JPS60147201A - 揮発性物質含有水溶液の処理方法 - 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】 本発明は溶質として揮発性物質を含有する水溶液をサー
モパーベーパレーション法によって処理する方法に関し
、詳しくは、揮発性物質を含有する水溶液を処理して、
その揮発性物質を水溶液中に導縮し、又は水溶液から取
出す揮発性物質含有水溶液の処理方法に関する。

従来、サーモパーベーパレーション法ハ、例えば、特公
昭４９−４５４Ｊ１号公報や特開昭５７−１４，３８０
１号公報に記載されているように、低揮発性の無機塩を
含有する水溶液の処理のみに限られて適用されている。

サーモパーベーパレーション法によってかかる無機塩水
溶液を処理するには、水蒸気は透過させるが、水自体は
透過させない疎水性重合体多孔質膜の一面側に、例えば
高温の熱海水を流通させ、この海水から発生して、ト爬
多孔質膜を透過した水蒸気をこの膜の他面側で冷却して
凝縮させ、このようにして多孔質膜の一次側において海
水を濃縮し、二次側において清水を得、るのである。

本発明者らは、サーモパーベーパレーション法による褌
々の溶質を含む水溶液の処理について、鋭意且つ広範囲
に研究した結果、予期しないこ、と、に、溶質として揮
発性物質を含有する水溶液に適用する。とき、その物質
の気液平衡関係に応じて、揮発性物質を水溶液中に濃縮
し、又は水溶液から取出すことができることを見出して
本発明に至ったものである。

本発明による揮発性物質を含有する水溶液の処理方法は
、液体蒸気は透過させるが、液体自体は透過させない疎
水性の重合体多孔質膜の一面側に′、溶質として揮発性
物質を含有する水溶液を接触させ°ることにより、上記
水溶液から水蒸気及び／又は上記揮発性物質の蒸気を発
生させ、これら蒸気を上記多孔質膜の他面側に透過させ
、冷却して凝縮させ、上記溶質を上記水溶液中に濃縮し
、又は凝縮液中に取出すことを特徴とする。

本発明の方法において、揮発性物質とは、水よりも蒸気
圧の高い物質をいい、塩化水素、臭゛化水素、硝酸、過
塩素酸等の無機化合物、メタノール、エタノール、トリ
エチルアミン等の有機化合物が含まれる。

一般に、溶質として揮発性物質を溶解含有する水溶液と
その蒸気は一定の平衡関係にあり、通常、水溶液の組成
と蒸気の組成とは異なる。本発明によれば、揮発性物質
を含有する水溶液の気液平衡の非直線性を利用して、サ
ーモパーベーパレーション法により水溶液の濃縮又は溶
質の分離を行ない得るのである。

第１図に塩酸水溶液の気液平衡図を示す。塩酸水溶液に
おける塩化水素の濃度が約８モル％以下のときは、その
蒸気には実質的に塩化水素が含まれない。一方、塩酸水
溶液における塩化水素の濃度が約１４モル％のときは、
蒸気の組成もこの溶液組成とほぼ等しい。従って、塩化
水素濃度が約１４モル％より小さい塩酸水溶液から発生
した蒸気はより小さい濃度で塩化水素を含有するので、
塩酸水溶液から発生し、重合体膜を透過した蒸気を冷錐
し凝縮させることによって塩酸水溶液を濃縮することが
できる。

第２図は硝酸水溶液の気液平衡図を示す。塩酸水溶液の
場合と同様に、硝酸濃度が約３５モル％以下の水溶液を
サーモパーベーパレージコン法にて処理することにより
、硝酸水溶液を濃縮することができる。一方、硝酸濃度
が約３５モル％よりも大きい硝酸水溶液は、硝酸をより
大きい濃度で　２含有する蒸気と平衡関係にある。従っ
て、このような硝酸水溶液から発生した蒸気を冷却し、
凝縮させることにより、水溶液より硝酸濃度の高い凝縮
液を得、かくして、硝酸水溶液から硝酸を分離すること
ができる。

