JPH11156167A - 膜分離方法及びその装置 - Google Patents

膜分離方法及びその装置

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JPH11156167A
JPH11156167A JP32478097A JP32478097A JPH11156167A JP H11156167 A JPH11156167 A JP H11156167A JP 32478097 A JP32478097 A JP 32478097A JP 32478097 A JP32478097 A JP 32478097A JP H11156167 A JPH11156167 A JP H11156167A
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JP
Japan
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gas
liquid mixture
membrane
separation
liquid
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JP32478097A
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English (en)
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Yoshio Morigami
好雄 森上
Atsushi Abe
淳 阿部
Shinichi Yamashita
信市 山下
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Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
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Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の装置は分離膜表面の流体が単相流であ
るため、膜面上の濃度分極等により分離性能が不充分
で、大型化する欠点があったが、本発明はこの欠点を改
善する。 【解決手段】 液体混合物を分離膜4の一次側に供給
し、該分離膜4の二次側を負圧にするとともに、前記液
体混合物を気液混合流体として前記分離膜4の一次側表
面に沿って流通させ、前記液体混合物中の一組成を前記
分離膜4の二次側に透過させるようにした膜分離方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】本発明は膜分離方法及びその装置、より詳
しくは、液体混合物中の一組成を効率良く分離するよう
にした膜分離方法及びこの膜分離方法を実施するための
装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、液体混合物、特には共沸組成の液
体混合物から一組成を分離する場合、膜分離法を用いる
ことが知られている。この膜分離方法においては、例え
ばアルコール中に含まれる水分を分離除去してアルコー
ルを濃縮しようとする場合、芳香族ポリイミド膜や特開
平8−318141号に示されるセラミック膜等の分離
膜を用いて、この膜の一次側に液体混合物を供給し二次
側を真空に近い負圧とすることによって水分がこの分離
膜を透過し、結果として一次側を流れる液体混合物のア
ルコール濃度が高くなるものである。
【0003】ところで、従来このような膜分離法におい
ては、分離膜での水の透過性を高めるため、予め所定の
温度における飽和蒸気圧以上の圧力となるよう加圧した
後、所定の温度に加熱し、この加圧・加熱された液体混
合物を分離膜の一次側表面に沿って流通させるよう供給
するパーベーパレーション法と、液体混合物を加熱して
蒸気となし、この加熱蒸気を分離膜の一次側表面に沿っ
て流通させるようにしたベーパーパーミェーション法が
知られている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで前記したよう
な従来の液体混合物の膜分離法によれば、分離膜表面に
沿って流れる流体が単相流であるため、例え高速で流し
たとしても膜面上の濃度分極等により分離性能が必ずし
も充分でなく、その結果、液体混合物から所定量の一組
成を分離しようとすれば装置が大型化することとなって
いた。
【0005】
【課題を解決するための手段】前記したような従来の問
題点を解決するため、本発明者は鋭意研究の結果、本発
明をなすに至った。即ち、本発明は、液体混合物を分離
膜の一次側に供給し、該分離膜の二次側を負圧に保持す
るとともに、前記混合物を気液混合流体の状態で前記分
離膜の一次側表面に沿って流通させ、前記液体混合物中
の一組成を前記分離膜の二次側に透過させるようにした
膜分離方法を提供せんとするものである。
【0006】かかる膜分離方法によれば、分離膜の一次
側表面に沿って流れる液体混合物が気液混合流体となっ
た際の気体による攪拌作用により、その膜面上の濃度分
極が緩和されて分離性能が向上する。この液体混合物中
に含まれる気体は少なくとも5vol%〜50vol %、好
ましくは10vol%〜30vol %の範囲内から選ばれる
のがよい。即ち、気体が50vol%以上になると液体混
