JP2878825B2 - スパイラル型パーベーパレーション膜モジュール - Google Patents
スパイラル型パーベーパレーション膜モジュールInfo
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- JP2878825B2 JP2878825B2 JP31216690A JP31216690A JP2878825B2 JP 2878825 B2 JP2878825 B2 JP 2878825B2 JP 31216690 A JP31216690 A JP 31216690A JP 31216690 A JP31216690 A JP 31216690A JP 2878825 B2 JP2878825 B2 JP 2878825B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、蒸気透過速度の異なる種々の成分からなる
液体混合物を分離処理して、蒸気透過速度の高い液体成
分を効率よく透過させるスパイラル型パーベーパレーシ
ョン膜モジュールに関する。
液体混合物を分離処理して、蒸気透過速度の高い液体成
分を効率よく透過させるスパイラル型パーベーパレーシ
ョン膜モジュールに関する。
スパイラル型膜モジュールは、従来より逆浸透膜、限
外濾過膜等の水処理用膜のモジュール形態として用いら
れている。一方、パーベーパレーション膜は、液体混合
物の蒸気の蒸気透過速度の差を利用して液体混合物を分
離するものであり、かかるパーベーパレーション膜をス
パイラル型膜モジュールに組み立てて用いることができ
る。即ち、パーベーパレーション膜を介して供給側の液
体の蒸気圧よりも透過側の蒸気圧が小さく保持される
と、蒸気は膜を透過し、そして該蒸気は透過ガススペー
サーの中を集気管に向かって流れ、集気管出口より取り
出される。
外濾過膜等の水処理用膜のモジュール形態として用いら
れている。一方、パーベーパレーション膜は、液体混合
物の蒸気の蒸気透過速度の差を利用して液体混合物を分
離するものであり、かかるパーベーパレーション膜をス
パイラル型膜モジュールに組み立てて用いることができ
る。即ち、パーベーパレーション膜を介して供給側の液
体の蒸気圧よりも透過側の蒸気圧が小さく保持される
と、蒸気は膜を透過し、そして該蒸気は透過ガススペー
サーの中を集気管に向かって流れ、集気管出口より取り
出される。
その際、透過ガススペーサーの気体流動抵抗が十分に
小さい場合は、該パーベーパレーション膜の蒸気透過性
能に基づく量の蒸気が取り出される。しかし、透過ガス
スペーサーの気体流動抵抗が高い場合は、集気管部と膜
リーフ先端部の間で透過ガススペーサー内に圧力分布が
生じ、膜リーフ先端部で最も高くなる。この結果とし
て、供給側と透過側の有効差圧が小さくなり、該パーベ
ーパレーション膜の蒸気透過性能に基づく量の蒸気が取
り出せなくなる。換言すれば、下記の式で示すモジュー
ル効率が100より小さくなる。
小さい場合は、該パーベーパレーション膜の蒸気透過性
能に基づく量の蒸気が取り出される。しかし、透過ガス
スペーサーの気体流動抵抗が高い場合は、集気管部と膜
リーフ先端部の間で透過ガススペーサー内に圧力分布が
生じ、膜リーフ先端部で最も高くなる。この結果とし
て、供給側と透過側の有効差圧が小さくなり、該パーベ
ーパレーション膜の蒸気透過性能に基づく量の蒸気が取
り出せなくなる。換言すれば、下記の式で示すモジュー
ル効率が100より小さくなる。
ここで供給側圧力は、膜に接触している液体の各温度
