JP5890981B2 - Separation membrane module - Google Patents

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Description

本発明は、アルコール無水化設備、例えばエタノール製造設備、イソプロピルアルコール(IPA)リサイクル設備等において、有機溶剤と水の混合液もしくは混合蒸気等の流体を、無水化する(濃縮する)ための分離膜モジュールに関するものである。   The present invention relates to a separation membrane for dehydrating (concentrating) a fluid such as a mixed solution or mixed vapor of an organic solvent and water in an alcohol dehydration facility such as an ethanol production facility or an isopropyl alcohol (IPA) recycling facility. It is about modules.

従来、混合気体または混合溶液中の成分を分離するための装置として、分離膜モジュールが知られており、例えばエタノールと水の混合蒸気を分離膜モジュールに供給して、水蒸気を分離し、エタノールを濃縮する場合などに使用されている。  Conventionally, a separation membrane module is known as an apparatus for separating components in a mixed gas or a mixed solution. For example, a mixed vapor of ethanol and water is supplied to the separation membrane module to separate water vapor, Used when concentrating.

この種の分離膜モジュールは、一端を封止した管状ゼオライト分離膜を外管(ケーシング)に複数本挿入して二重管構造とし、外管と管状ゼオライト分離膜との間の空間部に混合蒸気を供給し,管状ゼオライト分離膜の内側に被分離成分(例えば水蒸気)を透過させる二重管型分離膜モジュールが知られており、このような分離膜モジュールを直列に配管することによって所定の濃度までエタノール蒸気を濃縮する。  In this type of separation membrane module, a tubular zeolite separation membrane with one end sealed is inserted into the outer tube (casing) to form a double tube structure and mixed in the space between the outer tube and the tubular zeolite separation membrane. A double-pipe type separation membrane module that supplies steam and allows a component to be separated (for example, water vapor) to permeate inside the tubular zeolite separation membrane is known. Concentrate ethanol vapor to concentration.

従来の二重管型分離膜モジュールでは、管状ゼオライト分離膜による膜分離性能を最大限に発揮するために、外管と管状ゼオライト分離膜との間の空間部を小さく設定して、混合流体の流速を速くすることで、濃度境界層の発達を抑えているが、プラントの容量が大きくなると、必要な管状ゼオライト分離膜の本数と共に必要な外管の本数が増加する。一般に、外管は様々な被処理物に対応するためにステンレス鋼製とされており、材料費が嵩むという問題があった。  In the conventional double-tube separation membrane module, in order to maximize the membrane separation performance of the tubular zeolite separation membrane, the space between the outer tube and the tubular zeolite separation membrane is set small, By increasing the flow rate, the development of the concentration boundary layer is suppressed. However, as the capacity of the plant increases, the required number of outer tubes increases along with the required number of tubular zeolite separation membranes. In general, the outer tube is made of stainless steel in order to cope with various objects to be processed, and there is a problem that the material cost increases.

このような従来の二重管型分離膜モジュールの材料費に関する課題を解決するモジュール構造として,下記の特許文献1に記載のように、外管内に複数本の管状ゼオライト膜および邪魔板を収容した、いわゆるシェルアンドチューブ型分離膜モジュールが知られている。  As a module structure that solves the problem related to the material cost of such a conventional double-tube separation membrane module, a plurality of tubular zeolite membranes and baffle plates are accommodated in the outer tube as described in Patent Document 1 below. A so-called shell and tube type separation membrane module is known.

特開2011−72972号公報JP 2011-72972 A

しかしながら、上記特許文献1に記載の分離膜モジュールでは、外管内の混合流体の流れを充分に撹乱して、管状ゼオライト分離膜の性能を最大限に発揮するためには、邪魔板の設置数を増やす必要があるが、邪魔板の数が増えると、分離膜モジュールの稼動の際に、圧力損失が増大して、管状ゼオライト分離膜の透過の駆動力である被分離成分の1次側と2次側の分圧差が小さくなり、透過蒸気量が減少するという問題があった。   However, in the separation membrane module described in Patent Document 1, in order to sufficiently disturb the flow of the mixed fluid in the outer tube and to maximize the performance of the tubular zeolite separation membrane, the number of baffle plates installed is reduced. However, if the number of baffle plates increases, the pressure loss increases during operation of the separation membrane module, and the primary side and 2 of the component to be separated, which is the driving force for permeation of the tubular zeolite separation membrane, increase. There was a problem that the partial pressure difference on the secondary side was reduced and the amount of permeated vapor was reduced.

また上記特許文献1に記載の分離膜モジュールでは、分離膜モジュールの外管内の混合流体の流れは、外管と管状ゼオライト分離膜との間の空間部を通る混合流体の漏れを減らして、混合流体の流れのすべてを管状ゼオライト分離膜に直交させるという設計思想であるため、各邪魔板に設ける管状ゼオライト分離膜挿通孔の内径は、分離膜モジュールの組立てに必要な最小限の大きさとされており、該挿通孔の内部では、挿通孔の内周面と管状ゼオライト分離膜の外周面とがほぼ接触した状態となされていて、混合流体の漏れを防止できる構造となされていた。しかしこれでは、混合流体の流れをすべての管状ゼオライト分離膜に直交させることはできるものの、各邪魔板の管状ゼオライト分離膜挿通孔の内部では、邪魔板の厚み分に相当するゼオライト分離膜部分が混合流体の流れに接触できず、管状ゼオライト分離膜の膜分離の機能が有効に働かないという問題もあった。  Further, in the separation membrane module described in Patent Document 1, the flow of the mixed fluid in the outer tube of the separation membrane module reduces the leakage of the mixed fluid that passes through the space between the outer tube and the tubular zeolite separation membrane. Since the design concept is that all of the fluid flow is orthogonal to the tubular zeolite separation membrane, the inner diameter of the tubular zeolite separation membrane insertion hole provided in each baffle plate is the minimum size required for assembly of the separation membrane module. In addition, inside the insertion hole, the inner peripheral surface of the insertion hole and the outer peripheral surface of the tubular zeolite separation membrane are almost in contact with each other, so that the mixed fluid can be prevented from leaking. However, although the flow of the mixed fluid can be orthogonal to all the tubular zeolite separation membranes, the zeolite separation membrane portion corresponding to the thickness of the baffle plates is formed inside the tubular zeolite separation membrane insertion holes of each baffle plate. There is also a problem that the membrane separation function of the tubular zeolite separation membrane does not work effectively because it cannot contact the flow of the mixed fluid.

本発明の目的は、上記の従来技術の問題を解決し、分離膜モジュール内の邪魔板の設置数を増やしても、圧力損失を抑えることができ、透過の駆動力である被分離成分の1次側と2次側の分圧差を充分に確保することができて、透過蒸気量の減少を防止することができ、かつ邪魔板による混合流体の流れの撹乱の効果を損なうことがないうえに、分離膜モジュール内の各管状ゼオライト分離膜の全長にわたって膜分離の機能を有効に働かせることができる、分離膜モジュールを提供しようとすることにある。  The object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, and even if the number of baffle plates installed in the separation membrane module is increased, pressure loss can be suppressed, and 1 of the components to be separated which is the driving force for permeation. It is possible to ensure a sufficient partial pressure difference between the secondary side and the secondary side, prevent a decrease in the amount of permeated vapor, and not impair the effect of disturbing the flow of the mixed fluid by the baffle plate. An object of the present invention is to provide a separation membrane module capable of effectively functioning the membrane separation over the entire length of each tubular zeolite separation membrane in the separation membrane module.

