JPH02307513A - Liquid separator - Google Patents

Liquid separator

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JPH02307513A
JPH02307513A JP12688389A JP12688389A JPH02307513A JP H02307513 A JPH02307513 A JP H02307513A JP 12688389 A JP12688389 A JP 12688389A JP 12688389 A JP12688389 A JP 12688389A JP H02307513 A JPH02307513 A JP H02307513A
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JP
Japan
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liquid
mixed liquid
water
chambers
selectively permeable
Prior art date
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Application number
JP12688389A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yuji Watabe
渡部 裕司
Naoaki Izumitani
泉谷 直昭
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Daikin Industries Ltd
Original Assignee
Daikin Industries Ltd
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH02307513A publication Critical patent/JPH02307513A/en
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  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)

Abstract

PURPOSE:To prevent deterioration of the velocity of permeation by providing the supporting plates to the secondary chamber side of the permselective membranes and forming the supporting plates of the sintered metallic bodies and providing a heating means to the insides of the sintered metallic bodies. CONSTITUTION:The mixed liquid of water and alcohol which is continuously supplied into a primary chamber 11a of a first feed side is allowed to slowly flow to the upper side from the lower side through the inside of the primary chamber 11a. The permselective membranes 18a-18c are formed of a water permselective amorphous high molecular membrane which allows only the aimed water component to selectively permeate therethrough. The water component corresponding to the selection characteristics is permeated to the secondary chambers 13a, 13b from the primary chambers 11a, 11b at the temp. of the mixed liquid at the velocity of permeation described hereunder. Thereby the excellent separation performance is obtained. This velocity of permeation is made proportional to the difference of the concn. of the selective component between the primary chambers 11a, 11b sides of the first and second feed sides of the mixed liquid and the secondary chambers 13a, 13b sides of the first and second takeout sides of separated liquid.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本願発明は、浸透気化法を利用した液体分離装置に関す
るものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Industrial Application Field) The present invention relates to a liquid separation device using pervaporation.

(従来技術) 一般に化学工業の分野においては、例えばアルコール類
やケトン類、エーテル類、エステル類などの所謂有機溶
剤を使用することが多い。そして、これらの有機溶剤は
、全て水を溶かし易く、またそれ自身水に解は易い性質
をもっている。従って、その保存状態においても比較的
混水状態となりゃすく、該水との間で共沸混合物を形成
する。
(Prior Art) Generally, in the field of chemical industry, so-called organic solvents such as alcohols, ketones, ethers, and esters are often used. All of these organic solvents have the property of easily dissolving water and of being easily dissolved in water. Therefore, even in its storage state, it is relatively mixed with water and forms an azeotrope with the water.

しかし、上記有機溶剤を実際の化学反応に使用する場合
には、極めて高い純度を要求され、殆どの場合、上記水
の混入には厳しい制限が課されているのが実情である。
However, when the above-mentioned organic solvent is used in an actual chemical reaction, extremely high purity is required, and in most cases, severe restrictions are imposed on the mixing of the above-mentioned water.

このため、実際の使用に際しては、その前処理工程とし
て上記有機溶剤中から水の分離を行なって純度を高める
濃縮システムが採用されるのが、一般的となっている。
For this reason, in actual use, it is common to employ a concentration system in which water is separated from the organic solvent to increase purity as a pretreatment step.

従来、上記のような水とアルコール等有機溶剤との混合
液から水(純水)を分離して当該有機溶剤を濃縮する方
法としては、一般に蒸留法が古くより採用されていた。
Conventionally, a distillation method has generally been employed as a method for separating water (pure water) from a mixture of water and an organic solvent such as alcohol as described above and concentrating the organic solvent.

しかし、蒸留法の場合、共沸混合物(沸点を異にする異
種物質の混合物でありながら共沸沸点を有するもの)、
近沸点混合物を分離することは困難である。上述した水
とアルコール(エタノール)との混合物は該共沸混合物
に該当するので、上記従来一般の蒸留法では分離するこ
とができない。
However, in the case of distillation, azeotropic mixtures (mixtures of different substances with different boiling points but having azeotropic points),
It is difficult to separate near-boiling mixtures. The above-mentioned mixture of water and alcohol (ethanol) corresponds to the azeotropic mixture, and therefore cannot be separated by the above-mentioned conventional distillation method.

そこで、このような場合、例えばエントレーナ(共沸剤
)として所定の第3次成分(ベンゼン、トリクロロエチ
レンなど)を添加することによって分離を可能とした所
謂共沸蒸留法が採用されることもあるが、該方法は極め
て多量のスチームを消費するし、第3次成分混入による
分離液の汚染や装置の複雑化を招くなど新な問題も多い
Therefore, in such cases, a so-called azeotropic distillation method is sometimes adopted, which enables separation by adding a predetermined tertiary component (benzene, trichlorethylene, etc.) as an entrainer (azeotropic agent). However, this method consumes an extremely large amount of steam, and there are many new problems such as contamination of the separated liquid due to contamination of tertiary components and complication of the equipment.

