JPH06500498A - 膜モジュール - 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】 膜モジュール 技術分野 本発明は、液体の分離に使用される膜モジュールに関する。更に詳シクは、本発 明はパーベーパレーションのためにらせん巻きモジュールを使用することに関す る。

背景技術 パーベーパレーションは、成分の揮発性または拡散特性の相違に基づき溶液を分 離するために使用される膜を基にした方法である。

液体混合物は膜の片側に接触し、透過物は別の側から蒸気として除去される。膜 による輸送は、液体供給溶液と透過物蒸気の間の分圧の相違により引き起こされ る。この分圧の相違は、系の透過物側に真空を生じさせる、キャリアーガスで透 過物側をスウィープする、または凝縮をもたらす透過物蒸気を単に冷却するとい ったような、いくつかの方法で維持することができる。

どの膜工程においても、膜は詰め込まれなければならない。逆浸透のために開発 されて現在逆浸透、限外濾過およびいくつかのガス分離用途のために使用されて いる、らせん巻きモジュールは、非常に大きい面積の膜を小さな容積の中に詰め 込むから有利である。らせん巻きモジュールは、供給側と透過側との間の高い圧 力差および低い生成物の流出容積により特徴付けられる工程でうまく作動する。

これらの工程がないと、透過物の流路に沿う不可避の圧力低下が膜透過のために 役立つ駆動力を小さくするから、らせん巻きモジュールを困難に傾けると考えら れる。固有の経膜的な駆動圧が低ければ低いほど、この問題はますます悪くなる 。比較的高い透過物の流れ、特にもしその工程が成分間の高い膜分離係数に頼る のでなければ、最悪の筋書きは低い駆動圧により特徴付けられる工程において直 面する。この場合には、透過物の流路に沿う圧力低下から生じる小さくされた経 膜的な圧力差は、流束を破壊させるだけでなく、分離性も台なしにする。不幸な ことに、パーベーパレーションは正にそのような工程である。現代のパーベーパ レーション膜は、例えば、水よりも有機成分に対し数百倍またはそれ以上の分離 係数を提供し、高い透過流束を有する。パーベーパレーションは本来、その差が しばしば１０ｃｍＨｇまたはそれ以下のように小さい、膜の供給側と透過側の間 の蒸気分圧の小さな相違に頼る方法である。

米国特許第４．７８９．４８０号は、透過流路の圧力低下問題が、放射流配置を 使用することによって扱われるらせん巻きパーベーパレーションモジュールを記 載している。現在まで、らせん巻きモジュールを含む工業的なパーベーパレーシ ョン装置を開発することに、本出願人の知るかぎり成功した技術はなかった。唯 一の成功した工業的パーベーパレーション設備は、圧力低下問題が起こらない板 わく式モジュールを使用する。西独、ツインキルヘンのＧＥＴは、このモジュー ル技術を使用する多数のパーベーパレーション脱水装置を設備した。

発明の開示 本発明は、最大限処理量のらせん巻きパーベーパレーションモジュールである。

本発明は、透過物の流路に沿う蒸気の輸送に対する抵抗が、膜の流束および膜の 分離性に著しく有害な効果を有する値より低く維持され、依然として同時に全モ ジュール処理量が最大限範囲内にあるような方法で、らせん巻きパーベーパレー ション膜モジュールを作製する方法を教示する。

モジュールは、他の膜分離方法で使用されたような、慣例的な設計および構成の ものであり、その中には、それを通って供給原料と透過物の流れが流れる流路内 および流路間に膜の包膜を取り入れている。供給原料および透過物の流路は、膜 の層の供給原料側および透過物側上に間隔によって作られる。

モジュールは、透過スペーサーが最適モジュール透過処理量に合わせられている ことで非慣例的である。その合わせ方は、モジュールによる全透過流の処理量は 、透過スペーサー材料の蒸気輸送に対する抵抗が漸次減少する時に最大量を経験 するという本発明者等の発見に基づいている。膜表面から透過物収集管へ蒸気を 透過する輸送に対する透過スペーサー材料の能力は、透過物流路における単位圧 力低下当り、単位経膜的流東当りの標準化された伝導度、または透過蒸気流とし て表わすことができる。モジュールによって最適性能を達成するために、この標 準化された伝導度は最適範囲内にあるべきである。最適性能とは、最大可能値の ６０％、７０％、８０％または９０％のような少なくとも選定された百分率の透 過流処理量を意味する。膜、透過スペーサーの型並びに透過流路の長さおよび巾 が固定されるならば、伝導度はスペーサーの厚さによって変化し、そのためスペ ーサーの厚さは最適処理量を達成するために最適範囲内にあるべきである。本発 明者等は、モジュールの処理量対スペーサーの伝導度またはスペーサーの厚さの グラフを作製することができて所定の情勢に対し最善のスペーサー配置を決定す るために使用できることを発見した。

本発明者等はまた、これらの原理に従うモジュールが作製されるとき、性能は良 好なままであることも発見した。また、意外にも、最適化された間隔について本 発明者等が得る単位膜面積当りの処理量の増加は、より厚いスペーサーを使用す る結果としてモジュール中に詰め込むことができる膜面積の損失に対する以上に 補償する。

本発明の最適化モジュールは、１枚またはそれ以上の膜の粗膜を含有する。膜自 身は、好ましくは、分離を行い、細孔性支持体上に塗被された。非常に薄い選択 透過性層を有する、多層構造である。

追加の保護または密封層を必要に応じて組み入れてもよい。代わりに、膜は単一 の非対称または均質層から成っていてもよい。膜シートの典型的な巾は、約６〜 ４０インチである。典型的な長さは１〜５ｍである。モジュールを形成するため に、膜は短い側に対し平行に交差して折り重ねられて長さ０．５〜２．５ｍの粗 膜を形成する。スペーサーは、供給原料側および透過物側の上に使用される。モ ジュールを形成するために、透過物スペーサー、膜、供給原料スペーサー、膜の サンドイッチが中央の透過物収集管のまわりにらせん状に巻かれる。供給原料ス ペーサーは、供給流が流れる流路を限定し、その選定された材料は、非常に開い たポリマーの綱目状の織物でありうる。

透過物スペーサーは、好ましくは十分な厚さおよび綱目寸法の網または他の多孔 性材料から作製されて膜表面から透過物を除去するための開放通路を形成する。

透過物流路は、製造能力と一致して、できるだけ短かくなければならない。透過 物の蒸気が短絡流しなければならない流路停止状態にする一つの方法は、多重膜 の粗膜を使用することである。スペーサーの型および流路の寸法がわかっている とき、如何なる所定の膜について使用するための最適透過物スペーサーも、全透 過物流処理量のグラフを厚さに対してプロットすることにより確立することがで きる。使用される透過物スペーサーは、そのとき透過物の処理量が６０％、７０ ％、８０％または９０％のような、グラフにより確立された最大値のどのような 所望の百分率内にあるように選ばれる。透過物スペーサーは、単一層であっても よく、または重ねられた多重層で作製されてもよく、個々の層は同一または相違 している。

モジュールは、パーベーパレーションにより供給原料液の１種またはそれ以上の 成分を分離するために使用することができる。モジュールが有用であるパーベー パレーションによる液体分離の例としては廃水から塩素化またはフッ素化溶媒の 除去、蒸発器の凝縮液流から風味エツセンスの除去、水から有機成分の除去、有 機物がら水の除去、ＭＴＢＥ／ブテン混合物からメタノールの分離、またはプロ ペンからプロパンの分離のような別の成分から１種類の有機成分の分離が挙げら れる。モジュールは、高性能膜、換言するなら高い透過物流束および高い分離係 数すなわち選択性を示す膜が使用される情勢に対し特に好都合である。

本発明のモジュールは、好ましくは膜の供給原料側上に処理される供給原料流を 走らせて使用され、その結果供給原料は端から端へモジュールを軸方向に流れ落 ちる。透過する成分は透過物流路に入り、中央の収集管へ内側へらせん状に引き 寄せられ、その収集管を通って透過物の流れはモジュールを出る。

