JP4990063B2 - 分離膜モジュール - Google Patents
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Description
本発明は、例えば、水と有機溶剤等を含む混合液を、無水化するための分離膜モジュールに関する。
ゼオライト結晶は、結晶中に分子サイズ程度の細孔を有し、ゼオライトの分子の大きさや、形状により分子を選択的に通過させる分子ふるいの性質を有している。ゼオライトは、この分子ふるいの性質を利用してガス分離膜や、逆透気化分離、逆浸透分離、ガスセンサー等への分野に応用されている。とりわけ、ゼオライト膜を、水と有機溶剤等を含む混合液から有機溶剤等を分離する分離膜として利用することが現在注目されている。
前記ゼオライトを用いた分離膜により、有機溶剤を分離するモジュールとしては、例えば、管状支持体の表面にゼオライト膜を形成した管状分離膜を複数設置し、その外側に水と有機物の混合液を通すことで、水分のみを膜に透過させ、水と有機溶剤等を含む混合液から有機溶剤等を分離することが行われている。
さらに、前記管状分離膜の周囲に間隔をもって包囲すべく外管を設け、管状分離膜と外管の間に水と有機溶剤を含む混合液を通すことで、混合液が管状分離膜の近傍で高速に通過するとともに、乱流を伴って管状分離膜の全体に行き渡らせ、分離効率が向上させること分離膜モジュールが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
前記の分離膜モジュールでは、一定の分離効率を向上効果は認められるが、前記混合液が管状分離膜と外管の間を流れる機会が少なく、分離性能をさらに上げようとする場合には、十分とは言えなかった。
WO２００４／０３５１８２
本発明の目的は、分離効率および分離性能をさらに向上させることが可能である、分離膜モジュールを提供することにある。
本発明による請求項１に記載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、管状分離膜と、分離膜を間隔をおいて取り囲んでいる外管とよりなり、分離膜の上端開口は、アッパータンクの外に開放され、その下端開口は、閉鎖されており、分離膜および外管間の間隙の上端は、アッパータンクに連通させられ、その下端は、ロアタンクに連通させられており、アッパータンク内に、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。
本発明による請求項１に記載の分離膜モジュールでは、被分離流体入口からアッパータンクに導入された被分離流体は、アッパータンクから、分離膜および外管間の間隙を通って、ロアタンクまで導かれ、そこで、反転させられ、分離膜および外管間の間隙を通って、アッパータンクまで導かれ、この間に、膜分離部材を通過した分離流体は、アッパータンクの外に排出されるとともに、アッパータンクまで導かれた分離流体は、分離流体出口を通じて、アッパータンクから導出される。したがって、水と有機溶剤等の混合液が管状分離膜と外管の間を通過する機会を増やすことができるため、分離効率および分離性能をさらに向上させることができる。
本発明による請求項２に記載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、管状分離膜と、分離膜を間隔をおいて取り囲んでいる外管とよりなり、分離膜の上端開口は、アッパータンクの外に開放され、その下端開口は、閉鎖されており、分離膜および外管間の間隙の上端は、アッパータンクに連通させられ、その下端は、ロアタンクに連通させられており、アッパータンク内に、被分離流体入口から分離流体出口にかけて複数の上仕切が設けられ、ロアタンク内に、上仕切の数から１を減じた数の下仕切が設けられており、隣り合う２つの上仕切間下方に、１つの下仕切が位置させられているものである。
本発明による請求項２に記載の分離膜モジュールでは、被分離流体入口からアッパータンクに導入された被分離流体を、アッパータンクとロアタンクの間を複数回にわたり分離膜および外管間の間隙を介して往復させることで、被分離流体の種類や流速等の条件により、分離膜と外管の間を通過する機会を自由に調整できることが可能となる。
本発明による請求項３に記載の分離膜モジュールは、各膜分離部材を加熱する加熱手段を備えているものである。
本発明による請求項３に記載の分離膜モジュールでは、スタートアップ時など膜分離部材が低温になっている状態で、被分離流体に蒸気が導入された場合に発生する凝縮を防止することができる。
本発明による請求項４に記載の分離膜モジュールは、分離膜は、セラミックス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。
本発明によれば、分離効率および分離性能をさらに向上させることが可能である、分離膜モジュールが提供される。
この発明の実施の形態を図面を参照しながらつぎに説明する。
図１および図２を参照すると、分離膜モジュールは、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内に並列状に配置されている複数の垂直棒状膜分離部材12とを備えている。
モジュール本体11の頂部には水平状上管板21によって区画されたアッパータンク22が設けられている。モジュール本体11の底部には水平状下管板23によって区画されたロアタンク24が設けられている。アッパータンク22内には水平仕切板25が設けられている。アッパータンク22内の水平仕切板25の上方には排出チャンバ26が形成され、その下方にはヘッダチャンバ27が形成されている。ヘッダチャンバ27内には垂直仕切板28が設けられている。
