JP2021053552A - 分離膜モジュール及び分離方法 - Google Patents

Abstract

【課題】管状分離膜の充填密度を高くすることができ、しかも分離膜ユニットの数を従来品よりも少なくすることができる分離膜モジュールと、この分離膜モジュールを用いた分離方法を提供する。【解決手段】円筒状ハウジング２に多段に分離膜ユニット１０が設けられている。ハウジング２の平面視において、第１、第５及び第９段目の分離膜ユニット１０Ａは３時側から差し込まれ、第２、第６及び第１０段目の分離膜ユニット１０Ｂは１２時側から差し込まれ、第３及び第７段目の分離膜ユニット１０Ｃは１時半側から差し込まれ、第４及び第８段目の分離膜ユニット１０Ｄは１０時半側から差し込まれている。【選択図】図１

Description

本発明は溶液や混合気体等の流体から一部の成分を分離するために用いられる分離膜モジュールと、この分離膜モジュールを用いた分離方法に関する。

溶液又は混合気体中の成分を分離するための機器として管状分離膜を有する分離膜モジュールが知られている。この管状分離膜は、管状の多孔質セラミック支持体と、該支持体の外周面に設けられたゼオライト等からなる多孔質の分離膜とを有する。溶液や混合気体等の流体から特定の成分を分離するためには、溶液の流体を検査の一方（外面）に接触させて、もう一方（内面）を減圧することにより、特定の成分を気化させ分離する方法や、溶液を気化させて気体状態で分離膜に接触させて、非接触面側を減圧して特定成分を分離する方法、加圧状態の混合気体を分離膜に接触させて特定の成分を分離する方法などが知られている。

複数の管状分離膜がハウジング内に設置された多管式分離膜モジュールとして、特許文献１には、円筒状の容器側面から分離膜ユニットを求心方向に差し込んだものが記載されている。

特許文献１では、分離膜ユニットの差し込み方向（容器求心方向）の長さは、容器の半径程度又はそれ以下である（特許文献１の図４、５、７）。

特開２０１７−５６３６９号公報

特許文献１では、管状分離膜の充填密度を高くするには、特許文献１の図４〜７のように多数の分離膜ユニットを設置する必要がある。例えば、特許文献１の図４〜７では、円筒状容器を、容器軸心線方向が鉛直方向となるように配置し、分離膜ユニットを上下多段に、且つ１つの段では８個の分離膜ユニットを求心方向に設けるようにしている。このように多数の分離膜ユニットを設置すると、分離膜モジュールの組み立てに著しく手間がかかる。また、各分離膜ユニットと容器とのシール部分から被分離流体がリークするリスクも、分離膜ユニットの数に比例して大きくなる。

本発明は、管状分離膜の充填密度を高くすることができ、しかも分離膜ユニットの数を上記特許文献１よりも少なくすることができる分離膜モジュールと、この分離膜モジュールを用いた分離方法を提供することを目的とする。また、被分離流体がより均一に管状分離膜に接触できるような分離膜モジュール構造を提供することも目的の一つである。

本発明の分離膜モジュールは、筒状のハウジングと、該ハウジングの側周面の差込口から該ハウジング内に差し込まれた分離膜ユニットとを有する分離膜モジュールにおいて、
該分離膜ユニットの差し込み方向の先端側は、該差込口と反対側のハウジング内周面近傍に達している
或いは、
該ハウジングには、該差込口と反対側に支持穴が設けられており、前記分離膜ユニットの先端側が該支持穴に差し込まれて保持されている
ことを特徴とする分離膜モジュール。

本発明の一態様では、前記分離膜ユニットは、前記差し込み方向と垂直な支持板と、一端側が該支持板に支持された複数本の管状分離膜とを有する。

本発明の一態様では、前記管状分離膜の一端側にエンド管が接続されており、該エンド管が前記支持板の一面側に固定されており、該支持板の他面側にエンドカバーが装着され、該支持板と該エンドカバーとの間に流出室が形成されており、該支持板及び該エンド管に設けられた連通孔を介して前記管状分離膜内と該流出室内とが連通している。