本発明の目的は、最大限透過流処理量を有するらせん巻きパーベーパレーション モジュールを提供することである。

また、本発明の目的は、最適透過流処理量を達成する伝導度を持つ透過物スペー サー材料を有するらせん巻きパーベーパレーションモジュールを提供することで ある。

本発明の目的は、透過物流路に沿う圧力低下が、膜の供給原料側と透過物側の間 の分圧差に比べて小さいらせん巻きパーベーパレーションモジュールを提供する ことである。

また、本発明の目的は、パーベーパレーションに使用するための高性能のモジュ ールを提供することである。

本発明の目的は、１００　Ｌ　（ＳＴＰ）　ｌｒｄ−ｈまたはそれ以上の透過蒸 気流束を示す膜に使用することができるパーベーパレーションモジュールを提供 することである。

また、本発明の目的は、２より大きい、速い透過性成分対遅い透過性成分の膜透 過率の比率として表わされる、誤選択性を示す膜に使用することができるパーベ ーパレーションモジュールを提供することである。

本発明の別の目的および利点は、本発明の記述から当業者には明らかになるであ ろう。

上記の概要および次の詳細な説明は、その範囲を限定することなく本発明を説明 し、例証することを意図するものであることは理解されるであろう。

図面の簡単な説明 第１図は、水の中にエタノールを２０％含有する供給原料液のパーベーパレーシ ョン性分離に対する換算透過圧対透過物濃度のグラフである。

第２図は、膜モジュールの略図である。

第３図は、さまざまな温度および圧力で操作する４インチのモジュールのモジュ ール当り全透過処理量対透過物スペーサーの厚さのグラフである。

第４図は、さまざまな温度および圧力で操作する６インチのモジュールのモジュ ール当り全透過処理量対透過物スペーサーの厚さのグラフである。

第５図は、管のまわりに巻かれたｌｒｄのスペーサー材料に対する圧力低下の函 数としての空気流のグラフである。

第６図は、非常に水選択性で比較的非選択性の膜を使用して得たデータと、水の 中にエタノールを２０％含有する供給原料液のパーベーパレーション性分離に対 する換算透過圧対透過物濃度曲線を比較するグラフである。

第７図は、透過圧の函数として、３０℃の水の中に酢酸エチルを０．５％、１％ 、２％および３％含有する供給原料溶液から酢酸エチルの分離を示すグラフであ る。

発明の詳細な説明 本発明は、パーベーパレーションに使用するための、最大限透過物流処理量を持 つ、らせん巻き膜モジュールである。

パーベーパレーションは、溶液から揮発度の異なる成分を分離するために使用す ることができる低圧膜工程である。供給原料溶液の少なくとも１枚分を選択的に 透過できる、選択透過膜は分離を行う。

パーベーパレーション装置においては、供給原料溶液はずらりと並んだ膜モジユ ール中へ導入される。１種またはそれ以上の供給原料液成分は、膜を通過して透 過物側に蒸気の形で回収される。非透過画分は、液体残留物として除去される。

記述するパーベーパレーションの都合の良い数学的方法は、分離を２工程に分割 する。第１は、膜の供給原料側上に（仮定上の）飽和蒸気相を生成する供給原料 液の蒸発である。第２は、膜を通って膜の低圧透過物側へのこの蒸気の透過であ る。実際にはパーベーパレーションの間に膜の供給原料側上に蒸発が全く起こら ないけれども、この試みは数学的に単純であり、そして物理的プロセスに対し熱 力学的に完全に同等である。このモデは、パーベーパレーション工程により達成 された分離係数、βｐｒｅｖａｐは、液体の蒸発により達成された分離、βｅｖ ａｐと膜による成分の分離により達成された分離、βｍｅｍの積であるという事 実を反映する。用語βｍｅｗは、膜の選択率αＩＩｌｅｍに依存し、ここでαｍ ｅｍは、速く透過する成分対遅く透過する成分の膜透過率の比率である。用語β ｍｅｍはまた供給原料側と透過物側上の成分の蒸気分圧にも依存する。

膜を通り抜ける輸送は、液状供給原料溶液と透過物蒸気の間の分圧の差により引 き起こされる。この分圧差は、装置の透過物側上に真空を引き起こす、または透 過物の蒸気を冷却して凝縮をもたらすというような、いくつかの方法で維持する ことができる。供給原料液はまた加熱してもよい。供給原料溶液の成分は、それ らの供給原料溶液の蒸気圧、すなわち、それらの相対的な揮発度により、そして それらの膜を通り抜ける固有透過率により決定される速度で膜を透過する。

分離係数、βｐｅｒｖａｐは次のように記述することができる。

ここで、０１′およびＣ２′は、膜の供給原料液側上の成分ｌおよび２の濃度で あり、Ｃ１′およびＣ２ｔは透過物側の成分１および２の濃度である。透過物は 蒸気であるから、（，１１および０２′は、膜の透過物側の成分ｌおよび２の蒸 気圧ＰＩ′およびＰ２’により置き換えることができる。達成される分離は、そ れゆえ式（２）により表わすことが膜の供給原液側において、分圧は、供給原液 の温度で供給原液と平衡にある種の蒸気圧である。膜の透過物側において、分圧 は、凝縮器の温度および透過物の蒸気が膜表面から凝縮器へ運び去られる流路に 沿う圧力低下により決定される。

透過物流路により与えられる蒸気流に対する抵抗と組合せられた、固有流束と膜 の分離能力の組合せでの２つの因子は、膜モジュールの性能に影響を及ぼす。流 れに対する抵抗は、透過物流路に沿う圧力低下として表わされ、スペーサーの多 孔度、流路の長さおよびスペーサーの厚さに依存する。

透過物側上の膜表面で維持できる低圧の経膜的流束の重要さ、および透過物側膜 表面と凝縮器の間の圧力の実質的な相違から生じる有害な効果は、いくつかの代 表的な数字を使用して理解することができる。温度５０℃の供給原料水溶液は、 水蒸気圧９．２ａｏＨｇを有する。モジュールを去る透過物の蒸気が温度５℃で 凝縮器を通ったならば、この点での水蒸気圧は０．６　ｍｍＨｇである。膜の供 給原料側と透過物側の間の最大可能蒸気圧差は、それゆえ、８，６σＨｇである 。高性能膜を使用するなら、１３０〜２．６００　Ｌ　（ＳＴＰ）　＃−ｈの蒸 気流に等しい、０．１〜２ｋｇ／ｒｄ−ｈの経膜的液水流束がこの圧力低下を使 用して達成することができる。しかしながら、圧力傾斜は、モジュールから凝縮 器へ透過スペーサー材料を通り抜けて膜の透過物側からこの蒸気を移動させるた めに必要とされる。この圧力低下の大きさは、小さな透過スペーサー流路内で起 こる。この圧力低下が僅か１ｃｍＨｇであるならば、そのときは膜の透過物側の 圧力は１．６ａｍ）Ｉｇになり、その結果膜透過のための駆動力は７．６　ａｏ Ｈｇに減少させられる。そこには約１２％の経膜的流速の対応する減少がある。

透過スペーサーでの圧力低下が５ｃｍＨｇであるならば、経膜的圧力低下は３． ６　ｃｍＨｇに低下するであろうし、経膜的流束は６０％近くまで減少させられ るであろう。現代のパーベーパレーション膜は、１００Ｌ（蒸気）／ｒｒ？−ｈ 、５００Ｌ　（蒸気）／イ・ｈまたは、ｌ、　ＯＯＯＬ（蒸気）／ｒｒｒ−ｈの ような透過物流束を達成することができる。

上記の模範的な計算から、現代の薄膜複合膜により提供される高流束性能を維持 するためには、透過物流路に沿う非常に低い圧力低下を持つ膜から透過物を運び 去ることができるスペーサーが要求される。

