JPH07124444A - Ｐｖ法膜分離における原料供給方法およびｐｖ法膜分離装置 - Google Patents
Ｐｖ法膜分離における原料供給方法およびｐｖ法膜分離装置Info
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- JPH07124444A JPH07124444A JP27397193A JP27397193A JPH07124444A JP H07124444 A JPH07124444 A JP H07124444A JP 27397193 A JP27397193 A JP 27397193A JP 27397193 A JP27397193 A JP 27397193A JP H07124444 A JPH07124444 A JP H07124444A
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Abstract
(57)【要約】
【構成】 パーベーパレーション法膜分離において、処
理すべき原料を気液２相流で膜分離器２に供給すること
を特徴とするパーベーパレーション膜分離における原料
供給方法である。 【効果】 従来のＰＶ法のように、原料液流路に適当な
頻度で熱交換器を配置して原料液に熱を補給し、膜分離
器の機能低下を防止する必要がなく、そのため原料供給
ラインの構造の簡略化によるＰＶ法膜分離装置のコスト
低減を達成することができる。
理すべき原料を気液２相流で膜分離器２に供給すること
を特徴とするパーベーパレーション膜分離における原料
供給方法である。 【効果】 従来のＰＶ法のように、原料液流路に適当な
頻度で熱交換器を配置して原料液に熱を補給し、膜分離
器の機能低下を防止する必要がなく、そのため原料供給
ラインの構造の簡略化によるＰＶ法膜分離装置のコスト
低減を達成することができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、パーベーパレーション
法（以下ＰＶ法と略記する）膜分離における原料供給方
法およびこの方法に使用されるＰＶ法膜分離装置に関す
るものである。
法（以下ＰＶ法と略記する）膜分離における原料供給方
法およびこの方法に使用されるＰＶ法膜分離装置に関す
るものである。
【０００２】
【発明の背景】ＰＶ法は、適当な分離膜を境として膜の
一方の供給側すなわち１次側に有機系混合液体を供給
し、膜の他方の透過側すなわち２次側を減圧にするか、
または２次側に不活性ガスを流すことにより、膜の両面
に目的成分の化学ポテンシャル差を設け、この化学ポテ
ンシャル差によって目的成分を１次側から２次側へ透過
させて気化状態で取り出す方法である。
一方の供給側すなわち１次側に有機系混合液体を供給
し、膜の他方の透過側すなわち２次側を減圧にするか、
または２次側に不活性ガスを流すことにより、膜の両面
に目的成分の化学ポテンシャル差を設け、この化学ポテ
ンシャル差によって目的成分を１次側から２次側へ透過
させて気化状態で取り出す方法である。
【０００３】ＰＶ法膜分離は完全に相互溶解する液体混
合物の分離に適する。とりわけ通常の蒸留法では分離困
難な共沸混合物や近沸点混合物の分離において分離性の
よさ、省エネルギー性に優れる。ＰＶ法膜分離として具
体的には、メタノール〜水系、エタノール〜水系、イソ
プロパノール〜水系、ジオキサン〜水系、エチレングリ
コール〜水系のようなアルコール〜水系混合物、アセト
ン〜水系のようなケトン〜水系混合物、酢酸〜水系のよ
うな有機酸〜水系混合物などが例示される。さらにはｍ
−キシレン〜ｐ−キシレン、シクロヘキサン〜ベンゼン
などの有機物同士の混合物も適用でき、これ以外にも既
存の蒸留法が使用される混合系ではほとんど蒸留法をＰ
Ｖ法で代替することが可能である。
合物の分離に適する。とりわけ通常の蒸留法では分離困
難な共沸混合物や近沸点混合物の分離において分離性の
よさ、省エネルギー性に優れる。ＰＶ法膜分離として具
体的には、メタノール〜水系、エタノール〜水系、イソ
