JPH0295421A - 液体分離装置 - 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） 本発明は、２種以上の液体を含む混合液から所望の液体
を分離するための液体分離装置に関するものである。

（従来の技術） 一般に、２種以上の液体を含む混合液から所望の液体を
分離する方法としては、蒸留法が古くから採用されてき
ている。しかし、該蒸留法は、混合液を構成する各液体
の沸点に大きな差異が存するものには適用できるものの
、共沸点を有する混合液や近沸点混合液等を分離するも
のには適用できないという難点があった。そこで、この
ような混合液から所望の液体を分離する場合、例えば、
所定の第３成分を添加することによって、液体分離を可
能とした共沸蒸留法か採用されることもあるが、該蒸留
法では、極めて大儀のスチームを消費するし、第３成分
の添加による分離液の汚染や装置の複雑化を招くなど問
題が多い。

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、特定な物質のみを選択的に透過さ
せる選択性透過膜があり、本出願人らかかる選択性透過
膜の開発を行っており、特願昭６２−３５４０１号とし
て既に出願している。

そして、上記の如き選択性透過膜を使用した浸透気化法
による液体分離システムの開発も進められている。

上記液体分離システムは、対象混合液が供給される第１
次室と分離された液体が貯溜される第２次室とを前記選
択性透過膜で仕切り、該第２次室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り前記選択性
透過膜の第１次室側境界面と第２次室側境界面との分圧
差に応じて高圧側（即ち、第１次室側）から低圧側（即
ち、第２次室側）へ所望の液体を透過させるようにして
いる。

（発明が解決しようとする課題） 上記の如き選択性透過膜を使用した浸透気化法による液
体分離システムにおいては、フレーム状部材により構成
された第１次室の両側に選択性透過膜を配置してなるプ
レート＆フレームタイプの分離モジュールが多用されて
きているが、このような構造の分離モジュールの場合、
第１次室内−供給された混合液（例えば、アルコール水
溶液）の非透過選択成分（例えば、アルコール）は、入
口側では未だ低濃度であるが、出口に近付くに従って選
択性透過膜による分離作用によって高濃度となる。とこ
ろが、第１次室内における混合液が、必ずしも人口側か
ら出口側に向って−様な流れとなっておらないところか
ら、より入口側に近い低濃度の混合液がより出口側に近
い高濃度の混合液を希釈し、そのまま製品として出口か
ら取り出されることとなる場合がある。このような第１
次室内における低濃度液による高濃度液の混合希釈は、
製品（例えば、アルコール）の濃度低下を引き起こすこ
ととなる。このことは、第６図図示のアルコール水溶液
の流１に対する第１次室内口におけるアルコール濃度の
変化を示す特性図によっても明らかである。即ち、第１
次室内において低ｉｆ液と高濃度液との混合希釈が起こ
らないように構成した場合における特性曲線ｇと、第１
次室内において低濃度液と高濃度液との混合希釈が起こ
るように構成した場合における特性曲線ｇ′とを比較す
ると、共に流量の増大に伴ってモジュールの分離性能の
低下は否めないものの、混合希釈の起こらない理想条件
下での分離性能に比べて、混合希釈の起こる混合条件下
での分離性能が大きく低下していることが分かる。

上記の如き分離性能の低下は、得られる製品濃度の低下
につながるところから、選択性透過膜の膜面積の増大を
余儀なくされることとなり、装置の大型化およびコスト
アップを摺くという問題が生じる。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたしので、第１次室
内において人口側の低濃度液が出口側の高濃度液を混合
希釈しないようにし、以って分離性能の低下を防止する
ことを目的とするものである。

（課題を解決するための手段） 本発明では、上記課題を解決するための手段として、次
の手段が採用されており、図面を参照して以下に説明す
る。

請求項１記載の液体分離装置においては、分離すべき液
体とその他の液体とを含む所定の混合液が供給される高
圧側の第１火室１１と、該第１次室１１に対して分離す
べき液体を選択的に透過させる選択性透過膜３を介して
接する低圧側の第２火室２１とを備えてなるものにおい
て、前記第１次室側境界を、複数の仕切壁７，７・・・
により区画し、これらの仕切壁７．７・・・間に、入口
側から出口側へ向って連続する一連の流路８を形成して
いる。

また、請求項２記載の液体分離装置においては、前記第
１次室１１の相対向する内壁から交互に突設され、それ
ぞれの先端を対向する内壁から所定間隔離れた位置に臨
ましめている仕切壁７．７・・・間に前記流路８をを形
成している。

