JPH01236916A - 膜分離における透過速度および分離係数の制御方法 - 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 この発明は、蒸気透過法膜分離における透過速度および
分離係数の制御方法に関する。

従来技術およびその問題点 従来、エタノール水溶液のような有機物・水系の混合物
から当該有機物を濃縮するには、蒸留塔や抽出塔のよう
に気液平衡関係を利用する物理化学的手法による方法が
一般的であった。

しかし、エタノール・水系の気液平衡関係（系の圧カフ
　６０　ｍｆｆｉＨｇ）を示す第９図（後述の参考例１
）から明らかなように、蒸留でエタノールを濃縮する場
合、同図中のＡ点に共沸点が存在するため、蒸留塔の段
数を増加させても、エタノールは共沸点の濃度までしか
濃縮されない。

近年、膜技術の著しい進歩に伴なって、上記のような困
難性を克服するものとして、パーベーパレーション（Ｐ
Ｖ法）、さらに蒸気透過法（ＶａＰ法）のような膜分離
方法が注目されるようになってきた。一般にＰＶ法では
一次側すなわち原料供給側に常圧の原料液を供給し、Ｖ
ａＰ法では一次側に原料蒸気を供給する。そして、両方
法とも二次側すなわち蒸気透過側では減圧操作を行ない
、原料を一次側から二次側へ蒸気相で膜透過させる。し
たがって、蒸留塔の塔頂蒸気を対象とする場合のように
、分離すべき対象物を膜分離装置に蒸気相として直接供
給できる場合には、ＶａＰ法が有利である。これに対し
、ＰＶ法では蒸留塔の塔頂蒸気をコンテンサーで一旦凝
縮してから膜分離装置に供給する必要がある。

従来、ＶａＰ法においては、原料蒸気は、その志度条件
をまったく変更することなく、−次側に供給され、その
ためこれに伴なって透過速度および分離係数は一義的に
定まっていた。

この発明は、上記の点に鑑み、透過速度および分離係数
を所望の値に適宜制御できる方法を提供することを目的
とする。

問題点の解決手段 この発明による透過速度および分離係数の制御方法は、
上記目的の達成のために、蒸気透過法膜分離において、
原料液体と一次側蒸気との間または一次側蒸気と二次側
蒸気の間に温度差を設けることによって、膜の膨潤度を
変化させることを特徴とする。

この発明において、上記温度差の設定は、原料液体の加
熱または冷却、−次側蒸気の加熱または冷却、−次側か
らの膜面の加熱または冷却、二次側蒸気の加熱または冷
却、二次側からの膜面の加熱または冷却などによって行
なわれる。

発明の効果 この発明によれば、原料液体と一次側蒸気との間または
一次側蒸気と二次側蒸気の間に温度差を設けるので、こ
れによって膜の膨潤度を変化させて、透過速度および分
離係数を所望の値に適宜制御することができる。

実　　施　　例 つぎにこの発明の実施例について図面を基に具体的に説
明する。

実施例１ この発明の制御方法に用いる装置の全構成を第１図に示
し、その膜取付は部を第２図に示す。

原液タンク（１）にはポンプ（４）を有する供給パイプ
（１２）から原液が供給され、タンク（１）内には加熱
ヒータ（２）とスタータ（３）と冷却コイル（５）が設
けられている。原液タンク（１）は、ファン（７）と膜
（８）を内蔵した膜分離セル（６）に連絡している。膜
（８）の−次側および二次側にはそれぞれ圧力計（Ｐ）
と温度計（Ｔ）が取付けである。

また膜（８）の−次側および二次側は、それぞれバルブ
（１３）を有するパイプ（１４）（１５）によって真空
ポンプ（１１）に接続されている。二次側のパイプ（１
５）には冷却器（１０）で冷やされたトラップ（９）が
設けられている。膜（８）は、焼結金属板（１６）を片
面に備えた多孔支持板（１７）で支えられ、パツキン（
１８）を介してセル（８）のフランジ部に取付けられて
いる。膜（８）の−次側および二次側の各器壁外面には
、それぞれ加熱ヒータ（１９）（２０）が設けられてい
る。

上記構成の装置において、原液としてエタノール水溶液
（エタノール濃度９０ｗｔ％）をタンク（１）に貯え、
加熱ヒータおよび冷却コイルによって、原液温度Ｔ。（
５０℃）より一次側の蒸気温度Ｔ、を高くした。ただし
、−次側の蒸気温度Ｔ１と二次側の蒸気温Ｔ２は等しく
とった。