流速に対する有害な効果に加えて、透過物流路に沿う圧力低下はまた、装置の分 離性能に実質的な効果も持ちつる。この効果は最近の刊行物において議論されて いる。「パーベーパレーションによる水からの溶存有機物の分離（Ｔｈｅ　５ｅ ｐａｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｄｉｓｓｏｌｖｅｄ　Ｏｒｇａｎ−ｉｃｓ　ｆｒｏｍ 　Ｗａｔｅｒ　ｂｙ　Ｐｅｒｖａｐｏｒａｔｉｏｎ）」、Ｉ、　Ｂｌｕｍｅ　ｅ ｔ　ａｌ、、　ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭｅｒｎｂｒａｎｅｓｃ：ｅｎｃｅ、Ｖｏｌ 、４９．　２５３−２８６．　Ａｐｒｉｌ　１９９０、要するに、供給原料液の 成分ｌおよび２の蒸気分圧がＰ＋’およびＰ２′であって透過物側の蒸気分圧が Ｐ１″およびＰ２′であるならば、そのときは供給原液側および透過物側の全圧 は、Ｐ’　＝Ｐ＋’　＋Ｐｔ’　（３） Ｐ　’　＝　Ｐ　＋’　＋　Ｐ　ｔ’　（４）である。

供給原料側および透過物側の蒸気相中の成分ｌの百分率は、Ｘ１′＝ＰＩ′／Ｐ ２′およびＸ　＋’　＝　Ｐ　＋’　／　Ｐ　＊’である。

透過物側へ膜を横切って起る成分の流れについて、膜を横切る蒸気圧低下は、 Ｐ１’＞　ＰＩ’　（５） でなければならない。

不平等の両側への分割は、下式に従う。

したがって、たとえ膜が無限に選択性であっても、達成できる最大透過物濃厚化 は次式により制限される。

Ｐ′ 用語Ｐ’　／Ｐ’は、全供給原料圧対全透過物圧の比であり、圧力比、φと称せ られる。したがって透過物蒸気濃度は、決して仮定の供給原料蒸気濃度をφ倍超 えることができない。

パーベーパレーションにおいて、供給原料液の静水圧を変えることは、供給原料 側の成分の蒸気圧に非常に少ししか影響しない。それゆえ、パーベーパレーショ ン装置において大きな圧力比を達成することはしばしば困難である。工業的単位 における供給原料／透過物圧力比は、１Ｏ１５または２とさえ低くありうる。上 記の水蒸気の例においては、全供給原料圧が９．２　ｃｍＨｇであって全透過物 圧が０．６ｃｍＨｇであったなら、圧力比は１５．３であったであろう。透過物 圧が１．６　ｃｍＨｇ　（透過物流路で１ａｎＨｇに低下）であったなら、圧力 比は５，８に低下し、透過物圧が５．６　ｃｍＨｇ　（透過物流路で５ｃｍＨｇ に低下）であったならば、圧力比は１．８に低下したであろう。

式８の制限は、それゆえ、パーベーパレーション工程において重要である。何故 なら、圧力比は固有膜選択率、αｍｅｍよりもずっと小さくできるからである。

これらの場合において、その工程により達成される分離は、膜の固有選択透過性 よりもむしろ、圧力比により制限されるであろう。透過物側上の透過物流路圧の 低下を最小にする必要は、それゆえ更に重要になる。大部分でないならば、多く のパーベーパレーション操作のために、透過物流路に沿う大きな圧力低下は、流 束と同様に分離性を破壊する可能性を有する。この効果は、実施例ＩＯにおいて 酢酸エチル／水混合物の分離について、実施例９でエタノール／水混合物につい て証明される。

分離に関する透過物流路の圧力低下の不都合な効果は、膜の選択率、αｍｅｍが 高ければ高いほどますます重要になる。膜透過の溶液／拡散モデルに基づき透過 物濃度と圧力比の間の関係を計算することができる。そのような計算は、例えば 、これへの参照により本明細書中に取り入れられている米国特許第４．９０６． ２５６号明細書、およびＢｌｕｍｅ等の論文に示されそして議論されている。第 １図は、水中にエタノールを２０％含有する供給原料液に対する換算透過物正対 透過物濃度曲線のグラフである。さてこの図を参照して説明すると、供給原料液 は、エタノールをおおよそ６５％含有する蒸気相と平衡にある。膜が無い、換言 すれば分離を蒸発だけに頼るならば、または水を上まわるエタノールに対する選 択率が全くない膜（αｍｅｍ　＝１）を使用すれば、透過物の圧力または圧力比 に関係なく、蒸発物の濃度は常にエタノール６５％である。このことは、圧力軸 に平行な蒸気相における線により示される。この線の右側の曲線は、エタノール 選択性の膜（αｍｅｍ　＝　２．１０または２０）を使用するパーベーパレーシ ョンにより達成された透過物濃度を示す。

αｍｅｍ＝２を有する膜については、性能に関する圧力比の効果は比較的僅かで ある。ｌｏｃｍＨｇの透過圧を使用すると、圧力比は２．３（２３／１０）であ り、約７５％のエタノール透過物濃度を達成することができる。

圧力比１０（透過圧１３　ｃｍＨｇ）を使用すると、エタノール透過物の濃度は 僅か約７８〜７９％まで増加するだけである。

他方、αｍｅｍ＝　２０を持つ膜に対しては、圧力比の効果は非常に重要である 。圧力比２．３（透過圧１０ａａＨｇ）は約９０％のエタノール透過物濃度を生 じるが、圧力比４．６（透過圧５ａｏＨｇ）は９６％のエタノール透過物濃度を 生じる。圧力比を倍にすることにより、透過物の水含量は２分の１よりも多く減 少させられる。水製厚化に対する同様の効果は、水選択性膜（αｍｅａ＋　＜　 １　）について観察される。

この効果、特に分離性能に関しての程度は、１００Ｌの蒸気／イー　ｂｌ：ｉｌ ）大きい、５００　Ｌ（７）蒸気／ｒｄ−ｈまタハ１．０００　Ｌｌｒｄ　・ｈ より大きい透過物蒸気流を可能にする膜を持つ工業規模のモジュールが作られて いなかったから、以前には明らがでなかった。高い流束、高い分離膜を含み、そ して低圧で操作するモジュールが作製されるとき、透過物流路の圧力低下、従っ て減少した経膜的圧力比は、分離は勿論流束について、重大な問題を与えること ができる。

これらの問題は透過スペーサーを非常に多孔性にそして非常に厚くすることによ り単純に解決することができない。何故ならば、透過スペーサーが厚ければ厚い ほど、ますます小さい間隔が膜に対するモジュールに有効になるからである。モ ジュールの膜面積が減少するにつれて、モジュールを抜き出ることができる全透 過流もまた減少する。また、非常に多孔性のスペーサーは、膜層を十分に支持す ることができなく、非常に粗い材料は、経膜的圧力差が適用されるとき膜表面を 損傷するかも知れない。

特定の透過スペーサー材料の利用性に影響を及ぼす鍵になる性質は、透過物流路 の圧力低下により特徴付けられる。Ｌ　（ＳＴＰ）／ｈの所定の透過物蒸気流に 対する、ｃｍＨｇの透過物蒸気流に対する抵抗である。逆の関係、すなわち、透 過物流路の圧力低下ｃｍＨｇ当すしく５ＴＰ）／ｈの透過物蒸気流は、スペーサ ー材料の伝導度を表わす。このパラメーターは、提案された膜の色層に使用され るスペーサーと同じ寸法のスペーサー材料のシートを通り抜ける単位圧力低下当 りの流れを測定することにより決定される。このパラメーターを測定する多数の 方法が使用でき、本発明者等が見出した利点は次のようである： ■、試験される、提案された膜の色層と同じ寸法を有するスペーサー材料のシー トは、棒または管のまわりに巻き付けられる。不透過性の外側被覆がそのあとう わ包装としてスペーサー上に巻がれる。