本発明の一態様では、前記ハウジングの外周面には、前記差込口を取り巻く台座部が設けられており、前記支持板の外周縁部が該台座部に固定されている。

本発明の一態様では、各分離膜ユニットの前記流出室は、それぞれ連絡配管を介して集合配管に連通している。

本発明の一態様では、前記ハウジングの軸心線方向と垂直な面に投影したときに、すべての分離膜ユニットの前記エンドカバーが該ハウジングの外周面の一半側に位置する。

本発明の一態様では、前記ハウジングの軸心線方向の一端側から他端側にかけて第１ないし第ｎ（ｎは４以上）の分離膜ユニットが間隔をおいて配列されており、該一端側から４・Ｎ＋１番目（Ｎは０又は１以上の整数）とそれに隣接する４・Ｎ＋２番目の分離膜ユニット同士は、該ハウジングの軸心線方向と垂直な面に投影したときに略直交しており、４・Ｎ＋３番目とそれに隣接する４・Ｎ＋４番目の分離膜ユニット同士は、該ハウジングの軸心線方向と垂直な面に投影したときに略直交しており、４・Ｎ＋１番目及び４・Ｎ＋２番目の分離膜ユニットと、４・Ｎ＋３番目及び４・Ｎ＋４番目の分離膜ユニットとは、該ハウジングの軸心線方向と垂直な面に投影したときに斜交している。

本発明の一態様では、前記斜交角度が４５゜±１０゜である。

本発明の一態様では、前記管状分離膜はゼオライト膜を有する。

本発明の分離方法は、本発明の分離膜モジュールを用いて、パーベーパレーション法またはベーパーパーミエーション法により、混合流体から物質の分離を行うことを特徴とする。

本発明の分離膜モジュールでは、ハウジングに差し込まれた分離膜ユニットが、ハウジングを直径方向に横断するか、又はそれに近い長さを有しており、分離膜ユニットの配置本数が上記特許文献１よりも少数で足りる。そのため、分離膜モジュールの製作が容易であり、また分離膜ユニットと差込口との接続部からの流体のリークのおそれも軽減される。

本発明の一態様によると、隣接する分離膜ユニットを交差方向に配設することにより、膜と流体の接触頻度を向上させ、分離効率を向上させることができる。
本発明の一態様によると、各分離膜ユニットから取り出された流体を効率よく集合配管に導くことができ、また分離膜モジュールの構成の単純化を図ることができる。

本発明による上記効果は、分離膜モジュールが商業的なスケールに大型化された場合に特に大きい。ここでいう「大型化」とは被処理流体の流量が、例えば気体の場合は下限値が３トン／時、好ましくは７トン／時であり、上限値が６５０トン／時、好ましくは３３０トン／時であるようなスケールをいう。また、液体の場合は下限値が１２０トン／時、好ましくは２５０トン／時、上限値が２０万トン／時、好ましくは１０万トン／時であるようなスケールをいう。

実施の形態に係る分離膜モジュールの透視側面図である。 図２ａ，２ｂ，２ｃ及び２ｄは図１のIIａ−IIａ線、IIｂ−IIｂ線、IIｃ−IIｃ線及びIIｄ−IIｄ線断面図である。 実施の形態に係る分離膜モジュールの平面図である。 分離膜ユニットの長手方向の断面図である。 図４のＶ−Ｖ線断面図である。 分離膜ユニットの別例を示す断面図である。 図６のVII−VII線断面図である。

図１〜５を参照して、本発明の実施の形態に係る分離膜モジュールの一例について説明する。

図１〜５の分離膜モジュール１は、筒軸心線方向を鉛直方向とした略円筒形状のハウジング２と、該ハウジング２に差し込まれた複数の分離膜ユニット１０とを有する。

ハウジング２の天面及び底面はそれぞれ鏡板部２ａ，２ｂとなっている。底部の鏡板部２ｂには被処理流体の流入口３が設けられ、天面の鏡板部には非透過流体の流出口４が設けられている。

