JP7342850B2 - 分離膜モジュール及びその運転方法 - Google Patents
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Description
図1は、本発明の分離膜モジュールが備える分離膜エレメントの実施形態の一例を示す、部分破断斜視図である。
本発明の分離膜モジュールは、円筒状の圧力容器の長手方向と、分離膜エレメントの長手方向とを一致させて、複数の分離膜エレメントが上記圧力容器に挿入され、かつ、直列に接続されていることを必要とする。
本発明の分離膜モジュールは、シール部材が、圧力容器と分離膜エレメントとの間隙の一部を閉塞しており、上記シール部材を、上記圧力容器の長手方向から観察したときの上記間隙の閉塞率が、少なくとも一のシール部材において60%以下である必要がある。該閉塞率が60%以下であることで、供給流体の総流量に対するバイパス流路へ逃げることとなる流体の割合が好適な割合となる。該閉塞率はより好ましくは40%未満、さらに好ましくは30%未満であるとより大きな効果が得られる。
分離膜モジュールを、分離膜エレメント内部の流動抵抗が高まったときほど、より多くの供給流体がバイパス流路60に流れるように構成するため、シール部材が弾性材からなるO-リングシール等である場合には、貫通孔の形状を柔軟に変形可能な星型多角形又はスリットにすることや、シール部材の一部を薄くすることが好ましい。
C型スプリットリングシールの欠損部分は両端とシールの中心の形成する角度103が144°より大きいことが望ましく、より好ましくは216°より大きく、さらに好ましくは252°より大きいとより大きな効果が得られる。
本発明の分離膜モジュールの運転方法では、本発明の分離膜モジュールを用いて、供給流体を、透過流体と濃縮流体とに分離する。
中心管に分離膜が巻囲され、その長手方向の両端にテレスコープ防止板が設けられた分離膜エレメント(東レ株式会社製;ロメンブラ(登録商標)TM820V-400)を二つ用意し、中心管同士を接着剤で直列に接続し、圧力容器に挿入した。圧力容器の最小内径と、分離膜エレメントの最大外径との差は、0.9mmであった。圧力容器の供給流体供給口側の分離膜エレメントと、圧力容器との間隙にシール部材として、貫通孔が設けられたニトリルゴム製のU-カップリングシールで該間隙を部分的に閉塞した。シール部材の閉塞率は、60%であった。また隣接する分離膜エレメントのテレスコープ防止板同士の間に形成される間隙についての、S1nの値は1800mm2であった。このようにして製造した分離膜モジュールを用いて、供給流体である濃度32000mg/LのNaCl水溶液を、回収率8%、供給量15m3/hの条件で、透過流体と濃縮流体とに分離する運転をしたところ、分離膜モジュールへのNaCl水溶液の供給圧と、濃縮水圧との差圧は、0.08kgf/cm2となった。
S1nの値を2500mm2にした以外は、実施例1と同様に分離膜モジュールを製造し、同条件で運転をしたところ、上記差圧は0.075kgf/cm2となった。
シール部材の閉塞率を30%にした以外は、実施例1と同様に分離膜モジュールを製造し、同条件で運転をしたところ、上記差圧は0.055kgf/cm2となった。
シール部材の閉塞率を40%にした以外は、実施例1と同様に分離膜モジュールを製造し、同条件で運転をしたところ、上記差圧は0.060kgf/cm2となった。
シール部材の閉塞率を80%にした以外は、実施例1と同様に分離膜モジュールを製造し、同条件で運転をしたところ、上記差圧は0.31kgf/cm2と高い数値になった。
S1nの値を1600mm2にした以外は、実施例1と同様に分離膜モジュールを製造し、同条件で運転をしたところ、上記差圧は0.15kgf/cm2と高い数値になった。
シール部材の閉塞率を70%にした以外は、実施例1と同様に分離膜モジュールを製造し、同条件で運転をしたところ、上記差圧は0.19kgf/cm2と高い数値になった。
21 : 分離膜
22 : 透過側流路材
23 : 供給側流路材
24 : 中心管
25 : テレスコープ防止板
251: 周回溝
26,26a :供給流体(供給水)
27,27a :透過流体(透過水)
28 : 濃縮流体(濃縮水)
38 : 供給流体供給口
39a,39b,39c,39d,39e,39f : 分離膜エレメント
40 : 濃縮流体排出口
41 : 中心管コネクター
42a,42b : 端板
43a,43b : 透過流体取出口
45a1,45b1,45c1,45d1,45e1,45f1 : シール部材
45a2,45b2,45c2,45d2,45e2,45f2 : シール部材
46 : 圧力容器
47 : 分離膜モジュール
60 : バイパス流路
61a,61b : 貫通孔
61r~61z : 貫通孔又は連通溝
62a,62b : 連通溝
64a~64n : 連通流路