における蒸気圧であり、温度−蒸気圧関係から容易に求
まる。） かかるモジュール効率は、蒸気の蒸気透過速度が大き
くなるにつれて小さくなる。パーベーパレーション膜は
液体混合物の蒸気の蒸気透過速度の差を利用して液体混
合物を分離するものであるが、スパイラル型パーベーパ
レーション膜モジュールの透過ガススペーサーの気体流
動抵抗が高い場合は、平膜状パーベーパレーション膜の
分離係数を十分に発現することができなくなり、結果と
して蒸気の蒸気透過速度および分離度が低下するという
問題があった。一方、液体混合物を効率よく混合して膜
に接触させる機能を担う原液スペーサーについては、そ
の厚みが大きすぎる場合は、液体成分の膜表面への移動
速度が遅くなり、結果として分離度が低下する。またそ
の厚みが小さすぎる場合は、供給液側の圧力損失が大き
くなるという問題があった。
における蒸気圧であり、温度−蒸気圧関係から容易に求
まる。） かかるモジュール効率は、蒸気の蒸気透過速度が大き
くなるにつれて小さくなる。パーベーパレーション膜は
液体混合物の蒸気の蒸気透過速度の差を利用して液体混
合物を分離するものであるが、スパイラル型パーベーパ
レーション膜モジュールの透過ガススペーサーの気体流
動抵抗が高い場合は、平膜状パーベーパレーション膜の
分離係数を十分に発現することができなくなり、結果と
して蒸気の蒸気透過速度および分離度が低下するという
問題があった。一方、液体混合物を効率よく混合して膜
に接触させる機能を担う原液スペーサーについては、そ
の厚みが大きすぎる場合は、液体成分の膜表面への移動
速度が遅くなり、結果として分離度が低下する。またそ
の厚みが小さすぎる場合は、供給液側の圧力損失が大き
くなるという問題があった。
本発明者らは、蒸気透過速度の異なる種々の成分を含
む液体混合物を分離するスパイラル型パーベーパレーシ
ョン膜モジュールの構造部材、特に使用する透過ガスス
ペーサーの気体流動抵抗による透過蒸気の圧力損失に起
因するモジュール効率の低下における前記問題点を解決
するために鋭意研究を行った。その結果、気体流動抵抗
に係わる特定の物性値および特定のディメンジョンをも
つ原液スペーサー及び透過ガススペーサーを用いること
により、効率よく蒸気透過速度の高い蒸気種を透過する
ことができることを見い出して、本発明に至ったもので
ある。
む液体混合物を分離するスパイラル型パーベーパレーシ
ョン膜モジュールの構造部材、特に使用する透過ガスス
ペーサーの気体流動抵抗による透過蒸気の圧力損失に起
因するモジュール効率の低下における前記問題点を解決
するために鋭意研究を行った。その結果、気体流動抵抗
に係わる特定の物性値および特定のディメンジョンをも
つ原液スペーサー及び透過ガススペーサーを用いること
により、効率よく蒸気透過速度の高い蒸気種を透過する
ことができることを見い出して、本発明に至ったもので
ある。
即ち本発明は、液体混合物を接触させ、該液体混合物
を選択的に透過させてこれを分離するスパイラル型パー
ベーパレーション膜モジュールにおいて、原液スペーサ
ー及び透過ガススペーサーの気体流動抵抗に係わる物性
値およびその厚さおよび長さというディメンジョンを特
定の範囲の値にして、蒸気透過速度の高い蒸気を透過ガ
ススペーサー内であまり圧力損失を生じさせずに効率よ
く流動させることができるスパイラル型パーベーパレー
ション膜モジュールを提供する。
を選択的に透過させてこれを分離するスパイラル型パー
ベーパレーション膜モジュールにおいて、原液スペーサ