２、包装され巻かれたスペーサーを次いでＰｖＣ管内に置き、スペーサーの包装 を空気が通り抜けられるようにマニホールドにされる。

３、管の一端を真空ポンプに接続し、低圧が維持される。本発明者等は５ｃｍＨ ｇを使用する。管の他端の圧力は、弁によって変化させることができる。この方 法で巻かれた材料を通り抜ける空気流は、５ｃｍＨＨに維持された巻かれたスペ ーサーの一端から他端への圧力低下の函数として測定することができる。

４、Ｌ　（ＳＴＰ）／ｈの空気流量をａａＨｇの圧力低下の函数としてプロット する。この線の傾斜は伝導度と称せられ、次元Ｌ　（ＳＴＰ）／ｈ−■Ｈｇを有 する。

伝導度は、らせん巻きモジュールの膜の色層の端から中央の収集管へ透過物蒸気 を透過するスペーサーの能力の基準である。伝導度実験においては、それゆえ、 モジュールを作製するのに使用されているものと同じ寸法の長さ、巾および厚さ のスペーサーが使用される。スペーサーは、それがモジュールに巻かれる仕方に 対し９０度に棒のまわりに巻かれる。モジュール内の透過物収集管に隣接される スペーサーの縁は、真空ポンプに接続される管の端になる。従って伝導度測定に おける空気の流れは、らせん巻きパーベーパレーションモジュール中にある透過 物の蒸気の流れと同じ方向である。

膜の流束が高ければ高いほど、透過スペーサーから必要とされる伝導度がますま す高くなる。何故ならば、より高い縁膜的な流束の可能性は透過物流路を通り抜 けるより大きな蒸気の流れを生じるからである。いかなる膜およびモジュールに ついても、流束の標準化された伝導度は、Ｌ　（ＳＴＰ）の蒸気／イ・ｈの平均 透過物蒸気流束で伝導度を割ることにより得ることができる。本発明者等は、ら せん巻きパーベーパレーションモジュールについて、標準化伝導度は、約０．２ 　ｒｄ　／　ａｎ　Ｈｇよりも小さくかつ約４　ｒｄ　／　ａｍ　Ｈｇより大き くあるべきではなく、より好ましくは約０．３　ｒｄ　／　ａｎ　Ｈｇより小さ くがっ約３ｒｄ　／　ｃｍ　Ｈｇより大きくあるべきではなく、最も好ましくは 約０．５ｒｄ／ｃｍＨｇより小さくかつ約２　ｒｒ？　／　ｃｍ　Ｈｇより大き くあるべきでないことを発見した。

スペーサーの厚さは、透過スペーサーの伝導度の重要な構成要素である。以前に は、モジュール作製技術においては、他の要求が満たされるときは、スペーサー の材料はできるだけ薄くあるべきで、その結果モジュールに含まれることができ る膜面積は高く保たれると一般に考えられてきた。これは、透過物流路に沿うい がなる圧力低下も全縁膜的圧力低下に比べて小さい場合には、逆浸透および他の 高圧分離については、単純だが、有効な、大ざっばな方法である。

しかしながら、本発明者等の実施例は、パーベーパレーションにおいては、モジ ュールに巻がれた所定の膜については、モジュールの処理量は先ず透過スペーサ ーの厚さの増加と共に増加し、ある特定の厚さで最大に達し、次いで低下するこ とを証明する。本発明者等の知るところでは、この挙動は今までは証明されたこ とがなかった。

単位膜面積当りの透過物の体積である、流束がたとえそのスペーサー厚で増加し つつあっても、処理量はある特定の厚さで低下し始める。何故ならば、膜面積の 損失がモジュールの性能においては支配的要因になるからである。透過スペーサ ーの厚さに対する処理量のプロットを作成することができ、最大の、または最大 の６０％、７０％、８０％または９０％のようないがなる選ばれた百分率での処 理量を維持するために必要なスペーサーを決定するために使用することができる 。この教示に従うことにより、以前には許容できない厚さと考えられていたスペ ーサーを使用することができ、それでもモジュールから所望の性能を得ることが できる。

伝導度に影響する別の性質は、スペーサーの多孔度である。支持機能と両立する 開放構造が、透過スペーサーにとって望ましい。以下に記述される、強い膜支持 ウェブの使用が、二つが膜の変形に抵抗するために組合って作用するから、他の やり方で使用することができるのよりも更に開いたスペーサーを可能にする。本 発明者等が透過スペーサーに対して適していることを発見した材料の型は、スペ ーサーの断面のストランドの面積に対する自由空間の比により定義された、少な くとも５０％、好ましくは少なくとも６０％そして最も好ましくは少なくとも７ ５％の多孔度を有する開いた網製品である。透過スペーサーに使用できる材料と しては、Ａｑｕａｃｕｌｔｕｒｅ。

Ｂｅｍ１ｓまたはＶｅｘａｒ型の網製品が挙げられる。

透過物流路に沿う全抵抗もまた流路の長さに依存する。それゆえ、透過物流路の 長さをできるだけ短かく作製することが望ましい。このことは、モジュール中に 膜の粗膜を１つ以上組み入れることにより達成することができる。例えば、３． ４．６またはそれ以上の粗膜を、透過物収集管のまわりに、透過スペーサーによ り分離されて、−緒に巻くことができる。多くの極端に短がい膜の粗膜を持つモ ジュールは作製することが困難である。どのような一つの膜の粗膜の長さも、好 ましくは約２，５ｍを超えるべきではなく、更に典型的に、約０．５ｍよりも短 かくなくまた約２ｍよりも大きくもあるべきではない。

多数の透過スペーサー配置が可能である。例えば、透過スペーサーは、二つまた はそれ以上の類似または非類似の層から成り得る。

膜表面または膜支持体表面と接触する層は、例えば、非常に粗い、開いた材料の 中央の層が使用されるが、比較的きめ細かく濃密であり得る。また透過物の流れ の方向に不均一な厚さの透過スペーサー層を使用することもてき、その結果透過 物の流路は、透過物の収集管が近づくにつれていっそう厚くなる。所望のモジュ ール処理量を得るために、本発明に従って計算されるスペーサー層の全体の厚さ は、約２０ミルの最小より小さくなく、更におそらく約４０ミルより小さくなく 、そして最もおそらく約５０ミルより小さくないことが、現在知られているパー ベーパレーション膜について期待される。

同様にスペーサーの厚さは、約２０〜５００ミル、更におそらく４０〜３００ミ ル、そして最もおそらく約５０〜１５０ミルの範囲内にあることが、現在知られ ているパーベーパレーション膜について期待される。約４０ミル以下の厚さを有 するスペーサーは少ししか好ましくなく、それらのスペーサーの高い処理量を持 つ最適化モジュールを生じることを期待されない。

透過スペーサーは、その膜／モジュール配置を使用する最大可能処理量のいかな る所望の百分率内に全透過物の流れの処理量を得るのに適当な寸法および伝導度 に関して、本発明の教示に従って合わせられる。これがなされるとき、透過物の 流路に沿う圧力低下は、その単位装置の供給原料側と透過物側の間に発生するこ とができる全圧力低下の好ましくは４０％より小さくあるべきであって、更に好 ましくはそれは２０％より小さくあるべきである。透過物流路に沿う圧力低下は 、分離性能に関する圧力比の衝撃のため、全供給原料／透過物蒸気圧力差が１１ ００ａＩＩＨまたはそれ以上であるときでさえ、好ましくは１０ｃｍＨｇより小 さく、更に好ましくは５ｃｍＨｇより小さくあるべきである。

