JP2011072971A

JP2011072971A - 分離膜モジュール

Info

Publication number: JP2011072971A
Application number: JP2009230100A
Authority: JP
Inventors: Yoshinobu Takagi; 義信高木; Masaru Fujita; 優藤田; Yoshihiro Asari; 祥広浅利
Original assignee: Hitachi Zosen Corp
Current assignee: Hitachi Zosen Corp
Priority date: 2009-10-02
Filing date: 2009-10-02
Publication date: 2011-04-14

Abstract

【課題】分離膜エレメントの外面にそって流れる処理流体の流速を低下させることなく、分離膜モジュールを安価に製造する。
【解決手段】モジュール本体11内に、４以上の複数の垂直筒状分離膜エレメント12が並列状に配置されている。同分離膜エレメント12は、複数の分離膜エレメント12をグループ毎に含む複数のグループGに区分けされている。各グループGの分離膜エレメント12は、１つの垂直筒状流体導管51によって取り囲まれている。各グループGの分離膜エレメント12外面および流体導管51内面間に、上または下に向かう一方向の処理通路52が形成されている。
【選択図】図２

Description

この発明は、アルコール無水化設備、例えば、エタノール製造設備、イソプロピルアルコール(IPA)リサイクル設備において、有機溶剤と水の混合液もしくは蒸気等の流体を、無水化するための分離膜モジュールに関する。

この種の分離膜モジュールとしては、図４に示すように、モジュール本体101内に、複数の垂直筒状分離膜エレメント102が並列状に配置されており、モジュール本体101内の胴壁内面および各分離膜エレメント102外面間に、上から下に向かう一方向の処理通路103が形成されており、処理通路103に、複数の邪魔板104が多段に設けられているものが知られている。

上記分離膜モジュールを含む大容量のプラントでは、必要とする分離膜エレメント102の本数も非常に多くなり（数千〜数万本）、分離膜モジュール１基あたり分離膜エレメント装填数も非常に多くなる。このような場合、モジュール本体101の胴径が大きく、分離膜エレメント102の外表面を流れる処理流体の流速が小さくなる。

上記分離膜モジュールにおいて、同処理流体は、流れにしたがって、序々に水を分離除去して濃縮されていくが、流速が小さくなるにしたがって濃度分極が大きくなる。つまり、分離膜エレメント表面近傍を流れる処理流体の濃度は、そこから離れたところを流れる処理流体の濃度よりも濃くなる（水分が少なくなる）。

上記脱水速度に係る駆動力は、分離膜エレメント102の１次側（外側：処理流体側）と２次側（内側：透過水側）の水分圧差である。上記濃度分極が生じると、１次側の水分圧が小さくなり、これにより、駆動力である水分圧差が小さくなって、脱水速度が低下する。

上記邪魔板104の使用は、処理流体の流速減少を防止するためである。モジュール本体101の胴径が大きくなるにしたがい、邪魔板104の必要枚数が増加する。各邪魔板104には分離膜エレメント102を通すための孔が必要であるが、これらの孔を、全ての邪魔板104に同芯状に加工するためには、高度の加工精度を必要とし、コストアップの要因となる。

また、分離膜エレメント102の組立時に、分離膜エレメント102および邪魔板104が接触し、分離膜エレメント102の表面が傷付けられると、分離選択性（水のみを分離除去する）が低下する。これを避けるための組立作業は、容易ではない。

上記分離膜モジュールの問題点を解決するものとして、図５に記載されている分離膜モジュールが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

この分離膜モジュールは、モジュール本体111内に、複数の垂直筒状分離膜エレメント112が並列状に配置されており、各分離膜エレメント112が、個別に、垂直筒状流体導管113によって取り囲まれており、対応する分離膜エレメント112外面および流体導管113内面間に、上または下に向かう一方向の処理通路114が形成されているものである。

この分離膜モジュールにおいては、処理通路114の横断面積を調節することによって、処理流体の流速を調節でき、その流速の低下を防止することが可能である。

その反面、分離膜エレメント112の数と同数の流体導管113を必要とするため、流体導管113の分、分離膜モジュールのコストが高価につき、組立作業も繁雑である。

特開２００９−０６６５０３号公報

この発明の目的は、分離膜エレメントの外面にそって流れる処理流体の流速を低下させることなく、安価に製造できる分離膜モジュールを提供することにある。

この発明による分離膜モジュールは、４以上の複数の垂直筒状分離膜エレメントが並列状に配置されており、同分離膜エレメントが、複数の分離膜エレメントをグループ毎に含む複数のグループに区分けされており、各グループの分離膜エレメントが、１つの垂直筒状流体導管によって取り囲まれており、各グループの分離膜エレメント外面および流体導管内面間に、上または下に向かう一方向の処理通路が形成されているものである。