プロパノール〜水系、ジオキサン〜水系、エチレングリ
コール〜水系のようなアルコール〜水系混合物、アセト
ン〜水系のようなケトン〜水系混合物、酢酸〜水系のよ
うな有機酸〜水系混合物などが例示される。さらにはｍ
−キシレン〜ｐ−キシレン、シクロヘキサン〜ベンゼン
などの有機物同士の混合物も適用でき、これ以外にも既
存の蒸留法が使用される混合系ではほとんど蒸留法をＰ
Ｖ法で代替することが可能である。
【０００４】
【従来技術および解決すべき課題】ＰＶ法では、従来、
分離膜の供給側すなわち１次側には有機系混合物を液体
の形態で供給していた。そのため、透過速度（単位時
間、単位膜面積当りの物質透過量：例えばｋｇ／ｍ2 ・
ｈ）の大きい分離膜を使用すると、膜透過すなわち透過
成分の蒸発による原料液の温度低下は顕著なものがあっ
た。例えばエタノール５０ｗｔ％のエタノール〜水系混
合物を膜分離処理して無水化する場合、膜分離器のある
比較的微少な部分（膜面積：１ｍ2 ）における平均透過
速度を０．５ｋｇ／ｍ2 ／ｈとし、分離係数は理想状態
を想定して無限大、すなわち膜を透過する物質は水のみ
と仮定する。いま考えている膜微小部分の１次側を流れ
る原料液の流量を１０ｋｇ／ｈとすると、この部分を原
料が通過する間に約３０℃の温度低下を来たすことにな
る。一般に温度の低下によって透過速度は大きく低下す
るので（図３参照）、このまま放置すると次のセクショ
ンではさらに原料液の温度が低下し、透過速度の低下に
よりＰＶ法膜分離装置は本来の分離機能を果たすことが
できなくなる。
分離膜の供給側すなわち１次側には有機系混合物を液体
の形態で供給していた。そのため、透過速度（単位時
間、単位膜面積当りの物質透過量：例えばｋｇ／ｍ2 ・
ｈ）の大きい分離膜を使用すると、膜透過すなわち透過
成分の蒸発による原料液の温度低下は顕著なものがあっ
た。例えばエタノール５０ｗｔ％のエタノール〜水系混
合物を膜分離処理して無水化する場合、膜分離器のある
比較的微少な部分（膜面積：１ｍ2 ）における平均透過
速度を０．５ｋｇ／ｍ2 ／ｈとし、分離係数は理想状態
を想定して無限大、すなわち膜を透過する物質は水のみ
と仮定する。いま考えている膜微小部分の１次側を流れ
る原料液の流量を１０ｋｇ／ｈとすると、この部分を原
料が通過する間に約３０℃の温度低下を来たすことにな
る。一般に温度の低下によって透過速度は大きく低下す
るので（図３参照）、このまま放置すると次のセクショ
ンではさらに原料液の温度が低下し、透過速度の低下に
よりＰＶ法膜分離装置は本来の分離機能を果たすことが
できなくなる。
【０００５】そのため、従来のＰＶ法膜分離装置では、
図４に示すように、ＰＶ法膜分離装置(1) を構成する直
列状の複数の膜分離器(2) の前流にそれぞれ原料液温保
持用の熱交換器(3) が配置されている。このように原料
液流路に適当な頻度で熱交換器を配置して原料液に熱を
補給し、膜分離器の機能低下を防止する必要がある。こ
れは原料供給ラインの構造の複雑化をもたらし、ひいて
はＰＶ法膜分離装置のコスト増大を招く。なお、図４
中、(4) は分離膜、(5) は膜透過物を凝縮するための凝
縮器、(6) は真空ポンプである。
図４に示すように、ＰＶ法膜分離装置(1) を構成する直
列状の複数の膜分離器(2) の前流にそれぞれ原料液温保
持用の熱交換器(3) が配置されている。このように原料
液流路に適当な頻度で熱交換器を配置して原料液に熱を
補給し、膜分離器の機能低下を防止する必要がある。こ
れは原料供給ラインの構造の複雑化をもたらし、ひいて
はＰＶ法膜分離装置のコスト増大を招く。なお、図４
中、(4) は分離膜、(5) は膜透過物を凝縮するための凝
縮器、(6) は真空ポンプである。
【０００６】一方、ＰＶ法膜分離と近縁の膜分離技術と
してＲＯ（逆浸透）法および蒸気透過法なるものがあ
る。ＲＯ法は浸透圧の影響を強く受けるので高濃度原料
の使用にはあまり適さない。また蒸気透過法は、原理お
よび適用対象などもＰＶ法膜分離法に非常に近いもので
