JP2015208714A - 分離膜モジュール - Google Patents
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Abstract
Description
この分離膜モジュールは、モジュール本体にアッパータンクおよびロアタンクが設けられており、アッパータンクに排出チャンバおよびヘッダチャンバが上下に設けられており、ヘッダチャンバに被分離流体入口および分離流体出口が設けられており、アッパータンクおよびロアタンクに複数の垂直棒状膜分離部材が渡されており、各膜分離部材が、管状分離膜エレメントと、分離膜エレメントを間隔をおいて取り囲んでいる外管とよりなり、分離膜エレメントの上端開口は排出チャンバに連通させられ、その下端開口は閉鎖されており、分離膜エレメントおよび外管間の間隙の上端はヘッダチャンバに連通させられ、その下端はロアタンクに連通させられており、ヘッダチャンバ内に、被分離流体入口および分離流体出口を区画するように仕切が設けられているものである。
各分離膜エレメントは、セラミックスからなる管状支持体の外表面にゼオライト膜を形成してなり、排出チャンバとヘッダチャンバとを区画している水平状の管板に吊下げ状に固定されている。また、各外管は、アッパータンクの底壁を形成している上水平仕切板と、ロアタンクの頂壁を形成している下水平仕切板とにまたがって接続されている。
そして、例えば含水有機溶剤が、外管とこれに挿入された分離膜エレメントとの間隙を流通させられると、水分のみが分離膜エレメントのゼオライト膜を透過させられて、有機溶剤と分離されるようになっている。特に、上記分離膜モジュールの場合、外管と分離膜エレメントとの間隙に被分離流体を流通させる構成としたことで、被分離流体の流速(レイノルズ数)を引き上げることが可能となるので、分離膜エレメントの膜性能が発揮されやすいという利点がある。
しかしながら、これらの分離膜モジュールにおいても、1本の分離膜エレメントに対して1本の外管が必要となるため、上記と同様の問題があった。
したがって、請求項1に係る発明によれば、分離膜エレメントの本数あたりのモジュール製作コストを抑えることができ、外管および分離膜エレメントの2重管構造による優れた分離性能を発揮しうる分離膜モジュールを安価で提供することができる。
請求項2記載の分離膜モジュールによれば、各分離膜エレメントの自由端外周面に支持突起が形成されているので、支持突起が外管の内周面に当接させられることによって、分離膜エレメントの自由端側の垂れ下がり等による偏芯が防止され、分離膜エレメントの外表面が破損したり、被分離流体の流通に支障が出たりする問題を回避することができる。
支持突起の形状は特に限定されないが、例えば棒状や板状とすることができる。また、支持突起は、少なくとも1つあれば足りるが、1つの場合、分離膜エレメントの自由端外周面から垂直下方にのびるように形成される。好ましくは、支持突起は、周方向に間隔をおいて2つ以上形成される。
請求項4記載の分離膜モジュールによれば、水平状のパス形成用仕切板にドレン流下孔があけられているので、この孔を通じてドレンがヘッダチャンバの底部まで流下させられ、ヘッダチャンバの底部に設けられたドレン排出口を通じて、ドレンを容易に抜き出すことができる。
モジュール本体(2)内の左右各部には、モジュール本体(2)の横断面に沿ってのびる垂直状の管板(3)と、管板(3)の左右方向内方に間隔をおいて位置する垂直状の内側仕切板(4)とが設けられている。管板(3)は、胴体(21)と各蓋体(22)との間に挟み止められている。
そして、モジュール本体(2)内の左右各部において、管板(3)と内側仕切板(4)との間の区画がヘッダチャンバ(20A)となされ、管板(3)よりも左右方向外側の区画が排出チャンバ(20B)となされている。
図3に詳しく示すように、外管(5)の左右各端部は、左右各内側仕切板(4)にあけられた貫通孔(41)の周縁部に、溶接等の接合手段によって固定されている。
また、全本数の半分の本数の外管(5)ごとに内部の環状通路(P)を流れる被分離流体の向きが交互に左右反転する2パスが形成されるように、左ヘッダチャンバ(20A)内の高さ中央付近に1つの水平状のパス形成用仕切板(7)が設けられている。