ハウジング２の側周面には、上下方向に間隔をおいて、分離膜ユニット１０の差込口５が設けられている。差込口５の外周縁部には、分離膜ユニット１０の取付用の台座部６が設けられている。台座部６は、差込口５を周回している。台座部６はハウジング２の外周面から放射方向に若干盛り上っている。台座部６の該放射方向の先端面は平面となっており、後述の支持板１１の外周縁部が重なり得るようになっている。

分離膜ユニット１０の構成について、図４，５を参照して説明する。

分離膜ユニット１０は、基端側の支持板１１と、支持板１１の一方の面（内向面）から起立する複数本のエンド管１２と、一端側が該エンド管１２に連結された管状分離膜１３と、各管状分離膜１３の他端側に取り付けられ、該他端側を封じているエンドプラグ１４と、各エンドプラグ１４が差し込まれて保持されたエンドプレート１５と、支持板１１とエンドプレート１５とを連結するタイロッド１６と、支持板１１の他方の面（外向面）に被装されたエンドカバー１７等を有する。

支持板１１は、円板状であり、厚み方向に貫通する複数の透過流体の通過孔１１ａを有する。

支持板１１の内向き面にあっては、該通過孔１１ａと同軸状にエンド管１２が立設されている。この実施の形態では、通過孔１１ａに座ぐり状の凹所（符号略）が設けられ、該凹所にエンド管１２の基端側が差し込まれ、溶接によりエンド管１２が支持板１１に固着されているが、エンド管１２の固定構造はこれに限定されない。

エンド管１２は、図示の通り、管軸心線方向に貫通する管孔（符号略）を有した管状体よりなる。エンド管１２の先端は小径となっており、管状分離膜１３の基端側が外嵌されている。管状分離膜１３の基端側とエンド管１２の先端側との接続部はＯリング、ガスケット等によってシールされている。Ｏリングやガスケット等の代わりに、又はＯリングやガスケット等と共に、管状分離膜１３の基端側からエンド管１２の先端側にかけて連結して覆う熱収縮チューブを設けることによりエンド管１２と管状分離膜１３との接続部をシールしてもよい。

管状分離膜１３の先端にエンドプラグ１４が連結されている。エンドプラグ１４は円柱状またはこれの一部を削った形状であり、管状分離膜１３の先端を封止している。エンドプラグ１４の基端には、管状分離膜１３内に差し込まれた小径部が設けられている。エンドプラグ１４と管状分離膜１３との間はエンド管１２と管状分離膜１３との接続部と同様にしてシールされている。

なお、エンドプラグ１４の重量軽減を図るために、エンドプラグ１４の先端面から凹所が設けられている。また図４において、管状分離膜１３に接続されているエンド管１２の管状分離膜１３側の一部に別の配管（金属ＳＵＳのつなぎ配管）が接続された構造となっていてもよい。

タイロッド１６は、基端側が支持板１１に螺合等により固定されている。タイロッド１６は、この実施の形態では支持板１１の外周縁部に周方向に等間隔に４本配置されているが、タイロッド１６の本数はこれに限定されない。各タイロッド１６の先端は、プレート１５に設けられたロッド挿通孔（符号略）に挿通されている。プレート１５を挟むように設けられたストッパ１６ａとタイロッド１６に螺着されたナット１６ｂにより、プレート１５がタイロッド１６に固定支持される。

プレート１５は、差込口５よりも若干小径の円板状であり、各エンドプラグ１４が嵌挿された開口１５ａを備えている。

エンドカバー１７は、この実施の形態では略半球殻形状であり、その外周縁部１７ａが支持板１１の外向面の周縁部にガスケット、Ｏリング等を介して気密に取り付けられている。エンドカバー１７と支持板１１との間が透過流体の流出室１８となっている。エンドカバー１７には、透過流体の取出口１７ｂが設けられている。なお、エンドカバー１７の形状は上記のものに限定されるものではない。