ー及び透過ガススペーサーの気体流動抵抗に係わる物性
値およびその厚さおよび長さというディメンジョンを特
定の範囲の値にして、蒸気透過速度の高い蒸気を透過ガ
ススペーサー内であまり圧力損失を生じさせずに効率よ
く流動させることができるスパイラル型パーベーパレー
ション膜モジュールを提供する。
即ち、本発明は、蒸気の蒸気透過速度が41m3（STP）/
m2・ｈ・atm以下である平膜状パーベーパレーション膜
を封筒状膜リーフとし、該膜リーフ１枚以上を原液スペ
ーサーおよび透過ガススペーサーと共に集気管の回りに
巻回してなるスパイラル型膜モジュールにおいて、 上記原液スペーサーが下記条件（ａ）および（ｂ）を
満足し、 （ａ）下記の式で定義される流体力学的抵抗定数αおよ
びβが、25℃の純水の場合、それぞれα＝４×10-3以
下、β＝２以下で、かつ Δｐ＝αβ Δp:距離1cm当たりの圧力損失（（kg/cm2）/cm） ：純水のみかけの線速（cm/sec） （ｂ）その厚さが0.1〜1.0mm、 かつ、上記透過ガススペーサーが下記条件（ｃ）、
（ｄ）及び（ｅ）を満足し、 （ｃ）下記の式で定義される流体力学的抵抗定数α′お
よびβ′が、20℃の空気の場合、それぞれα′＝３×10
-5以下、β′＝２以下で、 Δｐ′＝α′′β′ Δｐ′：距離1cm当たりの圧力損失（mmHg/cm） ′ ：気体の線速（cm/sec） （ｄ）その厚さが1.1mm以上で、かつ （ｅ）その有効長さが50cm以下、 かつ、供給側の蒸気圧力を100〜760mmHg、集気管部の透
過側蒸気圧力を10〜200mmHgとしたとき、該モジュール
の上記蒸気のモジュール効率が60％以上であることを特
徴とするスパイラル型パーベーパレーション膜モジュー
ルを提供する。
m2・ｈ・atm以下である平膜状パーベーパレーション膜
を封筒状膜リーフとし、該膜リーフ１枚以上を原液スペ
ーサーおよび透過ガススペーサーと共に集気管の回りに
巻回してなるスパイラル型膜モジュールにおいて、 上記原液スペーサーが下記条件（ａ）および（ｂ）を
満足し、 （ａ）下記の式で定義される流体力学的抵抗定数αおよ
びβが、25℃の純水の場合、それぞれα＝４×10-3以
下、β＝２以下で、かつ Δｐ＝αβ Δp:距離1cm当たりの圧力損失（（kg/cm2）/cm） ：純水のみかけの線速（cm/sec） （ｂ）その厚さが0.1〜1.0mm、 かつ、上記透過ガススペーサーが下記条件（ｃ）、
（ｄ）及び（ｅ）を満足し、 （ｃ）下記の式で定義される流体力学的抵抗定数α′お
よびβ′が、20℃の空気の場合、それぞれα′＝３×10
-5以下、β′＝２以下で、 Δｐ′＝α′′β′ Δｐ′：距離1cm当たりの圧力損失（mmHg/cm） ′ ：気体の線速（cm/sec） （ｄ）その厚さが1.1mm以上で、かつ （ｅ）その有効長さが50cm以下、 かつ、供給側の蒸気圧力を100〜760mmHg、集気管部の透
過側蒸気圧力を10〜200mmHgとしたとき、該モジュール
の上記蒸気のモジュール効率が60％以上であることを特
徴とするスパイラル型パーベーパレーション膜モジュー
ルを提供する。
ここで、原液スペーサーの流体力学的抵抗定数αおよ
びβが、25℃の純水の場合、それぞれα＝４×10-3以
下、好ましくは5.0×10-5〜2.9×10-3またβ＝２以下、
好ましくは1.05〜1.5である。
びβが、25℃の純水の場合、それぞれα＝４×10-3以
下、好ましくは5.0×10-5〜2.9×10-3またβ＝２以下、
好ましくは1.05〜1.5である。