仕切板(7)には、ドレン流下孔(71)が形成されている。左右のヘッダチャンバ(20A)の底部には、ドレン排出口(203)が設けられている。左ヘッダチャンバ(20A)内の上部で生じたドレンは、仕切板(7)のドレン流下孔(71)を通じて、左ヘッダチャンバ(20A)の底部に流下させられ、ここからドレン排出口(203)を通じて抜き出される。右ヘッダチャンバ(20A)内で生じたドレンは、右ヘッダチャンバ(20A)の底部に溜まり、ドレン排出口(203)を通じて抜き出される。
左右各排出チャンバ(20B)の左右方向外端部に、第2分離流体出口(204)が設けられている。
分離膜エレメント(6)の固定端側に位置する支持体(61)の一端部(図3の左端部)には、水平円筒状の接続部材(63)が連通状に接続されている。また、分離膜エレメント(6)の自由端側に位置する支持体(61)の他端部(図3の右端部)には、水平短円柱状の閉塞部材(64)が、支持体(61)の他端部開口を塞ぐように接続されている。接続部材(63)および閉塞部材(64)は、それぞれ緻密質セラミックスから形成されており、支持体(61)の端部開口に嵌め入れられる嵌入凸部(641)を有している(図4、5参照)。接続部材(63)および閉塞部材(64)の端面と支持体(61)の端面との隙間は、ガラス粉末を圧縮成形してなるガラスシールリングを用いたガラスシール部(65)によってシールされている。
4つの支持突起(66)のうち最下位に設けられた垂直下向きの支持突起(66)は、その先端が外管(5)の内周面に当接させられている。この支持突起(66)が分離膜エレメント(6)の自由端を下から支えることによって、自重による分離膜エレメント(6)の垂れ下がりが防止され、分離膜エレメント(6)の外表面と外管(5)の内周面との間の環状通路(P)が維持されるようになっている。
残りの3つの支持突起(66)は、通常、これらの先端と外管(5)の内周面との間に僅かな隙間が生じるようになっている。そして、例えば被分離流体の流体圧等により分離膜エレメント(6)が振動した場合に、所要の支持突起(66)の先端が外管(5)の内周面に当接させられることによって、分離膜エレメント(6)の外表面が外管(5)の内周面に接触するのが防止される。
これらの板状の支持突起(66A)によっても、上述した棒状の支持突起とほぼ同様の作用効果が奏される。
図6に示すように、左管板(3)には、左分離膜エレメント(6)と同数の取付孔(31)が水平貫通状にあけられており、各取付孔(31)に左分離膜エレメント(6)の左端部が挿入されている。
取付孔(31)の内周面右端部には、内方突出環状の受け部(311)が形成されている。取付孔(31)の内周面左側には、雌ねじ(312)が形成されている。受け部(311)の左側に、断面L形の環状リング受け(32)、Oリング(33)および環状スペーサ(34)が配されている。そして、上記雌ねじ(312)とねじ合わせられる雄ねじ(351)を外周面に有する水平筒状の押さえ部材(35)が、取付孔(31)と分離膜エレメント(6)の左端部との間の環状空隙に左方から挿入されて、その先端部でリング受け(32)、Oリング(33)およびスペーサ(34)を押圧しうるように管板(3)にねじ接合されている。押さえ部材(35)の押圧作用によって左右方向に圧縮変形されたOリング(33)は、その内周部が分離膜エレメント(6)の左端部外周面に強く押し付けられるとともに、その外周部が管板(3)の取付孔(31)内周面に強く付けられる。これにより、左分離膜エレメント(6)が左管板(3)に片持ち状に固定され、また、左膜分離エレメント(3)の左端部外周面と、管板(3)の取付孔(31)内周面との間がシールされている。
なお、被分離流体入口と第1分離流体出口の配置を上下逆にして、被分離流体を下から上に流通させるように構成することも可能である。
第1の実施形態の分離膜モジュールは2パス方式の構造を有するものであったが、この実施形態では4パス方式の構造が採用されている。すなわち、分離膜モジュール(1)の左ヘッダチャンバ(20A)内に、これを上下方向に3つに区画するように、2つの水平状のパス形成用第一仕切板(7)が設けられているとともに、右ヘッダチャンバ(20A)内に、これを上下2つに区画するように、1つの水平状のパス形成用第二仕切板(7)が設けられている。右ヘッダチャンバ(20A)内の第二仕切板(7)は、左ヘッダチャンバ(20A)内の2つの第一仕切板(7)どうしの間のレベルに配置されている。各仕切板(7)には、ドレン流下孔(71)が形成されている。
第2の実施形態の分離膜モジュール(1)によれば、被分離流体が分離膜エレメント(6)の外表面と接触させられる機会がより多くなるため、それによって分離効率および分離性能がさらに高められる。