このような事情を背景に最近特に活発な研究・開発が行
なわれているものに、例えば水分選択性透過膜を使用し
た浸透気化法による水/有機液体混合物の分離(脱水)
システムがある(例えば特開昭58−128107号公
報明細書及び図面参照)。
Against this background, research and development have been particularly active in recent years, such as the separation (dehydration) of water/organic liquid mixtures by pervaporation using water-selective permeable membranes.
There is a system (for example, see the specification and drawings of Japanese Patent Application Laid-Open No. 58-128107).

この液体混合物分離システムは、一般に「パーベーパレ
ーションシステム」と呼ばれ、例えば非多孔質の無定形
高分子膜よりなる水分選択性透過膜によって分離を行な
おうとする水を含む対象混合液(フィード)が供給され
る第1次室と透過した目的とする分離成分(気体)が凝
縮されて貯溜される第2次室とを仕切り、該第2次室側
を真空ポンプ等の減圧手段によって真空状態に減圧する
ことによって上記水分選択性透過膜の第1次室側境界面
と第2次室側境界面間に所定値以上の分圧差を形成し、
該分圧差と第1次側及び第2次側間の選択成分の濃度差
に応じて高圧側(第1次室側)からその透過速度に応じ
て吸着−溶解→拡散→脱離の各工程を経て透過する水分
子(Hlo)のみを低圧側の第2次室側に気体の状態で
取り出すようになっている。
This liquid mixture separation system is generally called a "pervaporation system," and is, for example, a water-containing target mixed liquid (feed ) is supplied, and a secondary chamber where the permeated target separated component (gas) is condensed and stored is separated, and the secondary chamber side is evacuated by a pressure reducing means such as a vacuum pump. forming a partial pressure difference of a predetermined value or more between the primary chamber-side boundary surface and the secondary chamber-side boundary surface of the moisture selective permeable membrane by reducing the pressure to a state;
According to the partial pressure difference and the concentration difference of the selected component between the primary side and the secondary side, each step of adsorption-dissolution → diffusion → desorption is performed from the high-pressure side (primary chamber side) according to its permeation rate. Only the water molecules (Hlo) that permeate through the chamber are taken out in a gaseous state to the secondary chamber on the low pressure side.

従って、このような構成の混合液分離システムによれば
近沸点混合液は勿論、上記水とアルコールのような共沸
混合液の場合にも何等問題なく分離、濃縮することがで
きる。しかも、共沸蒸留法のように第3次成分を全く使
用しないからクリーンでもあり、装置もコンパクトにな
る利点がある。
Therefore, with the liquid mixture separation system having such a configuration, it is possible to separate and concentrate not only near-boiling liquid mixtures but also azeotropic liquid mixtures such as water and alcohol mentioned above without any problem. Furthermore, unlike azeotropic distillation, it does not use any tertiary components, so it is clean and has the advantage of being compact in size.

そして、実際のシステムでは、上記のような第1次室と
第2次室との組合わせによる構成を単一ユニットとして
モジュール化し、これらを、複数対直列に組合わせて混
合液を循環させることによりプラント化して使用される
ことが多い。
In an actual system, the combination of the primary chamber and the secondary chamber as described above is modularized as a single unit, and multiple pairs of these are combined in series to circulate the mixed liquid. It is often used as a plant.

−ところで、このような液体分離装置における浸透気化
操作は、上述の説明から明らかなように本質的に相変化
(液相−気相)を伴なう分離操作であることから、分離
状態の進行に連れて透過分子(上述の例では水分子H3
0)の気化潜熱により次第に透過膜周辺の供給液の温度
が低下してくる。そして、上記透過膜部における透過速
度は第1次室側供給液の温度に比例しており、温度が高
くて分子活動が活発なほど透過速度が高い(例えば第3
図参照)。従って上記のように供給液の温度が低下する
と上記目的液の透過速度が低下して分離効率が悪化する
問題があり、従来より重要な技術的解決課題とされてい
た。
-By the way, the pervaporation operation in such a liquid separation device is a separation operation that essentially involves a phase change (liquid phase - gas phase), as is clear from the above explanation, so the progress of the separation state is , the permeating molecule (in the above example, the water molecule H3
0) The temperature of the feed liquid around the permeable membrane gradually decreases due to the latent heat of vaporization. The permeation rate in the permeable membrane section is proportional to the temperature of the primary chamber side supply liquid, and the higher the temperature and the more active the molecular activity, the higher the permeation rate (for example, the third
(see figure). Therefore, as mentioned above, when the temperature of the feed liquid decreases, there is a problem that the permeation rate of the target liquid decreases and the separation efficiency deteriorates, which has been an important technical problem to be solved.

(発明が解決しようとする課題) このような技術的課題に対し、例えば上述の従来例では
モジュールの外部混合液通路の途中に独立した加熱用の
熱交換器を設置し、温度が低下した混合液を順次再加熱
しながら次段の分離モジュールに供給するようにする構
成によって対策されているが、このような方法では分離
モジュール内の人口側と出口側とで混合液の相当な温度
差を生じることになり、十分な問題の解決には到ってい
ない。また通路構造を複雑にしてしまい、通路抵抗を大
きくしてしまう欠点もある。
(Problems to be Solved by the Invention) In order to solve such technical problems, for example, in the above-mentioned conventional example, an independent heating heat exchanger is installed in the middle of the external mixed liquid passage of the module, and the mixed liquid is heated at a lower temperature. This is countered by a configuration in which the liquid is sequentially reheated and supplied to the next separation module, but this method creates a considerable temperature difference in the mixed liquid between the intake side and the outlet side of the separation module. However, the problem has not yet been fully resolved. It also has the disadvantage of complicating the passage structure and increasing passage resistance.

