JPH0243529B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

これまでに様々な形式の装置が逆浸透分離プロ
セスで使用されている。浸透は拡散現象の１種で
あつて、その拡散は典型的には濃度の異なる２種
の溶液を隔てる半透膜を通して生起し、浸透は両
溶液の溶質濃度を均等にする傾向を持つ。半透膜
は溶液の一成分、例えば水に関して有限の浸透性
を有するが、溶液の他の成分、例えば塩化ナトリ
ウムに関しては全く不透過性にある。浸透が生起
している間は、溶質濃度が低い第１溶液から溶質
濃度が高い第２溶液に向けて、純水が膜を通して
拡散する。 ところで、高溶質濃度の第２溶液を、第１溶液
についての圧力条件より高い圧力に保持すること
によつて、膜を通しての純水の拡散を制止させる
ことができる。半透膜を通して第２溶液への拡散
を実質的に停止させる圧力は、浸透圧として知ら
れている。しかしながら、もし第２溶液にかかる
圧力が第１溶液のそれよりさらに増大すれば、第
２溶液の浸透圧は高まるので逆浸透が生起する。
逆浸透を生起させるに必要な圧力は、半透膜を介
して対向する２種の溶液の組成に一般に依存す
る。逆浸透を利用する操作の一例は気体中に置い
た海水の例である。例えば、もし適当な半透膜の
一方の側に海水を置き、他方の側に比較的純粋な
水又はガス状雰囲気を置けば、海水にほぼ
2413kPaの圧力をかけることにより逆浸透が生起
する。この逆浸透によつて純水が膜を通して海水
から拡散する。 海水の淡水化装置の如く、逆浸透現象を利用す
る装置は、米国特許第3367504号、同第3386583号
及び同3417870号などで知られている。しかし、
これらの装置では、生成水通路を形成するところ
の半透膜の裏打ち材として、コツトン、ウール、
グラフアイト布、シリコンカーバイト格子、適当
な結合剤でかためた塩粒子、さらにはナイロン、
ポリエステル、レーヨン、レーヨンビスコース、
アクリル繊維のような合成繊維が使用されてい
る。 以下に詳述する通り、逆浸透装置は比較的高圧
の下で高温操作が行なえるような要素を用いて製
造されている。この要素の操作可能性は、生成水
流路を形成する材料に依存する。 本発明は所望生成物を精製又は濃縮する装置の
改良に関する。さらに詳しく言えば、本発明は逆
浸透操作を比較的高温（約50〜約95℃）加圧（約
2758〜約8274kPa）下で行なうようにした高温逆
浸透装置に係る。 溶質を含有する水溶液を濃縮脱水するようなプ
ロセスは、比較的高温度で行なうのが有利である
ことが見い出されている。砂糖水溶液の脱水のよ
うな脱水操作に高温を採用すると、水溶液中に存
在するかもしれないバクテリアの増殖を実質的に
阻止することが可能である。さらに、後述するよ
うな範囲の比較的高い温度で、砂糖水溶液の脱水
を行なえば、脱水濃縮された溶液も高温で回収で
きるから、これを室温に戻すことで砂糖を結晶化
させて回収することができる。本発明の装置と方
法は、砂糖水溶液の脱水に利用できるほか、塩、
有機又は無機薬品、酪農製品、かえで糖密、スタ
ーチなどの他の溶質を含有する水溶液の濃縮脱水
にも利用可能である。 而して本発明の目的のひとつは、半透膜用の裏
打ち材として或る種の複合材を使用した高温逆浸
透装置を提供することにある。 本発明の別の目的は昇温昇圧下に溶質含有水溶
液を濃縮脱水することができる改良された高温逆
浸透装置を提供することにある。すなわち、本発
明は、(a)軸方向の通路を有する中空な心棒と、前
記心棒の周囲に隣接した第１の多孔性裏打ち材の
層と、前記第１の裏打ち材と接触してほぼ放射状
に延び、ほぼ横方向に同じ広さの多孔性裏打ち材
からなり、前記心棒の長軸に対してほぼ平行な端
部を有する複数枚の葉状体と、それぞれ折返し線
