JPH01231915A - クロスフロー濾過方法および濾過装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はクロスフロー濾過方法および濾過装置に関する
。

（従来技術） クロスフロー濾過とはフィルタを収容した容器内に被処
理液を供給し、同被処理液を前記フィルタの長手方向へ
流動させつつ濾過処理するものであり、被処理液の流動
によりフィルタ表面に生じる剪断力が同表面でのケーク
の形成を抑制し、長時間の連続濾過処理を可能にするも
のである。しかしながら、クロスフロー濾過の効果を上
げるには被処理液を高速で流動させる必要があり、動力
費が増大するという問題がある。

（発明が解決しようとする課題） かかる問題の解決手段としては、上記したクロスフロー
濾過においてフィルタを回転させることにより同フィル
タ表面に大きな剪断力を生じさせ、被処理液の流動速度
を小さくすることが考えられる。しかしながら、上記し
たフィルタは長尺で小径のものであるため濾過効率を上
げるべく高速回転させると撓んで湾曲し、′容器内壁に
接触したり振動を発生させ、さらには折損するおそれが
ある。

従って、本発明の目的は、フィルタを回転させつつクロ
スフロー濾過をする際同フィルタが撓んで湾曲すること
がないようにするとともに、濾過効率を向上させること
にある。

（課題を解決するための手段） 本発明はかかる課題を解決するクロスフロー濾過方法お
よび濾過装置であって、上記したクロスフロー濾過方法
におけるフィルタとして、長手方向に延びる多数の貫通
孔または貫通溝を有する多孔質支持体の各貫通孔または
貫通溝の周壁にフィルタ膜を有し同フィルタ膜にて挟ま
れた支持体内が濾過通路に形成された複層構造のフィル
タを採用し、同フィルタを回転させつつ濾過処理するこ
とを特徴とするものであり、かつ上記したクロスフロー
濾過装置におけるフィルタとして、長手方向に延びる多
数の貫通孔または貫通溝を有する多孔質支持体の各貫通
孔または貫通溝の周壁にフィルタ膜を有し同フィルタ膜
にて挟まれた支持体内が濾過通路に形成された複Ｍｙｉ
造のフィルタを採用し、同フィルタを前記容器に回転可
能に組付けたことを特徴とするものである。

本発明で採用するフィルタは、多孔質支持体の周面に同
支持体より平均細孔径の小さいフィルタ膜を備えたセラ
ミック、ガラス、焼結金属、合成樹脂等からなるもので
、長手方向に延びる多数の貫通孔または貫通溝を有する
ものである。第１図〜第３図には当該フィルタの代表例
が示されており、第１図（ａ）　、（ｂ）に示すフィル
タＦ、は断面円形の多数の貫通孔を有する筒状の多孔質
支持体ｆ、において、貫通孔ｆ２を除く全ての貫通孔の
内周壁および支持体ｆ１の外周壁にフィルタ膜を備えた
ものである。当該フィルタＦ１においては、フィルタ膜
を備えた各貫通孔ｆ、が被処理液の流通路、支持体ｆｌ
内が濾液の流通路、中央貫通孔ｆ２が濾液の流出路とな
っている。また、当該フィルタＦ１においては各貫通孔
間の支持体の厚みは一定ではなく、この型のフィルタを
貫通孔の断面が各種の異形断面のものを含めて本発明で
はモノリス型フィルタと称する。

第２図（ａ）　、（ｂ）にて示すフィルタＦ２は多孔質
支持体ｆ、に外周の数個の貫通孔を除き断面方形の多数
の貫通孔を有するもので、貫通孔ｆ２を除く全ての貫通
孔の内周壁および支持体の外周壁にフィルタ膜を備えた
ものである。従って、当該フィルタＦ２は第１図のフィ
ルタＦ！と同様各員通孔ｆ３が被処理液の流通路、支持
体ｆ、内が濾液の流通路、中央貫通孔ｆ２が濾液の流出
路となっている。当該フィルタＦ２においては各貫通孔
間の支持体の厚みが一定であり、この型のフィルタを貫
通孔の断面が各種の多角形のものを含めて本発明ではハ
ニカム型フィルタと称する。

第３図（ａ）　、（ｂ）にて示すフィルタＦ３は多孔質
支持体ｆ、の中央部に断面円形の貫通孔ｆ２を有すると
ともに同貫通孔ｆ２を同心として多数の湧ｆ３を有する
ものであり、谷溝ｆ３は断面略円形を呈して外周側に開
口し内周壁にフィルタ膜を備えている。従って、当該フ
ィルタＦ３においては谷溝ｆ３が被処理液の流通路、支
持体ｆ１内が濾液の流通路、中央貫通孔ｆ２が濾液の流
出路となっている。本発明ではこの型のフィルタを溝の
断面が各種の異形断面のものを含めて講モノリス型フィ
ルタと称する。