そして、上記のような透過速度の低下を招く温度の低下
量は結局目的成分の透過量(気化量)に比例するため、
フィード側混合液中の目的成分(水)の含有濃度が低い
場合に較べ、同目的成分の含有濃度が高い場合に特に問
題になる。
The amount of decrease in temperature that causes the decrease in permeation rate as described above is ultimately proportional to the amount of permeation (vaporization) of the target component, so
This becomes a particular problem when the concentration of the target component (water) in the feed side mixed liquid is high compared to when the concentration of the target component (water) is low.

(課題を解決するための手段) 本願の請求項第1〜第3の各発明は、共に上記従来の問
題を解決することを共通の目的としてなされたものであ
って、各々次のような技術的課題解決手段を備えて構成
されている。
(Means for Solving the Problems) The inventions of claims 1 to 3 of the present application have been made for the common purpose of solving the above-mentioned conventional problems, and each of them is based on the following techniques. The system is equipped with practical problem-solving means.

(1)  請求項第1の発明の課題解決手段該請求項第
1の発明の液体分離装置では、分離すべき液体とその他
の液体とを含む所定の混合液F ir++、F int
が供給される混合液供給側第1次室11a、11bと、
該混合液供給側第1次室11a。
(1) Means for solving the problem of the first invention In the liquid separation device of the first invention, predetermined mixed liquids F ir++ and F int containing the liquid to be separated and other liquids are used.
mixed liquid supply side primary chambers 11a, 11b to which the mixture is supplied;
The mixed liquid supply side primary chamber 11a.

zbに対して浸透気化用の選択性透過膜18a。Selective permeable membrane 18a for pervaporation with respect to zb.

18b、18cを介して接する分離側第2次室13a。The separation side secondary chamber 13a is in contact with each other via 18b and 18c.

13bとを設け、所定の圧力差形成手段により上記混合
液供給側第1次室11a、11bと分離・液取出側第2
次室13a、13bとの間に上記選択性透過膜18a、
l 8b、18cを介して浸透気化分離作用に必要な所
定の圧力差を形成することにより目的とする液体を分離
するようにしてなる液体分離装置において、上記選択性
透過膜18a、18b、L8cの上記第2室側面に当該
選択性透過膜18a。
13b, and a predetermined pressure difference forming means connects the primary chambers 11a, 11b on the mixed liquid supply side and the second chamber on the separation/liquid extraction side.
The selectively permeable membrane 18a between the next chambers 13a and 13b,
In a liquid separation device that separates a target liquid by forming a predetermined pressure difference necessary for pervaporation separation action through the selectively permeable membranes 18a, 18b, L8c, The selectively permeable membrane 18a is provided on the side surface of the second chamber.

18b、18cを補強支持する支持板9,10.12を
設けるとともに該支持板9,10.12を多孔質の金属
焼結体で形成し、該金属焼結体の内部に加熱手段17a
、17b、17cを配設して構成されている。
Support plates 9, 10.12 for reinforcing and supporting 18b, 18c are provided, and the support plates 9, 10.12 are made of a porous metal sintered body, and a heating means 17a is provided inside the metal sintered body.
, 17b, and 17c.

(2)請求項第2の発明の課題解決手段該請求項第2の
発明の液体分離装置の構成では、上記請求項第1の発明
の液体分離装置の構成における加熱手段17a、17b
、17cを温水循環パイプによって構成している。
(2) Means for solving the problem of the second invention: In the configuration of the liquid separation device according to the second invention, the heating means 17a, 17b in the configuration of the liquid separation device according to the first invention.
, 17c are constituted by hot water circulation pipes.

(3)請求項第3の発明の課題解決手段該請求項第3の
発明の液体分離装置は、上記請求項第1の発明の液体分
離装置の構成における加熱手段17a、 17b、 l
 7cを電気ヒータによって構成している。
(3) Means for Solving the Problem of the Third Invention The liquid separation device of the third invention includes the heating means 17a, 17b, l in the structure of the liquid separation device of the first invention.
7c is constituted by an electric heater.

(作 用) (1)  請求項第1の発明の液体分離装置では、混合
液が供給される第1次室側と該第1次室に対して選択性
透過膜を介して隣接する分離液取出側の第2次室間に圧
力差形成手段により所定の圧力差を形成することによっ
て浸透気化分離作用に必要な分圧差を生ぜしめて目的と
する液体成分(バーミニイト)を分離するようにしてな
る液体分離装置において、上記選択性透過膜を金属焼結
体よりなる多孔質の支持板で支持しているので、透過機
能を損なうことなく透過膜の十分な補強効果を得ること
ができ液体分離装置としての耐久性を向上させることが
できる。
(Function) (1) In the liquid separation device of the first invention, the primary chamber side to which the mixed liquid is supplied and the separated liquid adjacent to the primary chamber via the selective permeation membrane. By forming a predetermined pressure difference between the secondary chambers on the extraction side by a pressure difference forming means, a partial pressure difference necessary for pervaporation separation action is created, and the target liquid component (verminiite) is separated. In the liquid separation device, since the selective permeation membrane is supported by a porous support plate made of a metal sintered body, a sufficient reinforcing effect of the permeation membrane can be obtained without impairing the permeation function. The durability can be improved.