あるが、原料が液体であるＰＶ法膜分離とは異なって、
原料が蒸気であるため、分離膜の前後で相変化がなく、
潜熱供給の必要性はない。一般に、同一膜でＰＶ法と蒸
気透過法の分離データを比較すると、透過速度はＰＶ法
の方が、また分離係数は蒸気透過法の方がそれぞれ大き
くなる傾向がみられる。図３は、透過速度への温度の影
響およびＰＶ法と蒸気透過法の比較を示すグラフであ
る。この分離膜は再生セルロース系膜、原料はエタノー
ル〜水系混合物である。図５は、ＰＶ法と蒸気透過法の
分離係数の比較を示すグラフである。この分離膜は再生
セルロース系膜、原料はエタノール〜水系混合物、温度
は７０℃である。
してＲＯ（逆浸透）法および蒸気透過法なるものがあ
る。ＲＯ法は浸透圧の影響を強く受けるので高濃度原料
の使用にはあまり適さない。また蒸気透過法は、原理お
よび適用対象などもＰＶ法膜分離法に非常に近いもので
あるが、原料が液体であるＰＶ法膜分離とは異なって、
原料が蒸気であるため、分離膜の前後で相変化がなく、
潜熱供給の必要性はない。一般に、同一膜でＰＶ法と蒸
気透過法の分離データを比較すると、透過速度はＰＶ法
の方が、また分離係数は蒸気透過法の方がそれぞれ大き
くなる傾向がみられる。図３は、透過速度への温度の影
響およびＰＶ法と蒸気透過法の比較を示すグラフであ
る。この分離膜は再生セルロース系膜、原料はエタノー
ル〜水系混合物である。図５は、ＰＶ法と蒸気透過法の
分離係数の比較を示すグラフである。この分離膜は再生
セルロース系膜、原料はエタノール〜水系混合物、温度
は７０℃である。
【０００７】膜分離の主たる用途のうち、医薬やバイオ
分野のように非常に高度な分離が求められる場合を除く
と、化学工業や食品工業のように比較的大量の原料を扱
う場合は、分離コストを極力下げることが最大の課題で
ある。そのため、透過速度の大きい方が分離膜の面積を
削減でき、膜分離装置がコンパクトになって、装置費の
低減化を達成できる場合が多い。このような点に蒸気透
過法に比較してＰＶ法の工業的優位性が存在する。
分野のように非常に高度な分離が求められる場合を除く
と、化学工業や食品工業のように比較的大量の原料を扱
う場合は、分離コストを極力下げることが最大の課題で
ある。そのため、透過速度の大きい方が分離膜の面積を
削減でき、膜分離装置がコンパクトになって、装置費の
低減化を達成できる場合が多い。このような点に蒸気透
過法に比較してＰＶ法の工業的優位性が存在する。
【０００８】本発明の目的は、このような工業的利点を
有するＰＶ法膜分離において、従来技術のような膜分離
器の機能低下防止措置を施す必要のない原料供給方法お
よびＰＶ法膜分離装置を提供することにある。
有するＰＶ法膜分離において、従来技術のような膜分離
器の機能低下防止措置を施す必要のない原料供給方法お
よびＰＶ法膜分離装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明によるＰＶ法膜分
離における原料供給方法は、上記目的を達成すべく工夫
されたもので、処理すべき原料を気液２相流で膜分離器
に供給することを特徴とするものである。
離における原料供給方法は、上記目的を達成すべく工夫
されたもので、処理すべき原料を気液２相流で膜分離器
に供給することを特徴とするものである。
【００１０】また、本発明によるＰＶ法膜分離装置は、
膜分離器の前流に少なくとも１つの気液２相流発生装置
が設けられていることを特徴とするものである。
膜分離器の前流に少なくとも１つの気液２相流発生装置
が設けられていることを特徴とするものである。
【００１１】本発明による原料供給方法において、２相
流を構成する気液の比率は膜分離器での分離膜の透過
（透過成分の蒸発）および膜分離器からの熱放散などに
よって失われる熱量とつりあう値になるように規定され
る。
流を構成する気液の比率は膜分離器での分離膜の透過
（透過成分の蒸発）および膜分離器からの熱放散などに
よって失われる熱量とつりあう値になるように規定され
る。