本発明に使用される膜は、均質膜、非対称膜、複合膜またはこの技術分野におい て知られているどのような他の形の形を取ってもよい。本発明の好ましい実施態 様は、ミクロ細孔性基村上に塗布された選択透過性ポリマーの超薄層を持つ、支 持ウェブ上のミクロ細孔性基材膜から成る多層膜を使用する。好ましい基材は、 非対称Ｌｏｅｂ−５ｏｕｒｉｒａｊａｎ型膜であり、それは薄い、濃密な、微細 な微孔性のスキン層を持つ比較的開いた、多孔性基材から成る。行われる分離に 依存して、選択透過性層に使用できる材料としては、例えば、シリコーンゴム、 クロロスルホン化ポリエチレン、ポリシリコーン・カーボネートコポリマー、フ ッ素弾性体、可塑化ポリ塩化ビニル、ポリウレタン、ポリブタジェン、ポリスチ レン、ブタジェンコポリマー、スチレン／ブタジェン／スチレンブロックコポリ マー、ポリアセチレン、ポリエーテル／ポリアミドブロックコポリマー、ポリメ チルペンテン、エチルセルロース、酢酸セルロースなどが挙げられる。選択透過 性層は、溶液コーティング、この技術分野において知られている技術によって基 材膜上に析出させることができ、例えば、米国特許第４．５５３．９８３号明細 書または同第４．２７３．７０１号明細書に記載されている。選択透過性層の仕 上がった厚さは、好ましくは約ｌθμより小さく、更に好ましくは約５μより小 さくあるべきである。

選択透過性層がそのように薄いから、非常に高い透過物蒸気流束、典型的に１０ ０Ｌ　（ＳＴＰ）／イ・ｈまたは５００Ｌ　（ＳＴＰ）／耐・ｈ以上、およびし ばしばｌ、　０００または２．００　ＯＬ　（ＳＴＰ）／ｒｄ・ｈ以上を得るこ とができる。透過物蒸気が凝縮されるとき、これらはＯ，１ｋｇ／ｍ・ｈ〜２ｋ ｇ／ｒ＋？・ｈの流束に変える。

支持膜は好ましくはウェブ上に流し込むことにより強化され、それはミクロ多孔 性基材膜に対する担体として、そして装置の操作圧に対して膜の形状を残すため に透過スペーサーと連合して作用する支持材料として両方に役立つ。ウェブ材料 は、膜の供給原料側と透過物側の間の静水圧力下の透過スペーサーの割れ口中へ の膜とウェブの侵入に抵抗するのに十分強くあるべきである。ポリエステル紙ま たは布帛の強度等級のような、少なくとも３０ボンド／インチのＭｕｌｌｅｎ破 裂強度を持つ材料が好ましい。

供給原料スペーサーは、膜の色原から離れて内側表面を維持するために使用され 、このようにして供給原料ガスまたは液体が流れ落ちる流路を作る。比較的開い た綱目状材料、例えばインチ当り約４〜ｌＯメツシユのストランドを持つ材料が 好ましい。

本発明によるモジュールは、高多孔性スペーサーを選び、製造能力と両立する膜 の色原の寸法を選び、次いで実施例４および７におけるもののような、モジュー ルの処理量対透過スペーサーの厚さ曲線を生成することによりスペーサーの必要 とされる厚さを決定することにより、どのような所定の膜を設計し、作製するこ とができる。

いかなるスペーサー材料の伝導度も、そのスペーサーを特徴付ける空気流／単位 圧力低下を測定するために実施例８のもののような実験を行うことにより決定す ることができる。

モジュールの設計が上記の教示に従って確立されたとき、そのモ、ジュールは、 この技術分野において知られているらせん巻きモジュールを作製するためのどの ような方法をも使用して組立てることができる。第２図は、スペーサーと膜の配 列を明らかにするために切り開かれた典型的ならせん巻きモジュールを示す。さ てこの図を参照して説明すると、膜２を長さぶん調製して膜の色原を形成するた めに巻きつける。供給原料スペーサー３を粗膜表面表面間に挿入する。色原は透 過物スペーサー層４により互いから分離される。透過スペーサーおよび膜の色原 の層は、中央の透過物収集管５のまわりに巻きつけられる。モジュールの端およ び縁を密封し、膜を通り抜けることを除いて、膜の供給原料側と透過物側の間に 蒸気移動伝達がないことを確実にするために、にかわを使用した。モジュールが 完全に巻かれるとき、一層の織物強化テープで被覆してモジュールを密封する。

モジュールは、ガラス繊維、プラスチックまたは金属の殻ｌの中に単一または多 重に収容することができる。供給原料、残留物および透過物の流れの方向は、そ れぞれ矢印６．８および７により示される。モジュールの組立てを教示する参考 資料としては、Ｓ、　Ｓ、　Ｋｒｅｍｅｎ、　”Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｎｄ 　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｏｆ　ＲＯＧＡ　５ｐｉｒａｌＷｏｕｎｄ　Ｒｅｖ ｅｒｓｅ　Ｏｓｍｏｓｉｓ　Ｍｅｍｂｒａｎｅ　Ｍｏｄｕｌｅｓ″、　ｉｎ　Ｒ ｅｖｅｒｓｅ　Ｏｓｍｏｓｉｓａｎｄ　５ｙｎｔｈｅｔｉｃ　Ｍｅｍｂｒａｎｅ ｓ、　Ｓ、　５ｏｕｒｉｒａｊａｎ　（Ｅｄ、）、　Ｎａｔｉｏｎａｌ　Ｒｅ５ −ｅａｒｃｈ　Ｃｏｕｎｃｉｉ　ｏｆ　Ｃａｎａｄａ、　Ｏｔｔａｗａ、　１９ ７７　、　Ｇｕｌｆ　Ｇｅｎｅｒａｌ　Ａｔｏｍ−ｉｃ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏ ｎの米国特許第３．３６７、５０４号、および°５０５号、および同第３．３８ ６．５８３号明細書、東しの同第４．１３７．１１３号明細書、ダイセルの同第 ４．４７６、０２２号明細書、Ｄｏｌｌの同第４．４７６、０２２号明細書、Ｂ ｒ１ｉｓｃｈｋｅの同第４．７８９．４８０号明細書、Ｋｏｃｈ　Ｍｅｍｂｒａ ｎｅ　Ｓｙｓｔｅｍｓの同第４．７９２．４０１号明細書およびＤｅｓａｌｉｎ ａｔｉｏｎ　Ｓｙｓｔｅｍｓの同４．８０２．９８２号明細書が挙げられる。多 数の他の特許および刊行物がさまざまな設計のらせん巻きモジュールを記述する のに利用できるが、いくつかの流体の流れの入口および出口の様式、またはモジ ュール内のそれらの流れの方向は、第２図に示されるものとは相違している。単 に一つの例として、供給原料は放射状に、透過物は軸方向に流れることができる 。第２図は、典型的なモジュールの設計を説明することを意図するものであるが 、すべての型のらせん巻きモジュールが、本発明の教示に従って、そして範囲内 で設計しかつ作製することができることを理解すべきである。

本発明のモジュールは、典型的に膜の供給原料側の上に処理される供給原料流を 流すことにより使用され、その結果供給原料は端から端へモジュールを軸方向に 流れ落ちる。透過する成分は透過物流路に入り、中央の収集管へ内側にらせん状 に流れ落ち、その管を通って透過物の流れはモジュールを出る。装置の透過物側 、従って膜の上の低い圧力は、真空ポンプにより、または透過物を凝縮すること により維持することができる。典型的に透過物側の圧力は、２０ｃｍ１（ｇ、１ ５ｅｍＨｇ、１０ｃｍＨｇまたは５ｃｍ）Ｉｇのように、大気圧に比べて低い。