上記の目的を達成するために、請求項1の発明は、ケーシング内に、管板に支持された並列状の管状分離膜エレメントと、これらの管状分離膜エレメントに対して直交状に配置された所要数の邪魔板とを備えている分離膜モジュールであって、各邪魔板に設けられた管状分離膜エレメント挿通孔の内径が、管状分離膜エレメントの外径よりも大きいものとなされていて、該挿通孔の内周面と管状分離膜エレメントの外周面との間に、混合流体流通間隙が設けられており、該間隙内においても管状分離膜エレメントの分離膜による混合流体分離機能が果たされるようになされていることを特徴としている。  In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 is arranged in a casing in parallel with the tubular separation membrane elements supported by the tube plate and orthogonal to these tubular separation membrane elements. A separation membrane module having a required number of baffle plates, wherein the inner diameter of the tubular separation membrane element insertion hole provided in each baffle plate is larger than the outer diameter of the tubular separation membrane element, A mixed fluid flow gap is provided between the inner peripheral surface of the insertion hole and the outer peripheral surface of the tubular separation membrane element, and the mixed fluid separation function by the separation membrane of the tubular separation membrane element is also performed in the gap. It is characterized by that.

請求項2の発明は、請求項1に記載の分離膜モジュールであって、各邪魔板に設けられた管状分離膜エレメント挿通孔の内径が、管状分離膜エレメントの外径の1.10〜1.50倍であることを特徴としている。  Invention of Claim 2 is a separation membrane module of Claim 1, Comprising: The internal diameter of the tubular separation membrane element insertion hole provided in each baffle plate is 1.10-1 of the outer diameter of a tubular separation membrane element .50 times.

請求項3の発明は、請求項1または2に記載の分離膜モジュールであって、各邪魔板に設けられた管状分離膜エレメント挿通孔の内部に、該挿通孔の内壁から管状分離膜エレメントの分離膜外壁面に向かって伸びる複数個の間隔保持用凸起が設けられていることを特徴としている。  Invention of Claim 3 is a separation membrane module of Claim 1 or 2, Comprising: Inside of the tubular separation membrane element insertion hole provided in each baffle plate, the inside of a tubular separation membrane element is inserted from the inner wall of this insertion hole. A plurality of spacing projections extending toward the outer wall surface of the separation membrane are provided.

請求項1の発明は、ケーシング内に、管板に支持された並列状の管状分離膜エレメントと、これらの管状分離膜エレメントに対して直交状に配置された所要数の邪魔板とを備えている分離膜モジュールであって、各邪魔板に設けられた管状分離膜エレメント挿通孔の内径が、管状分離膜エレメントの外径よりも大きいものとなされていて、該挿通孔の内周面と管状分離膜エレメントの外周面との間に、混合流体流通間隙が設けられており、該間隙内においても管状分離膜エレメントの分離膜による混合流体分離機能が果たされるようになされているもので、請求項1の発明によれば、分離膜モジュール内の邪魔板の設置数を増やしても、各邪魔板に設けられた挿通孔の内周面と管状分離膜エレメントの外周面との間の混合流体流通間隙内を、混合流体が流通することで、圧力損失を抑えることができ、透過の駆動力である被分離成分の1次側と2次側の分圧差を充分に確保することができて、透過蒸気量の減少を防止することができ、かつ邪魔板による混合流体の流れの撹乱の効果を損なうことがないうえに、各邪魔板の管状ゼオライト分離膜挿通孔の内部では、邪魔板の厚み分に相当する管状ゼオライト分離膜部分も混合流体の流れと接触できるため、管状ゼオライト分離膜の膜分離の機能を有効に働かせることができ、ひいては分離膜モジュール内の各管状ゼオライト分離膜の全長にわたって膜分離の機能を有効に働かせることができるという効果を奏する。   The invention of claim 1 includes, in the casing, a parallel tubular separation membrane element supported by a tube plate, and a required number of baffle plates arranged orthogonal to these tubular separation membrane elements. The separation membrane module has an inner diameter of a tubular separation membrane element insertion hole provided in each baffle plate, which is larger than an outer diameter of the tubular separation membrane element. A mixed fluid flow gap is provided between the outer peripheral surface of the separation membrane element, and the mixed fluid separation function by the separation membrane of the tubular separation membrane element is also performed in the gap. According to the invention of Item 1, even if the number of baffle plates installed in the separation membrane module is increased, the mixed fluid between the inner peripheral surface of the insertion hole provided in each baffle plate and the outer peripheral surface of the tubular separation membrane element In the distribution gap, By circulating the combined fluid, pressure loss can be suppressed, and the partial pressure difference between the primary side and the secondary side of the component to be separated, which is the driving force for permeation, can be sufficiently secured, and the amount of permeated vapor can be reduced. It is possible to prevent the decrease, and without impairing the effect of disturbance of the mixed fluid flow by the baffle plate, it corresponds to the thickness of the baffle plate inside the tubular zeolite separation membrane insertion hole of each baffle plate. Since the tubular zeolite separation membrane part can also come into contact with the flow of the mixed fluid, the membrane separation function of the tubular zeolite separation membrane can be used effectively, and as a result, the membrane separation function over the entire length of each tubular zeolite separation membrane in the separation membrane module. There is an effect that can be worked effectively.

請求項2の発明は、請求項1に記載の分離膜モジュールであって、各邪魔板に設けられた管状分離膜エレメント挿通孔の内径が、管状分離膜エレメントの外径の1.10〜1.50倍であるもので、請求項2の発明によれば、各邪魔板に、このような範囲で、管状分離膜エレメント挿通孔の内周面と管状分離膜エレメントの外周面との間に混合流体流通間隙が設けられることにより、分離膜モジュール内の邪魔板の設置数を増やしても、圧力損失を抑えることができ、透過の駆動力である被分離成分の1次側と2次側の分圧差を充分に確保することができて、透過蒸気量の減少を防止することができ、かつ邪魔板による混合流体の流れの撹乱の効果を損なうことがないうえに、分離膜モジュール内の各管状ゼオライト分離膜の全長にわたって膜分離の機能を有効に働かせることができるという効果を奏する。  Invention of Claim 2 is a separation membrane module of Claim 1, Comprising: The internal diameter of the tubular separation membrane element insertion hole provided in each baffle plate is 1.10-1 of the outer diameter of a tubular separation membrane element According to the second aspect of the present invention, each baffle plate is provided in such a range between the inner peripheral surface of the tubular separation membrane element insertion hole and the outer peripheral surface of the tubular separation membrane element. By providing the mixed fluid circulation gap, the pressure loss can be suppressed even when the number of baffle plates in the separation membrane module is increased, and the primary side and secondary side of the component to be separated, which is the driving force for permeation The partial pressure difference can be sufficiently ensured, the decrease in the amount of permeated vapor can be prevented, and the effect of disturbing the flow of the mixed fluid by the baffle plate is not impaired. Over the entire length of each tubular zeolite separation membrane An effect that it is possible to work effectively the separation of functions.

