JP2003260337A - 濃縮・分離装置 - Google Patents

濃縮・分離装置

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Nippon Steel Eco Tech Corp
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Nittetsu Kakoki KK
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 従来の濃縮法におけるエネルギー消費の大き
さを改善し、脱塩、洗浄、分離、精製などを効率よく実
施できる膜分離を利用した濃縮・分離装置を提案するも
のである。 【構成】 膜分離を用いた濃縮・分離装置で、処理貯槽
と、該処理貯槽に付帯し分離した固体の抜き出し手段を
有する固液分離装置、該処理貯槽に付帯し透過液抜き出
し口を有する膜分離装置、処理原液の受け入れ口、およ
び処理貯槽と固液分離装置、処理貯槽と膜分離装置との
間に各々処理液の循環路を備えた濃縮・分離装置。 【効果】 従来の温度を上昇させる蒸発法に比べエネル
ギー消費を低減でき、分離膜による分離性と操作性を改
善でき、膜の使用範囲を拡げることが可能となる。目的
物質のロスを少なくして、分離、精製等を行うことがで
きることから経済的である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、発酵工業、製薬工
業、精糖工業、アミノ酸工業、食品工業、染料工業、顔
料工業、化学工業、金属精錬工業、廃棄物処理業などに
おいて、広く行われている目的物質である有価物や不純
物の塩などを分離する装置に係わるものある。より詳し
くは、目的物質を含有している種々の処理原液から、膜
分離操作を用いて効率的に目的物質を濃縮・分離する装
置である。
【0002】
【従来の技術】目的物質を含む水溶液あるいは懸濁液か
ら目的物質を分離することは以前から多用されており、
例えば有機物である製品と無機物である塩類を含む水溶
液を処理原液とした場合には、有機物である製品の分離
に、蒸発濃縮と固液分離を組み合わせた方法(蒸発法)
が広く用いられている。前記の蒸発法では、処理原液中
の水分を蒸発濃縮によって凝縮液として取り出し、次の
工程で、飽和濃度以上の濃度になり固形物となった有機
物を、固液分離により分離するようにしている。また、
ナノフィルトレーション(NF)膜を用いた化成品など
の脱塩,分離,洗浄などの工程と、その後の噴霧乾燥な
どの乾燥工程による製品の固体化工程を順次実施し、固
体の製品を得る方法も広く行われている。この場合に
は、脱塩を実施した後の処理液や懸濁液から、固形の目
的物質を取り出す工程は、上記の脱塩,分離,洗浄工程
に続いて実施されているため、膜分離装置で取り扱う懸
濁液の固形物濃度が高い場合には、濃縮を進めるうえで
支障を生ずることがあった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明では、従来の濃
縮法におけるエネルギー消費の大きさを改善し、懸濁液
などの固形物含有量が少ない状態での膜濃縮を実現する
ことにより、脱塩、洗浄、分離などを効率よく実施する
ことのできる膜分離を用いた濃縮・分離装置の提供を目
的としている。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明は、膜分離を用い
た濃縮・分離装置において、処理貯槽と、該処理貯槽に
付帯し分離した固体の抜き出し手段を有する固液分離装
置、該処理貯槽に付帯し透過液抜き出し口を有する膜分
離装置、処理原液の受け入れ口、および処理貯槽と固液
分離装置、処理貯槽と膜分離装置との間に各々処理液の
循環路を備えたことを特徴とする濃縮・分離装置であ
る。さらには、前記の装置に、洗浄水あるいは洗浄媒液
供給手段を設けた濃縮・分離装置である。尚、本発明で
は、膜分離装置において、透過液の取り出しによる濃縮
と同時に塩類や低分子量の物質などの除去ができること
からナノフィルトレーション膜を使用することが好まし
い。
【0005】
【発明の実施の形態】本発明の一実施形態を、図1に示
す設備の概略図を基に説明する。処理貯槽3には、膜分
離装置2と、ポンプ4−1により処理貯槽内から処理液
あるいは懸濁液を抜き出し処理貯槽3と膜分離装置2の
間を処理液が循環する配管が付設してある。膜分離装置
における分離膜としては、ナノフィルトレーション膜や
限外ろ過膜を装備する。分離膜の具体的なものとして、
PCIメンブレン社製AFC30,AFC40などの管
状膜が望ましく、他には、スパイラル式、平膜式、中空
糸式などの形状の、ナノフィルトレーション膜、ルーズ
RO膜、限外ろ過膜、MF膜などが例示できる。さら
に、処理貯槽3には、固液分離装置1と、ポンプ4−2
により処理貯槽3内から処理液あるいは懸濁液を抜き出
し処理貯槽3と固液分離装置1間に処理液を循環させる
配管が付属している。固液分離装置1としては、フィル
タープレスが望ましく、他に遠心分離装置、液体サイク