第４図には第１図に示すモノリス型フィルタを例として
各法の流動関係を示しており、被処理液が実線矢印で示
すように流通するとその一部が１点鎖線の矢印で示すよ
うにフィルタ膜を透過して支ｆ、ν体ｆ１内を流通し、
２点鎖線の矢印で示すように中央貫通孔ｆ２内に流出し
濾液として同化ｆ２から外部へ流出する。

〈発明の作用・効果） かかる構成の濾過方法および濾過装置によれば、フィル
タの多孔質支持体ｆ１における各貫通孔ｆ２、ｆ３を区
画する隔壁が同フィルタに高い強度を付与しているため
、同フィルタを高速回転させても撓んで湾曲するような
ことがない。従って、同フィルタを採用することにより
フィルタの折損、振動を発生させることなく長時間の連
続濾過処理が可能で、濾過効率を向上させることができ
るとともに、同フィルタによる単位体積当りの温浸面積
の増大により濾過能力の増大、または濾過装置の小型化
を図ることができる。

（実施例） ［ＬＬ迩１１ 第５図には本発明に係る第１濾過装置が示されており、
当該濾過装置１０においては容器１１内に第１図に示す
モノリス型フィルタＦ１が同心的に配置されていて、同
フィルタＦ１の両端を両支持プレート１２．１３にて挟
持され、かつ支持プレート１２と一体の支持軸１２ａと
支持プレート１３に液密的に嵌着した支持管１４とによ
り容器１１に液密的かつ回転可能に支持されている。な
お、支持プレート１３と支持管１４とは回り止めされて
一体回転可能になっている。支持プレート１２の支持軸
１２ａはベルト１５を介してモータ１６に連結されてい
て、モータ１６の駆動によりフィルタＦ、が回転される
。容器１１はインレットボートｌｌａと第１、第２アウ
トレツトボート１１ｂ、ｌｌｃを備えていて、インレッ
トボート１１ａから供給された被処理液は実線矢印で示
すようにフィルタＦ、の外周、各貫通孔ｆ、を長手方向
の一方へのみ流動し、アウトレットボート１１ｂから流
出する。この間、被処理液の一部はフィルタ膜を透過し
て支持体で１内を流動し、中央貫通孔ｆ２に達して２点
鎖線矢印で示すように支持管１４内を流動し、濾液とし
て第２アウトレツトボートｌｌｃから流出する。

策１１１１及１− 第６図には本発明に係る第２濾過装置が示されており、
当該濾過装置２ｏにおいては容器２１内にモノリス型フ
ィルタＦ１が同心的に配置されていて、両支持プレート
２２．２３および支持管２４により第１濾過装置１ｏと
略同様に容器２１に液密的かつ回転可能に支持されてい
る。フィルタＦ１はモータ２６により回転される。容器
２１はインレットポート２１ａと第１、第２アウトレツ
トポート２１ｂ、２１ｃを備えていて、インレットポー
ト２１ａから供給された被処理液は実線矢印で示すよう
に支持管２４の内孔２４ａおよび支持プレート２３の分
配孔２３ａからフィルタＦ１の各貫通孔で３に分配され
回礼で３を長手方向の一方向へのみ流動し、支持プレー
ト２２の収集孔２２ａからフィルタＦ１の外周を他方向
へ流動して第１アウトレツトポート２１ｂから流出する
。

この間、被処理液の一部はフィルタ膜を透過して支持体
ｆ、内を流動し、中央貫通孔ｆ２に達して濾液として２
点鎖線矢印で示すように支持プレート２２の流出孔２２
ｂを経て第２アウトレツトボート２１ｃから流出する。

当該濾過装置２０においては、被処理液をフィルタＦ１
の各貫通孔ｆ３を一方向へ流動させるとともに同フィル
タＦ１の外周に沿って他方向へ還流させる方式を採って
いるので、被処理液の各貫通孔ｆ３内での流速を第１濾
過装置１０に比して大きくでき、濾過効率を上げること
ができる。

１１１１髭り 第７図には本発明に係る第３濾過装置が示されており、
当該濾過装置３ｏにおいては第２濾過装置２０と同様容
器３１内にモノリス型フィルタＦｌが同心的に配置され
、両支持プレート３２．３３および支持管３４にて容器
３１に液密的がっ回転可能に支持されていて、フィルタ
Ｆ１はモータ３６により回転される。容器３１はインレ
ットボート３１ａと第１、第２アウトレツトポート３１
ｂ、３１ｃを備えていて、インレットボート３１ａから
供給された被処理液は実線矢印で示すように支持管３４
の内孔３４ａおよび支持プレート３３の分配孔３３ａが
らフィルタＦ１の最内周の各貫通孔ｆ３に分配され、が
っ支持プレート３２の分配孔３２ａから外周側の各貫通
孔ｆ３に分配され、最後にフィルタＦｌの外周に沿って
流動して第１アウトレツトボート３１ｂから流出する。