請求項3の発明は、請求項1または2に記載の分離膜モジュールであって、各邪魔板に設けられた管状分離膜エレメント挿通孔の内部に、該挿通孔の内壁から管状分離膜エレメントの分離膜外壁面に向かって伸びる複数個の間隔保持用凸起が設けられているもので、請求項3の発明によれば、各邪魔板に設けられた管状分離膜エレメント挿通孔の内周面と管状分離膜エレメントの外周面との間の混合流体流通間隙が、複数個の凸起によって確実に間隔保持されるため、上記の作用効果を充分に発揮させることができるうえに、分離膜モジュール内の管状分離膜エレメントの長さの中間部分を、各邪魔板の管状分離膜エレメント挿通孔内の凸起によって支持することができて、分離膜モジュールの全体強度が増大し、振動などの外力による損傷を可及的に防止することができて、分離膜モジュールは耐用性に優れているという効果を奏する。  Invention of Claim 3 is a separation membrane module of Claim 1 or 2, Comprising: Inside of the tubular separation membrane element insertion hole provided in each baffle plate, the inside of a tubular separation membrane element is inserted from the inner wall of this insertion hole. A plurality of spacing protrusions extending toward the outer wall surface of the separation membrane are provided. According to the invention of claim 3, the inner peripheral surface of the tubular separation membrane element insertion hole provided in each baffle plate The mixed fluid flow gap between the outer peripheral surface of the tubular separation membrane element and the tubular separation membrane element is surely maintained by a plurality of protrusions, so that the above-described effects can be sufficiently exhibited, and the separation membrane module The intermediate part of the length of the tubular separation membrane element can be supported by protrusions in the tubular separation membrane element insertion holes of each baffle plate, increasing the overall strength of the separation membrane module, and external forces such as vibration Damage by And it is possible to prevent as much as possible, the separation membrane module is an effect that is excellent in durability.

本発明による分離膜モジュールの一例を示す側面図である。It is a side view which shows an example of the separation membrane module by this invention. 図1の分離膜モジュールに使用する管状分離膜エレメントの一例を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows an example of the tubular separation membrane element used for the separation membrane module of FIG. 図1の分離膜モジュールの要部拡大斜視図である。It is a principal part expansion perspective view of the separation membrane module of FIG. 図1の分離膜モジュールを模式的に拡大した縦断面図である。It is the longitudinal cross-sectional view which expanded the separation membrane module of FIG. 1 typically. 図4のA−A線に沿う拡大断面図である。It is an expanded sectional view which follows the AA line of FIG. 本発明による分離膜モジュールのいま1つの例を示すもので、邪魔板に設けられた管状分離膜エレメント挿通孔部分の拡大正面図である。FIG. 5 is a front view showing an enlarged example of a tubular separation membrane element insertion hole provided in a baffle plate, showing another example of the separation membrane module according to the present invention. 比較例に用いた従来の分離膜モジュールを示す要部拡大斜視図である。It is a principal part expansion perspective view which shows the conventional separation membrane module used for the comparative example. 本発明による実施例および比較例において、分離膜モジュールの濃縮成分排出口から流出するエタノール蒸気の濃度を示すグラフである。In the Example and comparative example by this invention, it is a graph which shows the density | concentration of the ethanol vapor | steam which flows out from the concentration component discharge port of a separation membrane module. 本発明による実施例および比較例において、分離膜モジュールの濃縮成分排出口から流出するエタノール蒸気の圧力を示すグラフである。In the Example and comparative example by this invention, it is a graph which shows the pressure of the ethanol vapor | steam which flows out from the concentrated component discharge port of a separation membrane module.

つぎに、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。   Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings, but the present invention is not limited thereto.

本発明による分離膜モジュールは、アルコール無水化設備、例えばエタノール製造設備、イソプロピルアルコール(IPA)リサイクル設備等において、有機溶剤と水の混合液もしくは混合蒸気等の流体を、無水化する(濃縮する)ために用いられるものであり、例えばエタノールと水の混合蒸気を分離膜モジュールに供給して、水蒸気を分離し、エタノールを濃縮する場合などに使用されるものである。   The separation membrane module according to the present invention dehydrates (concentrates) a fluid such as a mixed solution or mixed vapor of an organic solvent and water in an alcohol dehydration facility such as an ethanol production facility or an isopropyl alcohol (IPA) recycling facility. For example, it is used when a vapor mixture of ethanol and water is supplied to a separation membrane module to separate water vapor and concentrate ethanol.

図1は、本発明による分離膜モジュール(1)の一例を示す側面図で、同図に示すように、本発明による分離膜モジュール(1)は、ケーシング(外管)(2)内に、右側管板(3)と左側管板(4)に支持された並列状の管状分離膜エレメント(5)と、これらの管状分離膜エレメント(5)に対して直交状に配置された所要数の邪魔板(6)とを備えている。  FIG. 1 is a side view showing an example of a separation membrane module (1) according to the present invention. As shown in FIG. 1, the separation membrane module (1) according to the present invention is disposed in a casing (outer tube) (2). The parallel tubular separation membrane elements (5) supported by the right tube plate (3) and the left tube plate (4), and the required number of tubes arranged orthogonal to the tubular separation membrane elements (5). Baffle plate (6).

図2は、本発明による分離膜モジュール(1)に使用する管状分離膜エレメント(5)の一例を示す縦断面図である。同図において、管状分離膜エレメント(5)は、アルミナ、ジルコニアなどの材料で形成される管状のセラミックス多孔質基体に、分子程度の大きさの微細孔を有するゼオライト薄膜がコーティングされている管状ゼオライト分離膜(10)と、管状ゼオライト分離膜(10)の一端に、緻密質セラミックス製の接続管(11)が接合され、同管状ゼオライト分離膜(10)の他端に、緻密質セラミックス製の封止栓(12)が接合されてなるもので、一体型の管状無機分離膜エレメント(5)が用いられている。  FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing an example of a tubular separation membrane element (5) used in the separation membrane module (1) according to the present invention. In the figure, a tubular separation membrane element (5) is a tubular zeolite in which a tubular ceramic porous substrate formed of a material such as alumina or zirconia is coated with a zeolite thin film having micropores of molecular size. A dense ceramic connecting pipe (11) is joined to one end of the separation membrane (10) and the tubular zeolite separation membrane (10), and the other end of the tubular zeolite separation membrane (10) is made of a dense ceramic. A sealing stopper (12) is joined, and an integral tubular inorganic separation membrane element (5) is used.

図3は、本発明の分離膜モジュールの要部拡大斜視図、図4は、本発明の分離膜モジュールを、理解が容易になるように、模式的に拡大した縦断面図、図5は、図4のA−A線に沿う拡大断面図である。  FIG. 3 is an enlarged perspective view of a main part of the separation membrane module of the present invention, FIG. 4 is a longitudinal sectional view schematically illustrating the separation membrane module of the present invention for easy understanding, and FIG. It is an expanded sectional view which follows the AA line of FIG.

そして、図4に詳しく示すように、分離膜モジュール(1)の右側管板(3)の取付孔に、各管状分離膜エレメント(5)の右端部が貫通状に挿通されて取り付けられ、分離膜モジュール(1)の左側管板(4)の取付孔に、各管状分離膜エレメント(5)の左端部が貫通状に挿通されて取り付けられ、分離膜モジュール(1)内に、管状分離膜エレメント(5)が並列状に配設されている。  Then, as shown in detail in FIG. 4, the right end portion of each tubular separation membrane element (5) is inserted through the attachment hole of the right tube plate (3) of the separation membrane module (1) in a penetrating manner, and separated. The left end portion of each tubular separation membrane element (5) is inserted through the attachment hole of the left tube plate (4) of the membrane module (1) in a penetrating manner, and the tubular separation membrane is installed in the separation membrane module (1). Elements (5) are arranged in parallel.