【００１２】熱の供給は主として蒸気の保有する潜熱に
よるものである。
よるものである。
【００１３】本発明によるＰＶ法膜分離装置において、
気液２相流発生装置としては、原料液の部分蒸発を生じ
させる蒸発器などの熱交換器が設けられる。
気液２相流発生装置としては、原料液の部分蒸発を生じ
させる蒸発器などの熱交換器が設けられる。
【００１４】熱交換器は膜分離器の前流に設置される
が、ＰＶ法膜分離装置内に組み込まれていてもよい。
が、ＰＶ法膜分離装置内に組み込まれていてもよい。
【００１５】図１に示す例では、ＰＶ法膜分離装置(1)
は単一の膜分離器(2) で構成されており、これと分離し
てその前流に熱交換器(3) が設置されている。また、図
２に示す例では、ＰＶ法膜分離装置(1) は直列に接続さ
れた複数の膜分離器(2) で構成されており、ＰＶ法膜分
離装置(1) の内部において、原料が最初に供給される第
１の膜分離器(2) の前流に原料液温保持用の熱交換器
(3) が配置されている。また、最後の膜分離器(2) の後
流にも熱交換器(7) が配置されている。
は単一の膜分離器(2) で構成されており、これと分離し
てその前流に熱交換器(3) が設置されている。また、図
２に示す例では、ＰＶ法膜分離装置(1) は直列に接続さ
れた複数の膜分離器(2) で構成されており、ＰＶ法膜分
離装置(1) の内部において、原料が最初に供給される第
１の膜分離器(2) の前流に原料液温保持用の熱交換器
(3) が配置されている。また、最後の膜分離器(2) の後
流にも熱交換器(7) が配置されている。
【００１６】蒸発器の形式は例えば貫流式ボイラー形
式、水管式などであり得る。
式、水管式などであり得る。
【００１７】膜の１次側表面は原料液で少なくとも液膜
状にたえず濡らされていることが肝要である。膜の１次
側表面を原料液で濡らすには、例えば液の吹き付け、攪
拌による液滴飛散を利用してもよい。
状にたえず濡らされていることが肝要である。膜の１次
側表面を原料液で濡らすには、例えば液の吹き付け、攪
拌による液滴飛散を利用してもよい。
【００１８】ＰＶ法分離膜の代表例として、再生セルロ
ース系膜、ポリビニルアルコール系膜、酢酸セルロース
系膜、デキストリン系膜、キトサン系膜、ポリエチレン
イミン系膜、これらの高分子化合物にスルホン酸基やカ
ルボン酸基などのイオン交換基を導入した膜などが挙げ
られる。分離膜の形態は平膜状、中空糸状、スパイラル
状などいかなるものでも構わない。
ース系膜、ポリビニルアルコール系膜、酢酸セルロース
系膜、デキストリン系膜、キトサン系膜、ポリエチレン
イミン系膜、これらの高分子化合物にスルホン酸基やカ
ルボン酸基などのイオン交換基を導入した膜などが挙げ
られる。分離膜の形態は平膜状、中空糸状、スパイラル
状などいかなるものでも構わない。
【００１９】本発明によるＰＶ法膜分離における原料供
給方法は、メタノール〜水系、エタノール〜水系、イソ
プロパノール〜水系のようなアルコール〜水系混合物、
アセトン〜水系のようなケトン〜水系混合物、酢酸〜水
系のような有機酸〜水系混合物などの水〜有機物混合物
から水を分離するのに極めて適している。通常の蒸留法
では分離できないまたは分離困難なこのような水〜有機
物混合物も、本発明の方法を適用することにより、水を
選択的に膜透過させ、有機物と水を分離することができ
る。
給方法は、メタノール〜水系、エタノール〜水系、イソ
プロパノール〜水系のようなアルコール〜水系混合物、
アセトン〜水系のようなケトン〜水系混合物、酢酸〜水
系のような有機酸〜水系混合物などの水〜有機物混合物
から水を分離するのに極めて適している。通常の蒸留法
では分離できないまたは分離困難なこのような水〜有機
物混合物も、本発明の方法を適用することにより、水を
選択的に膜透過させ、有機物と水を分離することができ
る。
【００２０】
【実施例】次に本発明の構成を具体的に示す実施例を幾
つか挙げるが、本発明はこれらの実施例に限定されるも
のではない。
つか挙げるが、本発明はこれらの実施例に限定されるも