合物が膜面に接触する面積が減少する。一方、5vol%
以下になると攪拌作用が減少し、分離性能はそれほど向
上しないので、前記範囲内になるように装置を運転する
のが良い。
【0007】このような気液混合流体は液体混合物を所
定温度における飽和蒸気圧より僅かに低い圧力に加圧し
た後、所定温度に加熱することによって生成できる。ま
た、分離膜の一次側表面に沿って気体を供給し、少なく
ともこの分離膜の一次側表面に沿って流れる液体混合物
を気液混合流体とすることができる。そして、この膜分
離方法を実施するための分離膜は、特には限定されるも
のではないが、液体混合物から水を分離する場合は多孔
質セラミックよりなる支持体上にゼオライト結晶を析出
させた所謂セラミック膜を用いるのがよい。
【0008】そしてかかる膜分離方法を実施するための
装置としては、液体混合物を所定温度における飽和蒸気
圧より僅かに低い圧力に加圧する供給装置と、この加圧
された液体混合物を所定温度に加熱し、気液混合流体と
する加熱器と、この気液混合流体中の一組成を分離する
膜分離装置と制御装置を有し、前記気液混合流体の温度
を検出し、その検出信号を制御装置に入力し、この制御
装置により作成された制御信号により、加熱器の温度ま
たは供給装置による圧力の少なくも何れか一方を制御す
るよう構成するのがよい。
【0009】かかる構成による膜分離装置によれば、加
熱器により加熱された液体混合物の温度が不測の事態に
より変化しても、その圧力を飽和蒸気圧より僅かに低く
することができ、その結果、液体混合物を常時気液混合
流体として膜分離装置に供給することができる。
【0010】
【発明の実施の形態】以下図1及び図3に基づき本発明
による膜分離方法及びその装置の実施例を説明する。図
1は本発明による膜分離方法を実施するための膜分離装
置の一例を示す系統図であって、1は液体混合物aを所
定温度における飽和蒸気圧より僅かに低い圧力となるよ
う加圧する供給装置であって、例えば送液ポンプで構成
されている。そしてこの供給装置1で加圧された液体混
合物a’は再生器2で予熱された後加熱器3に供給さ
れ、ここで所定の温度に加熱され一部が気泡となって二
相の気液混合流体bとなって分離膜モジュール4に供給
される。
【0011】この分離膜モジュール4は、例えば図2に
示されるように容器5内に管板6に取付けられた筒状の
セラミック膜7を挿入して構成されている。このセラミ
ック膜7は例えば特開平8−318141号に示される
ように多孔質セラミックによりなる支持体上に種結晶を
担持させてから析出させたA型ゼオライト膜とから構成
される。そしてこのセラミック膜7の二次側7aは真空
ポンプ8により真空ないし減圧状態となるように構成さ
れている。
【0012】このように構成された装置において、容器
5内に供給された気液混合流体bはセラミック膜7の表
面に沿って流通する間にこの気液混合物b中の一組成c
(例えば水)がこのセラミック膜7を透過して二次側7
aに至り、この透過した組成は凝縮器9により凝縮され
透過液c’として透過液タンク10に回収される。この
過程においてセラミック膜7の一次側7bの表面に沿っ
て流通する気液混合物b中には気体が気泡となって存在
するため、この気体の流れに伴なって一次側7bの表面
に攪拌作用が生じ、その結果、膜面上の濃度分極が緩和
され、分離性能が向上するのである。
【0013】このようにして一組成が分離され、濃縮さ
れた気液混合流体dは再生器2で冷却され、濃度の高い
溶液として製品タンク11に回収される。ところでこの
膜分離方法において、気液混合物b中に含まれる気体が
所定量より多くなると、分離される組成がセラミック膜
7表面に接する面積が少なくなり、一方、気体が少なく
なると攪拌作用が少なくなり、分離性能はそれほど向上
しない。このような状態を考慮して、この気液混合物b
中に含まれる気体は少なくとも5vol%〜50vol %、
好ましくは10vol%〜30vol %の範囲内において設
定されるのがよい。
【0014】しかし、前記したように液体混合物の中に
気泡を発生させるためには液体混合物aの所定温度にお
ける飽和蒸気圧より僅かに低い圧力を保持する必要があ
る。しかしながら、実際の膜分離装置においては、加熱
器3の加熱状態により変化する場合が多い。そのため加
圧状態は次のように制御される。即ち、加熱された気液
混合流体bの温度を温度計12により検知し、その信号
1 を制御装置13の比較器14に入力し、そして予め
記憶装置15に入力されている所定温度の信号V2 と比
較され変差があるときはその変差信号V3 が演算器16
に入力され、そしてこの演算器16からの信号V4 が信
号作成器17に入力され制御信号V5が作成される。そ
してこの制御信号V5 が加熱器3の温度調整装置18に
または供給装置1の図示しない加圧圧力調整装置に導か
れる。このことにより、所定の気体(気泡)を含有する
気液混合流体bが生成されるのである。
【0015】図3は本発明による膜分離方法を実施する
ための膜分離装置の他の実施例の系統図であって、図1
と同一符号は同一名称を示している。この図3において
液体混合物aは供給装置1において、所定の温度におけ
る飽和蒸気圧以上の圧力に加圧され、この加圧された液
体混合物a1 は加熱器2により所定の温度に加熱され、
この加圧かつ加熱された液体混合物a2 は分離膜モジュ
ール4に供給される。そしてこの分離膜モジュール4内
には散気管19が配置されており、この散気管19から
