JP2003093828A

JP2003093828A - 分離膜モジュールを備えた蒸留装置、および蒸留塔

Info

Publication number: JP2003093828A
Application number: JP2001297226A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Morigami; 好雄森上; Atsushi Abe; 淳阿部; Takanobu Oishi; 孝信大石
Original assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Current assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Priority date: 2001-09-27
Filing date: 2001-09-27
Publication date: 2003-04-02

Abstract

(57)【要約】【課題】エントレーナを必要とせず、省スペース化お
よび省エネルギー化された蒸留装置を提供すること。【解決手段】蒸留装置２０１は、対象混合液を加熱し
て沸騰させる蒸留部５１と、この蒸留部５１と連通し、
加熱により生じた目的物質の蒸気を冷却した後、貯留す
る回収部（コンデンサー５３、貯留部７１）と、蒸留部
５１と回収部の間の蒸気の経路上において、蒸気からベ
ーパーパーミエーション法により夾雑成分を除去する分
離膜モジュール１０１と、を備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ベーパーパーミエ
ーション（ＶＰ）法による目的物質の精製機能を備えた
蒸留装置および蒸留塔に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、複数の物質を含む液状混合物
から、目的物質を精製する手段として蒸留装置が使用さ
れている。蒸留装置としては、例えば図１１に示すよう
な構成のものが用いられてきた。この蒸留装置２００で
は、例えば水とエチルアルコールなどの混合物を導入部
５５から蒸留塔５１内に供給し、図示しない加熱手段に
よって沸騰させることにより、目的物質（エチルアルコ
ール）を主成分とする蒸気を生成させる。蒸留塔５１の
排出部５７から排出された目的物質の蒸気は、通常、６
％程度の水分等の夾雑成分を含むため、一旦コンデンサ
ー５３で冷却して液体とした後、さらに精留塔６１内へ
導入して精製する必要があった。特に、共沸混合物から
目的物質の精製を行うためには、蒸留塔５１と精留塔６
１を組み合わせることは必須であり、しかも精留工程で
は、共沸をブレークするためのエントレーナ（例えば、
ベンゼン、トルエン、キシレン、シクロヘキサンなど）
の添加が不可欠であった。

【０００３】従って、従来の蒸留装置２００では、蒸留
塔５１と精留塔６１の設置スペースが必要であり、エネ
ルギー消費量も大きくならざるを得なかった。また、共
沸混合物の精製に使用されるエントレーナは、再生利用
のため別途分離用の蒸留塔を必要とする。

【０００４】ところで、近年ではゼオライトなどの無機
質材料を用いた物質分離膜が注目を集めており、例え
ば、ＮａＡ型ゼオライト膜（特許第２５０１８２５号公
報）や多孔質支持体上にＡ型ゼオライト膜を析出させた
もの（特開平８−３１８１４１号公報）などが提案され
ている。また、図１２（ａ）に示すようにセラミックな
どの多孔質支持体３１１表面にゼオライトなどの材料３
１２を担持させた管状（チューブ状）分離膜３１を用
い、図１２（ｂ）に示すように、管板３５に装着した管
状分離膜３１の周囲を円筒形状等のケーシング（枠体２
１）で囲って分離対象となる混合流体を通過させる流路
を形成した、シェル＆チューブ形式の膜モジュール１０
０が実用化されている。この形式の膜モジュール１００
は、管状分離膜３１の内部を図示しない真空ポンプ等に
より真空もしくは減圧にした状態で、混合流体を流体入
口２７から導入し、流体出口２８へ向けて流通させるこ
とにより、分離対象とする物質を管状分離膜３１の表面
から内部に選択的に透過させて分離するものである。管
状分離膜３１を透過した対象物質は、気体の状態で管の
内部空間を減圧室２５へ向けて運ばれ、回収口２９から
分離回収される。