分離膜モジュール(1)のケーシング(2)内において、右側管板(3)および左側管板(4)同士の間の中間に、所要数の邪魔板(6)が管状分離膜エレメント(5)に対して直交状に配置され、各邪魔板(6)はケーシング(2)の内壁面に気密に係合している。図示の実施形態による分離膜モジュール(1)では、ケーシング(2)内に、8枚の邪魔板(6)が配置されている。  In the casing (2) of the separation membrane module (1), a required number of baffle plates (6) are provided between the right tube plate (3) and the left tube plate (4) in the tubular separation membrane element (5). The baffle plates (6) are airtightly engaged with the inner wall surface of the casing (2). In the separation membrane module (1) according to the illustrated embodiment, eight baffle plates (6) are arranged in the casing (2).

分離膜モジュール(1)のケーシング(2)下端の右側管板(3)寄り部分の壁部に、例えばエタノールと水の混合蒸気をケーシング(2)内に供給する混合蒸気供給口(被処理流体入口)(15)が設けられている。また、分離膜モジュール(1)のケーシング(2)の右端部と右側管板(3)とによって被分離成分(例えば水蒸気)収容室(13)が設けられて、ケーシング(2)の右端壁に、該収容室(13)と連通する被分離成分排出口(16)が設けられている。一方、分離膜モジュール(1)のケーシング(2)の左端部と左側管板(4)とによって濃縮成分(例えばエタノール)収容室(14)が設けられて、ケーシング(2)の左端壁に、該収容室(14)と連通する濃縮成分排出口(非分離成分排出口)(17)が設けられている。  A mixed steam supply port (processed fluid) for supplying, for example, a mixed steam of ethanol and water into the casing (2) on the wall of the separation membrane module (1) close to the right tube plate (3) at the lower end of the casing (2) An inlet) (15) is provided. Further, a separation component (for example, water vapor) storage chamber (13) is provided by the right end portion of the casing (2) of the separation membrane module (1) and the right tube plate (3), and is provided on the right end wall of the casing (2). A separation component discharge port (16) communicating with the storage chamber (13) is provided. On the other hand, a concentrated component (for example, ethanol) storage chamber (14) is provided by the left end of the casing (2) of the separation membrane module (1) and the left tube plate (4), and the left end wall of the casing (2) A concentrated component discharge port (non-separated component discharge port) (17) communicating with the storage chamber (14) is provided.

分離膜モジュール(1)のケーシング(2)内において管状分離膜エレメント(5)に対して直交状に配置された各邪魔板(6)は、ケーシング(2)の内径に略等しい外径を有する円板の上端部もしくは下端部が切除された欠円形を有するものである。そして、隣り合う邪魔板(6)の切断端(6a)が上下交互に配されることにより、邪魔板(6)の切断端(6a)と、これに対向するケーシング(2)内壁面との間にあけられた混合蒸気流通路(18)が、ケーシング(2)内において上下交互に設けられていて、ケーシング(2)内に側面よりみてジグザグ状に蛇行した混合蒸気流路が形成されている。  Each baffle plate (6) arranged orthogonal to the tubular separation membrane element (5) in the casing (2) of the separation membrane module (1) has an outer diameter substantially equal to the inner diameter of the casing (2). The circular plate has a circular shape with an upper end or a lower end cut away. And the cutting end (6a) of an adjacent baffle plate (6) is alternately arranged up and down, so that the cutting end (6a) of the baffle plate (6) and the inner wall surface of the casing (2) opposite to the cutting end (6a) The mixed steam flow passages (18) opened between them are alternately provided in the upper and lower sides in the casing (2), and a mixed steam flow path which zigzags in a zigzag manner as viewed from the side surface is formed in the casing (2). Yes.

なお、図示の実施形態では、左側管板(4)が最終の邪魔板を兼ねており、該左側管板(4)の下端部に、濃縮成分(例えばエタノール)収容室(14)に連通する混合蒸気通過孔(19)が設けられている。  In the illustrated embodiment, the left tube plate (4) also serves as the final baffle plate, and communicates with the concentrated component (for example, ethanol) storage chamber (14) at the lower end of the left tube plate (4). A mixed vapor passage hole (19) is provided.

上記の分離膜モジュール(1)を用いて、例えばエタノール90wt%と水10wt%の混合蒸気から、水蒸気を分離して、エタノールを濃縮する場合、まず、分離膜モジュール(1)の混合蒸気供給口(被処理流体入口)(15)からケーシング(2)内に、エタノールと水の混合蒸気を所要の圧力で供給する。  In the case where water vapor is separated from, for example, a mixed steam of 90 wt% ethanol and 10 wt% water using the above separation membrane module (1) to concentrate ethanol, first, the mixed steam supply port of the separation membrane module (1) (Processed fluid inlet) A mixed steam of ethanol and water is supplied from the (15) into the casing (2) at a required pressure.

混合蒸気は、ケーシング(2)内において、管状分離膜エレメント(5)同士の間の空間部、邪魔板(6)同士の間の空間部、並びに邪魔板(6)の切断端(6a)と、これに対向するケーシング(2)内壁面との間にあけられた混合蒸気流通路(18)通って、側面よりみてジグザグ状に蛇行してケーシング(2)内を通過する。各管状分離膜エレメント(5)を透過してくる水蒸気が、ケーシング(2)の右端部の被分離成分排出口(16)より排出され、非透過流体であるエタノールは、最終的にケーシング(2)の左端部の濃縮成分排出口(非分離成分排出口)(17)から流出する。  In the casing (2), the mixed steam has a space between the tubular separation membrane elements (5), a space between the baffle plates (6), and a cut end (6a) of the baffle plate (6). Then, it passes through the mixed steam flow passage (18) opened between the inner wall surface of the casing (2) and the casing (2), and zigzags in a zigzag manner as viewed from the side surface and passes through the casing (2). Water vapor that permeates through each tubular separation membrane element (5) is discharged from the separated component discharge port (16) at the right end of the casing (2), and ethanol, which is a non-permeating fluid, finally becomes the casing (2 ) Flows out from the concentrated component discharge port (non-separated component discharge port) (17) at the left end.

本発明による分離膜モジュール(1)の特徴は、図3〜図5に示すように、分離膜モジュール(1)内の各邪魔板(6)に設けられた管状分離膜エレメント挿通孔(7)の内径が、管状分離膜エレメント(5)の外径よりも大きいものとなされていて、該挿通孔(7)の内周面と管状分離膜エレメント(5)の外周面との間に、混合流体流通間隙(8)が設けられており、該間隙(8)内においても管状分離膜エレメント(5)の分離膜による混合流体分離機能が果たされるようになされていることにある。  As shown in FIGS. 3 to 5, the separation membrane module (1) according to the present invention is characterized by tubular separation membrane element insertion holes (7) provided in each baffle plate (6) in the separation membrane module (1). The inner diameter of the tubular separation membrane element (5) is larger than the outer diameter of the tubular separation membrane element (5), and mixing is performed between the inner peripheral surface of the insertion hole (7) and the outer peripheral surface of the tubular separation membrane element (5). A fluid flow gap (8) is provided, and the mixed fluid separation function by the separation membrane of the tubular separation membrane element (5) is also performed in the gap (8).