のではない。
【００２１】実施例１ 図１において、ＰＶ法膜分離装置(1) は単一の膜分離器
(2) で構成されており、これの前流に気液２相流発生用
の熱交換器(3) が設置されている。膜分離器(2) の分離
膜(4) は分離係数１０，０００以上を有するものであ
る。
(2) で構成されており、これの前流に気液２相流発生用
の熱交換器(3) が設置されている。膜分離器(2) の分離
膜(4) は分離係数１０，０００以上を有するものであ
る。
【００２２】上記構成において、原料液としてエタノー
ル〜水系混合液（エタノール濃度９０．０ｗｔ％）を熱
交換器(3) に通して原料液の一部を蒸発させ、得られた
気液２相流を膜分離器(2) の１次側に供給した。この膜
分離により、エタノールは９９．８ｗｔ％まで濃縮され
た。このときの流量、濃度などを表１に示す。
ル〜水系混合液（エタノール濃度９０．０ｗｔ％）を熱
交換器(3) に通して原料液の一部を蒸発させ、得られた
気液２相流を膜分離器(2) の１次側に供給した。この膜
分離により、エタノールは９９．８ｗｔ％まで濃縮され
た。このときの流量、濃度などを表１に示す。
【００２３】膜分離装置(1) の保温断熱を充分に施した
ので、膜分離装置(1) からの放熱はほとんど無視でき
た。熱交換器(3) の加熱量は５５０〜６００ｋｃａｌ／
ｈであり、膜分離装置(1) 内の原料温度の低下を効果的
に防止することができ、一定温度の保持により所定の分
離性能を発揮することができた。
ので、膜分離装置(1) からの放熱はほとんど無視でき
た。熱交換器(3) の加熱量は５５０〜６００ｋｃａｌ／
ｈであり、膜分離装置(1) 内の原料温度の低下を効果的
に防止することができ、一定温度の保持により所定の分
離性能を発揮することができた。
【００２４】
【表１】 実施例２ 膜分離器(2) の分離膜(4) として、実施例１の膜の分離
係数の１０分の１以下の分離係数を有する膜を用いた以
外は、実施例１と同様の操作を行った。このときの流
量、濃度などを表２に示す。
係数の１０分の１以下の分離係数を有する膜を用いた以
外は、実施例１と同様の操作を行った。このときの流
量、濃度などを表２に示す。
【００２５】この場合は、熱交換器(3) の加熱量約８０
０ｋｃａｌ／ｈで膜分離装置(1) 内の原料温度をほぼ一
定に保持することができた。
０ｋｃａｌ／ｈで膜分離装置(1) 内の原料温度をほぼ一
定に保持することができた。
【００２６】
【表２】
【００２７】
【発明の効果】本発明によれば、処理すべき原料を気液
２相流で膜分離器に供給するので、従来のＰＶ法のよう
に、原料液流路に適当な頻度で熱交換器を配置して原料
液に熱を補給し、膜分離器の機能低下を防止する必要が
なく、そのため原料供給ラインの構造の簡略化によるＰ
Ｖ法膜分離装置のコスト低減を達成することができる。
２相流で膜分離器に供給するので、従来のＰＶ法のよう
に、原料液流路に適当な頻度で熱交換器を配置して原料
液に熱を補給し、膜分離器の機能低下を防止する必要が
なく、そのため原料供給ラインの構造の簡略化によるＰ
Ｖ法膜分離装置のコスト低減を達成することができる。
【図１】膜分離器の前流に熱交換器を設置したケースを
示すフローシートである。
示すフローシートである。
【図２】膜分離装置内に熱交換器を組み込んだケースを
示すフローシートである。
示すフローシートである。
【図３】透過速度への温度の影響についてのＰＶ法と蒸
気透過法の比較を示すグラフである。
気透過法の比較を示すグラフである。
【図４】従来のＰＶ法を示すフローシートである。
【図５】分離係数についてのＰＶ法と蒸気透過法の比較
を示すグラフである。
を示すグラフである。
１：膜分離装置 ２：膜分離器 ３：熱交換器 ４：分離膜
Claims (2)
- 【請求項１】 パーベーパレーション法膜分離におい
て、処理すべき原料を気液２相流で膜分離器に供給する
ことを特徴とするパーベーパレーション膜分離における
原料供給方法。 - 【請求項２】 パーベーパレーション法膜分離器の前流