【０００５】液体混合物の精製においても、図１１のよ
うな蒸留塔と精留塔との組み合わせではなく、図１２
（ｂ）のような分離膜を備えた物質分離装置を精留塔に
代えて使用する方式が採用されつつある。かかる方式で
は、蒸留塔からの蒸気を一旦冷却して液化した後、物質
分離装置の分離膜を用いてパーベーパレーション法によ
る精製が行われることになる。すなわち、この方式で
は、精留塔は省略できるが、替わりに分離膜を備えた物
質分離装置を別途設置することが必要となる。このた
め、省スペース化は困難であり、蒸留により生成した蒸
気を一旦液化してからパーベーパレーション法で処理
し、得られた蒸気を再度液化する必要があるためエネル
ギー的にも損失が多い。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、エン
トレーナを必要とせず、省スペース化および省エネルギ
ー化された蒸留装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項１に記載の蒸留装置の発明は、対象混合液を
加熱して沸騰させる蒸留部と、該蒸留部と連通し、加熱
により生じた目的物質の蒸気を冷却した後貯留する回収
部と、前記蒸留部と前記回収部の間の蒸気の経路上にお
いて、目的物質の蒸気からベーパーパーミエーション法
により夾雑成分を除去する分離膜モジュールと、を備え
たことを特徴とする。

【０００８】この特徴によれば、蒸留部と回収部の間の
蒸気の経路上に、目的物質から夾雑成分を除去する分離
膜モジュールを設けたため、従来の蒸留装置のように精
留塔を設けなくても、蒸気中から直接夾雑成分を分離除
去できる。従って、精留塔に要していた設置スペースお
よびエネルギーを大幅に省略できる。また、精留工程を
省略できる結果、エントレーナも不要となる。しかも、
分離膜は温度上昇に比例して透過性能が向上するため、
蒸気の経路上に分離膜モジュールを設置して、高温の蒸
気から直接夾雑成分を分離除去することは、分離膜の性
能を十分に引き出すことになり、迅速で高効率の精製が
実現する。

【０００９】また、請求項２に記載の蒸留装置の発明
は、請求項１において、前記分離膜モジュールを、前記
蒸留部の直上位置に設けたことを特徴とする。この特徴
によれば、蒸留部の直上に分離膜モジュールを設けたた
め、蒸留装置の設置面積を増加させることがなく、最大
限に省スペース化が図られる。また、蒸留部の直上に分
離膜モジュールを設けることで、蒸気の上昇流をそのま
ま利用して膜モジュールに導入できるとともに、高温状
態のまま分離膜による処理に移行するため、前記したよ
うに分離膜性能を最大限に発揮させ得る点でも有利であ
る。

【００１０】また、請求項３に記載の蒸留装置の発明
は、請求項１または請求項２において、前記分離膜モジ
ュールが、表面に蒸気を接触させて夾雑成分の分離を行
う管状分離膜と、前記蒸気を通過させる流路を規定する
ケーシングとを備え、複数の前記管状分離膜を同一平面
内に平行に配列するとともに、配列された前記管状分離
膜が前記流路内に所定間隔で層をなし、かつ隣接する層
における前記管状分離膜の軸方向をずらすようにして配
備された分離膜モジュールであることを特徴とする。こ
の特徴によれば、ベーパーパーミエーション法により物
質の分離を行う管状分離膜を同一平面内に平行に並べ、
蒸気の流路内に所定間隔で層をなすように、かつ隣接す
る層における管状分離膜の軸方向を（例えば９０度）ず
らして配備したので、管状分離膜同士の間隔を狭めるこ
とが可能であり、限られた容積のケーシング内に、より
多くの管状分離膜を配備できる。このように、管状分離
膜の充填率を向上させることによって、目的物質の分離
効率に優れ、かつ、小型化された分離膜モジュールは、
蒸留装置への組み込みが容易である。また、管状分離膜
の充填率を向上させるとケーシング内の蒸気の流速を速
くすることができるため、より一層処理効率が向上す
る。

【００１１】また、上記した管状分離膜の配備の仕方
は、流路内を通過する蒸気への乱流形成効果が高いた
め、ケーシング内の蒸気の濃度むら等を解消させること
が可能になる。よって、バッフル等を設けなくても効率
的な分離が実現可能になり、膜モジュールの構成も簡素
で済む。