流出室１８内は、通過孔１１ａとエンド管１２の管孔とを介して各管状分離膜１３内に連通している。

この実施の形態では、ハウジング２の側周面に設けられた差込口５の鉛直上下方向の配列ピッチは略同一である。

図２ａ〜２ｄの通り、この実施の形態では、ハウジング２の平面視において、各差込口５及び各差込口５から差し込まれた分離膜ユニット１０の配置規則は次の通りとなっている。

即ち、上から４・Ｎ＋１段目（Ｎは０又は１以上の整数）の分離膜ユニット１０（１０Ａ）は、３時側の差込口５から９時方向に向って延在している。

４・Ｎ＋２段目の分離膜ユニット１０（１０Ｂ）は、１２時側の差込口５から６時方向に向って延在している。４・Ｎ＋３段目の分離膜ユニット１０（１０Ｃ）は、１時半側の差込口５から７時半方向に向って延在している。４・Ｎ＋４段目の分離膜ユニット１０（１０Ｄ）は、１０時半側の差込口５から４時半方向に向って延在している。

各差込口５に対し、ハウジング２の直径方向にすなわち、ハウジング２の平面視においてハウジング２の中心を通過する方向に、分離膜ユニット１０が差し込まれている。

分離膜ユニット１０の先端が差込口５と反対側のハウジング２の内周近傍に位置する場合において、分離膜ユニット１０のエンド管１２、管状分離膜１３及びエンドプラグ１４の３者の合計の長さ（前述のつなぎ配管が存在する場合はこれも含めた長さ）のうち、ハウジング内の長さは、ハウジング２の内径よりも小さく、かつ該内径の１／２（すなわちハウジング２の半径）よりも大きい。該３者の合計の長さ（前述のつなぎ配管が存在する場合はこれも含めた長さ）は、ハウジング２の内径の６０以上１２０％以下、特に好ましくは９０以上１１０％以下である。

このように、この実施の形態では、各分離膜ユニット１０は、ハウジング２を直径方向にほぼ横断する長い長さを有している。

この実施の形態では、上から４・Ｎ＋１段目の分離膜ユニット１０（１０Ａ）は、平面視において３時・９時方向に延在し、その直下の分離膜ユニット１０（１０Ｂ）は、１２時・６時方向に延在しており、平面視において直交している。

上から４・Ｎ＋３段目の分離膜ユニット１０（１０Ｃ）は、１時半側・７時半方向に延在し、その直下の分離膜ユニット１０（１０Ｄ）は、１０時半・４時半方向に延在しており、平面視において直交している。

従って、上から４・Ｎ＋１段目及び４・Ｎ＋２段目の分離膜ユニット１０（１０Ａ，１０Ｂ）と、上から４・Ｎ＋３段目及び４・Ｎ＋４段目の分離膜ユニット１０（１０Ｃ，１０Ｄ）とは、平面視において４５゜の角度で交差している。

この実施の形態では、支持板１１の直径ｄはハウジング２の内径の１０以上７０％以下、特には４０以上６０％以下程度が好ましい。例えば図２（ａ）を用いて説明すれば、この範囲を採用することにより、ハウジング断面積に対する管状分離膜の断面積合計が占める割合が大きくなり、被処理流体のショートパスを低減できる。

図１では、分離膜ユニット１０の設置段数は１０段であるが、これに限定されるものではない。通常は２〜２８段、特に好ましくは４〜１４段程度とされるが、これに限定されない。

この実施の形態では、各分離膜ユニット１０の取出口１７ｂは、連絡配管２１を介して集合配管２２に接続されている。

以下、本発明の分離膜モジュールを構成する各部材の好適な材料等について説明する。

エンド管１２及びエンドプラグ１４の材料としては金属、セラミックス、樹脂など、流体を透過させないものが例示されるが、これに限定されない。支持板１１及びタイロッド１４の材質は、通常、ステンレスなどの金属材料であるが、分離条件における耐熱性と供給、透過成分に対する耐性があれば特に限定されず、用途によっては、樹脂材料など他の材質に変更可能である。