さらに、請求項３記載の液体分離装置においては、前記
第１次室１１における内壁から中心部へ向かって渦巻き
状に形成された一対の仕切壁７゜７間に前記流路８を形
成している。

（作　用） 本発明では、上記手段によって次のような作用が得られ
る。

即ち、請求項１記載の液体分離装置においては、第１次
室ＩＩ内を、複数の仕切壁７．７・・・により区画し、
これらの仕切壁７．７・・・間に、人口側から出口側へ
向って連続する一連の流路８を形成したことにより、第
１火室１１内においては供給液（即ち、混合液）が、該
流路８に沿って入口側から出口側に向って−様な流れと
なって流通することとなり、より入口側に近い低濃度の
混合液とより出口側に近い高濃度の混合液との混合希釈
が起こらなくなる。従って、分離性能の大幅な向上が図
れることとなるのである。

また、請求項２および請求項３記載の液体分離装置にお
ける如く、第１火室１１の内壁から突設された仕切壁７
．７・・・により流路８を区画形成するようにした場合
、前記の混合希釈防止作用が得られるとともに、これら
の仕切壁７゜７・・・が選択性透過膜３，３間を隔てる
スペーサとしても作用することとなる。

（発明の効果） 本発明によれば、次のような優れた効果を奏することが
できるのである。

請求項１記載の液体分離装置においては、第１次室ｉｌ
内を、複数の仕切壁７．７・・・により区画し、これら
の仕切壁７．７・・・間に、人口側から出口側へ向って
連続する一連の流路８を形成したので、第１次室ｌｌ内
においては供給液（即ち、混合液）が、該流路８に沿っ
て人口側から出口側に向って−様な流れとなって流通す
ることとなり、より入口側に近い低濃度の混合液とより
出口側に近い高濃度の混合液との混合希釈が防止され、
分離性能の大幅な向上が図れる。

また、供給混合液が流通すべき一連の流路８の形成によ
り、供給混合液の流速が該流路８を形成しない場合に比
べて速くなるところから、選択性透過膜３近傍における
濃度境膜の生成が抑制されることとなり、透過速度およ
び透過効率の大幅な向上を図り得るとともに、液体分離
に要する時間の大幅な短縮をも可能とする。

さらに、請求項２および請求項３記載の液体分離装置に
おける如く、第１次室！■の内壁から突設された仕切壁
７，７・・・により流路８を区画形成するようにした場
合、前記の混合希釈防止作用が得られるとともに、これ
らの仕切壁７．７・・・が選択性透過膜３．３間を隔て
るスペーサとしても作用することとなり、選択性透過膜
３の耐久性向上にも大いに寄与することとなる。

（実施例） 以下、添付の図面を参照して本発明の幾つかの好適な実
施例を説明する。

実施例１ 第１図および第２図には、本発明の実施例■にかかる液
体分離装置が示されている。

本実施例の液体分離装置は、プレート＆フレームタイプ
のモジュール構造とされており、図示のものは、前記モ
ジュールの単体を示している。

また、本実施例の液体分離装置は、水により希釈された
アルコール水溶液を対象混合液とし、該アルコール水溶
液から分離対象成分である水（■１゜０）を浸透気化法
により分離して、アルコールを濃縮する装置として使用
される乙のである。

この液体分離装置（具体的には、液体分離用単位モジュ
ール）は、混合液（即ち、アルコール水溶液）供給用の
高圧側の第１火室１１を形成する第１フレームｌと、該
第１フレームｌの両側に隣接配置され、低圧側の第２火
室２１．２１を形成する第２フレーム２．２と、前記第
１フレーム１と第２フレーム２．２との間に介設される
選択性透過膜３．３とからなっている。

前記第１フレーム１は、矩形枠体からなっており、その
前枠１ａ下部には、フィードパイプ４を介してフィード
タンク５に連通せしめられた混合液供給口１２が設けら
れている。符号６はフィードポンプである。また、前記
第１フレーム１の後枠１ｂ上部には、分離対象成分であ
る水（Ｈｅｏ）が透過除去されて濃縮された製品アルコ
ールを排出するための排出口１３が設けられている。さ
らに、前記第１フレームｌの上下枠１　ｃ、　ｌ　ｄ・
の内面には、交互に隣合う複数の仕切壁７．７・・・が
突設されており、これらの仕切壁７．７・・・の先端は
、相対向する枠１　ｃ、ｌ　ｄの内面から所定間隔離れ
た位置に臨ましめられている。そして、前記仕切壁７．
７・・・間には、供給口１２から排出口１３に向かう一
連の細長い屈曲した流路８が形成されている。即ち、前
記第１フレームｌ内に形成される第１次室ｌＩ内におい
ては、混合液Ｆが供給口１２から排出口１３に向って前
記流路８に沿って流通せしめられることとなっており、
入口側を流通する液体と出口側を流通する液体とが混合
し得ない流路構造とされているのである。また、装置の
起動時あるいは停止時等において、第１火室１１と第２
火室２１との間に高低圧差があまりない時には、混合液
の流動に起因して選択性透過膜３が揺動することがある
が、これらの仕切壁７．７・・・の存在によって、第１
次室ｌ！両側の選択性透過膜３．３が接触し合うことが
防止される。