【００１２】さらに、ケーシング内に管状分離膜を層状
に配備した分離膜モジュールは、流路の方向を例えば鉛
直、水平、斜めなど自由に設定できるため、設置場所の
制約を受けにくく、蒸留部から連なる配管やダクトなど
の蒸気経路上に容易に組み込むことができる。

【００１３】また、請求項４に記載の蒸留装置の発明
は、請求項３において、前記分離膜モジュールが、四角
筒状の前記ケーシングの側壁に前記管状分離膜を装着す
るとともに、対向する側壁に装着した管状分離膜同士を
同一平面内で交互に配列したものであることを特徴とす
る。この特徴によれば、四角筒状体のケーシングにおい
て、対向する側壁に装着した管状分離膜同士を同一平面
内で交互に配列することにより、管状分離膜同士の間隔
を狭くして限られた容積のケーシング内に、よりいっそ
う多くの管状分離膜を配備できることになり、上記した
乱流形成効果も向上する。従って、分離膜モジュールは
一層小型化されたものとなり、蒸留装置へ組み込んでも
装置全体を大型化させずに省スペース化を図ることがで
きる。

【００１４】また、請求項５に記載の蒸留塔の発明は、
対象混合液を加熱して沸騰させ、目的物質を精製する蒸
留塔であって、上部に、蒸気からベーパーパーミエーシ
ョン法により夾雑成分を除去するための膜分離手段を備
えたことを特徴とする。この特徴によれば、蒸留塔の上
部に膜分離手段を設けたため、蒸気中に含まれる夾雑成
分を効率良く分離除去することが可能であり、高い精製
効率が得られる。すなわち、蒸留塔の上部に膜分離手段
を設けることで、蒸気の上昇流をそのまま利用出来ると
ともに、高温状態で分離膜による処理が行われるため、
分離膜の性能を最大限に発揮させることが可能である。
また、蒸留塔と一体的に分離手段を配備したので、省ス
ペース化および省エネルギー化が図られる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づき本発明の実施
の形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る
蒸留装置２０１の概略図である。この蒸留装置２０１
は、蒸留部としての蒸留塔５１と、この蒸留塔５１の直
上に設置された分離膜モジュール１０１と、分離膜モジ
ュール１０１を通過した蒸気を冷却するコンデンサー５
３と、コンデンサー５３で冷却され、液化された目的物
質の貯留容器７１とを主要な構成として備えている。こ
こでは、コンデンサー５３および貯留容器７１は回収部
を構成している。

【００１６】蒸留塔５１は、図示しない加熱手段を備え
たものであり、既知の構成のものを利用することができ
る。蒸留塔５１の底部には、対象混合液中に含まれる、
蒸気圧が低く揮発しにくい成分（高沸点成分：例えば、
水−エチルアルコール混合系における水）を排出するた
めの抜出部５９が設けられている。

【００１７】蒸留塔５１の直上位置には、隣接して管状
分離膜３１（図２〜図９参照）を内蔵した膜モジュール
１０１が配備されている。ここで、「膜モジュール」と
は、装置の一部または一単位であって、物質分離膜を備
え、物質分離機能を担う部分を意味する。膜モジュール
１０１の詳細については後述する。回収部としてのコン
デンサー５３および貯留容器７１は、既知の構成のもの
を利用できる。

【００１８】本発明の蒸留装置２０１においては、例え
ば水とエチルアルコールなどの混合液を導入部５５から
蒸留塔５１内に供給し、図示しない加熱手段によって沸
騰させることにより、エチルアルコールを含む蒸気は蒸
留塔５１を上昇する。蒸留塔５１の排出部５７より塔外
へ出た蒸気は、蒸留塔５１の直上部のダクト８１中に組
み込まれた膜モジュール１０１内にそのまま導入され
る。蒸留により生じた蒸気は、通常、６％程度の夾雑成
分（例えば上記水−エチルアルコール混合系では水）を
含むが、膜モジュール１０１の分離作用により、夾雑成
分が分離除去される。つまり、夾雑成分（ここでは、水
分）のみが膜モジュール１０１中の管状分離膜３１を透
過して減圧状態のチューブ内に移行し、回収口２９から
回収される。