70 : 中間プラグ
80 : 中心管コネクター
81 : スペーサー
82 : テレスコープ防止板
91 : 輪状のスペーサー
92 : 中心管コネクターと一体型のスペーサー
100 : C型スプリットリングシール
103 : 両端とシールの中心の形成する角度
110 : シールの内径
111 : シールの外径
112 : 連通溝の分布が疎の部分
Claims (14)
- 中心管、前記中心管に巻囲された分離膜、および前記中心管の長手方向の両端に設けられたテレスコープ防止板を有する複数の分離膜エレメントと、
円筒状の圧力容器と、
少なくとも一つのシール部材と、を備え、
前記シール部材が、前記圧力容器と前記分離膜エレメントとの間隙の一部を閉塞しており、
前記シール部材を、前記圧力容器の長手方向から観察したときの前記間隙の閉塞率が、少なくとも一のシール部材において60%以下であり、
前記シール部材が環状の弾性材であり、貫通孔又は連通溝を有し、前記貫通孔又は前記連通溝の分布が前記シール部材の周方向に疎の部分と密の部分があり、かつ、前記疎の部分が鉛直方向下向きになるように前記シール部材が設置されており、
前記圧力容器の長手方向と、前記分離膜エレメントの長手方向とを一致させて、複数の前記分離膜エレメントが前記圧力容器に挿入され、かつ、直列に接続されている、分離膜モジュール。 - 前記貫通孔又は前記連通溝が前記シール部材の外径と内径の中間の径を有する円よりも外径寄りに形成されている、請求項1に記載の分離膜モジュール。
- 前記貫通孔又は前記連通溝が、前記シール部材を前記テレスコープ防止板の周回溝に装着して前記圧力容器の長手方向から観察したときに、前記分離膜エレメントの径より外側の部分に形成されている、請求項1または2に記載の分離膜モジュール。
- 前記シール部材の前記貫通孔又は前記連通溝の分布の疎の部分が前記シール部材全体の50%以下である、請求項1~3のいずれか一項に記載の分離膜モジュール。
- 前記シール部材の前記貫通孔又は前記連通溝の分布の疎の部分が前記シール部材全体の30%以下である、請求項1~4のいずれか一項に記載の分離膜モジュール。
- 前記間隙の閉塞率が、少なくとも一のシール部材において30%未満である、請求項1~5のいずれか一項に記載の分離膜モジュール。
- 前記圧力容器の最小内径と、前記分離膜エレメントの最大外径との差が、0.1~1.8mmである、請求項1~6のいずれか一項に記載の分離膜モジュール。
- 隣接する、前記分離膜エレメントの前記テレスコープ防止板同士の間に形成される間隙を、前記圧力容器の長手方向に対し垂直な方向から観察したときの、最小面積をS1 n 、
前記テレスコープ防止板に形成された、前記圧力容器と前記分離膜エレメントとの間隙と、前記分離膜エレメント内部とを連通させるための連通流路を、前記圧力容器の長手方向に対し垂直な方向から観察したときの、最小面積をS2 n 、としたとき、
前記S1 n 及びS2 n の合計の値が、1800mm 2 以上である、請求項1~7のいずれか一項に記載の分離膜モジュール。 - 複数の前記シール部材を備え、
前記圧力容器の長手方向において、一端に位置する前記シール部材を、前記圧力容器の長手方向から観察したときの前記圧力容器と前記分離膜エレメントとの前記間隙の閉塞率B1が、60%以下であり、かつ、
一端に位置する前記シール部材に隣接する前記シール部材を、前記圧力容器の長手方向から観察したときの前記圧力容器と前記分離膜エレメントとの前記間隙の閉塞率B2が、B1<B2の関係を満たす、請求項1~8のいずれか一項に記載の分離膜モジュール。 - 前記間隙の閉塞率B2が、80%以上である、請求項9に記載の分離膜モジュール。
- 複数の前記シール部材を備え、
前記圧力容器の長手方向において、一端に位置する前記シール部材を、前記圧力容器の長手方向から観察したときの前記圧力容器と前記分離膜エレメントとの前記間隙の閉塞率B1が、60%以下であり、かつ、
一端に位置する前記シール部材より他端側に位置する前記シール部材ほど、前記圧力容器の長手方向から観察したときの前記圧力容器と前記分離膜エレメントとの前記間隙の閉塞率Bnが高くなる、請求項1~10のいずれか一項に記載の分離膜モジュール。 - 少なくとも一つの前記シール部材について、前記閉塞率Bnが100%である、請求項11記載の分離膜モジュール。
- 一の前記分離膜エレメントと、それに隣接する前記分離膜エレメントとの間に、中心管コネクター及びスペーサーから選ばれる少なくとも一つが設けられている、請求項1~12のいずれか一項に記載の分離膜モジュール。
- 請求項1~13のいずれか一項に記載の分離膜モジュールを用いて、供給流体を、透過流体と濃縮流体とに分離する、分離膜モジュールの運転方法。
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