JPS5867303A - 逆浸透によつて溶液を濃縮する方法および装置 - 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】 ａ．発明の分野 本発明は逆浸透てよって溶液を，俳縮する方法とその装
置に係るものである。

ｂ．先行技術の説明 逆浸透によって溶液を濃縮する間、濃縮のだめの制限値
が溶解媒質の濃度を増加するに到るが、それは溶液の浸
透圧が印加圧力に近づくようなレベル捷で増加するから
である。

この点に到るまでには、遷移が非常に緩慢なだめ、実用
的Ｏては受容不能である。

膜を通過する溶媒を選択的に遷移さぜると、膜面におけ
る溶解媒質の濃度が残りの溶液の本体中におけるものよ
りも高くなる。この濃度−分極を、たとえば循環ポンツ
ブで膜面の加圧側を強制的にかくはんすることによって
減少することが可能である。しかし、溶液の浸透圧は逆
浸透用の膜（Ｃよる帰線時には制約要因として残留する
。

印加圧は無制限には増加することができないと（５） いうことは、嘆材とその支持層の強度によってもたらさ
れる匍１約の観点から了解できよう。

理論的な考察に基づくと、たとえば、浸透側における溶
）夜中で被濃縮媒質にある程度の濃縮を許容することに
よって、濃縮」二の差腎（不均一性）を金膜にわたって
小さくすることが望寸しいが、実際問題として、特にそ
の支持層のだめに浸透（ｌｕｌｌでかくはんすることが
不可能であるので、これでは切り抜けられない問題が出
現することは明らかである。このことは、生成系にも制
約を力えている。

浸透圧を打ち消すことの欠点は、英国特許明細計第１．
３　２　４，０　３　１号で述べられているような限定
的保持（維持）力Ｒの膜を使用することによっである程
度緩和できる。この手法は、高浸透濃度が許される時に
限って浸透圧に関する実質的効果が示される。

処理過程の効率の観点から、Ｄｅ　ｆｅｅｄ濃度は浸透
濃度よりも低くてはならない。さもないと、それ捷でに
すでに得られた濃度が部分的に無効とな（６） ってし捷うからである。

英国特許明細書第１．３２４，０３１号に基づく方法は
、こうして、限定的保持力をもつ膜の浸透の流れが、（
１−Ｒ）Ｘ濃縮物の、像度という量の裏度を持つはずで
あるということ（でなる。

たとえば、１０という因子による濃＃’ｐとは膜の保持
力が０９になるというととであり、これは浸透下に関し
て少々の利点しか提Ｉｔ；　Ｌ、ない。

発明の要約 本発明の発明者は、溶液の逆浸透に関する研究で逆浸透
によって溶液を濃縮する方法とその装置を発−した。そ
れによると、上述のような欠点を緩和し、あるいは避け
ることも可能である。

本発明の１つの目的は、逆浸透による溶液の濃縮方法を
提供することであり、少くとも次の特性をもつ膜モノニ
ールの１つを結合することによってなされる （Ａ）少くとも１つの膜モノニールと被濃縮化合物用に
限定的な保持力をもつ、 （Ｂ）（最初の）膜モノーール（Ａ）の方に復帰する。

（最初の）膜モノーール（Ａ）の浸透側における溶媒は
取り除かれ、被濃縮化合物の濃縮物が（最初の）膜モノ
、−−ル（Ｂ）の加圧側で取り除かれるが、一方、（最
終の）膜モノユーール（Ａ）と最”終の嘆モノ、−−ル
（Ｂ）の加圧側が相互に連結され、（最終の）膜モソー
ール（Ｂ）の浸透側と（最初の）モノニール（Ａ）の加
圧側との間の結合点に処理される新鮮な溶液が供給され
る。これらの暎モノニール数の合計は少くとも３である
。

膜モノーール（Ｂ）では、被濃縮化合物用の適度の保持
力をもつ膜、たとえば次の関係をもつ１〈αく４の範囲
の分離率をもつ膜、が使われる。

ここで、Ｘｐは浸透中の溶解化合物のモル分率で、Ｘｒ
は膜の高圧側における溶解化合物のモル分率である。

本記述では、このような膜組みを以降α−膜として参照
する。

α−膜をもつ高分離率（ここでは以降ＲＯ−［として参
照）の膜の適切な組合せによって継続的な過程を得るこ
とが可能であることがもうわかった。このα−膜には、
２つのタイプのうちの少くとも一方に少くとも２つの膜
が存在していなければならないが、この２つのタイプ０
の膜の特性は、一方では実質的に純粋な溶媒を入手する
ために使われ、他方では、以下にもつと詳細てわたって
説明するように、生成工程系統で濃縮溶液を入手するた
めに使われる。