管状分離膜１３は、好ましくは、管状の多孔質支持体と、該多孔質支持体の外周面に形成された無機分離膜とを有する。無機分離膜としては、ゼオライト膜、シリカ膜、炭素膜などが挙げられ、中でもゼオライト膜を用いることが好ましい。この管状の多孔質支持体の材質としては、シリカ、α−アルミナ、γ−アルミナ、ムライト、ジルコニア、チタニア、イットリア、窒化珪素、炭化珪素などを含むセラミックス焼結体や金属焼結体の無機多孔質支持体が挙げられる。その中でもアルミナ、シリカ、ムライトのうち少なくとも１種を含む無機多孔質支持体が好ましい。多孔質支持体表面が有する平均細孔径は特に制限されるものではないが、細孔径が制御されているものが好ましく、通常０．０２μｍ以上、好ましくは０．０５μｍ以上、さらに好ましくは０．１μｍ以上であり、通常２０μｍ以下、好ましくは１０μｍ以下、さらに好ましくは５μｍ以下の範囲が好ましい。

多孔質支持体の表面においてゼオライトを結晶化させゼオライト膜を形成させる。
ゼオライト膜を構成する主たるゼオライトは、通常、酸素６−１０員環構造を有するゼオライトを含み、好ましくは酸素６−８員環構造を有するゼオライトを含む。

ここでいう酸素ｎ員環を有するゼオライトのｎの値は、ゼオライト骨格を形成する酸素とＴ元素で構成される細孔の中で最も酸素の数が大きいものを示す。例えば、ＭＯＲ型ゼオライトのように酸素１２員環と８員環の細孔が存在する場合は、酸素１２員環のゼオライトとみなす。

酸素６−１０員環構造を有するゼオライトの一例を挙げれば、ＡＥＩ、ＡＥＬ、ＡＦＧ、ＡＮＡ、ＢＲＥ、ＣＡＳ、ＣＤＯ、ＣＨＡ、ＤＡＣ、ＤＤＲ、ＤＯＨ、ＥＡＢ、ＥＰＩ、ＥＳＶ、ＥＵＯ、ＦＡＲ、ＦＲＡ、ＦＥＲ、ＦＡＵ、ＧＩＳ、ＧＩＵ、ＧＯＯ、ＨＥＵ、ＩＭＦ、ＩＴＥ、ＩＴＨ、ＫＦＩ、ＬＥＶ、ＬＩＯ、ＬＯＳ、ＬＴＮ、ＭＡＲ、ＭＥＰ、ＭＥＲ、ＭＥＬ、ＭＦＩ、ＭＦＳ、ＭＯＮ、ＭＳＯ、ＭＴＦ、ＭＴＮ、ＭＴＴ、ＭＷＷ、ＮＡＴ、ＮＥＳ、ＮＯＮ、ＰＡＵ、ＰＨＩ、ＲＨＯ、ＲＲＯ、ＲＴＥ、ＲＴＨ、ＲＵＴ、ＳＧＴ、ＳＯＤ、ＳＴＦ、ＳＴＩ、ＳＴＴ、ＴＥＲ、ＴＯＬ、ＴＯＮ、ＴＳＣ、ＴＵＮ、ＵＦＩ、ＶＮＩ、ＶＳＶ、ＷＥＩ、ＹＵＧ等がある。

ゼオライト膜は、ゼオライトが単独で膜となったものでも、前記ゼオライトの粉末をポリマーなどのバインダー中に分散させて膜の形状にしたものでも、各種支持体上にゼオライトを膜状に固着させたゼオライト膜複合体でもよい。ゼオライト膜は、一部アモルファス成分などが含有されていてもよい。

ゼオライト膜の厚さとしては、特に制限されるものではないが、通常、０．１μｍ以上であり、好ましくは０．６μｍ以上、さらに好ましくは１．０μｍ以上である。また通常１００μｍ以下であり、好ましくは６０μｍ以下、さらに好ましくは２０μｍ以下、特に好ましくは１０μｍ以下の範囲である。