そして、該金属焼結体よりなる多孔質の支持板内には所
定の加熱手段が配設されており、該加熱手段により当該
支持板の全面を介して上記選択性透過膜の全面およびそ
の反対面付近の温度境界層付近の混合液が効果的かつ均
等に加熱・加温されるようになる。その結果、気化潜熱
による温度境界層も発生しにくくなる。
A predetermined heating means is disposed within the porous support plate made of the metal sintered body, and the heating means heats the entire surface of the selectively permeable membrane and the opposite side thereof through the entire surface of the support plate. The mixed liquid near the temperature boundary layer near the surface is heated and heated effectively and uniformly. As a result, a temperature boundary layer due to latent heat of vaporization is also less likely to occur.

(2)また請求項第2の発明の液体分離装置では、上述
の加熱手段が温水循環パイプで構成されているから、熱
源が安価であり、かつクリーンである。
(2) Furthermore, in the liquid separation apparatus according to the second aspect of the invention, since the above-mentioned heating means is constituted by a hot water circulation pipe, the heat source is inexpensive and clean.

(3)さらに請求項第3の発明の液体分離装置では、上
述のように加熱手段が電気ヒータによって形成されてい
るから熱効率が高く、しかも温度コントロールが容易と
なる。
(3) Further, in the liquid separation apparatus of the third aspect of the invention, since the heating means is formed by an electric heater as described above, thermal efficiency is high and temperature control is easy.

(発明の効果) 従って、本願の上記各請求項の発明によると、分離効率
が高く、しかも耐久性に優れた精度の高い液体分離装置
を提供することができるようになる。
(Effects of the Invention) Therefore, according to the inventions of the above-mentioned claims of the present application, it is possible to provide a liquid separation device with high separation efficiency, excellent durability, and high precision.

(実施例) 第1図および第2図は、本願発明の実施例に係る例えば
プレートアンドフレーム式の液体分離装置のモジュール
構造を示している。
(Embodiment) FIGS. 1 and 2 show a module structure of, for example, a plate-and-frame liquid separation device according to an embodiment of the present invention.

第1図中、先ず符号1 a、 1 bは、各々同第1図
に示すように混合液供給用の第1及び第2の混合液供給
側第1次室11a、11bを形成する所定幅を有する第
1及び第2の各フレーム(枠体)であり、先ず該第1フ
レーム1aには、フィードパイプ3を介してフィードタ
ンクFTに連通せしめられた第1の混合液供給口4aが
例えばその前端部側(手前側)上部に位置して設けられ
ている。また、後端部側(後面側)下部には目的とする
分離液(パーミエート)である水(8,0)が透過除去
された後の例えば濃縮アルコール(C*HsOH)を排
出するための第1の濃縮液排出口5a(破線図示)が設
けられている。また第2フレームtbには、上記第1フ
レームlaの上記第1の濃縮液排出口5aの位置(後方
側下部)に対応して第2の混合液供給口4bが設けられ
ており、該第2の混合液供給口4bはU状の連結パイプ
7を介して上記第1の濃縮液排出口5aと接続されるよ
うになっている。従って、上記第1の混合液供給口4a
から供給された混合液(フィード)F in、は、例え
ば第1図のように先ず第1の第1火室11aを通って一
次濃縮(−次脱水)処理を受けた後第1の濃縮液排出口
5aから上記U状の連結パイプ7を経て第2の混合液供
給口4b側に導かれ、その後第2の第1次室zb内に第
二次供給混合液F insとして供給される。上記第2
のフレームlb他端側上部には同様に第2の濃縮液排出
口5bが設けられており、上記第2の混合液供給側第1
火室11b内の供給混合液P intは当該第2の濃縮
液排出口5bよりパイプ8を介して次の処理室側に排出
されるようになっている。
In FIG. 1, reference numerals 1a and 1b denote predetermined widths that form first and second mixed liquid supply side primary chambers 11a and 11b for supplying the mixed liquid, respectively, as shown in FIG. First, the first frame 1a has a first mixed liquid supply port 4a connected to the feed tank FT via the feed pipe 3, for example. It is located at the upper part of the front end (front side). In addition, at the lower part of the rear end side (rear side), there is a channel for discharging concentrated alcohol (C*HsOH), for example, after the target separation liquid (permeate), water (8,0), has permeated and been removed. One concentrated liquid outlet 5a (shown by broken lines) is provided. Further, the second frame tb is provided with a second mixed liquid supply port 4b corresponding to the position (lower rear side) of the first concentrated liquid outlet 5a of the first frame la. The second mixed liquid supply port 4b is connected to the first concentrated liquid discharge port 5a via a U-shaped connecting pipe 7. Therefore, the first mixed liquid supply port 4a
The mixed liquid (feed) F in, supplied from the ? The liquid mixture is led from the discharge port 5a to the second mixed liquid supply port 4b through the U-shaped connecting pipe 7, and then supplied into the second primary chamber zb as a second mixed liquid F ins. 2nd above
A second concentrated liquid outlet 5b is similarly provided at the upper part of the other end of the frame lb, and the second concentrated liquid outlet 5b is connected to the first
The supplied mixed liquid P int in the firebox 11b is discharged from the second concentrated liquid discharge port 5b via the pipe 8 to the next processing chamber.