最適な結果を得るために、処理される新鮮な溶液を（最
終の）膜モノーール（Ｐ）の浸透側と（最初の）膜モノ
ーール（Ａ）の加圧側との間の結合中に置かれたポンプ
の上流点に供給する。

α−膜に関してモノニール（Ａ）と（Ｂ）の数を適切に
選択することによって、モジュール（Ａ）と（Ｂ）の結
合で処理対象のフィード溶液の濃度に実質的に等しい濃
度が得られる。

溶解化合物のタイプ０、使用する溶媒、およびα−膜の
ｆｆｆｌ持力に依存して、１つの膜モノーール（９） （Ｂ）のかわりにそのようなモノニールの次のよう々カ
スケードを使用することが有利であろう。

つ寸り、このカスケードの配置は多数の既知の選択のう
ちの１つでよく、この配置の選択は、上述の要因と計画
の収惜に」：って決定される。

２から８の膜モノニール（Ｂ）のカスケードが意図する
目標に対して通常十分であるが、単一の膜モノニール（
Ａ）が使われる場合には必需品である。

はとんどの場合、２から４の膜モノーール（Ｂ）で意図
する目標に到達するであろう。

もしｑｌむならば、単数丑だけ複数の膜モノーール（ｒ
ｌ）を、Ａ　、　Ｉ　、　Ｃｈ、　Ｅツヤ−ナル２６号
５５８〜５６６ぜ一ノに述べられたガス分離のもののよ
うな、継続した膜列で置き換えることができる。

この使用状況における継続した膜列は多数の膜モノニー
ルに等価であると考えられる。

咬モノーール（Ａ）に関して膜モノーール（Ｂ）に関す
る−に記で論じたと同じ考慮を適用することは、２から
８のこの膜モノ、−ル（Ａ）のｈスケ（１０） −ドが存在しうるととを意味し、この膜モノーール（Ａ
）の１つまたはそれ以上は上記でふれだように継続した
膜列で置き換えてあってもよい。

さらに、このようなカスケードは単一の噂モジーール（
Ｂ）が使われる場合には必需品である。

カスケードあるいは継続したｌｌｑ列を使用すると、膜
に沿って好適な濃度勾配があられれるという付加的な利
点が得られ、膜上の濃度の低下が平均してより小さくな
る。

このようなカスケードまたは継続した膜列を使うと、生
成工程系統の方向における分離率が約４から１１へと好
適に減少するが、一方、利用にあたっては、この１１と
いう値では分離ポテンシャルが特別に小さいので、】１
よりも幾分高い下限が通常維持される。

浸透に使われる膜は、たとえば酢酸セルロース、ポリス
ルフォン（多硫化重合物）、あるいはポリアミドのよう
なその目的（（適した通例の素材から通常作成されたも
のである。限定的な保持力をもった膜は適切な養生によ
って入手する。

」二連のやり方で、浸透圧によって全面的に引き起こさ
れた、あるいは部分的に引き起こされるＲＯ−膜の制約
を避けることが可能である。

また、濃縮物の生成は、ｍ２／時あたりでいうと、浸透
圧がＲＯ−セルに伴なう余分な濃縮を防いでいない範囲
ではＲＯ−セルに伴なって得られるものよりも、好適な
条件下では８０％丑で高するであろう。

膜の保持特性に関する決定要因は後処理にある。

この後処理には、たとえば、温度処理、圧力処理、溶媒
収縮がある。

保持特性は均一に膜面全域に分布しており、局所的な漏
れがその原因となったり、あるいＢ−Ｆ響を与えたりす
るということは、この処理状況でばｉｈ−，１ルなこと
である。