ロンなどを用いてもよい。目的物質を含む水溶液あるい
は懸濁液である処理原液を、受け入れ口より処理貯槽3
内に供給するが、この処理原液の供給には、連続的ある
いは間欠的などのいずれの方法を採用してもよい。固液
分離装置1からは連続的あるいは間欠的に分離した固体
(製品)6を抜き出し、膜分離装置からは連続的に透過
液7を抜き出すようにする。尚、処理原液の受け入れ口
は、処理貯槽3に付設することが望ましいものの、シス
テム内の他の個所から処理原液を受け入れるようにして
もよい。また、図示していないが、処理貯槽3や処理液
の循環路に、洗浄水あるいは洗浄媒液供給手段を備えた
洗浄液貯槽や,洗浄装置を付設することができる。
【0006】
【他の実施形態】上述の本発明の基本的な構成に対し、
いろいろな変更が可能である。図1の場合には、1基の
処理貯槽を用いた例を説明したが、2基以上の処理貯槽
を用い、それぞれに膜分離装置と固液分離装置を付属す
るようにしてもよい。このことにより、膜分離用の貯槽
で固体の発生し難い温度条件などの膜分離により適した
状態を維持し、一方固液分離装置の貯槽では、固体が発
生し易い温度で、結晶が成長し易い条件などの固液分離
に適した状態を維持することができる。また、予め膜分
離装置のみで濃縮を行った処理液あるいは懸濁液を、そ
れに続いて本発明の膜分離装置と固液分離装置を付設し
た処理貯槽で処理するようにすることができる。また、
膜分離装置に供給する前に、固液分離装置を用いて固形
分を除去あるいは減少させてから、膜分離装置に供給す
ることができる。このほか、図1ではポンプを2台使用
しているが、ポンプは共用することができ、固液分離装
置と膜分離装置を、並列あるいは直列に設置することも
可能である。また、大量の処理液の昇圧・減圧を繰り返
すことなく、十分なクロスフローを確保するために、膜
分離装置の内部あるいは膜分離装置に処理液の循環ポン
プを付属させることも可能である。
【0007】本発明では、処理原料の温度維持のため
に、熱交換器の設置や、スチームなどの吹き込みによる
直接加熱や直接冷却を実施することができる。さらに、
目的とする物質の溶解度が温度の違いによって変化する
場合には、膜プロセスでの取り扱いはより溶解度が高い
温度域で行い、処理貯槽および固液分離装置では、より
溶解度の小さい温度域で運転するために、膜分離装置か
ら処理貯槽への液移送手段、および処理貯槽から膜分離
装置への液移送手段において、加熱手段および/あるい
は冷却手段を付設することができる。例えば、図2に示
すように処理貯槽3と膜分離装置2の間に、熱交換器
8、加熱器9、冷却器10を設置し、膜分離で取り扱う
処理液の温度を製品の溶解度の高い高温に、処理貯槽3
で取り扱う温度を製品の溶解度が低く晶析、析出などを
進めるのに都合のよい低温にすることで、膜装置でのフ
ァウリングの低減と効率の良い晶析を同時に実施するこ
とも可能である。ここで例示した熱交換器、加熱器、冷
却器を全て用いる必要はなく、加熱の方法として水蒸気
を吹き込む方法、冷却の方法としてエアーバブリングを
実施する方法など適時選択することが可能である。
【0008】処理貯槽と固液分離装置の循環路に、加熱
手段および/あるいは冷却手段を設けて、溶解度を制御
し処理原液から固形物の析出、晶出などを促進するよう
にしてもよい。また、必要に応じて処理原料のpH調整
や、凝集剤などの薬剤の添加を実施することもできる。
さらには、膜分離装置からの透過液を処理貯槽に還流さ
せる配管などを設けることで、濃縮速度の制御や濃縮停
止状態の維持が可能になる。
【0009】本発明の濃縮・分離装置の運転方法につい
て図1を基に説明する。処理原液を処理貯槽の受け入れ
口を経て処理貯槽3内に供給する。ポンプ4−1により
処理貯槽3内から処理液あるいは懸濁液を抜き出し膜分
離装置2へ供給し、膜分離を行う。これにより、処理液
中の塩分や低分子量成分などが水分と共に膜を透過し透
過液となり、一方の残留する処理液中では溶質の濃度が
高まることになり、固形物の析出、晶出が起こる。膜分
離装置2から処理貯槽3へ処理液が循環しているうちに
濃縮が進み、処理液中の固形物が所望濃度となったとこ
ろで、ポンプ4−2により処理貯槽3内から懸濁液を固
液分離装置1に供給する。固液分離装置1からは分離し
た固体(製品)6を抜き出すようにする。本発明の濃縮
・分離装置では、膜分離操作と固液分離を並行して実施
することができることが特徴であり、処理液中の固形物
濃度を制御しながら前記操作ができるため、効率的であ
る。
【0010】本発明の装置では、単に濃縮過程で、塩な
どを透過液に除去しながら濃縮を進める他、水などを洗
浄水として添加することで、さらに脱塩などを効率的に
進めることができる。さらに塩濃度を低くする以外に、
塩の量そのものは透過液側に抜き出し減少するものの、
塩濃度は上昇するように運転することで晶析を進めるこ
ともできる。
【0011】処理原液の供給は、連続的、間欠的、バッ
チ的のいずれのやり方で行ってもよく、膜分離装置の透
過液の抜き出しを連続的に行ってもよく、適時還流配管
などにより透過液を処理貯槽に還流させても、また運転