【００１９】膜モジュール１０１を通過した蒸気は、膜
モジュール１０１の分離機能により、大部分の夾雑成分
が除かれて十分に精製された状態になっており、高純度
の蒸気としてコンデンサー５３に送られ、冷却、液化さ
れて貯留部７１に回収される。

【００２０】このように、蒸留装置２０１では、蒸留塔
５１の直上位置に膜モジュール１０１を配備すること
で、精留塔を設けなくても目的物質を高純度に精製する
ことが可能になる。

【００２１】次に、膜モジュール１０１の構成について
例を挙げて詳細に説明する。図２は、本発明の蒸留装置
２０１に好適に使用可能な分離膜モジュール１０１の概
略構成を示す斜視図であり、部分的に内部構造を示して
いる。図３は、図２の断面構造を示す図面である。この
膜モジュール１０１は、分離膜としてセラミック支持体
にゼオライトを担持させた管状分離膜３１（図１２
（ａ）参照）を用い、流体経路上に配備するのに適した
膜モジュール１０１であり、例えば、水−エチルアルコ
ール混合蒸気などの混合流体から水分をベーパーパーミ
エーション法によって分離する場合などに好適に使用で
きるものである。本発明では、図２のような形式の膜モ
ジュール１０１を用いることによってはじめて、別々の
装置としてではなく、蒸留装置内に分離膜による分離機
能を組み込むことが可能になった。

【００２２】ケーシングとしての四角筒状の枠体２１
は、蒸気を通過させる流路１１を画定するとともに、複
数の管状分離膜３１を所定間隔で装着可能な取付孔（図
示せず）を備えており、管状分離膜３１を支持固定して
いる。枠体２１の材質は、内部を通過させる蒸気により
腐食、変質等を受け難く、所定の強度を有する部材であ
れば制限なく使用可能であり、例えばＳＵＳ鋼板などを
利用できる。

【００２３】図２および図３中、仮想線で示す減圧室２
５ａ、２５ｂは、取付孔を介して管状分離膜３１と連通
されるとともに、図示しない真空ポンプ等の減圧手段と
接続されており、管状分離膜３１内を減圧状態にしてベ
ーパーパーミエーション法による物質の分離を可能にし
ている。つまり、流路１１内を通過する蒸気が管状分離
膜３１と接触することにより、水などの夾雑成分のみが
選択的に管状分離膜３１を透過して管内空間に移動し、
気体の状態で減圧室２５ａ、２５ｂに送られる。減圧室
２５ａ、２５ｂは、さらに図示しない貯留手段に接続さ
れており、夾雑成分は必要に応じて液化されて回収され
る。

【００２４】なお、図２では図示していないが、必要に
応じて流路１１内に枠体２１に連結した管状分離膜３１
の支持部材を配備することも可能である。

【００２５】膜モジュール１０１では、管状分離膜３１
は、枠体２１の側壁２２ａ、２２ｂに形成された取付孔
に、取付部材３３によりねじ止めなどの機構で装着され
ている。管状分離膜３１は、その軸方向が蒸気の流れ方
向に対して略直交するように流路内に突出している。ま
た、管状分離膜３１は、互いに約９０度角度をずらした
２方向から交互に層をなすように配列されている。すな
わち、側壁２２ａに装着された管状分離膜３１ａ（ここ
では５本）は、同一平面上に配列されてチューブ列を形
成しており、側壁２２ｂに装着された５本の管状分離膜
３１ｂは、管状分離膜３１ａと略直交する方向で、別の
平面上に配列されてチューブ列を形成している。このよ
うに管状分離膜３１を取付けることにより、高い乱流促
進効果が得られるほか、同じ容積の枠体２１により多く
の管状分離膜３１を装着することが可能になる。なお、
この例では管状分離膜３１を二つの側壁２２ａおよび２
２ｂに装着しているが、４つの側壁すべてに、チューブ
列の高さ位置を順次ずらして装着していくことも可能で
ある。