一方、符号1 c、 1 dは、上記第1及び第2のフ
レームl a、 l bの間に位置して第5フレームl
eを介して一体的に接合固定される所定幅の第3、第4
フレームであり、該第3、第4フL/−ムlc、1dの
各内側には板状の多孔質板金属焼結体9.10が各々嵌
装固定されている。一方、符号18a、18bは、上記
金属焼結体9.10が嵌装された上記第3、第4フレー
ムlc、ldの上記各第1次室側面に接合一体化され上
記金属焼結体9.lOによって支持されている第11第
2の選択性透過膜(後述)である。
On the other hand, symbols 1 c and 1 d indicate the fifth frame l located between the first and second frames la and l b.
The third and fourth parts of a predetermined width are integrally joined and fixed via e.
This is a frame, and a plate-shaped porous plate metal sintered body 9.10 is fitted and fixed inside each of the third and fourth frames 1c and 1d. On the other hand, reference numerals 18a and 18b are integrally bonded to the side surfaces of the respective primary chambers of the third and fourth frames lc and ld in which the metal sintered bodies 9 and 10 are fitted, respectively. .. The eleventh and second selectively permeable membranes (described later) are supported by lO.

そして、上記金属焼結体9.10の内部には、図示のよ
うに温水循環パイプ17a、17bが埋設されている。
As shown in the figure, hot water circulation pipes 17a and 17b are buried inside the metal sintered body 9.10.

また、上記第3および第4フレームlc、ld間に介設
された第5フレームie内には分離液取出し用の第1の
第2火室13aが形成されており、該第1の第2火室1
3aには当該第5フレーム1eの後端下部側に形成され
た真空ポンプ接続口14bが形成されている。そして、
透過分離された気体状態の分離液は、当該真空ポンプ接
続口14bより空気とともに吸引導出されるようになっ
ている。また、上記第2のフレームtbに並んで第3の
選択性透過膜18c、第7、第6の各フレーム1 g+
 1 fが並設されている。そして、上記第7のフレー
ムtgには、上述の第3.14フL/ −ム1 c 。
Further, a first and second fire chamber 13a for taking out the separated liquid is formed in the fifth frame ie interposed between the third and fourth frames lc and ld. Firebox 1
3a has a vacuum pump connection port 14b formed at the lower rear end of the fifth frame 1e. and,
The gaseous separated liquid that has been permeated and separated is drawn out together with air through the vacuum pump connection port 14b. Also, in line with the second frame tb, a third selectively permeable membrane 18c, each of the seventh and sixth frames 1g+
1 f are installed in parallel. The seventh frame tg includes the 3.14th frame L/-frame 1c.

ldの場合と同じように板状の金属焼結体12が嵌装さ
れ、又その中には温水パイプ17cが埋設されている。
As in the case of ld, a plate-shaped metal sintered body 12 is fitted, and a hot water pipe 17c is buried therein.

従って、それにより上記第6フレームIfの内側には、
第2の分離液取出し用第2次室13bが形成され、接続
口15bを経て分離液が取り出されるようになっている
Therefore, as a result, inside the sixth frame If,
A second secondary chamber 13b for taking out the separated liquid is formed, and the separated liquid is taken out through the connection port 15b.

なお、上記符号17a、l 7b、17cで示す温水循
環パイプは、上記金属焼結体9,10.12を介して上
記選択性透過膜18a、l 8b、18a自体を均等に
加熱するとともに更に該選択性透過膜18a、18b、
18cを介して当該選択性透過膜18a。
The hot water circulation pipes 17a, 17b, and 17c uniformly heat the selectively permeable membranes 18a, 18b, and 18a themselves via the metal sintered bodies 9, 10.12, and further heat the selectively permeable membranes 18a, 18b, and 18a themselves. Selective permeable membranes 18a, 18b,
The selectively permeable membrane 18a via 18c.

tabの分離面付近の混合液をも加熱して先に述べたよ
うな温度境界層の発生を防止し、分離性能を可及的に高
く維持する機能を果たしている。
It also heats the mixed liquid near the separation surface of the tab to prevent the generation of the temperature boundary layer as described above and to maintain the separation performance as high as possible.

すなわち、該温水循環パイプ17a、17b、17Cは
、上記多孔質の金属焼結体9,10.12を介して各々
第1、第2の選択性透過膜18a、18b。
That is, the hot water circulation pipes 17a, 17b, 17C pass through the first and second selectively permeable membranes 18a, 18b, respectively, via the porous metal sintered bodies 9, 10.12.