非χ・１称存膜を作成するととも可能であり、この；１
４ｙではその保持〕１ヲ性は成形７０ノブの組成を変化
させて望捷しい方法で変更してもよい。

カスケード中で各々が別々の分離率を有する膜を使って
、溶液の高濃縮化を補足的に可能とすることができるよ
うになる。

本発明はまた、逆浸透により溶液を濃縮する装置に係る
ものであり、この装置は、被濃縮化合物に対して高保持
力をもち、被濃縮化合物に対して限定的な保持力をもつ
少くとも１つの膜モジュール（Ｂ）に結合した少くとも
１つの膜モジュール（Ａ）からなり、そのｌｌｉモノニ
ールの総数が少くとも３である。本装置では、（最終の
）膜モジュール（Ｂ）の浸透側が（最初の）膜モノニー
ル（Ａ）の加圧側への導管によって接続されており、（
最終の）暎モジーール（Ａ）の加圧側は（最終の）膜モ
ノニール（Ｂ）の加圧側への導管によって接続されてい
て、（最初の）膜モノニール（Ａ）が回収溶媒用の導管
で浸透側に設けられ、（最初の〕膜モソーール（Ｂ）は
加圧側で形成される濃縮物を回収するだめの導管が設け
られている。（最終の）膜モノニール（Ｂ）と（最初の
）膜モノニール（Ａ）との間の導管にはポンプが存在し
ており、この（最終の）膜モノーール（Ｂ）とポンプ間
の地点には処理対象の新鮮な溶液用の供給導管が接（１
３） 続導管へつながっている。

発明の構成および作用 本発明の好適な実施態様では、装置は嘆モノーール（Ｂ
）の、より特定すると２から８の嘆モノニール（ｌの、
ツノスケートからなるが、望捷しいならば、装置は膜モ
ジーール（Ａ）の、より特定すると２から８の膜モノー
ール（Ａ）の、カスケードを１τんでもよい。

丑だ、少くとも１つの膜モノーール（Ａ）、および／廿
だ１は、少くとも１つの膜モノ１．−ル（Ｂ）を継続し
た膜列で置き換えるのも好適である。

装置が膜モノニールのカスケードあるいは継続した膜列
で構成されている場合は、使用される膜の分離率あるい
は生成工程系統の方向の継続した膜列に沿った分ｚｔ率
が４から１１に減小するような方法でこれらを好適に選
択する。

本発明の手法と装置は、これ以降、添付の図面を参照し
てより詳細に説明する。その添付の図面は逆浸透により
溶液を濃縮するために現時点で好適な装置の概略工程系
統図であり、膜モノーール（１４） （Ａ）のカスケードに結合した膜モノーール（Ｂ）のカ
スケードからなっている。

図面はカスケードの結合を示しており、との結合では、
限定的保持力をもつ膜２２をそなえている第１の膜モジ
ュール（Ｂ）２１は、濃縮物のだめの出力導管２３をも
つ加ｒｆ　Ｉｌｌに設けられているが、浸透側では出力
゛導管２４が、第２の膜モノーール（Ｂ）２５の浸透側
に向かっており、この第２の膜モノニールは、第１の膜
モノニール（Ｂ）２１の加圧１則への接続導管２７とと
もに加ＦｔＥ側に、また、第３（この場合には最終）の
膜モノニール（Ｂ　）２９への接続導管２８とともに浸
透側に設けられている。この膜モノーール２９は、限定
的な保持力をもつ膜３０とともに設けられ、第２の嘆モ
ノーール（Ｂ）２５の加圧側への接続導管３１とともに
加圧側に、丑だ、接続導管３２をそなえた浸透側に設け
られている。この接続導管３２は、ポンプ３３と導管３
４を経由して、第１の膜モノーール（Ａ）３５の加圧側
に導びかれていて、この第１の膜モノニール３５には高
保時力をもっだ膜３６が設けられ、溶液用の出力導管３
７とともに浸透側に、また、第２の膜モノーール（Ａ）
３９の加用側への接続導管３８とともに加圧側１に設け
られている。この第２の膜モジュール３つは、高保時力
をもつ膜４０を、膜モノニール（Ａ）３５の浸透側への
接続導管４１が設けられた浸透側に、また、第３（この
揚台には最終）の膜モノーール（Ａ　）　４３の加圧側
へのもう１つの接続導管４２が設けられた加圧側にそな
えられる。この第３の膜モノニール４３は、高保持力を
もつｌｌ］４／Ｉが設けられ、最終の膜モジュール（Ｂ
）２９の加圧（ｆｌｌｌへの接続導管とともに加圧側に
、また、第２の膜モノーール（ｐ、、　）　３９の浸透
側への接続導管４６を設けである浸透ＩＩ］ｌｌＫ設け
られている。出力導管３２へは、処理対象の新鮮な溶液
用の供給導管４７も設けである。

１つの膜モノーール（Ａ）との組合せで２つの膜モノー
ール（Ｂ）のカスケードを構成している図面に示したよ
うな本装置の変更では、２チのサッカロース（蔗糖）水
溶液が、その他は同一の条件下で、いろいろ彦還流比で
１８％に瀞縮された。