つまり、仕切壁７．７・・・は、両選択性透過膜３．３
間の間隔を保持するスペーサとしての作用もなすもので
ある。なお、前記流路８は、できるだけ細い方が効果的
であるところから、仕切壁７゜７・・・の形成数は、内
部圧力損失が許容範囲を超えない範囲で多い方が望まし
い。・また、各仕切壁７と選択性透過膜３との接触部分
は、膜分離作用を発揮し得ない部分となるため、仕切壁
７の厚さをできるだけ薄くする方が望ましい。

前記第２フレーム２は、前記第１フレームｌと同形状の
矩形枠からなっており、その内部に形成される第２火室
２１は、選択性透過膜３により第１フレームｌ内の第１
火室１１と仕切られている。

そして、前記第２フレーム２には、第２火室２１内を略
真空状態に減圧するための減圧手段とじて作用する真空
ポンプ（図示省略）に接続される吸弓口２２が設けられ
ている。

前記選択性透過膜３は、混合液中に含まれる特定成分分
子（本実施例の場合、水分子）のみを選択的に透過させ
る性質を有する無定形高分子膜からなっており、第１次
室Ｉ＋を流通する混合液から水分子のみを第２火室２１
へ透過せしめる作用を有している。なお、この選択性透
過膜３としては、例えば、α−フルオロアクリル酸共重
合体あるいはα−フルオロアクリル酸共重合体に対して
エチレン性不飽和化合物（例えば、スチレン、塩化ビニ
ル、アクリロニトリル、ヒドロキシエチルアクリレート
、アクリル酸等）を共重合したものを膜状に成形したも
のか用いられる。

ついで、図示の液体分離装置の作用を説明する。

まず、フィードタンク５よりフィードポンプ６を介して
混合液供給口１２に連続的にｌＪｊ給されるアルコール
水溶液（即ち、水により希釈されたアルコール）は、そ
の供給および排出達文に応じて第１次室ｌｉ内に形成さ
れた流路８に沿ってゆっくりと流れる。

一方、第１火室１１へのアルコール水溶液の供給と同時
に、第２火室２１は、減圧手段の作動により略真空状態
となるように減圧され、その結果、選択性透過膜３にお
ける第１火室１１側と第２次室２１側との間に所定値以
上の圧力差が実現せしめられるようになっている。

そして、上述したように、本実施例における選択性透過
膜３は、分離対象成分である水分子のみを透過させる特
性を有する無定形高分子膜からなっており、その選択特
性に対応した水分子を、前記第１次室Ｉｔと第２火室２
１との間の水分子の分圧差に比例した透過速度で第１火
室１１から第２火室２１へ透過させる。かくして、第１
火室＋１から第２火室２１への水分子の透過分離により
、流路８を流通するアルコール水溶液は徐々に濃縮され
て高濃度のアルコールとなって排出口１３から排出され
る。この過程において、混合液Ｆは、仕切壁７．７・・
・により区画形成された細長い流路８に沿って流れるた
め、人口側（即ち、供給口１２）に近い低濃度液と出口
側（即ち、排出口１３）に近い高濃度液とが混合希釈を
起こすことかなくなり、第６図図示の特性曲線ｇで示す
理想条件下での分離性能に近い性能が確保できることと
なるのである。

また、装置の起動時あるいは停止時等におけるように、
第１火室１１と第２火室２１との間に高低圧差があまり
ない時には、第１次室ＩＩを流通する混合液の流動によ
り選択性透過膜３．３が揺動することがあるが、前記仕
切壁７，７・・・がスペーサとして作用することにより
、両選択性透過膜３．３の接触が防止されることとなり
、耐久性向上にも大いに寄与する。

実施例２ 第３図には、本発明の実施例２にかかる液体分離装置が
示されている。

本実施例の液体分離装置の場合、第１火室１１を構成す
る第１フレーム１および第２火室２１を構成する第２フ
レーム２は、共に同一径のリング状とされており、選択
性透過膜３は円盤状とされ。