透過スペーサーの多孔度に関する上記の教示によって作製されたモジュールは、 ウェブの強度、透過物流路の長さおよび最大限透過スペーサーの厚さを支持し、 従来のすなわち非最適化スペーサーを使用する他のモジュールと比べて向上され た性能を示す。本発明のモジュールの意外で価値のある特徴は、膜面積の減少に よりもたらされる全透過物処理量の損失と調和しそして超える能力である。比較 的厚い透過スペーサーを持つモジュールは、より薄いスペーサーを持つモジュー ルよりも膜のコイルに関して同じ容積内により小さい空間を有する。それゆえよ り厚いスペーサーの使用は、所定の寸法のモジュール内により低い充填密度を生 じ、従ってより小さな膜面積が分離工程に利用できる。従って、モジュールによ り製造された透過物の全量は、膜面積の減少に比例して減少することが期待され る。しかしながら、本発明者等は、本発明のモジュールについて、モジュールの 全透過物処理量が約４０％まで大きい膜面積を有する非最適化スペースを持つモ ジュールを使用して得られる処理量と同じまたは実質的に良いほど流束が向上す ることを発見した。非改良モジュールと同じ膜面積を有する、改良された装置設 計を使用したモジュールは、非改良モジュールよりも２倍またはそれ以上の時間 当りの透過物量を製造することができる。

次に本発明を、いかなるやり方においても本発明の範囲を限定することなしに本 発明を説明することを意図する、実施例１−１０において更に説明する。

発明を実施するための最良の形態 実施例　ｌ 多層複合膜を、不織ポリエステルの支持ウェブ上に非対称膜を流し込むことによ り製造した。薄い選択透過性層を非対称支持体上に浸漬被覆した。３枚の膜の色 原を製造した。長さ１７５ｃｍのシートを一辺が長さ９１ａｏで他辺が長さ８４ ０の色原を形成するために折りたたんだ。ストランドとストランドの間の空間の 比として測定された多孔度の密度的７０％を持つ、厚さ３２ミルのシートＶｅｘ ａｒ網製品を供給原料および透過物の両方のスペーサーに使用した。単一層の透 過スペーサーにより分離された、３枚の膜の色原を透過物管の周りに巻いた。巻 きモジュールを繊維強化テープのケース中に入れ、ＰｖＣの端部ふたを持っＰｖ Ｃハウジング内に収容した。モジュールは仕上げ膜面積３．フイおよび外径４イ ンチを有していた。モジュール性能を供給原料流として水を使用し、凝縮器およ び真空ポンプによって透過物側上の圧力を低下させる、パーベーパレージコン実 験によって試験した。実験を３種類の異なる水温および透過圧について繰返した 。結果を表１に要約する。この表において、用語透過圧は、膜モジュールと真空 ポンプの間で測定された圧力を言う。

膜の下側モジュール内側の透過圧はより高く、従って透過物流路に沿うモジュー ル内の寄生的な圧力低下のために、縁膜的圧力低下は表により示される圧力低下 より低かった。

３２　３．７　２５　２．４　ｔｏ　Ｏ，０７０，２６３２３，７３５４，１２ ００，１５０，５６３２３，７４５７，２３００，２３０，８６表かられかるよ うに、透過物の流束、従って全透過物処理量は、圧力差および操作温度に依存す る。

実施例　２ 実施例１の実験を繰返した。この場合に、モジュールは、長さ１５０ｃｍのシー トから切り出し折り重ねて一辺の長さが７７国と７３ａｏある３枚の色層を組み 込んだ。供給原料スペーサーは前のようにＶｅｘａｒであり、透過物スペーサー は厚さ６乙５ミルのＢｅｍ１ｓ網であった。モジュールにテープをして前のよう にケースに入れた。モジュールは仕上げ面積１８５ｒｄおよび前のように直径４ インチを有していた。

同じ操作パラメーターを使用して、実施例１と同一のパーベーパレーション実験 を行った。結果を表２に要約する。

６２．５　２．８５　２５　２．４　１０　０．１９　０．５４６２．５　２． ８５　３５　４．１　２０　０．３４５　０．９８６２．５　２．８５　４５　 ７．２　３０　０．５３５　１．５２これらの結果と実施例１の結果とを比較す ることによりわかるように、比較的薄いスペーサー材料を厚いスペーサーによっ て置き換えるとき、同種の操作条件下で透過物の流束は２倍以上であった。

その効果は最低操作温度で最も著しく、その場合供給原料側と透過物側の間の最 大圧力低下は僅か１．４ｃｍＨｇであり得て、圧力損失の効果はそれゆえ更に顕 著である。

二実施例に関するモジュール処理量の比較は、モジュール内に含まれる膜面積は ３．７　ｒｒｆから２．８５ｒｒｆに減少し、約２３％の減少であるけれども、 全処理量もまたより厚いスペーサーを持つモジュールに対し約２倍大きいことを 示す。

実施例　３ 実施例１の実験を繰返した。この場合に、モジュールは、長さ１５０ｃｍのシー トから切り出し折り重ねた一辺の長さが７７国と７３ｃｍある２枚の色層を組み 込んだ。供給原料スペーサーは前のようにＶｅｘａｒであり、透過物スペーサー は厚さ６２．５ミルのＢｅｍ１ｓ網であった。全透過物スペーサーに厚さ１２５ ミルを作るために、２層を使用した。モジュールにテープをして前のようにケー スに入れた。

モジュールは仕上げ面積２．０Ｍおよび直径４インチを有していた。

同じ操作パラメーターを使用して、実施例１と同一のパーベーパ１　レーション 実験を行った。結果を表３に要約する。

１２５　２．０　２５　２．４　１０　０．２４　０．４８１２５　２．０　３ ５　４．１　２０　０．４２　０．８４１２５　２．０　４５　７．２　３０　 ０．６９　１．４０流束と処理量の結果と実施例１のそれらとの比較は、得られ た流１　束は薄いスペーサーで得られた流束よりも約３倍高かったことを示す。

前のように、膜の供給原料側と透過物側の間の圧力差が最も低い場合に、厚いス ペーサーの効果が最も目立った。この場合、厚いスペーサーの使用により流束は 　３．４倍向上した。膜面積は３．フイから２．０Ｍまで減少し、４６％の減少 であるけれども、得られた処）　埋置も実施例１のモジュールによって達成され た処理量の約１．５〜１．８倍であった。この場合に得られた処理量は、しがし ながら、実施例２に使用したＢｅｍ１ｓの単一層で得られた処理量より僅かに低 い。

実施例　４ 実施例１．２および３で生成された実験結果を厚さ４７ミル、７８ミルおよび９ ４ミルのスペーサーで得ることができる処理量に関する値に外挿するために使用 した。結果を、時間当りのモジュールの処理量対透過スペーサーの厚さのグラフ として実験データを使用してプロットした。第３図は、３組の操作条件に対する 曲線を示す。

図かられかるように、曲線はすべてスペーサー厚約７５〜８ｏミルで最大を通る 。本発明者等は、この領域を最大可能透過物流処理量と称する。モジュールの処 理量がその最大値の約９０％に維持されるような約５０〜１２０ミルの最適スペ ーサー厚がある。この最適領域の厚さより厚いスペーサーが使用されるとき、透 過物の流束は増大し続けるが、モジュールの処理量は、モジュール中の膜面積の ずっと大きい減少により影響され始める。

実施例　５ 実施例１の実験を繰返した。この場合に、モジュールは長さ２１２−の膜シート から切り取った９枚の色層を組み込んだ。供給原料スペーサーは前のようにＶｅ ｘａｒであり、透過スペーサーは厚さ６２゜５ミルのＢｅｍ１ｓ網であった。モ ジュールにテープをして前のようにケースに入れた。モジュールは仕上げ面積？ 、　６　ｎ？、直径６インチを有していた。

実施例１におけるようにパーベーパレーション実験を行った。実験を供給原料温 度４８℃および５８℃で行ない、真空ポンプを使用して透過物流の圧力を２０ト ールまで低下させた。

結果を表４に要約する。

６２．５　７．６　４８　８．４　２０　０．４８　３．６５６２．５　７．６ 　５８　１３．６　２０　０．８８　６．６９実施例１におけるように、より高 い供給原料の温度、従って供給原料側と透過物側の間のより大きな圧力差は、よ り高い透過物の流束を生じる。