本発明の分離膜モジュール(1)によれば、分離膜モジュール(1)内の邪魔板(6)の設置数を増やしても、各邪魔板(6)に設けられた挿通孔(7)の内周面と管状分離膜エレメント(5)の外周面との間の混合流体流通間隙(8)内を、混合流体が流通することで、圧力損失を抑えることができ、透過の駆動力である被分離成分の1次側と2次側の分圧差を充分に確保することができて、透過蒸気量の減少を防止することができ、かつ邪魔板(6)による混合流体の流れの撹乱の効果を損なうことがないうえに、各邪魔板(6)の管状ゼオライト分離膜挿通孔(7)の内部では、邪魔板(6)の厚み分に相当する管状ゼオライト分離膜(10)部分も混合流体の流れと接触できるため、管状ゼオライト分離膜(10)の膜分離の機能を有効に働かせることができ、ひいては分離膜モジュール(1)内の各管状ゼオライト分離膜(10)の全長にわたって膜分離の機能を有効に働かせることができるものである。  According to the separation membrane module (1) of the present invention, even if the number of installed baffle plates (6) in the separation membrane module (1) is increased, the insertion holes (7) provided in each baffle plate (6). The loss of pressure can be suppressed by the flow of the mixed fluid in the mixed fluid circulation gap (8) between the inner peripheral surface and the outer peripheral surface of the tubular separation membrane element (5), which is a driving force for permeation. A sufficient partial pressure difference between the primary side and the secondary side of the component to be separated can be secured, a decrease in the amount of permeated vapor can be prevented, and disturbance of the flow of the mixed fluid by the baffle plate (6) can be prevented. In addition, the tubular zeolite separation membrane (10) portion corresponding to the thickness of the baffle plate (6) is also mixed inside the tubular zeolite separation membrane insertion hole (7) of each baffle plate (6) without impairing the effect. Since it can be in contact with the fluid flow, the membrane separation function of the tubular zeolite separation membrane (10) Can be exerted on the efficiency, it is capable to work effectively the membrane separation of functions over the entire length of each tubular zeolite separation membrane (10) of the turn separation membrane module (1).

本発明による上記のような分離膜モジュール(1)を、例えば直列に配管することによって、供給蒸気を所定の濃度まで濃縮するものである。  The separation membrane module (1) as described above according to the present invention is, for example, connected in series to concentrate the supplied steam to a predetermined concentration.

本発明による分離膜モジュール(1)においては、各邪魔板(6)に設けられた管状分離膜エレメント挿通孔(7)の内径は、管状分離膜エレメント(5)の外径の1.10〜1.50倍、好ましくは1.15〜1.40倍であることが好ましい。このような範囲で、管状分離膜エレメント挿通孔(7)の内周面と管状分離膜エレメント(5)の外周面との間に混合流体流通間隙(8)が設けられることにより、分離膜モジュール(1)内の邪魔板(6)の設置数を増やしても、分離膜モジュールの稼動時の圧力損失を抑えることができ、管状分離膜エレメント(5)の透過の駆動力である被分離成分の1次側と2次側の分圧差を充分に確保することができて、透過蒸気量の減少を防止することができ、かつ邪魔板(6)による混合流体の流れの撹乱の効果を損なうことがないうえに、分離膜モジュール(1)内の各管状ゼオライト分離膜(10)の全長にわたって膜分離の機能を有効に働かせることができるものである。   In the separation membrane module (1) according to the present invention, the inner diameter of the tubular separation membrane element insertion hole (7) provided in each baffle plate (6) is 1.10 of the outer diameter of the tubular separation membrane element (5). It is 1.50 times, preferably 1.15 to 1.40 times. In such a range, the mixed fluid circulation gap (8) is provided between the inner peripheral surface of the tubular separation membrane element insertion hole (7) and the outer peripheral surface of the tubular separation membrane element (5), so that the separation membrane module is provided. Even if the number of baffle plates (6) in (1) is increased, the pressure loss during operation of the separation membrane module can be suppressed, and the component to be separated which is the driving force for permeation of the tubular separation membrane element (5) Can sufficiently secure a partial pressure difference between the primary side and the secondary side, prevent a decrease in the amount of permeated vapor, and impair the effect of disturbing the flow of the mixed fluid by the baffle plate (6). In addition, the function of membrane separation can be effectively exerted over the entire length of each tubular zeolite separation membrane (10) in the separation membrane module (1).

なお、本発明による分離膜モジュール(1)において、具体的には、ケーシング(2)の大きさは、例えば内径106〜750mm、好ましくは106〜350mm、および全長1000〜1500mm、好ましくは1000〜1250mmである。管状分離膜エレメント(5)の取付数は、ケーシング(2)の大きさにもよるが、通常、7〜300本、好ましくは7〜50本である。各管状分離膜エレメント(5)の大きさは、例えば外径16〜20mm、好ましくは16〜17mm、および全長900〜1200mm、好ましくは900〜1000mmである。  In the separation membrane module (1) according to the present invention, specifically, the casing (2) has, for example, an inner diameter of 106 to 750 mm, preferably 106 to 350 mm, and a total length of 1000 to 1500 mm, preferably 1000 to 1250 mm. It is. The number of tubular separation membrane elements (5) attached is usually 7 to 300, preferably 7 to 50, although it depends on the size of the casing (2). The size of each tubular separation membrane element (5) is, for example, an outer diameter of 16 to 20 mm, preferably 16 to 17 mm, and a total length of 900 to 1200 mm, preferably 900 to 1000 mm.

また、邪魔板(6)の取付数は、ケーシング(2)の大きさにもよるが、通常、2〜30枚、好ましくは5〜17枚である。邪魔板(6)の厚さは、通常、2〜5mm、好ましくは2〜3mmである。  The number of baffle plates (6) attached is usually 2 to 30, preferably 5 to 17, although it depends on the size of the casing (2). The thickness of the baffle plate (6) is usually 2 to 5 mm, preferably 2 to 3 mm.

本発明による分離膜モジュール(1)によれば、ケーシング(2)内の各邪魔板(6)に設けられた複数の管状ゼオライト分離膜挿通孔(7)の内部では、上記のような邪魔板(6)の厚み分に相当する管状ゼオライト分離膜(10)部分も混合流体の流れと接触できるため、管状ゼオライト分離膜(10)の膜分離の機能を有効に働かせることができ、ひいては分離膜モジュール(1)内の各管状ゼオライト分離膜(10)の全長にわたって膜分離の機能を有効に働かせることができるものである。  According to the separation membrane module (1) according to the present invention, the above-described baffle plate is disposed inside the plurality of tubular zeolite separation membrane insertion holes (7) provided in each baffle plate (6) in the casing (2). Since the portion of the tubular zeolite separation membrane (10) corresponding to the thickness of (6) can also be brought into contact with the flow of the mixed fluid, the membrane separation function of the tubular zeolite separation membrane (10) can be made effective, and consequently the separation membrane. The function of membrane separation can be effectively exerted over the entire length of each tubular zeolite separation membrane (10) in the module (1).

つぎに、図6は、本発明による分離膜モジュール(1)の変形例を示すもので、上記実施形態の場合と異なる点は、分離膜モジュール(1)内の各邪魔板(6)に設けられた管状分離膜エレメント挿通孔(7)の内部に、該挿通孔(7)の内壁から管状分離膜エレメント(5)の分離膜(10)外壁面に向かって伸びる複数個の間隔保持用凸起(9)が設けられている点にある。  Next, FIG. 6 shows a modification of the separation membrane module (1) according to the present invention. The difference from the above embodiment is that each baffle plate (6) in the separation membrane module (1) is provided. A plurality of spacing retaining projections extending from the inner wall of the insertion hole (7) toward the outer wall surface of the separation membrane (10) of the tubular separation membrane element (5), in the tubular separation membrane element insertion hole (7). The origin (9) is provided.