ここでその他の条件とは、つまり、膜モジーール（Ｂ）
の各々がα−２の分離率を持ち、膜モノユ。

−ル（Ａ）がα〉１００の分離率を持っていること；Ｒ
Ｏ−膜の浸透性が０．００３　、！ｉ’／ｍｉｎ−ｃｍ
２・ｂａｒ　　であること；α−膜の浸透性が０．０　
］　５　＆／ｍｉｎ−ｃｍ”ｂａｒであるとと；還流比
が膜モノーール（Ｂ）から膜モノーール（Ａ）への速流
系統を（全）工程系統で除した比であることである。

得られた結果は表Ａ　（２５ｂａｒにおいて）と表Ｂ（
］　５　ｂａｒにおいて）に示されている。

そこでは、１つのＲＯ−膜、つまり、単一の膜モノニー
ル（Ａ）には１８％のサッカロース溶液は供給しておら
ず、１つの膜モノニール（Ｂ）、！＝１つの膜モジュー
ル（Ａ）の組合せがｌ　５　ｂａｒで０、１６〜０．１
７　ｋ！９／ｍｉｎ／ｍ２　の、丑だ、’２５　、ｂａ
ｒで最Ｑ　０．４３　ｋｉｉ’／ｍｉｎ／ｒｎ２　の生
成が得られテイルカ、２つの膜モソーール（Ｂ）と１つ
の膜モノーール（Ａ）とでカスケードを組合せると、１
５　ｂａｒで０１７〜０２０ｋｇ／ｍｌｎ／ｍ２　まで
の、また、２５　ｂａｒ（１７） で０．４７　ｋ’７／ｍｉｎ／ｍ２までの生成の増加を
もたらしている。

表　　Ａ ６７　　　０．２２ １３　　　０．４３ ０４５ ０４７ ０４６ ０２５ 表　　Ｂ ３６　　　０．１７ １６　　　０．２０ １０　　’　　０．２１ ７．５　　　０．２１ ０２０ ０００ （１８） 本発明では水、＠液について記述しているけれども、適
切な膜を選択しさえすればほかの溶媒を使ってもよく、
ほかの溶媒とは、特にたとえば、ベンゼン、キンレン、
トルエン、およヒヒリノンのような有機溶媒である。

膜材は使用される溶媒に対して安定していなければなら
ないことは明らかである。

上記で記述した方法によれば、膜モノユーール（Ａ）、
高保持力の嘆（ＲＯ−膜）、膜モノニール（Ｂ）、限定
的深持力の膜（α−膜）との組合せによってＲＯ−膜の
制約を補償することが可能となり、この組合せはこれ１
でに得られたものよりもより高い濃縮と同時により高い
生成度がもたらされる。

次の実施例は、単なる例示の目的によるものであり、添
付の請求項（クレーム）の意図と範囲に制限を与えるも
のではない。

実施例 本 一実施例は、２％のグルコース水溶液を２０％のグルコ
ース水溶液に濃縮することに係るものである。

この目的のために、グルコースに対して９９係の保持力
をもち、自流方向に結合された膜モノユーール（Ａ）の
カスケード、および、グルコースに対して０５係の保持
力をもって、これも向流方向に結合された膜モノニール
（Ｂ）のカスケードが使われている。

付加的な試行を膜モノーール（Ａ）と１つの膜モノニー
ル（Ｂ）とのカスケードで施し、もう１つの流列が１つ
の膜モノーール（Ａ）ＩＩ！にモノニール（Ｂ）のカス
ケードとの組合せで施した。

比較の７そめに、単一の膜モノニール（Ａ）での試行を
施し、他の一連の試行を１つの膜モノーール（Ａ）と１
つの嘆モノーール（Ｂ）との組合せで殉した。

こねらの試行の結果は下記の表Ｃに示されている。

表　　Ｃ ０２２ １２７ １２３，１ １３３ ２３８ ３３４に の上記のデータから、膜モノーールの総数が少くとも３
である膜モノーール（Ａ）と（Ｂ）の組合せを使えば、
実質的な利点を得られることが明らかである。