実施例　６ 実施例５の実験を繰返した。供給原料スペーサー材料および粗膜の長さは先の実 施例と同じであった。透過物スペーサーは、全体厚１２５ミルを有する。２層の Ｂｅａ＋ｉ　ｓ網であった。６枚の粗膜をモジュール中に組み込んだ。モジュー ルにテープをして前のようにケースに入れた。モジュールは仕上げ面積５．　Ｏ ｒｒｒおよび直径６インチを有していた。

実施例１におけるようにパーベーパレーション実験を行った。実験を供給原料温 度４８℃および５８℃で行ない、真空ポンプを使用して透過物流の圧力を２０ト ールまで低下させた。

結果を表５に要約する。

表５ １２５　５．０　４８　８．４　２０　１．３６．５０１２５　５．０　５８　 １３．６　２０　１．３８．０表４と表５を比較すると、より厚いスペーサーを ５８℃の実験で使用したとき、透過物の流束は倍になった。膜面積は３４％小さ かったけれど、全モジュール処理量は１．２倍大きかった。４８℃の実験におい て、より厚いスペーサーを使用すると流束は２７倍大きかった。膜面積は３４％ だけ小さかったけれど、より厚いスペーサーを使用するとモジュールの全処理量 は約１．８倍大きかった。前のように、最適化スペーサーの効果は低い供給圧で 最も著しく、改良スペーサーにより作られた処理量の増加は、膜面積の低下によ りもたらされた損失以上に埋合せした。

実施例　７ 実施例５および６で生成された実験結果を厚さ７８ミル、９４ミル、１０９ミル および１５６ミルのスペーサーで得ることができる処理量に関する値に外挿する ために使用した。結果を、時間当りのモジュールの処理量対透過スペーサーの厚 さのグラフとして実験データを使用してプロットした。第４図は、２組の操作条 件に対する曲線を示す。より小さなモジュールを使用するとき、この場合に約９ ５〜１１Ｏミルのスペーサー圧で、曲線はすべて最大を通過する。

モジュールの処理量がその最大値の約９０％に維持されるような約７０〜１４０ ミルの最適スペーサー厚がある。この最適領域の厚さより厚いスペーサーが使用 されるとき、透過物の流束は増大し続けるが、モジュールの処理量は、モジュー ル中の膜面積のずっと大きい減少により妥協され始める。

実施例　８ この実験において、実施例１〜７において使用された材料の透過スペーサーの流 動抵抗を測定した。各スペーサー材料を棒のまわりに巻き付けて密封管内に入れ た。棒のまわりに巻き付けたスペーサー材料の面積は、各場合に約ｌｍＸ１ｍで あった。空気を管の一端に連結した真空ポンプによってスペーサー材料を通り抜 けさせたが、その場合圧力５ａａＨｇを維持した。管の他端の圧力は、弁を開く ことにより変化させることができた。スペーサー材料を通り抜ける空気流は、ス ペーサーを横切る圧力差の函数として変化した。この実験は従ってパーベーパレ ーションの間透過スペーサー材料を通り抜ける蒸気の流れのモデルとなる。得ら れたデータを第５図に示す。

各スペーサー材料について、第５図の線の傾斜は、スペーサーにおける単位圧力 低下当りのＬ／ｈの空気流量を示し、スペーサーの伝導度の基準である。さまざ まなスペーサー材料に対する傾斜を表６に示す。

表６．ｌｒｒ？のスペーサー材料を使用して測定された単位圧力低下当りの流量 １６−ｍ１ｌ　Ｔｒｉｃｏｔ　２５ ３２−ｍ１ｌ　Ｖｅｘａｒ　１７５ ６２．５−ｍ１ｌ　Ｂｅｍ１ｓ　３５０１２５−ｍｉｌ　Ｂｅｍ１ｓ　１，２０ ０これらの伝導度の数字はまた、第３図および第４図のモジュール性能のグラフ の縦座標上にも示されている。

これらの図の調査から、平均透過物流束が０．２〜０．５ｋｇ／ｒｄ−ｈすなわ ち１５０〜６５０Ｌ（蒸気）／ｒｒｒ−ｈである場合、第３図のデータに関する 最適伝導度は２００〜１．４０ＯＬ／ｈ−ｃｍＨｇであることが後について来る 。第４図のデータから、平均透過物の流量が０、５〜１．３ｋｇ／ｒｒｒ−ｈす なわち６５０−１，７００Ｌ（蒸気）／イ・ｈである場合、最適伝導度は３００ 〜ｌ、５００Ｌ／ｈ−ａＩＩＨｇである。

膜の流束が増大するときより高い伝導度が必要とされる。何故ならば、これは透 過スペーサー流路を通り抜ける蒸気のより大きい流れを生成するからである。伝 導度は、その伝導度を平均透過物蒸気流束で割ることにより膜の流束に関して標 準化することができる。第５図のスペーサー材料に対する最適標準化スペーサー 伝導度は、それゆえ約０゜５〜４　ｒｄ　／　ｃｒｎ　Ｈｇであり、第６図の材 料に対しては約０．２〜１．５　ｒｄ／　ｃｒｎＨｇである。

実施例　９ 実験的性能データを第１図の換算曲線と比較した。比較を第６図にプロットする 。太い線上のデータの点は、おおよそ２０の水／エタノール選択率を有する、Ｇ ＦＴ社のポリビニルアルコール複合膜についてＧＦＴ、西独より刊行された結果 から得た。膜が極端に選択性であるから、その性能が圧力比により劇的に影響さ れることがわかる。

Ｂｌｕｍｅ等のシリコーンゴムに対する紙から得た実験データは、すべて第６図 の影を付けたひし形の中に入る。示されたように、透過圧および圧力比は、この 場合分離性能に比較的少ししか影響しなかった。何故ならば、シリコーンゴムは エタノールを越えるほど水に対し割合に選択性かないからである。

これらのデータは、分離性能に対する圧力比の効果は、遅く透過する成分を越え る速く透過する成分に対する膜の選択率が約２より小さいなら僅かであるが、選 択率が約１０より大きいなら非常に重要になり始め、選択率が約２０より大きい ならば更に重要になることを示している。第６図のデータは、約２より大きい選 択率、圧力比もまた２より大きい、好ましくは約５より大きい、そして理想的に はｌＯより大きい選択率を持つ膜については、膜により達成できる分離の十分な 利益を成就することを示す。

実施例　ＩＯ 膜面積０．２　ｒｒｒを有する、小さならせん巻き膜モジュールを製造した。モ ジュールを使用して、水の中の酢酸エチルの０．５％、１％、２％および３％溶 液を使用してパーベーパレーション実験を行った。

実験データは、膜は水を越えて酢酸エチルに対してαｍｅｍ　２０を有するとい う仮説と合った。結果を第７図にプロットする。例えば、水の中の酢酸エチル３ ％の供給原料溶液は、おおよそ４．５ａｎＨｇの全蒸気圧を有する。透過圧が３ ｃｍＨｇに維持されたとき、透過酢酸エチル濃度は６０％であった。これは供給 原料と比較して２０倍の濃厚化を表わす。透過圧が１ｃｍＨＨに維持されたとき 、濃厚化は酢酸エチル約９０％まで増大する。この結果は、得ることができる分 離に関する透過圧の効果を明瞭に示す。

第　１　図 ：ｃｑノー　ＩＩ／ＩＬ／Ｌ　（９４ｓ）第　２　図 第　３　図 ｉｉ＠　スペ−ｆ−’７Ｊ？−＠Ｌ （Ｌｌｈ、ｃｍＨｏ） 第　４　図 ｍ週スペープー７７尿導ｊし 第　５　図 ０　１　２　３　４　５、　６ ルカ参下（ｃｍ＋ｇ） 第　６　図 ニータノール３１）Ｌ　（ｉｆ　−／−）第　７　図 −を肋工４ル漬１＆特遭度（蓋量％ｐ 国際調査報告 フロントページの続き （７２）発明者　ウィマンス、ヨハネス・ジ−アメリカ合衆国　カリフォルニア 　９４０２５、メジ口・パーク、オークバースト・ブレイス２２０

