JPH01293104A - 膜分離装置 - 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］ この発明は、疎水性多孔質膜または疎水性非多孔質膜を
用い、浸透気化法によって原液からこれに混合されてい
る特定成分の液体を分離する膜分離装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、このような浸透気化法によって多成分系の原液、
１例えばエタノール醗酵液などのアルコール水溶液から
これに溶解しているエタノールを分離、濃縮する装置と
して第３図に示すようなものが知られている。

この装置は、原液を貯えるタンク１、疎水性多孔質膜か
らなる分離濃縮器２、タンク１から分離濃縮器２に原液
を供給する循環ポンプ３、タンク１内の原液を加温する
加温浴４、分離濃縮器にキャリヤガスを供給するキャリ
ヤガスボンベ５、分離濃縮器２からの気体状分離物を吸
引する真空ポンプ６および吸引された気体状分離物を液
化して捕捉するコールドトラップ７とから構成される装
置 このような分離装置にあっては、タンク１内の２０〜５
０℃に加温された原液を循環ポンプ３で分ａ１濃縮器２
に供給する。分＠濃縮器２の膜の一方の面は原液と接触
し、他方の面の側は真空ポンプ６で約３００Ｔｏｒｒ以
下に減圧されるとともにキャリヤガスボンベ５から窒素
ガスなどのキャリヤガスを流す。膜の減圧側には、圧力
差によって原液中の特定成分、例えばエタノールが蒸気
状となって分離される。この然気は真空ポンプ６で吸引
され、−４０℃程度に冷却されたコールドトラップ７で
液化、捕集され、これによって原液中のエタノールが分
離、濃縮される。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、このような膜分離装置にあっては、分離
物蒸気を液化、捕集するためにコールドトラップが不可
欠であり、これの冷却源としてのフレオン冷凍機などの
冷凍装置が必盟となり、装置が複雑となるばかりでなく
エネルギーコストが嵩む不都合があった。

〔課題を解決するための手段〕

この発明では、多成分系の原液が貯えられたタンク内に
疎水性多孔質膜または疎水性非多孔質膜からなるモジュ
ールを配設し、このモジュールによって原液から分離さ
れた気体状分離物を吸引するとともに断熱圧縮する圧縮
機を設け、この圧縮機で断熱圧縮され、原液温度以上に
昇温された気体状分離物を流して原液を加熱するととも
に気体状分離物を凝縮する熱交換器を設けたことをその
解決手段とした。

〔作　用〕

原液内に前記モジュールを設置し′ｃｌｌＳｌの一方の
面に原液を接触させ、他方の面を減圧にすることにより
原液中の特定成分の蒸気を透過せしめて分離し、次いで
該気体状分離物を圧縮機で断熱圧縮することにより、気
体状分離物は加圧加熱され、この加圧加熱された気体状
分離物は熱交換器でシ：１液と熱交換し、原液を加熱す
るとともに自らは凝縮して液化し回収される。このため
、気体状分離物の液化のためにのみ使用する冷媒が全く
不要になるとともにモジュールから流出する気体状分離
物が有する熱けが１京液の加熱のために利用され、装置
全体の熱エネルギー効率が大幅に改善される。

〔実施例〕

第１図は、この発明の脱会Ｗ装置の一例を示すもので、
図中符号１１は原液を貯えるタンクである。このタンク
１１は、断熱材などによって断熱構造となっており、こ
のタンク１１内には原液を分離操作開始時において加熱
する補助ヒータ１２、原液を撹拌する撹拌機１３、疎水
性多孔質膜または疎水性非多孔質膜中空糸からなるモジ
ュール１４および熱交換器１５が設けられている。モジ
ュール１４は、第２図に示すように疎水性多孔質膜また
は疎水性非多孔質膜の中空糸１６・・・を多数本束ねて
バンドルとし、このバンドルをＵ字状に曲げそれらの両
端部をボッティング樹脂で固定して固定部１７とし、こ
の固定部１７に導出口１８を有するソケット１つを取り
付けたものである。このモジュール１４は、そのソケッ
ト１つをタンク１１底部に取り付け、中空糸１６・・・
が逆Ｕ字状に倒立した状態となるように設置されている
ことが好ましい。ここでの疎水性多孔質膜としては、バ
ブルポイントが、１に３／ｃｉ以上であるものが好まし
く、２に９／ｄ以上２０　Ｋｇ／　ｃｉ以下であるもの
がより好ましく用いられる。