ただし、本発明はゼオライト膜以外の分離膜を有した管状分離膜を用いてもよい。

管状分離膜１３の外径は、好ましくは３ｍｍ以上、より好ましくは６ｍｍ以上、さらに好ましくは１０ｍｍ以上、好ましくは２０ｍｍ以下、より好ましくは１８ｍｍ以下、さらに好ましくは１６ｍｍ以下である。外径が小さすぎると管状分離膜の強度が十分でなく壊れやすくなることがあり、大きすぎるとモジュール当りの膜面積が低下する。

管状分離膜１３のうちゼオライト膜で覆われた部分の長さは好ましくは２０ｃｍ以上、好ましくは２００ｃｍ以下である。

管状分離膜は、通常５〜３０００本、特に５０〜２０００本配置され、管状分離膜同士の最短距離は、２ｍｍ〜１０ｍｍとなるように配置されることが好ましい。ハウジングの大きさ、管状分離膜の本数は処理する流体量によって適宜変更されるものである。

このように構成された分離膜モジュール１において、被処理流体は流入口３からハウジング２内に導入され、ハウジング２内を流れる間に被処理流体の一部の成分が管状分離膜１３を透過して管状分離膜１３内から流出室１８、取出口１７ｂ及び連絡配管２１を介して集合配管２２に取り出される。透過しなかった流体は、流出口４から分離膜モジュール１外に流出する。

この分離膜モジュール１にあっては、分離膜ユニット１０は各差込口５からハウジング２の直径方向に長く延在しており、各差込口５の反対側のハウジング２内周面近くにまで達している。そのため、ハウジング２に設ける差込口５の数が前記特許文献１に比べて少なく、分離膜モジュール１の製作が容易である。また、差込口５への分離膜ユニット１０の取付部分からの流体リークのおそれも軽減される。

この実施の形態では、４・Ｎ＋１段目とその直下の４・Ｎ＋２段目の分離膜ユニット１０Ａ，１０Ｂ同士が平面視において直交しており、また４・Ｎ＋３段目とその直下の４・Ｎ＋４段目の分離膜ユニット１０Ｃ，１０Ｄ同士が平面視において直交している。さらに、４・Ｎ＋１段目及び４・Ｎ＋２段目の分離膜ユニット１０Ａ，１０Ｂと、４・Ｎ＋３段目及び４・Ｎ＋４段目の分離膜ユニット１０Ｃ，１０Ｄとが平面視において略４５゜の角度で斜交している。従って、流入口３から流出口４に向って流れる被処理流体のショートパスを抑制することが可能となり、ハウジング２内の任意の水平断面における被処理流体の流れが略々均一なものとなる。また、被処理流体は、各分離膜ユニット１０Ａ〜１０Ｄによって分散され、乱流状態となって各分離膜ユニットの管状分離膜１３と接触するようになり、効率よく膜分離処理が行われる。

各分離膜ユニット１０から取り出された透過流体が集合配管２２に合流して取り出される。この実施の形態では、各分離膜ユニット１０の透過流体取出口１７ａが、図３の通り、ハウジング２の平面視において半周以下の範囲（図３では中心角１３５°の範囲）にのみ位置しており、各取出口１７ａと集合配管２２とを連絡する連絡配管２１の長さが短くて済み、配管レイアウトが単純化される。なお、分離膜ユニット１０の設置段数が多い場合、連絡配管２１を一つの集合配管２２に集めるのではなく、２つ以上の集合配管２２を設け、集める連絡配管２１をハウジングの長手方向（図１では上下方向）の任意の段で分けることができる。例えば８段の場合１〜４段目と５〜８段目に分ける。このような構造をとる場合は、一つの集合配管２２に集まる一の連絡配管の範囲においては前述の「半周以下」に収まるが、全体としては半周以下に収まらなくてもよい。

上記図１〜５の実施の形態では、各分離膜ユニット１０はハウジング２の内径よりも長さが短く、各分離膜ユニット１０はハウジング２に対し片持ち構造にて支持されているが、このように片持ち構造にすると、分離膜ユニット１０が振動に対する耐性が高いものとなる。