18cの全面に接面して設けられているために、熱伝導
性の高い上記多孔質の金属焼結体9,10゜12の全面
を介して上記選択性透過膜18a、18b、18cが平
均に加熱され、また該選択性透過膜1、8a、l 8b
、18cを介してその熱が上記第1及び第2の混合液供
給側第1火室11a、11’b内の各混合液F int
、F insに伝達され、該混合液Find。
18c, the selectively permeable membranes 18a, 18b, 18c pass through the entire surface of the highly thermally conductive porous metal sintered body 9, 10° 12. and the selectively permeable membranes 1, 8a, l 8b
, 18c, the heat is transferred to each mixed liquid F int in the first firebox 11a, 11'b on the first and second mixed liquid supply side.
, Fins, and the mixed liquid Find.

F intを有効に加熱することになる。Fint will be effectively heated.

従って、上記本実施例の構成の浸透気化法利用の液体分
離装置によると、先ず上記フィードタンクFTより例え
ばフィードポンプFPを介して第1の混合液供給口4a
より第1の混合液供給側第1火室11a、内に連続的に
供給され導入される水(Hlo)及びアルコール(エチ
ルアルコール:C!H60H)の混合液(フィード)は
、その供給及び排出速度に応じて所定時間内当該第1の
混合液供給側第1火室11a内を上方側から下方側へゆ
っくりと流れる(第1図参照)。
Therefore, according to the liquid separation apparatus using the pervaporation method having the configuration of the present embodiment, first, the feed tank FT is connected to the first mixed liquid supply port 4a via the feed pump FP.
A mixed liquid (feed) of water (Hlo) and alcohol (ethyl alcohol: C!H60H) is continuously supplied and introduced into the first firebox 11a on the first mixed liquid supply side. The first mixed liquid flows slowly from the upper side to the lower side within the first firebox 11a on the supply side within a predetermined time depending on the speed (see FIG. 1).

一方、該状態では上記図示しない真空ポンプの作動によ
り上記第1および第2の各分離液取出側第2火室13a
、13b側は真空かつ無湿度状懇に近くなるように空気
が吸引導出されて上記第1および第2の選択性透過膜1
8a、l 8b、18cの各第1次室側選択分子吸着面
と第2次室側選択分子脱離面との間に所定値以上の圧力
差(分圧差)を実現するようになっている。そして、上
述したように本実施例における当該選択性透過膜18a
、18b、18cは、共に目的とする水(i−ito)
成分のみを選択的に透過させる例えば[α−フルオロア
クリル酸系共重合体」よりなる水選択性透過無定形高分
子膜(例えば特願昭62−35401号明細書参照)に
より形成されており、その選択特性に対応した水成分(
830分子)を上記混合液Fin、、Fiれ、自体の温
度と上記第11第2の混合液供給側(高圧側)第1火室
11a、11b側と第11第2の分離液取出側(低圧側
)第2火室13a、13b側との間の選択成分(Heo
)の濃度差に比例した透過速度で第11第2の混合液供
給側(高圧側)第1次室11a、11bから第2の分離
液取出側(低圧側)第2火室13a、13bへ透過させ
る。
On the other hand, in this state, the operation of the vacuum pump (not shown) causes the first and second separated liquid extraction side second fire chambers 13a to
, 13b side, air is sucked and led out so that it is almost vacuum and humidity-free, and the air is drawn out to the first and second selectively permeable membranes 1.
A pressure difference (partial pressure difference) of a predetermined value or more is realized between the selective molecule adsorption surface on the primary chamber side and the selective molecule desorption surface on the secondary chamber side of each of 8a, l 8b, and 18c. . As described above, the selectively permeable membrane 18a in this embodiment
, 18b and 18c are both intended water (i-ito)
It is formed of a water-selective permeable amorphous polymer membrane made of, for example, [α-fluoroacrylic acid copolymer] that selectively permeates only the components (see, for example, Japanese Patent Application No. 62-35401). Water components corresponding to their selection characteristics (
830 molecules), the temperature of the mixed liquid Fin, Fi, the temperature of the mixed liquid itself, the 11th second mixed liquid supply side (high pressure side), the first firebox 11a, 11b side, and the 11th second separated liquid take-out side ( (low pressure side) second firebox 13a, 13b side
) from the primary chambers 11a, 11b on the mixed liquid supply side (high pressure side) to the second fireboxes 13a, 13b on the second separated liquid extraction side (low pressure side). Transmit.

この場合、該水成分(H,O)の透過は、上記第1、第
2の混合液供給側第1火室11a、11b内流通混合液
中の水分子H2Oが高圧側から低圧側への濃度差に伴な
う物質伝達エネルギーによって先ず上記選択性透過膜1
8a、l 8b、18cの表面に吸着される。そして、
その後、溶解作用に伴なう分子移動によって当該透過膜
18a、18b、18C中に上記水分子H10が溶は込
んで拡散して行く。
In this case, the permeation of the water components (H, O) is caused by the water molecules H2O in the mixed liquid flowing in the first firebox 11a, 11b on the first and second mixed liquid supply sides from the high pressure side to the low pressure side. First, the selective permeable membrane 1
It is adsorbed on the surfaces of 8a, l 8b, and 18c. and,
Thereafter, the water molecules H10 are dissolved and diffused into the permeable membranes 18a, 18b, and 18C due to molecular movement accompanying the dissolution action.