被処理液は内周側から外周側の各貫通孔ｆ３およびフィ
ルタＦ１の外周を流動する際その都度流動方向を変更し
、この間被処理液の一部はフィルタ膜を透過して支持体
Ｆ１内を流動し、中央貫通孔ｆ２に達して濾液として２
点鎖線矢印で示すように支持プレート３２の流出孔３２
ｂを経て第２アウトレツトポート３１ｃから流出する。

当該濾過装置３０においては、被処理液の供給ポンプの
揚力を大きくすることで各貫通孔Ｆ３内での被処理液の
流速を大きくできる。

１１に１世 下記３種類のフィルタＦ。、Ｆ、、Ｆ２を第５図に示す
濾過装置に組込み、被処理液である濃度６ｗｔ％のバイ
オスラリーをフィルタの外周での流速が３ｍ／ｓｅｃと
なるように外周にのみ供給しくフィルタＦ、、Ｆ２の各
貫通孔ｆ３の両端を目封じ）、フィルタ回転数（ｒｐｍ
）を変更して濾過実験を行い６０分経過後の濾過速度（
ｍ３／ｍ２ｈｒ）を測定した。得られた結果を第１表に
示す。

・フィルタＦ。：外径３０＋＋＋ｍ、内径２２ｍｍ、長
さ５００ｍｍの円筒型フィルタ ・フィルタＦ１　：外径３０ｍｍ、長さ５００ｍｍ、直
径４ｍｍの貫通孔ｆ３を有する モノリス型フィルタ ・フィルタＦ２：外径３０ｍｍ、長さ５００ｍｍ、１辺
４ｍｍ正方形断面の貫通孔を 有するハニカム型フィルタ 但し、各フィルタは多孔質支持体、フィルタ膜ともにセ
ラミックからなる。

（以下余白） 第１表 円筒型フィルタＦｏにおいては、回転数が３００Ｏｒｐ
ｍを越えると湾曲しかつ断面形状が変形する等の現象が
生じ、フィルタ回転数２５００ｒｐｍ　、従って濾過速
度は０．０３７ｍ３７ｍ２ｈｒが限度であったが、モノ
リス型フィルタＦ１およびハニカム型フィルタＦ２は回
転数を５０００ｒｐｍ　、従って濾過速度をｏ、１２ｍ
’／ｍ２ｈｒまで増大させることができ、また振動も小
さかった。

沫ＡＸＩ匝− 円筒型フィルタＦｏ、両端口封じ無しのモノリス型フィ
ルタＦｌを採用して濾過試験（１）と同じ条件で濾過実
験を行い、６０分経過後の処理量を測定した。得られた
結果を第２表に示す。

（以下余白） 第２表 同表から明らかなように、モノリス型フィルタＦ１は円
筒型フィルタＦＯに比し単位体積当たりの濾過面積が大
きいことから処理量を大きくすることができ、濾過効率
を向上させることができる。

第２図に示すハニカム型フィルタＦ２、第３図は示す溝
モノリス型フィルタＦ、の場合も同様である。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明で採用する第１のフィルタの正面
図、同図（ｂ）は同フィルタの断面図、第２図（ａ）は
第２のフィルタの正面図、同図（ｂ）は同フィルタの断
面図、第３図（ａ）は第３のフィルタの正面図、同図（
ｂ）は同フィルタの断面図、第４図は第１のフィルタに
おける作用説明図、第５図は本発明の第１実施例に係る
濾過装置の断面図、第６図は第２実施例に係る濾過装置
の断面図、第７図は第３実施例に係る濾過装置の断面図
である。 符　　号　　の　　説　　明 １０．２０．３０・・・濾過装置、１１．２１．３１・
・・容器、１２．２２．３２・・・支持プレート、１３
．２３．３３・・・支持プレート、１４．２４．３４・
・・支持管、１６．２６．３６・・・モータ、Ｆｌ〜Ｆ
３　・・・フィルタ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）筒状フィルタを収容した容器内に被処理液を供給
   し、同被処理液を前記フィルタの長手方向へ流動させつ
   つ濾過処理するクロスフロー濾過方法において、前記フ
   ィルタとして、長手方向に延びる多数の貫通孔または貫
   通溝を有する多孔質支持体の各貫通孔または貫通溝の周
   壁にフィルタ膜を有し同フィルタ膜にて挟まれた支持体
   内が濾過通路に形成された複層構造のフィルタを採用し
   、同フィルタを回転させつつ濾過処理することを特徴と
   するクロスフロー濾過方法。
2. （２）筒状フィルタを収容した容器内に被処理液を供給
   し、同被処理液を前記フィルタの長手方向へ流動させつ
   つ濾過処理するクロスフロー濾過装置において、前記フ
   ィルタとして、長手方向に延びる多数の貫通孔または貫
   通溝を有する多孔質支持体の各貫通孔または貫通溝の周
   壁にフィルタ膜を有し同フィルタ膜にて挟まれた支持体
   内が濾過通路に形成された複層構造のフィルタを採用し
   、同フィルタを前記容器に回転可能に組付けたことを特
   徴とするクロスフロー濾過装置。