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．次の構成部材： 供給原料側面および透過物側面を有する、膜の層；前記供給原料側上の前記膜の 層と通例接触してかつ平行に置かれた供給原料スペーサー層； 前記透過物側上の前記膜の層と通例接触しかつ平行に置かれた透過スペーサー層 を含んで成り； 前記透過スペーサーが、モジュールがバーベーバレーションに使用されるとき、 最大可能透過物流の処理量の少なくとも６０％の透過物流処理量を与える、膜流 束に関して標準化された、伝導度を有することを特徴とするらせん巻きバーベー バレーションモジュール。 ２．前記膜層が少なくとも１００Ｌ（蒸気ＳＴＰ）／ｍ２・ｈの透過物蒸気流束 を有する請求の範囲第１項に記載のモジュール。 ３．前記膜層が少なくとも５００Ｌ（蒸気ＳＴＰ）／ｍ２・ｈの透過物蒸気流束 を有する請求の範囲第１項に記載のモジュール。 ４．前記膜層が、速く透過する成分対遅く透過する成分の膜透過率の比として表 わされる、少なくとも２の選択率αｍｅｍを有する請求の範囲第１項に記載のモ ジュール。 ５．前記膜層が、速く透過する成分対遅く透過する成分の膜透過率の比として表 わされる、少なくとも１０の選択率αｍｅｍを有する請求の範囲第１項に記載の モジュール。 ６．前記膜層が、薄い選択透過性層で被覆されたミクロ多孔性支持膜を有する、 複合膜から成る請求の範囲第１項に記載のモジュール。 ７．膜の流束に関して標準化された、前記伝導度が０．２〜４ｍ２／ｃｍＨｇの 範囲内にある請求の範囲第１項に記載のモジュール。 ８．膜の流束に関して標準化された、前記伝導度が０．３〜３ｍ２／ｃｍＨｇの 範囲内にある請求の範囲第１項に記載のモジュール。 ９．膜の流束に関して標準化された、前記伝導度が０．５〜２ｍ２／ｃｍＨｇの 範囲内にある請求の範囲第１項に記載のモジュール。 １０．前記透過スペーサー層が厚さ少なくとも２０ミルを有する請求の範囲第１ 項に記載のモジュール。 １１．前記透過スペーサー層が厚さ少なくとも４０ミルを有する請求の範囲第１ 項に記載のモジュール。 １２．前記透過スペーサー層が厚さ少なくとも５０ミルを有する請求の範囲第１ 項に記載のモジュール。 １３．前記透過スペーサー層が２０〜５００ミルの範囲内の厚さを有する請求の 範囲第１項に記載のモジュール。 １４．前記透過スペーサー層が４０〜３００ミルの範囲内の厚さを有する請求の 範囲第１項に記載のモジュール。 １５．前記透過スペーサー層が５０〜１５０ミルの範囲内の厚さを有する請求の 範囲第１項に記載のモジュール。 １６．前記透過スペーサー層が類似の材料の多数の層から成る請求の範囲第１項 に記載のモジュール。 １７．前記透過スペーサー層が非類似の材料の多数の層から成る請求の範囲第１ 項に記載のモジュール。 １８．前記透過スペーサー層の厚さが透過物流路に沿って変化する請求の範囲第 １項に記載のモジュール。 １９．前記透過物流の処理量が最大可能透過物流処理量の少なくとも７０％であ る請求の範囲第１項に記載のモジュール。 ２０．前記透過物流の処理量が最大可能透過物流処理量の少なくとも８０％であ る請求の範囲第１項に記載のモジュール。 ２１．前記透過物流の処理量が最大可能透過物流処理量の少なくとも９０％であ る請求の範囲第１項に記載のモジュール。 ２２．次の工程： らせん巻きモジュールを用意すること、該モジュールは：供給原料側面と透過物 側面を有する膜の層；前記供給原料側上の前記膜の層と通例接触してそして平行 に置かれる供給原料スペーサー層； 前記透過物側上の前記膜の層と通例接触してそして平行に置かれる透過スペーサ ー層； そのまわりに前記層がらせん巻きさる透過物収集管から成り；前記供給原料側と 第１の成分および第２の成分を含有する供給原料液とを接触させること； 前記透過物収集管から前記供給原料液に比べて前記第１の成分に富む透過物流処 理量を回収すること、ここで前記透過物流量は最大可能透過物流処理量の少なく とも６０％である、ことを特徴とするバーべーパレーション方法。 ２３．前記膜の層が少なくとも１００Ｌ（蒸気ＳＴＰ）／ｍ２・ｈの透過物蒸気 流束を有する請求の範囲第２２項に記載の方法。 ２４．前記膜の層が少なくとも１００Ｌ（蒸気ＳＴＰ）／ｍ２・ｈの透過物蒸気 流束を有する請求の範囲第２２項に記載の方法。 ２５．前記膜の層が、少なくとも２の、速く透過する成分対遅く；透過する成分 の膜透過率の比として表わされる、選択率αｍｅｍを有する請求の範囲第２２項 に記載の方法。 ２６．前記膜の層が、少なくとも１０の、速く透過する成分対遅く透過する成分 の膜透過率の比として表わされる、選択率αｍｅｍを有する請求の範囲第２２項 に記載の方法。 ２７．前記膜の層が、薄い選択透過性層で被覆されたミクロ多孔性支持膜を有す る複合膜から成る請求の範囲第２２項に記載の方法。 ２８．前記透過物側上の全蒸気圧が１５ｃｍＨｇより小さい請求の範囲第２２項 に記載の方法。 ２９．前記透過スペーサー層が、０．２〜４ｍ２／ｃｍＨｇの範囲内の、膜の流 束に関して標準化された、伝導度を有する請求の範囲第２２項に記載の方法。 ３０．前記透過スペーサー層が、０．３〜３ｍ２／ｃｍＨｇの範囲内の、膜の流 束に関して標準化された、伝導度を有する請求の範囲第２２項に記載の方法。 ３１．前記透過スペーサー層が、０．５〜２ｍ２／ｃｍＨｇの範囲内の、膜の流 束に関して標準化された、伝導度を有する請求の範囲第２２項に記載の方法。 ３２．前記透過スペーサー層が厚さ少なくとも２０ミルの厚さを有する請求の範 囲第２２項に記載の方法。 ３３．前記透過スペーサー層が厚さ少なくとも４０ミルの厚さを有する請求の範 囲第２２項に記載の方法。 ３４，前記透過スペーサー層が厚さ少なくとも５０ミルの厚さを有する請求の範 囲第２２項に記載の方法。 ３５．前記透過スペーサー層が２０〜５００ミルの範囲内の厚さを有する請求の 範囲第２２項に記載の方法。 ３６．前記透過スペーサー層が４０〜３００ミルの範囲内の厚さを有する請求の 範囲第２２項に記載の方法。 ３７．前記透過スペーサー層が５０〜１５０ミルの範囲内の厚さを有する請求の 範囲第２２項に記載の方法。 ３８．前記透過スペーサー層が類似の材料の多数の層から成る請求の範囲第２２ 項に記載の方法。 ３９．前記透過スペーサー層が非類似の材料の多数の層から成る請求の範囲第２ ２項に記載の方法。 ４０．前記透過スペーサー層の厚さが透過物流路に沿って変化する請求の範囲第 ２２項に記載の方法。 ４１．前記透過流処理量が最大可能透過流処理量の少なくとも７０％である請求 の範囲第２２項に記載の方法。 ４２．前記透過流処理量が最大可能透過流処理量の少なくとも８０％である請求 の範囲第２２項に記載の方法。 ４３．前記透過流処理量が最大可能透過流処理量の少なくとも９０％である請求 の範囲第２２項に記載の方法。