この時の水分子H30の溶は込み及び拡散量は、上記混
合液の温度や透過膜18a、18b、18c両境界面間
の上記分圧差(濃度が同じであれば、物質分子は圧力の
高い方から低い方に移動する)。
The amount of dissolution and diffusion of water molecules H30 at this time depends on the temperature of the liquid mixture and the partial pressure difference between the interfaces of the permeable membranes 18a, 18b, and 18c (if the concentration is the same, the material molecules have a higher pressure). move from the lower side to the lower side).

又選択分子H,0の濃度差(圧力が等しい場合には、物
質分子は濃度の高い方から低い方に移動する・・・第4
図参照)などに大きく左右される。この場合、上記分圧
差は、上記混合液供給側フィードポンプFPによる供給
圧を一定に保つとともに上記減圧手段である真空ポンプ
による減圧値を一定に保つことによって比較的容易に理
想的な値にコントロールすることができる。
Also, the concentration difference between the selected molecules H, 0 (if the pressures are equal, the substance molecules move from the higher concentration side to the lower concentration side...4th
(see figure). In this case, the partial pressure difference can be relatively easily controlled to an ideal value by keeping the supply pressure by the mixed liquid supply side feed pump FP constant and by keeping the reduced pressure value by the vacuum pump, which is the pressure reducing means, constant. can do.

ところが、一方上記高圧第1次室側の混合液自体の温度
や選択成分(HtO分子)の濃度差の方は、次のような
事情から容易には所望値に維持することかできない。す
なわち、先ず上述のように、上記選択性透過膜18aで
の透過作用は浸透気化作用であり、当然に選択分子であ
る水成分H,Oの相変化(液相→気相)を伴なう。その
ため当該分離作用が進行するに連れて気化潜熱量も増大
して混合液側の温度が下がる。このような事情は、上記
第2の高圧側第1次室itb側でも全く同様である。
However, on the other hand, the temperature of the liquid mixture itself on the side of the high-pressure primary chamber and the concentration difference of the selected component (HtO molecules) cannot be easily maintained at desired values due to the following reasons. That is, first, as described above, the permeation effect in the selectively permeable membrane 18a is a pervaporation effect, which naturally accompanies a phase change (liquid phase → gas phase) of the water components H and O, which are selective molecules. . Therefore, as the separation action progresses, the amount of latent heat of vaporization also increases, and the temperature of the mixed liquid side decreases. This situation is exactly the same on the second high-pressure side primary chamber itb side.

しかるに、先にも述べたように上記各選択性透過膜18
a、18bを透過する水分子の透過速度は、第3図のア
ルコール濃縮度特性から明らかなように混合液の温度が
高い方(理想条件下)が高くなり、透過性能に優れてい
る。従って、本実施例の構成では上述のように選択性透
過膜18a、18bを上記の如く多孔質金属焼結体9.
lOを介して温水循環バイブ17a、17b、17cに
より間接的に加熱するように構成しており、これによっ
て上記気化潜熱による混合液の温度の低下、就中、水分
子Ht Oの透過速度の低下を補償するようにしている
(第3図の理想温度条件の維−持を実現)。
However, as mentioned earlier, each of the selectively permeable membranes 18
As is clear from the alcohol concentration characteristics in FIG. 3, the permeation rate of water molecules passing through a and 18b is higher when the temperature of the mixed liquid is higher (under ideal conditions), and the permeation performance is excellent. Therefore, in the configuration of this embodiment, the selectively permeable membranes 18a and 18b are connected to the porous metal sintered body 9.
The system is configured to indirectly heat the liquid mixture by hot water circulation vibrators 17a, 17b, and 17c via lO, thereby reducing the temperature of the mixed liquid due to the latent heat of vaporization, and in particular, reducing the permeation rate of water molecules HtO. (maintaining the ideal temperature conditions shown in Figure 3).

なお、上記第1図および第2図の構成においては、上記
選択性透過膜および混合液の加熱手段として温水循環パ
イプを採用したが、該加熱手段としては例えば電気ヒー
タであっても良いことは言うまでもない。
Note that in the configurations shown in FIGS. 1 and 2 above, a hot water circulation pipe is used as a heating means for the selectively permeable membrane and the mixed liquid, but the heating means may also be an electric heater, for example. Needless to say.

電気ヒータを加熱手段として採用すると、熱効率が高く
、温度コントロールも容易であることから、より分離性
能に優れた液体分離装置を提供することが可能となる。
When an electric heater is employed as a heating means, it has high thermal efficiency and easy temperature control, making it possible to provide a liquid separation device with even better separation performance.