分離膜モジュール4内の分離膜の一次側表面に気体fが
気泡となるよう供給される。
【0016】具体的には、この分離膜モジュール4を前
記実施例におけるように容器5内に筒状のセラミック膜
7を配置して構成したときは散気管19はこのセラミッ
ク膜7の下部に間隙を有して平行に配置し、気泡がセラ
ミック膜7の表面に達するよう構成される。そしてこの
気泡は液体混合物a2 中に5vol%〜50vol %、好ま
しくは10vol%〜30vol %の範囲内の気体となるよ
うに供給される。
【0017】勿論この液体混合物a2 中に供給された気
体は、液体混合物a2 の性状により空気、不活性ガス等
が適宜選択され、この供給された気体は製品タンク11
から分離し抜き出される。次に本発明者による実験の結
果を次の表1、表2に示す。
【0018】
【表1】
【0019】
【表2】
【0020】表1は減圧下に気液混合状態で分離膜面に
被処理液を供給する本発明の実施例1と、加圧下に液体
の状態で分離膜面に被処理液を供給する従来の分離方法
について、何れも10L/hの割合で供給したを示して
いる。透過液流量については、本発明が60g/hであ
るのに対して、比較例は32g/hと約半分であり、ま
た、FLUXについても同様に本発明の分離方法の方が分離
効果が顕著であることを示している。
【0021】また、表2は供給液流量を20,40,8
0L/hと段階的に変化させた場合における本発明の減
圧状態で分離膜面へ気液混合状態で供給した場合と、従
来技術の加圧状態で液体のまま供給した場合の例を対応
させて示している。この比較実施例においても本発明の
分離方法が従来の分離方法に比較して約2倍の分離効果
を示していることが分かる。
【0022】なお、前記表1及び表2には気液混合状態
における気体と液体の割合が記載されていないが、膜面
における被処理液の流れの状態とモデル的に作成した気
液混合状態の対比観察から、本発明の範囲内で運転され
ていることを確認している。これらの比較実験例から、
本発明によって気液混合からなる二層流の状態でA型ゼ
オライト膜を有するセラミック膜面に被処理液を供給し
た場合は、これを透過する一組成(水)は、液体のみの
状態で被処理液を供給する従来技術に比較して、本発明
の方が約2倍も透過流量があり、極めて高い効率で膜分
離されることが実証された。
【0023】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
による膜分離方法及びその装置によれば、分離膜の一次
側に供給される液体混合物が、少なくともこの分離膜表
面に気液混合流体として接触するため、この膜面上の濃
度分極等が改善され、その結果として分離性能を向上さ
せることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による膜分離方法を実施するための膜分
離装置の一実施例の系統図である。
【図2】図1に示される分離膜モジュールの概略側断面
図である。
【図3】本発明による膜分離方法を実施するために使用
される分離膜装置の他の実施例における系統図である。
【符号の説明】
1 供給装置 2 再生器 3 加熱器 4 分離膜
モジュール 5 容器 6 管板 7 セラミック膜 8 真空ポ
ンプ 9 凝縮器 10 透過
液タンク 11 製品タンク 12 温度
計 13 制御装置 14 比較
器 15 記憶装置 16 演算
器 17 信号作成器 18 温度
調整装置 19 散気管

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 液体混合物を分離膜の一次側に供給し、
    該分離膜の二次側を負圧にするとともに、前記液体混合
    物を気液混合流体として前記分離膜の一次側表面に沿っ
    て流通させ、前記液体混合物中の一組成を前記分離膜の
    二次側に透過させるようにしたことを特徴とする膜分離
    方法。
  2. 【請求項2】 気体が少なくとも5vol%〜50vol
    %、好ましくは10vol%〜30vol%含有した請求項1
    記載の気液混合流体。
  3. 【請求項3】 液体混合物を所定温度における飽和蒸気
    圧より僅かに低い圧力に加圧した後、所定温度に加熱し
    て液体混合物の一部を気化させた請求項1記載の気液混
    合流体。
  4. 【請求項4】 分離膜の一次側表面に沿って気体を供給
    し、少なくとも前記分離膜の一次側表面に沿って流通す
    る液体混合物が気液混合流体となるよう構成した請求項
    1記載の膜分離方法。
  5. 【請求項5】 多孔質セラミックよりなる支持体上にゼ
    オライト結晶を析出させた膜からなる請求項1記載の分
    離膜。
  6. 【請求項6】 液体混合物を所定温度における飽和蒸気
    圧より僅かに低い圧力に加圧する供給装置と、該加圧さ
    れた液体混合物を所定温度に加熱し、気液混合流体とな
    す加熱器と、該気液混合流体中の一組成を分離する膜分
    離装置と、制御装置とよりなり、前記気液混合流体の温
    度を検出し、その検出信号を前記制御装置に入力し、該
    制御装置により作成された制御信号により前記加熱器の
    温度または供給装置による圧力の少なくとも何れか一方
    を制御するよう構成されてなる膜分離装置。
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