【００２６】図２の膜モジュール１０１における管状分
離膜３１同士の間隔、および層状をなすチューブ列とチ
ューブ列との間隔は、後述するように、管状分離膜３１
の充填率を上げるため、なるべく小さく設定することが
好ましい。なお、管状分離膜３１の径や長さ、同一平面
に並べる本数、流れ方向に層状に配備するチューブ列の
数、枠体２１の長さや幅は、蒸気の種類やそこに含まれ
る物質の濃度、膜の性能、設置スペース等に応じて設定
できる。

【００２７】次に、本発明で使用する管状分離膜の取付
構造を、図４〜図７を参照しながら説明する。図４は、
管状分離膜の取付構造を説明するための原理図である。
図２と同様に管状分離膜３１は、枠体２１の内部に、そ
の軸方向が矢印で示す蒸気の流れ方向に対して略直交す
る向きで流路１１に突出して配備されている。図４から
見て取れるように、ここでは各５本のチューブが流路を
横切るように同一平面に並び、蒸気の流れ方向に所定の
間隔（Ｌ_２）で層をなすようにチューブ列３１ａ〜３１
ｇ・・・３１ｎを形成している。なお、説明の便宜上、
図４では減圧部２５および取付部３３は図示を省略し、
枠体２１は仮想線で示している。

【００２８】図４において、管状分離膜３１は、その軸
方向が蒸気の流れを遮るように流路に突出して配備され
ている。このように管状分離膜３１が蒸気の流れの障害
になるように配置することで、別途バッフルなどを設け
なくとも枠体２１内での乱流形成が可能になる。乱流
は、攪拌と類似の作用で枠体２１内における蒸気の濃度
むらを減少させるため、分離対象物質の分離効率を高め
る。

【００２９】また、図４では、任意のチューブ列３２
は、その上下のチューブ列３２に対して管状分離膜３１
の軸方向をずらしている（例えば、図４では、チューブ
列３２ｂは、上下のチューブ列３２ａ、３２ｃと約９０
度軸角度を変えて配置されている）。このような配置に
よって、層状をなすチューブ列３２同士の間隔Ｌ_２を狭
めることが可能であり、同じ容積の枠体２１により多く
の管状分離膜３１を装着することが可能になる。管状分
離膜３１の取付部３３の周囲には、管状分離膜３１の装
脱着操作を行うために、一定の領域を確保する必要があ
り、管状分離膜３１を装着するためには、１本あたりの
チューブの外径寸法よりもはるかに大きな径を確保しな
ければならない。このことは、限られた体積の枠体２１
内での管状分離膜３１の実質的な表面積を減少させてし
まうことになり、分離効率の低下を招くことになる。そ
こで、以下のような検討を行った。

【００３０】図５〜図７は、枠体２１への管状分離膜３
１の取付方法の代表的な例を示しており、各図において
それぞれ（ａ）は平面図、（ｂ）は要部正面図を示す。
なお、説明の便宜上、減圧部２５は図示を省略する。

【００３１】図５は、枠体２１の一つの側壁２２のみに
管状分離膜３１（ここではチューブ列３２ａ〜３２ｄと
して示す）を装着した場合を示している。図５では、５
本の管状分離膜３１からなるチューブ列３２ａ（３２ｃ
・・・）と４本の管状分離膜３１からなるチューブ列３
２ｂ（３２ｄ・・・）が、同方向であるが取付位置を１
／２ピッチずつずらして層状に装着されている。

【００３２】図６は、枠体２１の対向する二つの側壁２
２から管状分離膜３１（ここではチューブ列３２ａ〜３
２ｄとして示す）を装着した場合を示している。図６で
は、５本の管状分離膜３１からなるチューブ列３２ａ
（３２ｃ）と４本の管状分離膜３１からなるチューブ列
３２ｂ（３２ｄ）が、互いに向き合う方向で交互に１／
２ピッチずつ位置をずらして層状に装着されている。こ
の場合、各チューブ列３２ａ〜３２ｄにおける管状分離
膜３１は平行（軸方向は同じ）である。