バブルポイントは、膜が平膜の場合は△ＳＴＭ・Ｆ３１
６−８０にしたがって１ｌｌ１１定でき、膜が中空糸の
場合はループ状の中空糸モジュールを作成し、これをエ
タノール中に浸漬し、アスピレータ−で中空糸内部を吸
引して、中空糸内部をエタノールで充分に濡ら１゜次に
０．１Ｋｇ／ｃＩ？！のステップでシフ圧し、中空糸の
ほぼ全体からバブルの発生しはじめる時の圧力（Ｋ’ｊ
　／　ｃＭ　）をバブルポイントとする。

また、多孔質膜の厚さは、好ましくは１０μｍ〜１００
μｍ１より好ましくは２０〜６０μｍであり、空孔率は
２０〜８０％、好ましくは４０〜７５％である。膜の材
質としては、テフロンやポリオレフィン等疎水性で上記
条件を満たすものであれば、いかなるものでも良く、膜
の素材が親水性である場合でも膜表面を疎水化したもの
であれば用いることができる。

また、疎水性非多孔質膜としては、膜厚が１０μｍ、〜
１００μｍの疎水性高分子膜が用いられ、例えばシリコ
ンゴム、ポリカーボネート、ポリオレフィン、ポリフッ
化オレフィン等が代表的である。

また、このものも膜を構成ηる素材が親水性である場合
でも、膜の表面が疎水化されているものであれば用いる
ことができる。なお、ここでいう非多孔質膜とは、必ず
しも分ｌ１１を膜の全てが非多孔質膜（均質膜）で構成
されている必要はなく、非多孔質膜が補強膜としての多
孔質膜により片面を支持されたかあるいは両面からサン
ドインチされたような複合膜であってもよい。

また、撹拌機として撹拌翼等の機械式撹拌機を用いる場
合はモジュール１４の中空糸１６が撹拌機１３に接触す
ることがないようにモジュール１４と撹拌機１３との間
には保護ネット２０が設けられているのが好ましい。

モジュール１４のソケット１つの導出口１８には管２１
が接続されている。圧縮機２４はモジュール１４からの
気体状分離物を断熱圧縮するもので、オイルフリーであ
ることが望ましく、往復動式以外のルーツブロア、ター
ボフンブレッサ、スクリュコンプレッサなどの圧縮機で
もよい。

圧縮機２４の排気端は管２８によってバッファタンク２
９を介してタンク１１内に設置された熱交換器１５の入
口端に接続されている。バッファタンク２９は断熱材な
どにより断熱構造となっており、脈動防止のためのもの
であって、往復動式圧縮機以外の圧縮機を用いれば設け
る必要はない。

この熱交換器１５としては例えばコイル式熱交換器など
が用いられ、これの出口端には、管３０によって回収タ
ンク３１に接続されている。

なお、モジュール１４のソケット１つの導出口１８に接
続する管２１は分枝して一方の管２２は弁２３を介して
断熱圧縮用の往復動式圧縮機２４の吸気端に接続され、
他方の管２５は弁２６を介してキャリヤガスボンベ２７
に接続されていることが好ましい。これは、後述のよう
に疎水性多孔質膜を用いた場合に処理中に膜が親水化さ
れるのを防止するためのものである。

このような脱会＠装置では、タンク１１内に例えばエタ
ノール醗酵液などの原液を満し、補助ヒータ１２を作動
させて原液を例えば３０〜６０℃程度に加温しつつ撹拌
機１３で撹拌する。ついで、圧縮機１４を作動させてモ
ジュール１４の中空糸１６内部を約１〜３００Ｔｏｒｒ
程度に減圧する。この減圧によって原液中の例えばエタ
ノールが蒸気となって中空糸１６・・・内側に透過して
くる。この蒸気は原液の温度とほぼ等しいかやや低い温
度であり、圧縮１ｆｉ２４に吸引され、ここで断熱圧縮
される。断熱圧縮された蒸気は圧力が５００〜１０００
ＴＯｒｒ１温度が原液の温度よりも約５〜１０℃高い温
度となって、バッファタンク２９を経て、タンク１１内
に浸漬された熱交換器１５に流入する。熱交換器１５に
流入した蒸気は、原液の温度よりも高く、かつ圧力も加
圧されているので、原液を加熱するとともに自らｉよ凝
縮液化して液体となり、回収タンク３１に流入する。

