原料液流和所述驱动溶液流中的溶剂均包含水，

所述通用溶质为在所述原料液流和所述驱动溶液流中通用的溶质，其是与所述原料液流所含有的溶质中的至少一种相同的溶质，并且

所述驱动溶液流中的所述通用溶质的浓度为所述原料液流中的所述通用溶质的浓度的1%以上且为96%以下，所述通用溶质的浓度单位为质量%。

2.如权利要求1所述的方法，其中，所述通用溶质的数均分子量为15,000以下。

3.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述通用溶质为选自酯、萜烯、苯丙素、核酸、蛋白质、糖、肽、氨基酸、天然药品、小分子药品、抗生素、维生素、无机盐、质子性极性有机化合物以及非质子性极性有机化合物中的1种以上。

4.如权利要求3所述的方法，其中，所述通用溶质包含下述阳离子与阴离子的盐，

该阳离子包含选自钠、镁、磷、钾、钙、铬、锰、铁、钴、铜、锌、硒以及钼中的至少一种元素，

该阴离子包含选自氧、硫、氮、氯以及碘中的至少一种元素。

5.如权利要求1～2、4中任一项所述的方法，其中，所述驱动溶液流中的所述通用溶质的浓度为所述原料液流中的所述通用溶质的浓度的6%以上96%以下。

6.如权利要求1～2、4中任一项所述的方法，其中，所述驱动溶液流中的所述通用溶质的浓度为所述原料液流中的所述通用溶质的浓度的30%以上96%以下。

7.如权利要求1～2、4中任一项所述的方法，其进一步具有第二工序，该第二工序中，由所述驱动溶液流分离出溶剂，得到作为经浓缩的驱动溶液流的浓缩驱动溶液流、以及溶剂。

8.如权利要求7所述的方法，其进一步具有在所述第一工序中使用将在所述第一工序中得到的稀释驱动溶液流与在所述第二工序中得到的浓缩驱动溶液流混合而制备出的驱动溶液流的手段。

9.如权利要求7所述的方法，其中，所述第二工序利用使用半透膜的膜蒸馏工艺来进行。

10.如权利要求1～2、4、8～9中任一项所述的方法，其中，所述正渗透膜以由复数根中空纤维的纤维束构成的正渗透膜组件的形态使用。

11.如权利要求10所述的方法，其中，所述正渗透膜为在中空纤维状的多孔性支持膜的内表面具有由聚合物薄膜构成的分离活性层的复合型中空纤维。

12.如权利要求1～2、4、8～9、11中任一项所述的方法，其中，所述原料液流为食品或药品。

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