【００３３】図７は、枠体２１の四つの側壁２２から管
状分離膜３１（ここではチューブ列３２ａ〜３２ｄ、３
２ａ’〜３２ｄ’として示す）を装着した場合を示して
いる。図７では、５本の管状分離膜３１からなるチュー
ブ列３２ａと４本の管状分離膜３１からなるチューブ列
３２ａ’が、互いに向き合う方向で同一平面内に装着さ
れ、このチューブ列３２ａ、３２ａ’と高さ位置を変え
て略９０度方向をずらしてチューブ列３２ｂとチューブ
列３２ｂ’が、互いに向き合う方向で同一平面内に装着
される、という繰り返し構造になっている。この場合、
同一平面内（例えば、チューブ列３２ａと３２ａ’）の
管状分離膜３１は平行（軸方向は同じ）であるが、隣接
するチューブ列３２同士は管状分離膜３１の軸方向が直
交する関係になる。

【００３４】図５では、枠体２１内での各管状分離膜３
１の長さをＬ_３ｍｍ、各管状分離膜３１間のピッチを２
２ｍｍと仮定すると、１本の管状分離膜３１を装着する
ために周囲に必要とする面積は、同一平面内で隣合う２
本の管状分離膜３１と、隣接するチューブ列のうちの最
短距離にある隣合う２本と、の４本の管状分離膜３１の
中心を結ぶ平行四辺形で示される面積と考えられる。

【００３５】したがって、図５の場合に１本の管状分離
膜３１が枠体２１内で占有する体積は、２２ｍｍ×１９．０５ｍｍ×Ｌ_３＝４１９．１×Ｌ_３ｍｍ（ここで、１９．０５は平行四辺形の高さ）となる。な
お、図５のように１方向から取付ける場合に、隣接する
チューブ列３２の取付位置を１／２ピッチずらさない場
合には、さらに多くの体積を必要とすることは容易に類
推できる。

【００３６】図６では、同一の側壁２２だけをみれば、
各管状分離膜３１間のピッチは２２ｍｍで変わらない
が、対向する側壁２２から高さ位置を変え、１／２ピッ
チ取付位置をずらして装着された管状分離膜３１が逆向
きで間に挿入されるため、１本の管状分離膜３１が必要
とする周囲の面積は、一方の側壁２２内で互いに近接す
る４本の管状分離膜３１の中心を結ぶ四角形で示される
面積の半分でよいと考えられる。

【００３７】したがって、図６の場合に、１本の管状分
離膜３１が枠体２１内で占有する体積は、１／２×２２ｍｍ×２２ｍｍ×Ｌ_３＝２４２×Ｌ_３ｍｍとなり、管状分離膜３１の充填本数を大幅に増加させる
ことができる。

【００３８】図６と類似の充填率の向上効果は、隣接す
るチューブ列３２（例えばチューブ列３２ａ、３２ｂ、
３２ｃ、３２ｄ）を、対向する側壁２２に装着するので
はなく隣接する二つの側壁２２（あるいは四つの側壁２
２）に軸方向を９０度ずつずらして装着していく場合で
も得られることが容易に理解される。

【００３９】図７の場合は、充填率をより一層向上させ
ることが可能である。図７の装着方法では、同一平面内
に対向する向きで交互に管状分離膜３１が挿入されるこ
と、および隣接するチューブ列を直交させることによ
り、管状分離膜３１の装脱着のために周囲に確保すべき
面積の大部分を事実上無視できる。つまり、同一の側壁
２２での見掛け上のピッチとは無関係に、管状分離膜３
１の径にかなり近い距離まで、実質的なピッチを縮小で
きる。例えば、ピッチを１４ｍｍまで縮小できたと仮定
すると、図７の場合に、１本の管状分離膜３１が枠体２
１内で占有する体積は、１４ｍｍ×１４ｍｍ×Ｌ_３＝１９６×Ｌ_３ｍｍとなり、管状分離膜３１の充填本数をさらに大幅に増加
させることができる。

【００４０】以上の説明から容易に理解されるように、
隣接するチューブ列３２同士で、管状分離膜３１の軸方
向をずらすことによって、チューブ列３２同士の間隔Ｌ
_２を狭めることが可能であり、同じ容積の枠体２１によ
り多くの管状分離膜３１を装着することが可能になるの
である。また、チューブ列毎に管状分離膜３１の配列方
向を例えば直角にずらすことは、前記した蒸気の乱流形
成効果をより高めることにもなる。