この発明による分離膜モジュールでは、必要とする流体導管の数は、分離膜エレメントの数と同数ではなく、分離膜エレメントを区分けするグループの数だけでよい。グループの数は、分離膜エレメントの数よりも小である。したがって、流体導管の数が少なくて済む分、分離膜モジュールのコストを削減することができる。また、組立作業も容易となる。

さらに、各処理通路に、複数の邪魔板が多段に設けられていると、処理通路の横断面積の調節に加えて、邪魔板の数を調節することによって、処理流体の流速を調節できる要因を増加させことができる。

この発明によれば、分離膜エレメントの外面にそって流れる処理流体の流速を低下させることなく、分離膜モジュールを安価に製造することができる

この発明による分離膜モジュールの垂直縦断面図である。図１のII−II線にそう横断面図である。図１の一部拡大断面図である。従来技術による分離膜モジュールの垂直縦断面図である。従来技術による他の分離膜モジュールの垂直縦断面図である。

図１を参照すると、分離膜モジュールは、上下両端閉鎖垂直円筒状モジュール本体11と、モジュール本体11内に並列状に収容されている複数の垂直筒状分離膜エレメント12とを備えている。

モジュール本体11内の頂壁近くには、各分離膜エレメント12を固定状に吊下げた水平状管板21が設けられている。管板21の上方には排出チャンバ22が、その下方には分離チャンバ23がそれぞれ形成されている。モジュール本体11頂壁中央には、排出チャンバ22に連通させらた排水口24が設けられている。

分離チャンバ23上部には、管板21下方に間隔をおいて、水平状上仕切板31が設けられている。管板21および上仕切板31間には上流体通路32が形成されている。上流体通路32内は、垂直仕切板33によって、入口チャンバ34および出口チャンバ35に区画されている。モジュール本体11胴壁上端には、入口チャンバ34に連通させられた入口36および出口チャンバ35に連通させられた出口37が互いに反対向きに設けられている。

分離チャンバ23下部には、モジュール本体11底壁上方に間隔をおいて、水平状下仕切板41が設けられている。下仕切板41の下方には下流体通路42が形成されている。

各分離膜エレメント12は、セラミックからなる支持体表面に、ゼオライト膜を形成してなるものである。

各分離膜エレメント12の上端開口は、排出チャンバ22に開放され、その下端開口は、閉鎖されている。

図２を参照すると、全ての分離膜エレメント12は、複数のグループGに区分けされている。各グループGは、複数の分離膜エレメント12を含んでいる。各グループGの複数の分離膜エレメント12は、グループG毎に、上仕切板31および下仕切板41に渡し止められた１つのステンレス製垂直筒状流体導管51によって取り囲まれている。

各グループGの分離膜エレメント12外面および流体導管51内面間には、処理通路52が形成されている。全グループGのうち、半数のグループGの処理通路52の上端は、入口チャンバ34に開放され、残りのグループGの処理通路52の上端は、出口チャンバ35に開放されている。全グループGの処理通路52の下端は、揃って、下流体通路42に開放されている。

図３に詳細に示すように、各グループGの処理通路52には複数の水平状邪魔板61が多段に設けられている。各邪魔板61には、対応するグループGの分離膜エレメント12が貫通させられている。

処理流体は、入口36から入口チャンバ34に導入される。導入された処理流体は、入口チャンバ34から、これに開放された処理通路52を通じて、下流体通路42まで導かれる。下流体通路42まで導かれた処理流体は、そこで反転させられて、出口チャンバ35に開放された処理通路52を通じて、出口チャンバ35まで導かれ、出口37を通じて、出口チャンバ35から導出させられる。この間に、処理流体に含まれていた水は、分離膜エレメント12を透過する。分離膜エレメント12を透過して水は、排出チャンバ22を経由して、最終的に、排水口24からモジュール本体11外へ排出される。

この発明による分離膜モジュールは、アルコール無水化設備、例えば、エタノール製造設備、イソプロピルアルコール(IPA)リサイクル設備において、有機溶剤と水の混合液もしくは蒸気等の流体を、無水化することを達成するのに適している。

11 モジュール本体
12 分離膜エレメント
51 流体導管
52 処理通路
G グループ

Claims

モジュール本体内に、４以上の複数の垂直筒状分離膜エレメントが並列状に配置されており、同分離膜エレメントが、複数の分離膜エレメントをグループ毎に含む複数のグループに区分けされており、各グループの分離膜エレメントが、１つの垂直筒状流体導管によって取り囲まれており、各グループの分離膜エレメント外面および流体導管内面間に、上または下に向かう一方向の処理通路が形成されている分離膜モジュール。
各処理通路に、複数の邪魔板が多段に設けられている請求項１に記載の分離膜モジュール。