ヘッダチャンバ27の、垂直仕切板28の一方の側に連通させられるよう被分離流体入口31が設けられるとともに、その他方の側に連通させられるように分離流体出口32が設けられている。また、排出チャンバ26に連通させられるように、別の分離流体出口33が設けられている。
膜分離部材12は、セラミックスからなる支持体表面に、ゼオライト膜を形成してなる管状分離膜41と、分離膜41を間隔をおいて取り囲んでいる外管42とよりなる。
分離膜41の上端には垂直接続管43の下端が一直線状に連接されている。接続管43の上端開口は、排出チャンバ26に開放されている。分離膜41の下端は、図示しない閉鎖部材によって閉鎖されている。分離膜41および外管42間の間隙上端は、ヘッダチャンバ27に連通させられ、その下端は、ロアタンク24に連通させられている。
被分離流体は、被分離流体入口31からヘッダチャンバ27に導入される。導入された被分離流体は、ヘッダチャンバ27から、垂直仕切板28の一方の側にある分離膜41および外管42間の間隙を通って、ロアタンク24まで導かれる。ロアタンク24まで導かれた被分離流体は、ロアタンク24内で反転させられ、垂直仕切板28の他方の側にある分離膜41および外管42間の間隙を通って、ヘッダチャンバ27まで導かれる。被分離流体がアッパータンク22からロアタンク24まで導かれ、そこで、反転させられて、再びアッパータンク22まで戻される間に、分離膜41を通過した分離流体は、排出チャンバ26を通じてアッパータンク22の外に排出されるとともに、ヘッダチャンバ27まで戻された分離流体は、分離流体出口32を通じて、ヘッダチャンバ27から導出される。
図３および図４は、他の実施の形態を示すものである。図３および図４において、図１および図２と対応する部分には、図１およひぎ図２と同一の符号を付して、その詳細説明は、省略する。
ヘッダチャンバ27内には２つの垂直上仕切板51が設けられている。これにより、ヘッダチャンバ27内には入口側チャンバ52、中間チャンバ53および出口チャンバ54が被分離流体入口31から分離流体出口32にかけて一列に並ぶように形成されている。ロアタンク24内には１つの垂直下仕切板55が設けられている。２つの上仕切板51の中間下方に１つの下仕切板55が位置させられている。
全ての膜分離部材12は、上端部において、被分離流体入口31から分離流体出口32にかけて、３つのグループに区分けされ、各グループの膜分離部材12の分離膜41および外管42間の間隙が入口側チャンバ52、中間チャンバ53および出口チャンバ54に連通させられている。一方、全ての膜分離部材12は、下端部において、被分離流体入口31から分離流体出口32にかけて、２つのグループに区分けされ、各グループの膜分離部材12の分離膜41および外管42間の間隙がロアタンク24の下仕切板55の両側に連通させられている。
図１および図２に示す例では、被分離液は、アッパータンク22およびロアタンク24間を一往復させられるだけであったが、図３および図４に示す例では、被分離液は、アッパータンク22およびロアタンク24間を二往復させられることになり、一層の分離効率の向上が期待できる。また、上仕切板51の数は３以上であっても良い。その場合、下仕切板55の数は、上仕切板51の数から１を減じられることになる。
図５は、図３および図４に示す膜分離部材12を加熱するための加熱装置61を備えている例を示すものである。
加熱装置61は、電気ヒータである。電気ヒータに代えて、モジュール本体11内のアッパータンク22およびロアタンク24間の空間に対して、加熱流体、例えば、蒸気を導入・導出するようにしてもよい。
11 モジュール本体
12 膜分離部材
22 アッパータンク
23 ロアタンク
28 仕切板
31 被分離流体入口
32 分離流体出口
41 分離膜
42 外筒
12 膜分離部材
22 アッパータンク
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32 分離流体出口
41 分離膜
42 外筒
Claims (4)
- 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、アッパータンク内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、管状分離膜と、分離膜を間隔をおいて取り囲んでいる外管とよりなり、分離膜の上端開口は、排出チャンバに連通させられており、その下端開口は、閉鎖されており、分離膜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分離膜モジュール。
- 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、アッパータンク内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、管状分離膜と、分離膜を間隔をおいて取り囲んでいる外管とよりなり、分離膜の上端開口は、排出チャンバに連通させられており、その下端開口は、閉鎖されており、分離膜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、被分離流体入口から分離流体出口にかけて複数の上仕切が設けられ、ロアタンク内に、上仕切の数から１を減じた数の下仕切が設けられており、隣り合う２つの上仕切間下方に、１つの下仕切が位置させられている分離膜モジュール。
- 各膜分離部材を加熱する加熱手段を備えている請求項１または２に記載の分離膜モジュール。
- 分離膜は、セラミックスからなる支持体表面に、ゼオライト膜を形成してなる請求項１〜３のいずれか１つに記載の分離膜モジュール。
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