本発明による分離膜モジュール(1)の変形例によれば、各邪魔板(6)に設けられた管状分離膜エレメント挿通孔(7)の内周面と管状分離膜エレメント(5)の外周面との間の混合流体流通間隙(8)が、複数個の凸起(9)によって確実に間隔保持されるため、上記の作用効果を充分に発揮させることができるうえに、分離膜モジュール(1)内の管状分離膜エレメント(5)の長さの中間部分を、各邪魔板(6)の管状分離膜エレメント挿通孔(7)内の凸起(9)によって支持することができて、分離膜モジュール(1)の全体強度が増大し、振動などの外力による損傷を可及的に防止することができて、分離膜モジュール(1)は耐用性に優れているものである。  According to the modification of the separation membrane module (1) according to the present invention, the inner peripheral surface of the tubular separation membrane element insertion hole (7) provided in each baffle plate (6) and the outer peripheral surface of the tubular separation membrane element (5) Since the mixed fluid circulation gap (8) between the two is surely maintained by the plurality of protrusions (9), the above-described effects can be sufficiently exerted, and the separation membrane module (1 ) Can be supported by protrusions (9) in the tubular separation membrane element insertion holes (7) of the respective baffle plates (6), The overall strength of the membrane module (1) is increased, damage due to external force such as vibration can be prevented as much as possible, and the separation membrane module (1) has excellent durability.

ここで、管状分離膜エレメント挿通孔(7)の内部に設ける間隔保持用凸起(9)の個数は、例えば2〜6個、好ましくは3〜5個が好ましい。また、挿通孔(7)内での間隔保持用凸起(9)の配置は、隣り合う間隔保持用凸起(9)(9)同士の間の間隔が等しくなるように配置するのが好ましい。  Here, the number of the protrusions for holding the distance (9) provided inside the tubular separation membrane element insertion hole (7) is, for example, 2 to 6, preferably 3 to 5. Moreover, it is preferable to arrange | position the space | interval protrusion (9) in the penetration hole (7) so that the space | interval between adjacent space | interval protrusions (9) (9) may become equal. .

以下、本発明の実施例を比較例と共に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。   Examples of the present invention will be described below together with comparative examples, but the present invention is not limited to these examples.

実施例1〜4
以下の実施例は、本発明に基づいて実施した数値流体シミュレーションの結果を示すものである。
Examples 1-4
The following examples show the results of numerical fluid simulations performed according to the present invention.

実施例1〜4
上記図1〜図5に示す本発明の分離膜モジュール(1)を対象として、エタノール90wt%と水10wt%の混合蒸気を、550kPaの圧力で分離膜モジュール(1)に供給して、エタノールを濃縮する数値流体シミュレーションを行なった。
Examples 1-4
For the separation membrane module (1) of the present invention shown in FIGS. 1 to 5, a mixed steam of 90 wt% ethanol and 10 wt% water is supplied to the separation membrane module (1) at a pressure of 550 kPa, and ethanol is supplied. A numerical fluid simulation to concentrate was performed.

ここで、本発明による分離膜モジュール(1)において、ケーシング(2)の大きさは、内径106mm、および全長1125mmである。管状分離膜エレメント(5)の取付数は7本であり、各管状分離膜エレメント(5)の大きさは、外径16mm、および全長1020mmであった。管状分離膜エレメント(5)としては、アルミナ、ジルコニアなどの材料で形成される管状のセラミックス多孔質基体に、水分子程度の大きさの微細孔を有するゼオライト薄膜がコーティングされている管状ゼオライト分離膜(10)と、管状ゼオライト分離膜(10)の一端に、緻密質セラミックス製の接続管(11)が接合され、同管状ゼオライト分離膜(10)の他端に、緻密質セラミックス製の封止栓(12)が接合されてなる管状分離膜エレメントを対象とし、モデル化した。  Here, in the separation membrane module (1) according to the present invention, the casing (2) has an inner diameter of 106 mm and a total length of 1125 mm. The number of tubular separation membrane elements (5) attached was 7, and the size of each tubular separation membrane element (5) was an outer diameter of 16 mm and a total length of 1020 mm. As the tubular separation membrane element (5), a tubular zeolite separation membrane in which a tubular ceramic porous substrate formed of a material such as alumina or zirconia is coated with a zeolite thin film having micropores about the size of water molecules (10) and a connecting tube (11) made of dense ceramics are joined to one end of the tubular zeolite separation membrane (10), and the other end of the tubular zeolite separation membrane (10) is sealed to the dense ceramics A tubular separation membrane element to which the stopper (12) was joined was targeted and modeled.

分離膜モジュール(1)内の混合蒸気領域と分離膜エレメント(5)内の2次側透過蒸気領域について汎用熱流体解析プログラム(STAR-CD Ver.4.08、CD-adapco社製)を用いてシミュレーションを行なった。本解析プログラムは熱および流体の移動を解析する機能を標準装備しているが、固体内を被透過成分が透過する膜分離現象を解析する機能は搭載されていない。そこで、本解析プログラムに膜分離現象の物理モデルをプログラミング言語Fortran90で記述したサブルーチンプログラムを組み込んだ。これにより、ケーシング(2)内における混合蒸気の物理量を参照して被透過成分の透過量を算出することが可能となった。管状分離膜(5)の表面に接する混合蒸気から被透過成分を抽出しつつ、ケーシング(2)内の混合蒸気の流れ場を解いた。抽出した被透過成分は管状分離膜エレメント(5)の2次側に注入し、2次側透過蒸気の流れ場も解いた。サブルーチンプログラムで解析対象とした管状分離膜の分離性能は、透過速度50kg/(h・m・Pa)、および分離係数1000 である。 Using a general-purpose thermal fluid analysis program (STAR-CD Ver. 4.08, manufactured by CD-adapco) for the mixed vapor region in the separation membrane module (1) and the secondary permeated vapor region in the separation membrane element (5) And simulated. This analysis program is equipped with a function to analyze heat and fluid movement as standard, but it does not have a function to analyze the membrane separation phenomenon in which a permeated component permeates through a solid. Therefore, a subroutine program in which the physical model of the membrane separation phenomenon was written in the programming language Fortran90 was incorporated into this analysis program. As a result, the permeation amount of the permeated component can be calculated with reference to the physical quantity of the mixed steam in the casing (2). While extracting the permeated component from the mixed vapor in contact with the surface of the tubular separation membrane (5), the flow field of the mixed vapor in the casing (2) was solved. The extracted permeated component was injected into the secondary side of the tubular separation membrane element (5), and the flow field of the secondary permeated vapor was also solved. The separation performance of the tubular separation membrane to be analyzed by the subroutine program has a permeation rate of 50 kg / (h · m 2 · Pa) and a separation factor of 1000.

また、邪魔板(6)の取付数は、図示のものは、ケーシング(2)内の右側管板(3)および左側管板(4)同士の間の中間において8枚であり、各邪魔板(6)の厚さは、3mmであった。なお、ケーシング(2)内の左側管板(4)(厚さは3mm)が最終の邪魔板を兼ねており、邪魔板(6)の取付数は、合計9枚である。  The number of baffle plates (6) to be attached is eight in the middle between the right tube plate (3) and the left tube plate (4) in the casing (2). The thickness of (6) was 3 mm. The left tube plate (4) (thickness is 3 mm) in the casing (2) also serves as the final baffle plate, and the total number of baffle plates (6) attached is nine.