ただし、本発明では、分離膜ユニットを両持ち構造にてハウジング２に支持させてもよい。即ち、各差込口５とハウジング２の直径方向に対峙して支持穴を設け、分離膜ユニットを差込口からハウジング内に差し込み、該分離膜ユニットの先端側を支持穴に通すようにしてもよい。

図１〜５の実施の形態では、ハウジング２の平面視において分離膜ユニット１０Ａ，１０Ｂ、分離膜ユニット１０Ｃ，１０Ｄがそれぞれ直交するものとしているが、直交だけでなく、直角に近い角度（例えば９０゜±１０゜、特に９０゜±５゜）で交差するものであってもよい。また、分離膜ユニット１０Ａ，１０Ｂと分離膜ユニット１０Ｃ，１０Ｄとの交差角度は４５゜に限定されるものではなく、４５゜±１０゜、特に４５゜±５゜で交差するものであってもよい。

本発明では、分離膜ユニットの指向方向は図示以外とされてもよい。例えば分離膜ユニットの指向方向が下段側に向って少しずつ時計回り方向又は反時計回り方向に変わるものであってもよい。また、すべての分離膜ユニットの指向方向を同一としてもよい。

上記実施の形態では、ハウジング２の軸心線方向を鉛直方向としているが、水平方向など他の方向としてもよい。

本発明では、板面を管状分離膜１３の長手方向と交差方向（例えば直交方向）としたバッフルを設けてもよい。その一例を図６，７に示す。図６，７では、バッフル１９は円の一部を弦方向に切り欠いた形状のものであり、管状分離膜１３が挿通された開口１９ａを有する。図６，７では４枚のバッフルが図示されているが、これに限定されない。図６，７のその他の構成は図４，５と同一であり、同一符号は同一部分を示している。

本発明の分離膜モジュールにおいて、分離または濃縮の対象となる被処理流体としては、分離膜によって分離または濃縮が可能な複数の成分からなる気体または液体の混合物であれば特に制限はなく、如何なる混合物であってもよいが、気体の混合物に使用することが好ましい。

分離または濃縮にはパーベーパレーション法（浸透気化法）、ベーパーパーミエーション法（蒸気透過法）と呼ばれる分離または濃縮方法を用いることができる。パーベーパレーション法は、液体の混合物をそのまま分離膜に導入する分離または濃縮方法であるため、分離または濃縮を含むプロセスを簡便なものにすることができる。本発明の分離膜モジュールは、ベーパーパーミエーション法に用いることがより好ましい。

本発明において、分離または濃縮の対象となる混合物が、複数の成分からなる気体もしくは液体の混合物である場合、混合物としては、例えば、二酸化炭素、酸素、窒素、水素、メタン、エタン、エチレン、プロパン、プロピレン、ノルマルブタン、イソブタン、１−ブテン、２−ブテン、イソブテン、トルエンなどの芳香族系化合物、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、ブタノール、等の低級アルコール系、アセトン、イソブチルケトン、メチルイソブチルケトン等のC5以下のケトン系、ジメチルグリコール等の低級グリコール系、Ｎ−メチルピロリドン、ギ酸、酢酸、酪酸、プロピオン酸、硫酸、３−メチル−1−ブタノール、ＤＭＳＯ、ＤＭＳ、六フッ化硫黄、ヘリウム、一酸化炭素、一酸化窒素、水などから選ばれる少なくとも１種の成分を含むものが挙げられる。これらの気体成分あるいは液体成分からなる混合物のうち、パーミエンスの高い気体成分あるいは液体成分は、分離膜を透過し分離され、パーミエンスの低い気体成分または液体成分は供給ガス側に濃縮される。

上記説明は本発明の一例であり、本発明は上記以外の態様とされてもよい。例えば、ハウジング２内にバッフル板や分散板を設置することにより、流体の流れを制御することが可能である。あるいは、流入口３や流出口４に対峙するバッフル板を設置してもよい。