圧力を低下させるなどで、濃縮速度を制御することがで
き、実質的に濃縮や運転を停止する操作を加えることも
できる。固液分離装置からの固体の取り出しも連続的、
間欠的、バッチ的のいずれにより行ってもよい。固形物
の抜き出し手段としては、固液分離装置自体に固形物を
排出する手段を付属させてもよいし、スクリューコンベ
ヤーなどの移送手段を用いてもよい。
【0012】本発明の対象とする物質の組合せは、使用
する膜を通過しやすい物質と、膜を通過しにくい物質の
組合せで、その通過しにくい物質が濃縮によって膜分離
および固液分離装置で取り扱える範囲で、固形化するも
ので、それらを溶解あるいは懸濁させている溶媒も、水
であっても、無機酸や、メタノール等の有機溶媒であっ
てもよい。また、洗浄液を用いる場合には、洗浄液とし
ては、前記の溶媒と同様に、水であっても、無機酸や、
メタノール等の有機溶媒であってもよい。また、固体化
としては、処理液の濃度上昇などによる結晶化などの固
形化以外にも反応による固体物質の生成、凝集などが例
示できる。
【0013】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
膜分離による濃縮を実施し、従来の温度を上昇させるこ
とが必要な蒸発法よりもエネルギー消費を低減でき、同
時に実施する固液分離によって低減した固体濃度の上昇
を防ぐことができる結果、分離膜におけるつまりやファ
ウリングの防止、分極化の弊害の低減、分離膜の使用期
間の延長や、洗浄頻度の低減が可能になる。また、本発
明によれば、処理液中の固体濃度が低減できる結果、管
状膜を使用するかわりにスパイラル膜などのより固形分
濃度に敏感な形状の膜を使用することをも可能にする。
本発明において、ナノフィルトレーション膜を用いた場
合には、透過液の取り出しによる濃縮と同時に塩類や低
分子量の物質などの除去ができることから、固体として
回収する物質に含まれるこれらの不純分の含有量を低減
できる。このことは固形物として分離される物質の溶解
度が低い場合に、当該の物質のロスを少ない状態で固液
分離で実行でき、精製としても有利となる。また、本発
明においては、2基以上の処理貯槽を用いることがで
き、処理原液を2段以上に分けて濃縮・分離を行い、各
段での取り扱い処理液の性状の違いから、1段目ではよ
り多くのフラックスを得られる運転を実施し、2段目以
降で処理原液の量が少なくなり、洗浄水を加えたことに
よる洗浄効果の高い洗浄を進めるなどの方法により、全
体としてより少ない設備費用や用役使用量での濃縮・分
離が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態を示す設備の概略図であ
る。
【図2】本発明の別の実施形態を示す設備の概略図であ
る。
【符号の発明】
1 固液分離装置 2 膜分離装置 3 処理貯槽 4−1,4−2 ポンプ 5 処理原液 6 製品 7 透過液 8 熱交換器 9 加熱器 10 冷却器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4D006 GA03 GA04 GA06 GA07 HA01 HA21 HA41 HA61 JA02Z JA53Z JA56Z JA57Z JA67Z KA01 KA12 KA15 KA17 KA31 KA41 KA61 KB14 KB20 KB30 KC01 KD11 KD28 MA01 MA02 MA03 MA04 MB02 PA01 PA03 PA05 PB12 PB14 PB15 PC11 PC12 PC18 PC42 PC80

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】膜分離を用いた濃縮・分離装置において、
    処理貯槽と、該処理貯槽に付帯し分離した固体の抜き出
    し手段を有する固液分離装置、該処理貯槽に付帯し透過
    液抜き出し口を有する膜分離装置、処理原液の受け入れ
    口、および処理貯槽と固液分離装置、処理貯槽と膜分離
    装置との間に各々処理液の循環路を備えたことを特徴と
    する濃縮・分離装置。
  2. 【請求項2】処理貯槽や処理液の循環路に、洗浄水ある
    いは洗浄媒液供給手段を設けたものである請求項1に記
    載の濃縮・分離装置。
  3. 【請求項3】膜分離装置がナノフィルトレーション膜を
    用いたものである請求項1または請求項2に記載の濃縮
    ・分離装置。
  4. 【請求項4】処理貯槽と膜分離装置の循環路に、加熱手
    段および/あるいは冷却手段を設けたものである請求項
    1〜3のいずれかに記載の濃縮・分離装置。
  5. 【請求項5】処理貯槽と固液分離装置の循環路に、加熱
    手段および/あるいは冷却手段を設けたものである請求
    項1〜4のいずれかに記載の濃縮・分離装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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