本発明による分離膜モジュール(1)は、分離膜モジュール(1)内の各邪魔板(6)に設けられた管状分離膜エレメント挿通孔(7)の内径が22.2mmであり、これに対し、管状分離膜エレメント(5)の外径が16mmであるため、該挿通孔(7)の内周面と管状分離膜エレメント(5)の外周面との間に、幅3.1mmの混合流体流通間隙(8)が設けられていて、該間隙(8)内においても管状分離膜エレメント(5)の分離膜による混合流体分離機能が果たされるようになされているものである。ここで、管状分離膜エレメント挿通孔(7)の内径は、管状分離膜エレメント(5)の外径の1.39倍であった。  In the separation membrane module (1) according to the present invention, the inner diameter of the tubular separation membrane element insertion hole (7) provided in each baffle plate (6) in the separation membrane module (1) is 22.2 mm. Since the outer diameter of the tubular separation membrane element (5) is 16 mm, a mixed fluid having a width of 3.1 mm is provided between the inner peripheral surface of the insertion hole (7) and the outer peripheral surface of the tubular separation membrane element (5). A flow gap (8) is provided, and the mixed fluid separation function by the separation membrane of the tubular separation membrane element (5) is also performed in the gap (8). Here, the inner diameter of the tubular separation membrane element insertion hole (7) was 1.39 times the outer diameter of the tubular separation membrane element (5).

なお、ケーシング(2)内の左側管板(4)(厚さは3mm)は、最終の邪魔板を兼ねているが、左側管板(邪魔板)(4)の管状分離膜エレメント挿通孔(7)の内部には、図6に示すように、該挿通孔(7)の内壁から管状分離膜エレメント(5)の分離膜(10)外壁面に向かって伸びる4個の間隔保持用凸起(9)を設けて、これらの凸起(9)により管状分離膜エレメント(5)の左端部を支持するようにし、結局、ケーシング(2)内において7本の管状分離膜エレメント(5)は、右側管板(3)と左側管板(邪魔板)(4)とによってそれぞれ両端が支持されている構造とした。  The left tube plate (4) (thickness is 3 mm) in the casing (2) also serves as the final baffle plate, but the left tube plate (baffle plate) (4) has a tubular separation membrane element insertion hole ( In the inside of 7), as shown in FIG. 6, there are four projections for maintaining the distance extending from the inner wall of the insertion hole (7) toward the outer wall surface of the separation membrane (10) of the tubular separation membrane element (5). (9) is provided so that the left end of the tubular separation membrane element (5) is supported by these protrusions (9). As a result, in the casing (2), the seven tubular separation membrane elements (5) Both ends are supported by the right tube plate (3) and the left tube plate (baffle plate) (4).

また、実施例1〜4では、邪魔板(6)の取付数を、合計5枚、9枚、13枚、17枚として、本発明による分離膜モジュール(1)のシミュレーションモデルをそれぞれ作成し、エタノールと水の混合蒸気について、エタノールの濃縮数値シミュレーションを行なった。  In Examples 1 to 4, the number of baffle plates (6) to be attached is a total of 5, 9, 13, and 17, and a simulation model of the separation membrane module (1) according to the present invention is created respectively. Numerical simulation of ethanol concentration was performed on the mixed steam of ethanol and water.

実施例1〜4の分離膜モジュール(1)のケーシング(2)内に、エタノール90wt%と水10wt%の混合蒸気(流量510kg/h)を、混合蒸気供給口(被処理流体入口)(15)から550kPaの圧力で供給した。このときの2次側の圧力は3kPaである。  In the casing (2) of the separation membrane module (1) of Examples 1 to 4, a mixed steam (flow rate 510 kg / h) of ethanol 90 wt% and water 10 wt% was mixed with a mixed steam supply port (processed fluid inlet) (15 ) At a pressure of 550 kPa. At this time, the pressure on the secondary side is 3 kPa.

エタノール・水の混合蒸気は、ケーシング(2)内において、管状分離膜エレメント(5)同士の間の空間部、邪魔板(6)同士の間の空間部、並びに邪魔板(6)の切断端(6a)と、これに対向するケーシング(2)内壁面との間にあけられた混合蒸気流通路(18)通って、側面よりみてジグザグ状に蛇行してケーシング(2)内を通過するとともに、本発明において、各邪魔板(6)に設けられた管状分離膜エレメント挿通孔(7)の混合流体流通間隙(8)内をも通過し、この間、各管状分離膜エレメント(5)の管状ゼオライト分離膜(10)を透過してくる水蒸気が、ケーシング(2)の右端部の被分離成分排出口(16)より排出され、一方、非透過流体であるエタノールは、最終的にケーシング(2)の左端部の濃縮成分排出口(非分離成分排出口)(17)から流出した。  In the casing (2), the mixed vapor of ethanol and water is used for the space between the tubular separation membrane elements (5), the space between the baffle plates (6), and the cut end of the baffle plate (6). (6a) passes through the mixed steam flow passage (18) formed between the opposite casing (2) and the inner wall surface of the casing (2), zigzags in a zigzag manner as viewed from the side, and passes through the casing (2). In the present invention, it also passes through the mixed fluid flow gap (8) of the tubular separation membrane element insertion hole (7) provided in each baffle plate (6), during which the tubular separation membrane element (5) has a tubular shape. Water vapor that permeates through the zeolite separation membrane (10) is discharged from the separated component discharge port (16) at the right end of the casing (2), while ethanol, which is a non-permeated fluid, finally becomes the casing (2 ) Concentrated ingredient at the left end of Flowing out from the outlet (non-separable component outlet) (17).

そして、各実施例において、分離膜モジュール(1)の濃縮成分排出口(17)から流出するエタノール蒸気の質量流量加重の平均濃度および平均圧力を、シミュレーション結果から算出して、得られた結果を、下記の表1および図8のグラフに記載した。  In each example, the mass flow weighted average concentration and average pressure of ethanol vapor flowing out from the concentrated component discharge port (17) of the separation membrane module (1) are calculated from the simulation results, and the obtained results are The results are shown in the following Table 1 and the graph of FIG.

なお、下記の表1には、邪魔板(6)の取付数、および各邪魔板(6)に設けられた管状分離膜エレメント挿通孔(7)の混合流体流通間隙(8)の幅をあわせて記載した。  In Table 1 below, the number of baffle plates (6) attached and the width of the mixed fluid circulation gap (8) of the tubular separation membrane element insertion hole (7) provided in each baffle plate (6) are adjusted. It was described.

比較例1〜4
比較のために、上記実施例1〜4の場合と同様にして、分離膜モジュールによりエタノールと水の混合蒸気からエタノールを濃縮する数値シミュレーションを行うが、上記実施例の場合と異なる点は、図7に示すように、分離膜モジュール内の各邪魔板(26)に設けられた管状分離膜エレメント挿通孔(27)の内径と、管状分離膜エレメント(25)の外径とがほぼ同じものとなされていて、該挿通孔(27)内に全く間隙があけられていない従来の分離膜モジュールを用いた点にある。なお、比較例1〜4における邪魔板(26)の取付数は、上記実施例1〜4の場合と同じとした。
Comparative Examples 1-4
For comparison, a numerical simulation for concentrating ethanol from a mixed vapor of ethanol and water using a separation membrane module is performed in the same manner as in Examples 1 to 4 above. 7, the inner diameter of the tubular separation membrane element insertion hole (27) provided in each baffle plate (26) in the separation membrane module is substantially the same as the outer diameter of the tubular separation membrane element (25). The conventional separation membrane module in which no gap is formed in the insertion hole (27) is used. The number of baffle plates (26) attached in Comparative Examples 1 to 4 was the same as in Examples 1 to 4 above.

そして、上記実施例1〜4の場合と同様にして、比較例1〜4の分離膜モジュールにより、エタノールと水の混合蒸気からエタノールを濃縮する数値シミュレーションを行い、各比較例において、分離膜モジュールの濃縮成分排出口から流出するエタノール蒸気の濃度および圧力を同様に算出し、得られた結果を、下記の表2および図9のグラフに記載した。   Then, in the same manner as in Examples 1 to 4, the separation membrane module of Comparative Examples 1 to 4 performs a numerical simulation for concentrating ethanol from the mixed vapor of ethanol and water. Similarly, the concentration and pressure of ethanol vapor flowing out from the concentrated component outlet were calculated, and the obtained results are shown in the following Table 2 and the graph of FIG.