【００４１】図８は、上記とは別の例の膜モジュール１
０２の概略構成を示す斜視図であり、部分的に内部構造
を示している。図９は、図８の断面構造を示す図面であ
る。膜モジュール１０２は、前記した図７と同様の取付
け構造を採用したものであり、枠体２１の四つの側壁２
２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄから管状分離膜３１（こ
こでは管状分離膜３１ａ〜３１ｄとして示す）を装着し
ている。図８では、５本の管状分離膜３１ａと４本の管
状分離膜３１ｃが、互いに向き合う方向で交互に同一平
面内に装着され、このチューブ列３２と高さ位置をずら
して、略直交する方向で５本の管状分離膜３１ｂと４本
の管状分離膜３１ｄが、互いに向き合う方向で交互に同
一平面内に装着される、という繰り返し構造になってい
る。前記したように、かかる装着方法を採用することに
よって、管状分離膜３１が高い充填率で装着されるこ
と、および乱流形成が促進されることから、膜モジュー
ル１０２は特に優れた分離効率を発揮する。なお、他の
構成は図２と同様であるため、同一の構成には同一の符
号を付して説明を省略する。

【００４２】なお、上記実施形態では、ケーシングとし
て断面四角形の枠体２１を用いたが、ケーシングの形態
はこれに限るものではなく、断面三角形や六角形などの
枠体や円筒形の枠体も目的に応じて使用できる場合があ
る。なお、管状分離膜の装着の容易さや充填効率の点で
は、断面四角形状のものが最も好ましい。また、ケーシ
ングは筒状に限らず、蒸気の入口や出口を絞った形状に
することもできる。

【００４３】また、図２や図８では、膜モジュールの流
路１１を鉛直方向に描いているが、これに限らず水平方
向や斜め方向に設定してもよい。つまり、膜モジュール
は縦横斜め方向に自在に流路を形成できるものであり、
設置場所の制約を受けにくい。

【００４４】図１０は、本発明の別の実施形態に係る蒸
留装置２０２の概略構成を示す図面である。蒸留装置２
０２は、上部に分離手段としての膜分離部１０４を備え
た蒸留塔５２を有するものである。つまり、前記した膜
モジュール１０１、１０２等が蒸留塔５２と一体になっ
て備えられている。蒸留塔５２上部の壁体は、前記した
膜モジュール１０１等のケーシング（枠体２１）に対応
する部分として構成され、図示しない取付孔を有し、管
状分離膜３１を装着できるようになっており、壁体の周
囲には、真空ポンプ等の減圧手段に連通した減圧室２５
が配備されている（図２参照）。分離手段としての管状
分離膜３１は、前記した様々な取付け構造による装着が
可能である。このように蒸留塔５２の上部に一体的に膜
分離部１０４を設けることによって、精留塔を設けなく
ても、目的物質を高純度に精製することが可能になる。
図１０における他の構成は、図１と同様であるため、同
一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。

【００４５】以上、本発明を種々の実施形態に関して述
べたが、本発明は上記実施形態に限られるものではな
く、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で、他の
実施形態についても適用されるものであることは勿論で
ある。例えば、図１の蒸留装置１０１では、ダクト８１
上に膜モジュール１０１を配備したが、あたかも蒸留塔
５１に載置するような形で連結して配備することも可能
である。

【００４６】

【発明の効果】本発明の蒸留装置によれば、蒸留部と回
収部の間の蒸気の経路上に、目的物質から夾雑成分を除
去する分離膜モジュールを設けたため、従来の蒸留装置
のように精留塔を設けなくても、蒸気中から直接夾雑成
分を分離除去できる。従って、精留塔に要していた設置
スペースおよびエネルギーを大幅に省略でき、実用性に
優れている。また、精留工程を省略できる結果、エント
レーナも不要となる。しかも、分離膜は温度上昇に比例
して透過性能が向上するため、蒸気の経路上に分離膜モ
ジュールを設置して、高温の蒸気から直接夾雑成分を分
離除去することは、分離膜の性能を十分に引き出すこと
になり、迅速で高効率の精製が実現する。