【図面の簡単な説明】

添付図面は本発明の実施例のカスケード結合をしめす。 （２１）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）　　逆浸透によって溶液を濃縮する方法で、ネ痔
   汽縮化合物に対する高保持力をもつ少くとも１つの膜モ
   ノニール（Ａ）が被濃縮化合物に対して限定的な保持力
   をもつ少くとも１つの暎モノーール（Ｂ）と結合してお
   り、（第１の）膜モノニール（Ａ）の浸透側における溶
   媒が取り除かれ、被濃縮化合物の濃縮物が（第１の）膜
   モノーール（Ｂ）の加工側で取り除かれるが、Ｃ最終の
   ）膜モジュール（Ａ）の加圧側と（最終の）膜モノーー
   ル（Ｂ）が相互に連結されていて、処理対象の新鮮な溶
   液が（最終り））膜モノーール（Ｂ）の浸透側と（第１
   の）膜モノ３−ル（Ａ）の加圧側との間の接Ｆｉ１；点
   に供給され、膜モノーールの認数が少くとも３である方
   、・−へ。 （２）処理対象の新鮮な溶液が、（最終の）膜モ（１） ノーール（Ｂ）の浸透側と（第１の）膜モソユール（Ａ
   ）の加圧側との間の接続点に位置している月？ンプから
   みて」二流点に供給される上記特許請求の範囲第１項に
   基づく方法。 （３）膜モノニール（Ｂ）のカスケードが使用される」
   −記特許請求の範囲第１項に基づく方法。 （４）　カスケードが２から８までの膜モノーール（Ｂ
   ）で構成された」二配特許請求の範囲第３項に基づく方
   法。 （５）膜モーフ９ニール（Ａ）のカスケードが使用され
   る上記特許請求の範囲第１項に基づく方法。 （６）　　カスケードが２から８までのＲ膜モノニール
   （Ａ）で構成された上記特許請求の範囲第５項に基づく
   方法。 （７）膜モノーール（Ａ）と（Ｂ）のうち少くとも一方
   が継続した膜モノニールである上記特許請求の範囲第１
   ，３および５のうちの任意の１項に基づく方法。 （８）膜モノーール（Ｂ）と膜モノーール（Ｂ）として
   の継続した膜列のカスケードからなるグル（２） −ゾの少くとも１つのメンバーが使われ、生成工程系統
   の方向に使われた膜の分離率を４から］、１に減小させ
   る」−配特許請求の範囲第１，３および５のうちの任意
   の１項に基づく方法。 （０）被濃縮化合物に対して高１呆持率をもつ少くとも
   １つの膜モノーール（−Ａ）からなり、ネ皮肩、縮化合
   物に対して限定的な保持力をもつ少くとも１つの膜モノ
   ーール（Ｂ）に結合しており、（最終の）膜モゾーール
   （Ｂ）の浸透側が（最初の）膜モノニール（Ａ）の加圧
   」１！に導管で接続されており、（最初の）膜モノニー
   ル（Ａ）の加圧側は（最終の）膜モノーール（Ｂ）の加
   圧側に導管によって接続されており、浸透側の（最初の
   ）膜上ノーール（Ｂ）が溶媒用の出力導管をそなえてい
   て、加圧側の（最初の）膜モノーール（Ｂ）が形成され
   た濃縮物用の出力導管をそなえており、（最終の）膜モ
   ジュール（Ｂ）と（最初の）膜モノ９−ル（Ａ）の間の
   接続導管中にポンプが存在し、この（最終の）膜モノー
   ール（Ｂ）とそのポンプの間の地点にこの接続導管中に
   供給カ゛管かつ（３） 、なかっていて、脇モノニールの総数が少くとも３であ
   る逆ｆひ香によって溶液を濃縮する装置。 帥％モノニール（Ｂ）のカスケードからなる上記特許請
   求の範囲第９頂に渣づ〈装置。 （抽　少くとも２から８寸での膜モノニール（Ｂ）のツ
   ノスケ〜ドからなる−に記特許請求の範囲第９項に基づ
   く装置。 （１つ膜モノニール（Ａ）のカスケードからなる上記晶
   °許請求の範囲第９項に基づく装置。 （１１少くとも２から８寸での膜モノニール（Ａ）のカ
   スタ−１゛からなる」−記特許請求の範囲第９頂に基づ
   く装置。 （１・ｐ　　少くとも膜モノ、−−ル（Ａ）と（Ｂ）の
   うちの−・方が８１＊続しだ膜列である上記特許請求の
   範囲第９．　Ｉ　Ｏ，お」：び１２の任意の１項に基づ
   く装置。 （１′″ｊ　；摸モノーール（Ｂ）のカスケードとｊ摸
   モノー−ル（ｎ）としての継続した膜列からなるグルー
   ン°の少くとも１メンバーからなり、生成工程系統の方
   向に使われた膜の分離率を４から１１に減小させる１−
   記特許請求の１ｒ１Σ囲第９項第９づく装置。 （４）