なお、下記の表2には、従来の分離膜モジュールにおける邪魔板の取付数、および各邪魔板に設けられた管状分離膜エレメント挿通孔の間隙の幅をあわせて記載した。

Figure 0005890981
Figure 0005890981
In Table 2 below, the number of baffle plates attached in the conventional separation membrane module and the width of the gap between the tubular separation membrane element insertion holes provided in each baffle plate are shown.
Figure 0005890981
Figure 0005890981

上記表1と表2、および図8と図9のグラフに記載の結果から明らかなように、本発明による分離膜モジュール(1)を使用した実施例1〜4の数値シミュレーションでは、従来の分離膜モジュールを使用した比較例1〜4の数値シミュレーションに比べて、分離膜モジュールの濃縮成分排出口から流出するエタノール蒸気の濃度が明らかに高く、かつ濃縮成分排出口におけるエタノール蒸気の出口圧力も明らかに高いものであった。  As is apparent from the results described in the above Tables 1 and 2 and the graphs of FIGS. 8 and 9, in the numerical simulations of Examples 1 to 4 using the separation membrane module (1) according to the present invention, the conventional separation is performed. Compared with the numerical simulations of Comparative Examples 1 to 4 using a membrane module, the concentration of ethanol vapor flowing out from the concentrated component outlet of the separation membrane module is clearly higher, and the outlet pressure of ethanol vapor at the concentrated component outlet is also apparent It was expensive.

このように見てくると、本発明の分離膜モジュール(1)によれば、分離膜モジュール(1)内の邪魔板(6)の設置数を増やしても、各邪魔板(6)に設けられた挿通孔(7)の内周面と管状分離膜エレメント(5)の外周面との間の混合流体流通間隙(8)内を、混合流体が流通することで、圧力損失を抑えることができ、透過の駆動力である被分離成分の1次側と2次側の分圧差を充分に確保することができて、透過蒸気量の減少を防止することができ、かつ邪魔板(6)による混合流体の流れの撹乱の効果を損なうことがないうえに、各邪魔板(6)の管状ゼオライト分離膜挿通孔(7)の内部では、邪魔板(6)の厚み分に相当する管状ゼオライト分離膜(10)部分も混合流体の流れと接触できるため、管状ゼオライト分離膜(10)の膜分離の機能を有効に働かせることができ、ひいては分離膜モジュール(1)内の各管状ゼオライト分離膜(10)の全長にわたって膜分離の機能を有効に働かせることができるものであることを、確認することができた。  In this way, according to the separation membrane module (1) of the present invention, even if the number of baffle plates (6) in the separation membrane module (1) is increased, the separation membrane module (1) is provided on each baffle plate (6). Pressure loss can be suppressed by flowing the mixed fluid through the mixed fluid circulation gap (8) between the inner peripheral surface of the inserted through hole (7) and the outer peripheral surface of the tubular separation membrane element (5). It is possible to ensure a sufficient partial pressure difference between the primary side and the secondary side of the component to be separated, which is the driving force for permeation, to prevent a decrease in the amount of permeated vapor, and to the baffle plate (6) In addition, the effect of disturbance of the flow of the mixed fluid due to the above is not impaired, and inside the tubular zeolite separation membrane insertion hole (7) of each baffle plate (6), the tubular zeolite corresponding to the thickness of the baffle plate (6) Since the separation membrane (10) portion can also come into contact with the flow of the mixed fluid, the tubular zeolite separation membrane ( The membrane separation function of 0) can be effectively operated, and as a result, the membrane separation function can be effectively operated over the entire length of each tubular zeolite separation membrane (10) in the separation membrane module (1). I was able to confirm.

1:分離膜モジュール
2:ケーシング
3:右側管板
4:左側管板
5:管状分離膜エレメント
6:邪魔板
7:管状分離膜エレメント挿通孔
8:混合流体流通間隙
9:間隔保持用凸起
10:管状ゼオライト分離膜
1: Separation membrane module 2: Casing 3: Right side tube plate 4: Left side tube plate 5: Tubular separation membrane element 6: Baffle plate 7: Tubular separation membrane element insertion hole 8: Mixed fluid flow gap 9: Protrusions 10 for maintaining a gap : Tubular zeolite separation membrane

Claims (3)

ケーシング内に、管板に支持された並列状の管状分離膜エレメントと、これらの管状分離膜エレメントに対して直交状に配置された所要数の邪魔板とを備えている分離膜モジュールであって、
邪魔板は、ケーシングの内径に略等しい外径を有する円板の端部が切除された欠円形を有するものであり、
隣り合う邪魔板の切断端が交互に配されることにより、邪魔板の切断端と、これに対向するケーシング内壁面との間にあけられた混合流体流通路が、ケーシング内において交互に設けられ、
各邪魔板に設けられた管状分離膜エレメント挿通孔の内径が、管状分離膜エレメントの外径よりも大きいものとなされていて、該挿通孔の内周面と管状分離膜エレメントの外周面との間に、混合流体流通間隙が設けられており、該間隙内においても管状分離膜エレメントの分離膜による混合流体分離機能が果たされるようになされていることを特徴とする、分離膜モジュール。
A separation membrane module comprising, in a casing, a parallel tubular separation membrane element supported by a tube plate, and a required number of baffle plates arranged orthogonal to these tubular separation membrane elements. ,
The baffle plate has a rounded shape in which the end of a disc having an outer diameter substantially equal to the inner diameter of the casing is cut off,
By alternately arranging the cut ends of the adjacent baffle plates, mixed fluid flow paths opened between the cut ends of the baffle plates and the inner wall surface of the casing facing this are alternately provided in the casing. ,
The inner diameter of the tubular separation membrane element insertion hole provided in each baffle plate is larger than the outer diameter of the tubular separation membrane element, and the inner peripheral surface of the insertion hole and the outer peripheral surface of the tubular separation membrane element A separation membrane module characterized in that a mixed fluid circulation gap is provided between them, and the mixed fluid separation function by the separation membrane of the tubular separation membrane element is also performed in the gap.
各邪魔板に設けられた管状分離膜エレメント挿通孔の内径が、管状分離膜エレメントの外径の1.10〜1.30倍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。   2. The separation membrane module according to claim 1, wherein an inner diameter of a tubular separation membrane element insertion hole provided in each baffle plate is 1.10 to 1.30 times an outer diameter of the tubular separation membrane element. . 各邪魔板に設けられた管状分離膜エレメント挿通孔の内部に、該挿通孔の内壁から管状分離膜エレメントの分離膜外壁面に向かって伸びる複数個の間隔保持用凸起が設けられ、
混合流体の濃縮成分を排出する排出口に最も近い邪魔板は管状分離膜エレメントを支持する管板を兼ねており、該邪魔板には、該排出口に挿通する貫通孔を有することを特徴とする、請求項1または2に記載の分離膜モジュール。
Inside the tubular separation membrane element insertion hole provided in each baffle plate, a plurality of spacing projections extending from the inner wall of the insertion hole toward the outer wall surface of the separation membrane element are provided.
The baffle plate closest to the discharge port for discharging the concentrated component of the mixed fluid also serves as a tube plate for supporting the tubular separation membrane element, and the baffle plate has a through-hole inserted into the discharge port. The separation membrane module according to claim 1 or 2.
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