に少なくとも１つの気液２相流発生装置が設けられてい
ることを特徴とするパーベーパレーション法膜分離装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27397193A JPH07124444A (ja) | 1993-11-02 | 1993-11-02 | Ｐｖ法膜分離における原料供給方法およびｐｖ法膜分離装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27397193A JPH07124444A (ja) | 1993-11-02 | 1993-11-02 | Ｐｖ法膜分離における原料供給方法およびｐｖ法膜分離装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07124444A true JPH07124444A (ja) | 1995-05-16 |
Family
ID=17535134
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27397193A Withdrawn JPH07124444A (ja) | 1993-11-02 | 1993-11-02 | Ｐｖ法膜分離における原料供給方法およびｐｖ法膜分離装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07124444A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1398070A1 (de) * | 2002-09-03 | 2004-03-17 | Basf Aktiengesellschaft | Trennung von Stoffgemischen mittels Membranverfahren mit thermischer Konditionierung des Feedgemischs |
| WO2008111671A1 (ja) | 2007-03-15 | 2008-09-18 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | 脱水装置、脱水システム及び脱水方法 |
| WO2008111673A1 (ja) | 2007-03-15 | 2008-09-18 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | 流体の運搬方法 |
| WO2008111672A1 (ja) | 2007-03-15 | 2008-09-18 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | 脱水システム及び脱水方法 |
| WO2009084522A1 (ja) | 2007-12-28 | 2009-07-09 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | 脱水装置及び方法 |
| WO2009084521A1 (ja) * | 2007-12-28 | 2009-07-09 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | 脱水システム及び脱水方法 |
| US8585904B2 (en) | 2008-03-14 | 2013-11-19 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Dehydration system and dehydration method |
-
1993
- 1993-11-02 JP JP27397193A patent/JPH07124444A/ja not_active Withdrawn
Cited By (14)
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