を有する複数枚の半透膜シートであつて、その折
返し線は前記心棒の長軸に対してほぼ平行で、し
かも前記第１の裏打ち材と接触し、各シートは前
記した多孔性裏打ち材からなる葉状体の各２枚の
間に位置する複数枚の半透膜シートと、前記半透
膜の折返しの間に位置して各折返し部分に流体案
内通路を形成する複数枚の分離格子シートを具え
ていて、前記したそれぞれ複数枚の多孔性裏打ち
材、半透膜及び分離格子を、前記第１の裏打ち材
の周りに相互に重なり合うようらせん状に巻き付
けることにより、多孔性裏打ち材−半透膜−流体
案内通路−半透膜からなる層の多重層で円筒体を
構成し、(b)さらに前記流体案内通路の一端に流体
を供給するための装置と、前記通路の対向端から
流体を取出すための装置と、前記中空心棒から流
体を取出すための装置を具えた、高温水溶液から
所望生成物を逆浸透で回収する装置であつて、(c)
半透膜用裏打ち材がエポキシ含浸ポリエステルか
らなる２層間に厚さ0.0254〜0.254mmのポリエチ
レンテレフタレートの膜を介在させた複合物から
なり、その複合物で生成水の流路を形成させたこ
とを特徴とする高温逆浸透装置を提供する。 本発明に係る装置の一具体例は、予め空気中約
100〜約150℃の温度で処理されたエポキシ含浸ポ
リエステルからなる２層間に、ポリエチレンテレ
フタレートを介在させてなる複合物を裏打ち材に
用いた装置である。 そして本発明の装置を用いて実際に水溶液、例
えば砂糖含有水溶液を濃縮するには、この水溶液
を本発明の装置に約2758〜約8274kPaの圧力及び
約50〜約95℃の温度で通過させてこの水溶液を濃
縮し、得られた濃縮溶液を回収すればよい。 本発明の他の目的と具体例は以下に説明すると
ころから明らかになろう。 本発明の装置は米国特許第3417870号に教示さ
れた装置に類似し、多重葉状膜モジユールと、そ
のモジユールを収めるプレツシヤータイトな容器
と、生成水の取出し装置を備えている。前記のモ
ジユールは生成水の収集装置、すなわち取出し管
としても機能する中空な中心棒を有する。多数の
膜サンドイツチは後述するようなタイプの裏打ち
材からなる多数のストリツプ間にはさまれてお
り、その裏打ち材は前記の中心棒に接着せしめら
れている。本発明の裏打ち材は本発明の装置の比
較的高い操作温度での使用を可能ならしめるもの
である。膜サンドイツチは後述するようなタイプ
の折返された半透膜シートと、各折返し部の間に
配置された分離格子物質のストリツプからなる。
この膜サンドイツチは互に等間隔で心棒の周りに
配置され、サンドイツチと裏打ち材は心棒の周囲
にらせん状にしつかりと巻かれる。膜モジユール
を組立てる場合、生成水の流路として使用するの
に適する組成物からなる裏打ち材シートの一端が
まず心棒の全周の周りに巻かれ、前記シートの他
端は予め決められた距離まで心棒から放射状に延
ばされる。膜サンドイツチは既述した通り、折返
された半透膜のシートと分離格子物質のストリツ
プからなるが、この膜サンドイツチは裏打ち材シ
ートの放射状に延びた部分に隣接して配置され、
これによつて半透膜シートの折返しラインは心棒
に巻かれた裏打ち材に接触し、半透膜シートは裏
打ち材の放射状に延びた部分に隣接する。心棒は
サンドイツチの折返し部が裏打ち材シートに接触
するように、好ましくは予め決められた角距離だ
け回転せしめられる。サンドイツチの折返し部と
裏打ち材の放射状に延びた部分との間の接触領域
の外端は、適当な接着剤によつて流体漏洩防止シ
ールが施される。これにより、半透膜を当初通過
しなかつた溶液が裏打ち材を通ることが防止さ
れ、さらに生成水が裏打ち材を通る通路が提供さ
れる。 １つの膜サンドイツチに於ける裏打ち材シート
の一端は、心棒の表面の周りに巻かれた隣接膜サ
ンドイツチの裏打ち材部分に接触して配置され、