また、上記第11第2の各実施例に於いては分離液とし
て水(ttto)の場合を設定したが、本発明の液体分
離の対象はこれに限定されるものでないことは勿論であ
る。
Further, in each of the eleventh and second embodiments, water (ttto) is used as the separated liquid, but it goes without saying that the object of liquid separation of the present invention is not limited to this.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は、本発明の実施例に係る液体分離装置のモジュ
ール構成を示す断面図、第2図は、同装置の分解斜視図
、第3図は、気化潜熱による供給混合液の温度低下によ
る透過効率の変化特性をアルコールの濃縮濃度(脱水濃
度)と供給流量とをパラメータとして表わしたグラフ、
第4図は、透過膜境界面間の水分子成分の濃度差と水成
分透過量との関係を示すグラフである。 la  ・・・・・第1フレーム lb  ・・・・・第2フレーム 1c ・・・・・第3フレーム 1d ・・・・・第4フレーム le  ・・・・・第5フレーム  tr  ・・・・・第6フレーム 3   ・・・・・フィードパイプ 4a ・・・・・第1の混合液供給口 4b ・・・・・第2の混合液供給口 5a ・・・・・第1の濃縮液排出口 5b ・・・・・第2の濃縮液排出口 9、to、12 ・・・・金属焼結体 11a ・・・・・第1の混合液供給側第1次室11b
・・・・・第2の混合液供給側第1次室13a ・・・
・・第1の分離液取出側第1次室13b ・・・・・第
2の分離液取出側第1次室17a、17b、17c ・
・温水循環パイプ18a ・・・・・第1の選択性透過
膜tab・・・・・第2の選択性透過膜 18c ・・・・・第3の選択性透過膜313図 1M4図
FIG. 1 is a sectional view showing the module configuration of a liquid separation device according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an exploded perspective view of the device, and FIG. A graph showing the change characteristics of permeation efficiency using alcohol concentration concentration (dehydrated concentration) and supply flow rate as parameters,
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the concentration difference of water molecule components between the permeable membrane interfaces and the amount of water component permeation. la...First frame lb...Second frame 1c...Third frame 1d...Fourth frame le...Fifth frame tr...・Sixth frame 3 ...Feed pipe 4a ...First mixed liquid supply port 4b ...Second mixed liquid supply port 5a ...First concentrated liquid discharge Outlet 5b...Second concentrated liquid outlet 9, to, 12...Metal sintered body 11a...First mixed liquid supply side primary chamber 11b
...Second mixed liquid supply side primary chamber 13a...
...First separated liquid extraction side primary chamber 13b ...Second separated liquid extraction side primary chamber 17a, 17b, 17c.
・Hot water circulation pipe 18a...First selectively permeable membrane tab...Second selectively permeable membrane 18c...Third selectively permeable membrane 313Figure 1M4 figure

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、分離すべき液体とその他の液体とを含む所定の混合
液(Fin_1)、(Fin_2)が供給される混合液
供給側第1次室(11a)、(11b)と、該混合液供
給側第1次室(11a)、(11b)に対して浸透気化
用の選択性透過膜(18a)、(18b)、(18c)
を介して接する分離液取出側第2次室(13a)、(1
3b)とを設け、所定の圧力差形成手段により上記混合
液供給側第1次室(11a)、(11b)と分離液取出
側第2次室(13a)、(13b)との間に上記選択性
透過膜(18a)、(18b)、(18c)を介して浸
透気化分離作用に必要な所定の圧力差を形成することに
より目的とする液体を分離するようにしてなる液体分離
装置において、上記選択性透過膜(18a)、(18b
)、(18c)の上記第2次室側面に当該選択性透過膜
(18a)、(18b)、(18c)を補強支持する支
持板(9)、(10)、(12)を設けるとともに該支
持板(9)、(10)、(12)を多孔質の金属焼結体
で形成し、該金属焼結体の内部に加熱手段(17a)、
(17b)、(17c)を配設したことを特徴とする液
体分離装置。 2、加熱手段が温水循環パイプであることを特徴とする
請求項第1項記載の液体分離装置。 3、加熱手段が電気ヒータであることを特徴とする請求
項第1項記載の液体分離装置。
[Claims] 1. Primary chambers (11a) and (11b) on the mixed liquid supply side to which predetermined mixed liquids (Fin_1) and (Fin_2) containing the liquid to be separated and other liquids are supplied; , selectively permeable membranes (18a), (18b), (18c) for pervaporation for the mixed liquid supply side primary chambers (11a), (11b).
Separated liquid extraction side secondary chamber (13a), (1
3b) is provided between the mixed liquid supply side primary chambers (11a), (11b) and the separated liquid extraction side secondary chambers (13a), (13b) by a predetermined pressure difference forming means. In a liquid separation device that separates a target liquid by forming a predetermined pressure difference necessary for pervaporation separation action through selectively permeable membranes (18a), (18b), and (18c), The selectively permeable membranes (18a) and (18b)
), (18c) are provided with supporting plates (9), (10), (12) for reinforcing and supporting the selectively permeable membranes (18a), (18b), (18c) on the side surfaces of the secondary chambers. The support plates (9), (10), and (12) are formed of porous metal sintered bodies, and heating means (17a) are provided inside the metal sintered bodies.
A liquid separation device characterized in that (17b) and (17c) are provided. 2. The liquid separation device according to claim 1, wherein the heating means is a hot water circulation pipe. 3. The liquid separation device according to claim 1, wherein the heating means is an electric heater.
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