α及びβが上記値を超える場合は、原液側の圧力損失
が高くなり好ましくない。また原液スペーサーの厚さ
は、0.1〜1.0mm、好ましくは0.3〜0.9mmである。かかる
厚さが上記範囲より小さい場合は、原液側の圧力損失が
高くなりすぎ、一方、大きい場合は原液の乱流を促進で
きなくなるため好ましくない。
が高くなり好ましくない。また原液スペーサーの厚さ
は、0.1〜1.0mm、好ましくは0.3〜0.9mmである。かかる
厚さが上記範囲より小さい場合は、原液側の圧力損失が
高くなりすぎ、一方、大きい場合は原液の乱流を促進で
きなくなるため好ましくない。
また、透過ガススペーサーの流体力学的抵抗定数α′
およびβ′が、20℃の空気の場合、それぞれα′＝３×
10-5以下、好ましくは2.8×10-5〜1.9×10-7、またβ′
＝２以下、好ましくは1.90〜0.95である。α′及びβ′
が上記値を超える場合は、前記と同様の理由で好ましく
ない。
およびβ′が、20℃の空気の場合、それぞれα′＝３×
10-5以下、好ましくは2.8×10-5〜1.9×10-7、またβ′
＝２以下、好ましくは1.90〜0.95である。α′及びβ′
が上記値を超える場合は、前記と同様の理由で好ましく
ない。
また透過ガススペーサーの厚さは、1.1mm以上、好ま
しくは1.2〜2.0mmであり、1.1mm未満の場合、前記と同
様の理由のため好ましくない。
しくは1.2〜2.0mmであり、1.1mm未満の場合、前記と同
様の理由のため好ましくない。
また透過ガススペーサーの有効長さは、50cm以下、好
ましくは40〜50cmであり、50cmを超えると前記と同様の
理由で好ましくない。なお、ここで透過ガススペーサー
の有効長さとは、集気管部と膜リーフ先端部の間の有効
膜長さにほぼ該当するスペーサーの長さである。
ましくは40〜50cmであり、50cmを超えると前記と同様の
理由で好ましくない。なお、ここで透過ガススペーサー
の有効長さとは、集気管部と膜リーフ先端部の間の有効
膜長さにほぼ該当するスペーサーの長さである。
本発明で用いる原液スペーサー及び透過ガススペーサ
ーは、前記条件を満たす限り限定されないが、通常ネッ
ト状のスペーサーが使用できる。
ーは、前記条件を満たす限り限定されないが、通常ネッ
ト状のスペーサーが使用できる。
本発明に用いるパーベーパレーション膜は、平膜状で
あれば特に限定されず、例えば、多孔質支持膜上に合成
樹脂の非多孔質活性薄膜が形成されてなる選択透過性複
合膜、非多孔質活性薄膜からなる均質膜や、緻密層また
は活性緻密層とこれを一体に支持する多孔質層とからな
る非対称膜、非対称膜の緻密層中に非多孔質薄膜が一部
しみこんで形成されてなる複合膜等が挙げられる。
あれば特に限定されず、例えば、多孔質支持膜上に合成
樹脂の非多孔質活性薄膜が形成されてなる選択透過性複
合膜、非多孔質活性薄膜からなる均質膜や、緻密層また
は活性緻密層とこれを一体に支持する多孔質層とからな
る非対称膜、非対称膜の緻密層中に非多孔質薄膜が一部
しみこんで形成されてなる複合膜等が挙げられる。
またかかる膜を密封した封筒状膜リーフは、一枚もし
くは複数枚用いることができる。
くは複数枚用いることができる。
本発明のモジュールは、蒸気の透過速度が41m3（ST
P）/m2・ｈ・atm以下である平膜状パーベーパレーショ
ン膜を用いた場合は、供給側のガス圧力を100〜760mmH
g、集気管部の透過側ガス圧力を10〜200mmHgとしたと
き、該モジュールの蒸気のモジュール効率を60％以上と
することができる。