ている。そして、前記第１フレームｌの内壁には、上下
方向に交互に突設された仕切壁７．７・・・が形成され
ており、これらの仕切壁７，７・・・先端は、対向する
内壁から所定間隔離れた位置に臨ましめられている。つ
まり、本実施例においても、前記実施例１と同様に、第
１次室ｌｌ内には、仕切壁７，７・・・によって区画形
成され、入口側（即ち、供給口１２）から出口側（即ち
、排出口１３）へ向かう一連の細長い流路８が形成され
ているのである。その他の構成および作用は、前記実施
例１のものと同様なので、重複を避けるため説明を省略
する。

実施例３ 第４図には、本発明の実施例３にかかる液体分離装置が
示されている。

本実施例の液体分離装置の場合、第１火室１１を構成す
る第１フレーム１および第２火室２１を構成する第２フ
レーム２は、前記実施例１のものと同様に共に矩形状と
され、選択性透過膜３も矩形板状とされている。そして
、前記第１フレームｌの内壁には、該内壁から第１フレ
ーム１の中心部に向って内壁形状に沿いつつ延びる渦巻
き状の一対の仕切壁７．７が突設されており、該仕切壁
７．７間に、人口側（即ち、供給口１２）から出口側（
即ち、排出口１３）へ向かう一連の細長い流路８か形成
されている。その他の構成および作用は、前記実施例１
のものと同様なので、重複を避けるため説明を省略する
。

実施例４ 第５図には、本発明の実施例４にかかる液体分離装置が
示されている。

本実施例の液体分離装置の場合、第１火室１１を構成す
る第１フレーム１および第２火室２１を構成する第２フ
レーム２は、前記実施例２の乙のと同様に共にリング状
とされ、選択性透過膜３も円盤状とされている。そして
、前記第１フレームｉの内壁には、該内壁から第１フレ
ーム１の中心部に向って内壁形状に沿いつつ延びる渦巻
き状の一対の仕切壁７，７が突設されており、該仕切壁
７．７間に、人口側（即し、供給口１２）から出口側（
即ち、排出口１３）へ向かう一連の細長い流路８が形成
されている。その他の構成および作用は、前記実施例１
のものと同様なので、重複を避けろため説明を省略する
。

上記説明においては、アルコール水溶液から水成分を分
離して高濃度のアルコールを得る場合に適用されるもの
を実施例としているが、本発明は、選択性透過膜の材質
を適当に選定することにより、その他の混合液（例えば
、共沸混合液、近沸点混合液等）から特定の成分を分離
するものにも適用可能なことは勿論である。

また、本発明は、上記各実施例の構成に限定されるもの
ではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜設
計変更可能なことも勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例１にかかる液体分離装置のモジ
ュール構造を示す分解斜視図、第２図は第１図図示の液
体分離装置の横断面図、第３図ないし第５図は本発明の
実施例２ないし４にかかる液体分離装置のモジュール構
造を示す分解斜視図、第６図は第１次室へ供給される混
合液（即ち、アルコール水溶液）の流量と出口側におけ
る濃縮液（即ち、アルコール）の濃度との関係を示す特
性図である。 ３・・・・・・・選択性透過膜 ７・・・・・・・仕切壁 ８・・・・・・・流路 １１・・・・・・第１次室 ２１・・・・・・第２次室 ２１第２次シ６ 第６図

Claims (1)

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
   液が供給される高圧側の第１次室（１１）と、該第１次
   室（１１）に対して分離すべき液体を選択的に透過させ
   る選択性透過膜（３）を介して接する低圧側の第２次室
   （２１）とを備えてなる液体分離装置であって、前記第
   １次室（１１）内を、複数の仕切壁（７）、（７）・・
   ・により区画し、これらの仕切壁（７）、（７）・・・
   間には、入口側から出口側へ向って連続する一連の流路
   （８）を形成したことを特徴とする液体分離装置。 ２、前記請求項１記載の液体分離装置において、前記流
   路（８）が、前記第１次室（１１）の相対向する内壁か
   ら交互に突設され、それぞれの先端が対向する内壁から
   所定間隔離れた位置に臨ましめられている仕切壁（７）
   、（７）・・・間に形成されていることを特徴とする液
   体分離装置。 ３、前記請求項１記載の液体分離装置において、前記流
   路（８）が、前記第１次室（１１）における内壁から中
   心部へ向かって渦巻き状に形成された一対の仕切壁（７
   ）、（７）間に形成されていることを特徴とする液体分
   離装置。