前記裏打ち材シートの他端は心棒から外側に放射
状に延びる。次いで裏打ち材シートは膜サンドイ
ツチの折返し部と接触するように置かれて裏打ち
材と折返し部との間には流体漏洩防止シールが施
される。同様にして隣接する膜サンドイツチの折
返し部と裏打ち材との間もシールされる。所望数
のサンドイツチ葉が適宜接合するよう上記の操作
が様々な膜サンドイツチについて繰返えされ、心
棒の周りにロール状に巻付けられる。サンドイツ
チ葉を接合し、これを心棒に多重葉状に巻付けた
後は、接合剤の層が裏打ち材の各ストリツプの外
側に沿つて設けられ、裏打ち材に生成水の流路が
確立される。前記の接合剤の層は半透膜を通過し
なかつた溶液が裏打ち材を通過するのを防止し、
その溶液をラツプされたモジユールの両端に隣接
する領域に導入するものである。 比較的高温度の加圧下で用いる逆浸透プロセス
が可能な本発明装置で使用される裏打ち材は、エ
ポキシ含浸ポリエステルの２層間にポリエチレン
テレフタレートの高密度フイルムを介在させてな
る複合物で構成される。本発明の好ましい実施態
様では、エポキシ含浸ポリエステルはトリコツト
として一般に知られる製品からなる。トリコツト
はその一方の面が平滑で密度が高く、他方の面は
流路、すなわち溝を有している。本発明の装置の
裏打ち材は、ポリエチレンテレフタレートの薄い
フイルムによつて隔てられた２層のトリコツトか
らなり、このポリエチレンテレフタレートの厚さ
は実用上及び高温逆浸透装置の設計上の点から
0.0254〜0.254mmの範囲にある。トリコツトの上
部流路は前記フイルムのすぐ次に置かれ、一方、
エポキシ含浸トリコツトの平滑な高密度面は半透
膜と接触する。ここに於て、エポキシ含浸ポリエ
ステルの２層間にポリエチレンテレフタレートを
介在させた複合物からなる裏打ち材を、モジユー
ルに組込む前に、約100〜約150℃の温度範囲に於
て約0.5〜約４時間程処理するならば、高温高圧
下での生成水の流れ抵抗が最少になる生成水流路
が得られることを見い出した。もしエポキシ含浸
ポリエステルが単層でしか使用されていないと、
ポリエステルによる膜の妨害が起り、従つて生成
水の移動が不充分になるので、上記のような形で
生成水の流路を形成する裏打ち材として前記の複
合物を使用する必要がある。裏打ち材の形状は各
膜の支持体として機能し、これによつて昇温昇圧
下での良好な水移動が達成される。 本発明のモジユールで使用される半透膜物質
は、一方の側面が裏打ちで補強され、他方の側面
に薄膜を有する細孔支持体からなる。この細孔基
質はミリポア−フイルター（Millipore filter）
のような商業的に入手可能な様々な物質から選ぶ
ことができるほか、細孔支持体は酢酸セルロー
ス、硝酸セルロース、酪酸セルローズ、ポリスル
ホン、ポリスチレンなどのホモポリマー又は混合
ポリマーから作ることもできる。上記のような細
孔支持体は織物のような裏打ちで補強されるが、
その織物にはコツトン、ウール、リネン、ダクロ
ン、ナイロン、オレロン、レーヨンなどの天然品
又は合成品が使用可能である。細孔支持体の反対
側に接触する薄膜は、本発明の好ましい実施態様
では、ポリエチレンイミンの架橋で形成されるポ
リマーからなり、この場合の架橋剤は塩化ホルミ
ル、塩化アセチル、塩化プロピオニル、塩化ブチ
リル、塩化スクシニル、塩化イソフタロイルを含
む酸塩化物、エチレンジイソシアネート、ベンゼ
ンジイソシアネート、トルエンジイソシアネート
などである。 半透膜は細孔支持体をポリエチレンイミンの溶
液にひたした後、取出して乾燥し、しかる後架橋
剤の溶液に接触させることにより、細孔支持体の
表面に形成することができる。架橋剤との接触で
架橋せしめられ、超薄膜が形成されたならば、複
合半透膜は空気中で乾燥され、さらに昇温下で乾
燥すべく放射ガスヒータ、赤外線ランプなどで処