疎水性多孔質中空糸膜からなるモジュール１４を用いた
場合には、時々弁２３を閉じて、吸引を中止し、キャリ
ヤガスボンベ２７から窒素ガス、炭酸ガス、滅菌空気な
どのキャリヤガスを弁２６から中空糸１６内部に送り込
み、膜を逆洗するとともにその親水化を防止するのが好
ましい。

このような膜分離装置によれば、圧縮機２４で断熱圧縮
され加圧加熱された分離物蒸気を熱交換器１５に導き、
蒸気の顕熱の一部および潜熱の全部を原液に与え、自ら
は凝縮するため、該蒸気の液化のためのコールドトラッ
プなどの凝縮装置が不要であるとともに蒸気の有する熱
が効率よく回収され、原液の加熱のための専用エネルギ
ーは不要となる。よって、操業開始時においてのみ補助
ヒータ１２を作動させればよく、モジュール１４で気化
するための気化潜熱は熱交換器１５で凝縮潜熱として与
えられ、さらに断熱圧縮による温度上昇分のエネルギー
も回収されるため、以後は補助ヒーター１２を停止する
ことができ、又原液を外部から加熱する必要はほとんど
ない。

また、モジュール１４の固定部１７をタンク１１底部に
向けて取り付けである場合は、中空糸１６の各々は原液
の撹拌上昇流で揺らぐことになり、原液と中空糸との接
触がよくなって各々の中空糸の利用効率が高くなる。ま
た、中空糸１６の各々が常に原液中で揺らいでいるため
、原液中に懸濁物などがあっても中空糸１６・・・には
付着することが少なく、懸濁物の付着による中空糸利用
効率の低下もない。

なお、中空糸１６・・・とじて原液よりも比重の大きい
もの、例えばシリコーン系中空糸を用いた場合には中空
糸がタンク１１の底に沈みがちとなるため、糸や紐など
を用いて中空糸１６・・・を軽く束ねたうえタンク１１
の上方から吊す方法などをとることが望ましい。また、
中空糸１６・・・からなるモジュールの代りに平膜から
なるモジュールを用いてよいことは勿論である。さらに
、この膜分離装置は、湿度差を利用して分離を行う膜蒸
留にも使用でき、同様に熱エネルギーの回収を効率的に
行うことができる。

（発明の効果） この発明の脱会！１１装置は多成分系の原液が貯えられ
たタンク内に疎水性多孔質膜または疎水性非多孔質膜か
らなる七ジュールを配設し、このモジュールによっ′″
ＣＣ原液分離された気体状分離物を吸引するとともに断
熱圧縮する圧縮ｎを設【プ、この圧縮機で断熱圧縮され
た気体状分離物を流して原液を加熱するとともに気体状
分離物を凝縮する熱交換器を設けたものであるので、モ
ジュールから分離された気体状分離物の液化のための束
線装置が不要となるとともに、モジュールでの気化潜熱
が熱交換器での凝縮潜熱として原液に与えられるので、
原液の加熱のための外部エネルギーがほとんど不要とな
り、装置全体としてのＩネルギー消費量が著しく低減す
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の脱会１！ｉ装置の一例を示す概略構
成図、第２図はこの発明の脱会′？Ｊ１装置に用いられ
るモジュールの一例を示す概略断面図、第３図は従来の
装置を示ず概１８構成図である。 １１・・・・・・タンク、 １４・・・・・・モジュール、 １５・・・・・・熱交換器、 １６・・・・・・中空糸、 １７・・・・・・固定部、 ２４・・・・・・圧縮機。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）多成分系の原液が貯えられたタンク内に疎水性多
   孔質膜または疎水性非多孔質膜からなるモジュールを配
   設し、このモジュールによって原液から分離された気体
   状分離物を吸引するとともに断熱圧縮する圧縮機を設け
   、この圧縮機で断熱圧縮された気体状分離物を流して原
   液を加熱するとともに気体状分離物を凝縮する熱交換器
   を設けたことを特徴とする膜分離装置。
2. （２）上記モジュールが疎水性多孔質膜または疎水性非
   多孔質膜の中空糸を多数本束ねてＵ字状に曲げ、その両
   端部を固定して固定部としたＵ字状モジュールであって
   、このモジュールの固定部をタンク底部に向けて取り付
   けたことを特徴とする請求項第１項記載の膜分離装置。