P）/m2・ｈ・atm以下である平膜状パーベーパレーショ
ン膜を用いた場合は、供給側のガス圧力を100〜760mmH
g、集気管部の透過側ガス圧力を10〜200mmHgとしたと
き、該モジュールの蒸気のモジュール効率を60％以上と
することができる。
本発明によれば、蒸気透過速度の極めて高い平膜状パ
ーベーパレーション膜を、その蒸気透過性能をほとんど
低下させずにスパイラル型パーベーパレーション膜モジ
ュールを得ることができ、結果として設備費、運転費等
が低減できるという利点がある。
ーベーパレーション膜を、その蒸気透過性能をほとんど
低下させずにスパイラル型パーベーパレーション膜モジ
ュールを得ることができ、結果として設備費、運転費等
が低減できるという利点がある。
以下に実施例により本発明を説明するが、本発明はこ
れら実施例に何ら限定されるものではない。
れら実施例に何ら限定されるものではない。
以下において部及び％は重量部及び重量％を意味す
る。
る。
実施例 繰り返し単位が、 であるポリイミド（極限粘度〔η〕は0.75dl/g）16％と
ジエチレングリコール16％とを含むＮ−メチル−２−ピ
ロリドン溶液を用いて、特開昭55−152507号公報に記載
されている方法に従って、常法の相転換法によって、厚
さ200μｍ、分画分子量80000の異方性構造を有する限外
濾過膜を調製した。
ジエチレングリコール16％とを含むＮ−メチル−２−ピ
ロリドン溶液を用いて、特開昭55−152507号公報に記載
されている方法に従って、常法の相転換法によって、厚
さ200μｍ、分画分子量80000の異方性構造を有する限外
濾過膜を調製した。
次に、上記ポリイミド限外濾過膜上に架橋シリコーン
樹脂からなる活性薄膜を備えてなる選択透過性複合膜を
得た。
樹脂からなる活性薄膜を備えてなる選択透過性複合膜を
得た。
即ち、イソオクタン90部、反応性基としてビニル基を
有する架橋性ポリジメチルシロキサンのプレポリマー10
部及び架橋剤１部からなる溶液を70℃で７時間加熱し
て、シリコーン樹脂溶液を調製した後、これをイソオク
タンで希釈して、樹脂濃度４％の溶液とした。該樹脂溶
液を前記ポリイミド限外濾過膜の緻密相上に厚さ70μｍ
にて均一に塗布した。この塗膜を100℃の温度に加熱し
て塗膜からイソオクタンを蒸発除去させた後、室温で24
時間放置して多孔質膜の緻密層上に、厚さ約３μｍの架
橋性シリコーン樹脂からなる活性薄膜を有する選択透過
性複合膜を得た。
有する架橋性ポリジメチルシロキサンのプレポリマー10
部及び架橋剤１部からなる溶液を70℃で７時間加熱し
て、シリコーン樹脂溶液を調製した後、これをイソオク
タンで希釈して、樹脂濃度４％の溶液とした。該樹脂溶
液を前記ポリイミド限外濾過膜の緻密相上に厚さ70μｍ
にて均一に塗布した。この塗膜を100℃の温度に加熱し
て塗膜からイソオクタンを蒸発除去させた後、室温で24
時間放置して多孔質膜の緻密層上に、厚さ約３μｍの架
橋性シリコーン樹脂からなる活性薄膜を有する選択透過
性複合膜を得た。
このようにして得られた複合膜を、封筒状膜リーフに
し、該膜リーフ４枚をネット状原液スペーサー（α＝1.
4×10-4、β＝1.06、厚さ＝0.62mm）および透過ガスス
ペーサー（α′＝2.68×10-5、β′＝1.87、厚さ＝1.25
mm、有効長さ＝47cm）と共に集気管の回りに巻回して、
スパイラル型モジュールとした。かかるモジュールの径
は90mm、長さは1mはであった。
し、該膜リーフ４枚をネット状原液スペーサー（α＝1.