理される。 生成水の収集装置として機能する心棒は、一般
に中空管の形状にあり、その外周には多数のスロ
ツト、すなわち割れ目が設けられている。これら
のスロツトは複合裏打ち材を中心軸に接合する接
着剤で囲まれた区域内になければならない。好ま
しい実施態様では、心棒は湿気のある環境に置か
れるので、耐蝕性ある材料で作られる。前述した
通り、裏打ち材の一端は心棒の全外周の周りに巻
き付けられ、裏打ち材シートの他の部分は最初の
巻きに接触して配置される。複合裏打ち材をこの
ような位置に置くことで、複合裏打ち材で運ばれ
る水が心棒のスロツトに連通する。従つて生成水
は中空心棒の内部を流れて心棒から取出される。 モジユールが収められるプレツシヤタイトな容
器は、銅、ステンレススチール、鋳型鋼、ガラス
繊維強化エポキシ樹脂などからなり、一般には上
端がキヤツプで、下端がフランジで封じられた円
筒状の外殻で構成され、キヤツプ及びフランジは
ロウ付け、溶接などの通常の手段で外殻に取付け
られる。さらに当該容器には液のインレツトパイ
プとアウトレツトパイプが設けられる。好ましい
実施態様では、前記容器の内径はモジユールの外
径にほぼ等しく、これによつてモジユールを容器
内に隙間なく収めることができるので、余分なシ
ールを必要とすることがない。 本発明の装置を用いて砂糖、スターチ、塩など
の溶質を含有する水溶液を脱水する、換言すれば
濃縮する際は、昇温昇圧下で実施される。既述し
た通り、昇温下で溶液を脱水できるのは、前述し
たようなタイプの複合裏打ち材を使用しているこ
とによる。溶液を脱水する際に採用される操作条
件には、約50〜約95℃の範囲の温度と、約2758〜
約8274kPaの範囲の圧力が含まれる。そして溶液
中の溶質の濃度は溶液の約30wt％までの範囲を
とることができる。脱水プロセスは逆浸透を生起
させるのに充分な、具体的には生成水が水溶液か
ら半透膜を通つて複合裏打ち材に拡散するのに充
分な上記範囲の圧力で、水溶液を装置に供給する
ことで実行される。溶質を含有する水溶液は、分
離格子物質間の各サンドイツチで画定された通路
を流れるので、実質的に純粋な生成水は既述した
ようなタイプの複合薄膜からなる半透膜内を拡散
する。そして生成水は３面がエポキシ含浸ポリエ
ステルで、第４面がポリエチレンテレフタレート
の薄膜で形成された複合裏打ち材の通路を通つて
拡散する。この場合、前記の複合裏打ち材は隣接
した膜サンドイツチの個々の折返し部の間に配置
されているので、生成水は裏打ち材が心棒に巻き
付けられた所まで、裏打ち材の通路を通つて流れ
るのである。この時点で、生成水は心棒の外周面
に設けられたスロツトを通つて心棒の中空室内に
流れ込み、しかる後その中空室内から心棒の開放
端を通り、さらに生成水取出し装置を通つて生成
水はアウトレツトパイプから回収される。濃縮脱
水された水溶液も別のアウトレツトパイプを介し
て装置から回収される。 以上は１つのモジユールを用いたプロセスにつ
いての説明であるが、同様な様式で組立てられた
モジユールを多数用いることもできる。複数個の
モジユールを個々のインレツトパイプや適当なヒ
ートコネクシヨンや個々のアウトレツトパイプで
相互に連結することにより、実質的な量の濃縮水
溶液が商業的規模で得られるような濃縮脱水装置
を作ることができる。 下記の実施例は本発明を具体的に説明するもの
であるが、本発明はこれに限定されるものではな
い。 実施例 本例では甜菜を処理して得られる砂糖水溶液を
脱水する。上に述べたように組立てた６個のモジ
ユールを直列に連結して使用した。モジユールに
於ける半透膜は、不織ポリエステルで補強された
ポリスルホン支持体上で、ポリエチレンイミンを
塩化イソフタロイルにて架橋させて得たポリアミ
ドからなる。本発明によれば、半透膜サンドイツ
