JP5120325B2 - 分離膜モジュール - Google Patents
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Description
図2は、図1で示されるゼオライト分離モジュール1のA−A断面図である。
D2/D1<4 …(1)
(より好ましくは、D2/D1<3)
すなわち、本実施例では、モジュール容器2の内径が110mmであるので、入口配管3の内径を30mm以上に設定した。
d=(D2−D1)/2tanθ (θ=50°)…(2)
tanθの角度θについては、ゼオライト分離膜7及びバッフル板6がない場合25°程度である。一方、ゼオライト分離膜7及びバッフル板6がある場合は、ゼオライト分離膜7先端部分で攪拌が促進されるため角度θを大きくとっても差しさわりがなく、実施例ではθ=50°としている。
d=(110−39)/2tan50°≒30mm
である。よって、ゼオライト分離膜7の表面付近でよどみが生じないようにするためには、ゼオライト分離膜7と入口配管3との距離がこの距離d以上になるようにゼオライト分離膜7をモジュール容器2内に配置すればよいことになる。
本発明に係るD1、D2、dの条件を検証するために、流体解析ソフト(シーディ‐アダプコジャパン株式会社、Star−CCM+ Ver.3.04)を用いて、モジュール容器2内の流体の状態を解析した。
計算に用いた物性値を表2に示す。流体は、水/エタノール溶液(エタノール濃度90%)を基準とした。通常、アルコール(エタノール、IPA等)脱水は75℃付近で行われているため、この温度における密度、粘性係数を条件とした。(なお、IPA/水及びエタノール/水の物性値は殆ど変わらない。)物性値は(社)アルコール協会が出展しているデータを用いた(密度は75℃での実測値がないため、近似計算式により求めた)。
分離膜モジュール1は、分離膜7表面付近の流れを乱流状態にし、絶えず攪拌を行うことが最良とされる。乱流状態かどうかは、一般的に式(3)で示される式に基づいて算出されるレイノルズ数Reの値で判断される。
Re=UD/ν=ρUD/μ …(3)
U:代表速度(m/s)、D:代表寸法(m)、ν:動粘性係数(m2/s)
ρ:密度(kg/m3)、μ:粘性係数(Pa・s)
ここで、代表速度Uは、分離膜7表面付近(分離膜7表面自体は計算上流速0となるので、分離膜7表面から0.5mm程度離れた場所と定義する)を流れる流体の流速であり、代表寸法Dは、モジュール容器2の内径とする(モジュール容器2内には分離膜7が存在するが、一般的には配管の内径が用いられるため、この定義とする)。
本発明の実施例及び比較例における解析結果を表3に示す。なお、この解析において、ゼオライト分離膜モジュールに導入される流体の流速は、配管を流れる流体が乱流状態となる流速であるとよい。モジュール配管の内径が110mmの場合、10L/min以上であれば配管を流れる流体が乱流状態となるので、本発明の実施例において、流速は10L/minと設定した。
2…モジュール容器
3…入口配管
4…出口配管
5…排出配管
6…バッフル板(板)
7…ゼオライト分離膜(分離膜)
8…バッフル板の孔
Claims (6)
- 筒状のモジュール容器の一端面に流体の入口配管を前記モジュール容器と同軸に設け、前記モジュール容器の他端側であって当該モジュール容器の側面に出口配管を設け、
前記流体中の成分を分離する筒状の分離膜を、当該分離膜の端面と前記入口配管が設けられるモジュール内面とが対向するように前記モジュール容器に内挿し、
前記分離膜が遊貫される孔が形成された複数の板を前記モジュール容器内に設け、
前記モジュール容器内であって、前記分離膜の外周を流通する前記流体の分離を行う分離膜モジュールであって、
前記入口配管の内径をD1、前記モジュール容器の内径をD2とすると、
D2/D1<4
である
ことを特徴とする分離膜モジュール。 - 前記入口配管が設けられるモジュール容器内面とこれと対向する前記分離膜の先端との距離がd以上であるとすると、
d=(D2−D1)/2tanθ (θ=50°)
である
ことを特徴とする請求項1に記載の分離膜モジュール。 - 前記複数の板のうち1枚の板は、前記分離膜の端部近傍に設けられる
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の分離膜モジュール。 - 前記流体は、水とアルコールの混合溶液である
ことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の分離膜モジュール。 - 前記出口配管の断面積の合計は、前記入口配管の断面積以上である
ことを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の分離膜モジュール。 - 前記分離膜は、ゼオライト分離膜である
ことを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の分離膜モジュール。
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