4×10-4、β＝1.06、厚さ＝0.62mm）および透過ガスス
ペーサー（α′＝2.68×10-5、β′＝1.87、厚さ＝1.25
mm、有効長さ＝47cm）と共に集気管の回りに巻回して、
スパイラル型モジュールとした。かかるモジュールの径
は90mm、長さは1mはであった。
数種の液体を前記膜及びモジュールに接触させ、供給
側圧力を200mmHg、透過側圧力を15mmHgにして、蒸気透
過速度、およびモジュール効率を測定し、その結果を表
に示す。
側圧力を200mmHg、透過側圧力を15mmHgにして、蒸気透
過速度、およびモジュール効率を測定し、その結果を表
に示す。
比較例 α′＝2.8×10-2、β′＝1.0、厚さ0.48mm、長さ70cm
の透過ガススペーサーを用いた以外は実施例と同様にし
て、径90mm、長さ1mのスパイラル型膜モジュールを得
た。
の透過ガススペーサーを用いた以外は実施例と同様にし
て、径90mm、長さ1mのスパイラル型膜モジュールを得
た。
実施例と同様にして測定した蒸気透過速度、およびモ
ジュール効率を表に併せて示す。
ジュール効率を表に併せて示す。
表より明らかなように、本発明のモジュールはその蒸
気透過速度及びモジュール効率が極めて優れていること
がわかる。
気透過速度及びモジュール効率が極めて優れていること
がわかる。
Claims (1)
- 【請求項１】蒸気の蒸気透過速度が41m3（STP）/m2・ｈ
・atm以下である平膜状パーベーパレーション膜を封筒
状膜リーフとし、該膜リーフ１枚以上を原液スペーサー
および透過ガススペーサーと共に集気管の回りに巻回し
てなるスパイラル型膜モジュールにおいて、 上記原液スペーサーが下記条件（ａ）および（ｂ）を満
足し、 （ａ）下記の式で定義される流体力学的抵抗定数αおよ
びβが、25℃の純水の場合、それぞれα＝４×10-3以
下、β＝２以下で、かつ Δｐ＝αβ Δp:距離1cm当たりの圧力損失（（kg/cm2）/cm） ：純水のみかけの線速（cm/sec） （ｂ）その厚さが0.1〜1.0mm、 かつ、上記透過ガススペーサーが下記条件（ｃ）、
（ｄ）及び（ｅ）を満足し、（ｃ）下記の式で定義され
る流体力学的抵抗定数α′およびβ′が、20℃の空気の
場合、それぞれα′＝３×10-5以下、β′＝２以下で、 Δｐ′＝α′′β′ Δｐ′：距離1cm当たりの圧力損失（mmHg/cm） ′：気体の線速（cm/sec） （ｄ）その厚さが1.1mm以上で、かつ （ｅ）その有効長さが50cm以下、 かつ、供給側の蒸気圧力を100〜760mmHg、集気管部の透
過側蒸気圧力を10〜200mmHgとしたとき、該モジュール
の上記蒸気のモジュール効率が60％以上であることを特
徴とするスパイラル型パーベーパレーション膜モジュー
ル。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31216690A JP2878825B2 (ja) | 1990-11-16 | 1990-11-16 | スパイラル型パーベーパレーション膜モジュール |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31216690A JP2878825B2 (ja) | 1990-11-16 | 1990-11-16 | スパイラル型パーベーパレーション膜モジュール |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04187220A JPH04187220A (ja) | 1992-07-03 |
| JP2878825B2 true JP2878825B2 (ja) | 1999-04-05 |
Family
ID=18026033
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31216690A Expired - Lifetime JP2878825B2 (ja) | 1990-11-16 | 1990-11-16 | スパイラル型パーベーパレーション膜モジュール |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2878825B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5465654B2 (ja) | 2010-12-27 | 2014-04-09 | 日東電工株式会社 | スパイラル型膜エレメント |
-
1990
- 1990-11-16 JP JP31216690A patent/JP2878825B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04187220A (ja) | 1992-07-03 |
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