【００４７】また、本発明の蒸留塔によれば、蒸気中に
含まれる夾雑成分を効率良く分離除去することが可能で
あり、高い精製効率が得られる。すなわち、蒸留部の直
上位置に膜分離手段を設けることで、蒸気の上昇流をそ
のまま利用出来るとともに、高温状態で分離膜による処
理が行われるため、分離膜性能を最大限に発揮させるこ
とが可能である。また、蒸留塔の上部に一体的に分離手
段を配備したので、省スペース化および省エネルギー化
が図られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る蒸留装置の概略構成
を示す図面。

【図２】蒸留装置に組み込み可能な膜モジュールの概略
を示す斜視図。

【図３】図２の膜モジュールの断面図。

【図４】膜モジュールの原理図。

【図５】管状分離膜の配列方法を説明する図面であり、
（ａ）は平面図、（ｂ）は要部正面図。

【図６】管状分離膜の別の配列方法を説明する図面であ
り、（ａ）は平面図、（ｂ）は要部正面図。

【図７】管状分離膜のさらに別の配列方法を説明する図
面であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は要部正面図。

【図８】蒸留装置に組み込み可能な別の実施形態に係る
膜モジュールの概略を示す斜視図。

【図９】図８の膜モジュールの断面図。

【図１０】本発明の別の実施形態に係る蒸留装置の概略
構成を示す図面。

【図１１】従来の蒸留装置の概略構成を示す図面。

【図１２】膜モジュールの説明に供する図面であり、
（ａ）は管状分離膜の断面構造を示し、（ｂ）は膜モジ
ュールの概略を示す。

【符号の説明】

１１流路２１枠体２２側壁２５、２５ａ、２５ｂ減圧室２７混合流体入口２８混合流体出口２９回収口３１管状分離膜３２チューブ列３３取付部３５管板５１蒸留塔５２蒸留塔５３コンデンサー５５導入部５７排出部５９抜出部６１精留塔６３コンデンサー６５導入部６７排出部７１貯留部８１ダクト１０１、１０２、１０３膜モジュール２００、２０１、２０２蒸留装置３１１セラミック支持体３１２ゼオライト膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者大石孝信岡山県玉野市玉３丁目１番１号三井造船株式会社玉野事業所内Ｆターム(参考） 4D006 GA41 HA28 JA25C JA53A JA70A KA31 KB18 MA02 MA06 MC03 PA03 PB20 PB65 4D076 AA16 AA22 BB03 BC01 CD22 FA03 FA19 FA34 HA11 JA03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】対象混合液を加熱して沸騰させる蒸留部
と、該蒸留部と連通し、加熱により生じた目的物質の蒸気を
冷却した後貯留する回収部と、前記蒸留部と前記回収部の間の蒸気の経路上において、
蒸気からベーパーパーミエーション法により夾雑成分を
除去する分離膜モジュールと、を備えたことを特徴とする、蒸留装置。
【請求項２】請求項１において、前記分離膜モジュー
ルを、前記蒸留部の直上位置に設けたことを特徴とす
る、蒸留装置。
【請求項３】請求項１または請求項２において、前記
分離膜モジュールが、表面に蒸気を接触させて夾雑成分の分離を行う管状分離
膜と、前記蒸気を通過させる流路を規定するケーシング
とを備え、複数の前記管状分離膜を同一平面内に平行に
配列するとともに、配列された前記管状分離膜が前記流
路内に所定間隔で層をなし、かつ隣接する層における前
記管状分離膜の軸方向をずらすようにして配備された分
離膜モジュールであることを特徴とする、蒸留装置。
【請求項４】請求項３において、前記分離膜モジュー
ルが、四角筒状の前記ケーシングの側壁に前記管状分離
膜を装着するとともに、対向する側壁に装着した管状分
離膜同士を同一平面内で交互に配列したものであること
を特徴とする、蒸留装置。
【請求項５】対象混合液を加熱して沸騰させ、目的物
質を精製する蒸留塔であって、上部に、蒸気からベーパーパーミエーション法により夾
雑成分を除去するための膜分離手段を備えたことを特徴
とする、蒸留塔。