すなわち、被分離流体入口が左右いずれか一方のヘッダチャンバの頂部(または底部)に設置され、これと同じヘッダチャンバの底部(または頂部)に第1分離流体出口が設置されている場合には、全本数よりも少ない本数の外管ごとに内部の環状通路を流れる被分離流体の向きが交互に左右反転する複数(4以上の偶数)パスが形成されるように、前記一方のヘッダチャンバ内に複数のパス形成用第一仕切板を設け、他方のヘッダチャンバ内に第一仕切板の数から1を減じた数のパス形成用第二仕切板を設ければよい。
また、被分離流体入口が左右いずれか一方のヘッダチャンバの頂部(または底部)に設置され、第1分離流体出口が他方のヘッダチャンバの底部(または頂部)に設置されている場合には、全本数よりも少ない本数の外管ごとに内部の環状通路を流れる被分離流体の向きが交互に左右反転する複数(3以上の奇数)パスが形成されるように、前記一方のヘッダチャンバ内に少なくとも1つのパス形成用第一仕切板を設け、他方のヘッダチャンバ内に第一仕切板と同数のパス形成用第二仕切板を設ければよい。
加熱装置(8)には、電気ヒータ等が用いられている。なお、加熱装置に代えて、上記区画(20C)に、例えば蒸気等の加熱流体を流通させるようにしてもよい。
運転開始時などに分離膜エレメント(6)が低温になっているときに、この加熱装置(8)によって、分離膜エレメント(6)を加熱する。これにより、分離媒体として凝縮性ガスが導入された場合にドレンが発生するのが抑止される。また、被分離流体に液体が導入された場合は、分離流体が膜を透過する際に必要な気化熱分を加熱することができる。
(2):モジュール本体
(20A):左ヘッダチャンバ、右ヘッダチャンバ
(20B):左排出チャンバ、右排出チャンバ
(201):被分離流体入口
(202):第1分離流体出口
(203):ドレン排出口
(204):第2分離流体出口
(3):左管板、右管板
(4):左内側仕切板、右内側仕切板
(5):外管
(6):左分離膜エレメント、右分離膜エレメント
(61):支持体
(62):ゼオライト膜
(P):環状通路
(7):パス形成用仕切板
(71):ドレン流下孔
(8):加熱装置(加熱手段)
Claims (6)
- 横型密閉容器として構成されるモジュール本体内の左右各部に、垂直状の管板と、管板の左右方向内方に間隔をおいて位置する垂直状の内側仕切板とが設けられて、管板と内側仕切板との間の区画がヘッダチャンバとなされ、管板よりも左右方向外側の区画が排出チャンバとなされており、
複数本の水平状の外管が、これらの一端を左ヘッダチャンバに開口させ、他端を右ヘッダチャンバに開口させるように、左右の内側仕切板にまたがって接続されており、
各外管内に、左管板に片持ち状に固定された管状の左分離膜エレメントと、右管板に片持ち状に固定された管状の右分離膜エレメントとが、外管の内周面との間に環状通路が形成されるように挿入配置されており、
左右各分離膜エレメントは、その固定端が左右各排出チャンバに開口させられる一方、その自由端が閉塞されており、
左右いずれか一方のヘッダチャンバに被分離流体入口が設けられ、左右いずれか一方または他方のヘッダチャンバに第1分離流体出口が設けられ、左右各排出チャンバに第2分離流体出口が設けられている、分離膜モジュール。 - 左右各分離膜エレメントの自由端の外周面に、外管の内周面に当接しうる支持突起が、1つまたは周方向に間隔をおいて複数形成されている、請求項1記載の分離膜モジュール。
- 全本数よりも少ない本数の外管ごとに内部の環状通路を流れる被分離流体の向きが交互に左右反転する複数パスが形成されるように、少なくとも左右いずれか一方のヘッダチャンバ内に少なくとも1つのパス形成用仕切板が設けられている、請求項1または2記載の分離膜モジュール。
- パス形成用仕切板が、少なくとも1つのドレン流下孔を有する水平状の仕切板よりなり、左右のヘッダチャンバの底部にドレン排出口が設けられている、請求項3記載の分離膜モジュール。
- モジュール本体内における左右の内側仕切板どうしの間の区画に、各外管の周囲から左右の分離膜エレメントを加熱する加熱手段が設けられている、請求項1〜4のいずれか1つに記載の分離膜モジュール。
- 左右各分離膜エレメントが、セラミックスからなる管状の支持体と、支持体の外表面に形成されたゼオライト膜とを備えている、請求項1〜5のいずれか1つに記載の分離膜モジュール。
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