チの裏打ち材は、商取引でトリコツトとして知ら
れるエポキシ含浸ポリエステルを２層に重ね、そ
の間にポリエチレンテレフタレートの薄膜をはさ
んだ複合物で構成される。各モジユールは4.65m²
の膜面積を有している。１リツトル当り100〜150
ｇの砂糖を含有する供給液を温度78〜80℃、圧力
2895〜5102kPaでモジユールに供給した。供給液
のPHは7.0〜8.4に保持した。装置への供給液量を
毎分29.34としたところ、毎分20.82の濃縮液
と毎分8.52の純水が回収された。この実験の結
果を表に示す。

【表】 前表から明らかな通り、半透膜がポリアミドか
らなり、裏打ち材がポリエチレンテレフタレート
の薄膜を２層のエポキシ含浸ポリエステルではさ
んだ複合物からなる逆浸透モジユールを使用すれ
ば、逆浸透プロセスで通常使用されているよりも
高い温度及び圧力で砂糖水溶液を濃縮脱水するこ
とができる。そして、このモジユールは有効速度
で比較的長時間稼動させることができ、しかも透
過排除率はすべての場合に一定の回収率で90％以
上である。 実施例 実施例と同様にして逆浸透装置を熱海水の濃
縮脱水に使用した。この場合、海水を温度約95
℃、圧力約2758kPa以上でモジユールに供給し
た。同様にして、単一のモジユール又はこれを複
数個直列に連結したモジユールは、スターチ溶液
の濃縮に使用することができ、この場合には約95
℃までの温度及び約8274kPaまでの圧力で、供給
液がモジユールに供給される。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ (a)軸方向の通路を有する中空な心棒と、前記
   心棒の周囲に隣接した第１の多孔性裏打ち材の層
   と、前記第１の裏打ち材と接触してほぼ放射状に
   延び、ほぼ横方向に同じ広さの多孔性裏打ち材か
   らなり、前記心棒の長軸に対してほぼ平行な端部
   を有する複数枚の葉状体と、それぞれ折返し線を
   有する複数枚の半透膜シートであつて、その折返
   し線は前記心棒の長軸に対してほぼ平行で、しか
   も前記第１の裏打ち材と接触し、各シートは前記
   した多孔性裏打ち材からなる葉状体の各２枚の間
   に位置する複数枚の半透膜シートと、前記半透膜
   の折返しの間に位置して各折返し部分に流体案内
   通路を形成する複数枚の分離格子シートを具えて
   いて、前記したそれぞれ複数枚の多孔性裏打ち
   材、半透膜及び分離格子を、前記第１の裏打ち材
   の周りに相互に重なり合うようらせん状に巻き付
   けることにより、多孔性裏打ち材−半透膜−流体
   案内通路−半透膜からなる層の多重層で円筒体を
   構成し、(b)さらに前記流体案内通路の一端に流体
   を供給するための装置と、前記通路の対向端から
   流体を取出すための装置と、前記中空心棒から流
   体を取出すための装置とを具えた、高温水溶液か
   ら所望生成物を逆浸透で回収する装置であつて、
   (c)半透膜用裏打ち材がエポキシ含浸ポリエステル
   からなる２層間に厚さ0.0254〜0.254mmのポリエ
   チレンテレフタレートの膜を介在させた複合物か
   らなり、その複合物で生成水の流路を形成させた
   ことを特徴とする高温逆浸透装置。 ２ 前記の半透膜が細孔支持体の一方の面を裏打
   ちで補強し、他方の面に架橋剤で架橋せしめられ
   たポリエチレンイミンの超薄膜を堆積させたもの
   である特許請求の範囲第１項記載の装置。 ３ 前記の架橋剤が塩化イソフタロイルである特
   許請求の範囲第２項記載の装置。 ４ 前記の細孔支持体がポリスルホンである特許
   請求の範囲第２項記載の装置。 ５ 前記の裏打ち材が不織ポリエステルである特
   許請求の範囲第２項記載の装置。