被処理流体の流速は、蒸気相の場合０．１以上３．０ｍ／ｓ以下、特に好ましくは０．３以上１．５ｍ／ｓ以下であり、液相の場合は０．００５ｍ／ｓ以上１．０ｍ／ｓ以下、特に好ましくは０．０１以上０．５ｍ／ｓ以下であるが、これらに限定されるものではない。なお前記流速は、ハウジング２の内径からその断面積を算出し、処理流体の流量をこの断面積の値で除することによって算出できる。

１ 分離膜モジュール
２ ハウジング
５ 差込口
６ 台座部
１０ 分離膜ユニット
１１ 支持板
１２ エンド管
１３ 管状分離膜
１４ エンドプラグ
１５ エンドプレート
１６ タイロッド
２２ 集合配管

Claims (11)

1. 筒状のハウジングと、該ハウジングの側周面の差込口から該ハウジング内に差し込まれた分離膜ユニットとを有する分離膜モジュールにおいて、
   該分離膜ユニットの差し込み方向の先端側は、該差込口と反対側のハウジング内周面近傍に達していることを特徴とする分離膜モジュール。
2. 筒状のハウジングと、該ハウジングの側周面の差込口から該ハウジング内に差し込まれた分離膜ユニットとを有する分離膜モジュールにおいて、
   該ハウジングには、該差込口と反対側に支持穴が設けられており、
   前記分離膜ユニットの先端側が該支持穴に差し込まれて保持されていることを特徴とする分離膜モジュール。
3. 前記分離膜ユニットは、前記差し込み方向と垂直な支持板と、一端側が該支持板に支持された複数本の管状分離膜とを有する請求項１又は２の分離膜モジュール。
4. 前記管状分離膜の一端側にエンド管が接続されており、該エンド管が前記支持板の一面側に固定されており、
   該支持板の他面側にエンドカバーが装着され、該支持板と該エンドカバーとの間に流出室が形成されており、
   該支持板及び該エンド管に設けられた連通孔を介して前記管状分離膜内と該流出室内とが連通している請求項３の分離膜モジュール。
5. 前記ハウジングの外周面には、前記差込口を取り巻く台座部が設けられており、
   前記支持板の外周縁部が該台座部に固定されている請求項４の分離膜モジュール。
6. 各分離膜ユニットの前記流出室は、それぞれ連絡配管を介して集合配管に連通している請求項４又は５の分離膜モジュール。
7. 前記ハウジングの軸心線方向と垂直な面に投影したときに、すべての分離膜ユニットの前記エンドカバーが該ハウジングの外周面の一半側に位置する請求項４ないし６のいずれかの分離膜モジュール。
8. 前記ハウジングの軸心線方向の一端側から他端側にかけて第１ないし第ｎ（ｎは４以上）の分離膜ユニットが間隔をおいて配列されており、
   該一端側から４・Ｎ＋１番目（Ｎは０又は１以上の整数）とそれに隣接する４・Ｎ＋２番目の分離膜ユニット同士は、該ハウジングの軸心線方向と垂直な面に投影したときに略直交しており、
   ４・Ｎ＋３番目とそれに隣接する４・Ｎ＋４番目の分離膜ユニット同士は、該ハウジングの軸心線方向と垂直な面に投影したときに略直交しており、
   ４・Ｎ＋１番目及び４・Ｎ＋２番目の分離膜ユニットと、４・Ｎ＋３番目及び４・Ｎ＋４番目の分離膜ユニットとは、該ハウジングの軸心線方向と垂直な面に投影したときに斜交している請求項３ないし７のいずれかの分離膜モジュール。
9. 前記斜交角度が４５゜±１０゜である請求項８の分離膜モジュール。
10. 前記管状分離膜はゼオライト膜を有する請求項１〜９のいずれかの分離膜モジュール。
11. 請求項１〜１０のいずれかに記載の分離膜モジュールを用いて、パーベーパレーション法またはベーパーパーミエーション法により、混合流体から物質の分離を行う分離方法。

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