膜透過後の二次側のエタノール濃度をΔｐ１定し、この
測定データから透過速度および分離係数を求めた。温度
差（ＴＩ　　Ｔｏ）と透過速度比および分離係数比との
関係を第７図に示す。同図において、透過速度比および
分離係数比は、上記７１？＋定によって求めた透過速度
（Ｑ）および分離係数（α　）の、Ｔ、−Ｔ、−Ｔ２の
条件下での測定データ（Ｑ、）（α　０）に対する比ν である。

なお、分離係数α　の定義は以下の通りである。

（１−Ｖ　Ｅ２）　／　ｙＥ２ （１−Ｙ　Ｅｌ）　／　Ｙ　Ｅｌ ここで、 ｙＥｌ：１次側（原料蒸気）のエタノール濃度ｙＥ２：
２次側（透過蒸気）のエタノール濃度。

第７図から明らかなように、温度差（Ｔ１−Ｔｏ）が増
すにつれて分離係数が高くなり、透過速度は低下する。

これに対し、一般に、ＰＶ法およびＶａＰ法においては
、操作温度Ｔ　（−Ｔ。−ＴＩ−Ｔ２）を高くすると、
透過速度が増し、かつ分離係数が低下し、またＴを低く
すると、各々が逆になる傾向を示すことが多いが、その
変化率は上記の場合に比較して相当に小さい。

参考例１ 分離膜として親水性のセロファン膜を用いて、エタノー
ル・水系混合液の分離実験を、ＰＶ法とＶａＰ法で行な
った。温度条件は５０℃（Ｔｏ　−ＴＩ　−Ｔ２　）　
、２次側圧は２Ｔｏｒｒである。

原料組成と透過物組成の関係を第９図に示す。

また原料組成と透過速度（単位膜面積当りの透過量）の
関係を第１０図に示す。

第９図および第１０図から明らかなように、ＶａＰ法は
透過速度においてＰＶ法に劣るが、分離性能の点ではＰ
Ｖ法よりもかなり優れた結果を示している。これは、膜
の１次側が蒸気相となっているＶａＰ法の方が、１次側
か液相であるＰＶ法よりも、膜の膨潤作用を受けにくく
、膜本来の選択性が発揮されるためと考えられる。

このことから、膜の膨潤度を制御することによって、膜
の分離性能が制御できることがわかる。

実施例２ 実施例１と同じ装置において、エタノール濃度３０ν【
％または９０ｗｔ％の原料について、加熱ヒータによっ
て一次側の蒸気温度Ｔ、を二次側の蒸気温度Ｔ２より高
くし、原液温度Ｔ。

（５０℃または９０℃）をＴ１と等しくした。

温度差（ＴＩ　　Ｔ２）と透過速度比および分離係数比
との関係を第８図に示す。

同図から明らかなように、温度差（Ｔ、　−Ｔ２）が増
すにつれて、実施例１（第７図）の場合とは逆に、分離
係数は低下し、透過速度は高くなった。

実施例３ 第３図において、この実施例では蒸気供給路（２１）に
蒸気加熱管（２２）が設けられている。そして原料蒸気
は同加熱管（２２）で温度上昇させられた後、膜分離セ
ル（２３）へ導入され、その膜を透過させられる。

実施例４ 第４図において、この実施例では、膜分離セル（２３）
内の一次側に蒸気加熱管（２４）が配され、原料蒸気が
同加熱管（２４）で温度上昇させられる。

実施例５ 第５図において、この実施例では、膜分離セル（２３）
内の一次側に、蒸気などの加熱媒体を通す輻射放熱板（
２５）が配され、膜（８）の−次側を輻射熱で加熱する
ようになっている。

実施例６ 第６図において、この実施例では、膜分離セル（２３）
内の二次側に、冷却媒体を通す放射冷却板（２６）が配
され、膜（８）の二次側が放射冷却されている。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例のフローシート、第２図は膜
取付は部の縦断面図、第３図、第４図、第５図および第
６図は他の実施例を示す縦断面図、第７図および第８図
は温度差と分離性能の関係を示すグラフ、第９図は原料
組成と透過物組成の関係を示すグラフ、第１０図は原料
組成と透過速度の関係を示すグラフである。 （２）　（１９）（２０）・・・加熱ヒータ、（２２）
（２４）・・・加熱管、（５）・・・冷却コイル、（２
５）・・・輻射加熱板、（２６）・・・放射冷却板、（
８）・・・膜。 以上 第６図 〕；欠憎゛１．も１爪’（Ｌクノールｗ　ｔ　’／６　
）第９１（イ） 昭和６３年　４月２８日

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 蒸気透過法膜分離において、原料液体と一次側蒸気との
   間または一次側蒸気と二次側蒸気の間に温度差を設ける
   ことによって、膜の膨潤度を変化させることを特徴とす
   る、膜分離における透過速度および分離係数の制御方法
   。