更に、第３図はエタノール水溶液の、気液平衡図を示す
。エタノール水溶液の場合に↓よ、水溶液のエタノール
濃度に関係なくミ蒸気中のエタノール濃度は水溶液中の
エタノール濃度よりも小さくないので、本発明に従って
エタノール水溶液を処理することにより、凝縮液中にエ
タノールを取出すことができる。　゛ 上に揮発性物質の水溶液の典型的な例について説明した
が、本発明によれば、このように気液平衡が非直線性を
示すとき、揮発性物質を水溶液中に濃縮し、又は水溶液
よりも高い濃度で揮発性物質を含有する凝縮液を得て、
揮発性物質を水溶液から分離濃縮することができる。

本発明の方法によれば、溶質として揮発性物質を含有す
る水溶液から発生し、疎水性重合体多孔質膜を透過した
水蒸気及び／又は揮発性物質の蒸気を冷却し、凝縮させ
るために、次のいずれかの方法によることができる。

その第１は、蒸気は透過させるが、水及び揮発性物質の
液体は透過させない疎水性重合体多孔質膜の一面側に水
溶液を接触させ、この重合体膜の他面側に膜面から適宜
の間隔をおいて所定の低温に保持した伝熱壁を設け、上
記水溶液から発生し、重合体膜を透過した蒸気を上記伝
熱壁上で冷却し、凝縮させて凝縮液を得るのである。

第２は、疎水性重合体多孔質膜の一面側に上記のような
水溶液を接触させ、他面側には所定の低温の冷却媒体を
接触させることにより、水溶液から発生し、重合体を透
過した蒸気を直接に冷却媒体にて冷却して凝縮させ、こ
れを冷却媒体中に得るのである。通常、いずれの方法に
おいても、水溶液はこれからの蒸気発生を容易にするた
めに加熱される。

本発明の方法においては、上記重合体多孔質膜は、揮発
性物質及びその水溶液に対して親和性をもたず、且つ、
疎水性であり、更に液体自体は透過させないが、水蒸気
及び揮発性物質の蒸気は一過させる性質を有することが
必要である。従って、かかる疎水性〜合体多孔質膜は、
通常、０．０５〜５０μｍ１好ましくは０．１〜１０μ
ｍ程度の微孔を有し、且つ、多孔度が５０％以上である
ことが好ましい。また、膜厚は特に制限されるものでは
ないが、通常、１〜３００μｍ、好ましくは５〜５０μ
ｍ程度である。

従って、本発明においては、かかる重合体膜として、ポ
リテトラフルオロエチレン樹脂のようなフッ素系樹脂か
らなる多孔質膜が、疎水性であると共に耐熱性にすぐれ
るために特に好ましく用いられる。また、例えば、フッ
化ビニリデン樹脂やエチレン−テトラフルオロエチレン
共重合樹脂等のようなフッ素系樹脂の溶液又は溶融液を
押出成形して得られる多孔質膜も好ましく用いられる。

しかし、例えばポリスルホンやセルロース樹脂のような
親水性樹脂からなる多孔質膜でも、表面にフッ素系樹脂
やシリコーン樹脂等の撥水性樹脂を被覆して疎水性の多
孔質表面を付与するときは、これら樹脂膜も使用するこ
とができる。

次に、本発明の方法を実施するのに好適な装置について
、図面に基づいて輯明する。

第４図及び第５図は上記第１の方法を実施するために好
適な装置の一例を示す。

即ち、外管１内には上記したような疎水性重合体多孔質
膜よりなる膜管２が同軸的に配設されており、外管と膜
管との間に所定の温度に加熱された揮発性物質を含有す
る水溶液のための水溶液通路３が形成されている。従っ
て、外管は保温性を有することが好ましく、例えば樹脂
より形成される。水溶液通路３には水溶液の導入管４及
び導出管５が接続され、必要に応じてこれら管路に設け
た加熱器６により所定の温度に加熱された高温の水溶液
が上記管４及び５にて水溶液回路に循環して流通される
。また、水溶液は、弁７を備えた水溶液供給管８から適
宜に水溶液回路に補充され、更に、図示しないが、排出
管により必要に応じて水溶液回路から一部が排出される
。　デ膜管２の内側には、更にこれと同軸的に伝熱管９
が配設され、前記膜管との間に蒸気空間１０を有するよ
うに適宜の間隔がおかれている。伝熱管は伝熱性の高い
材料、例えば金属からなる薄肉管である。この伝熱管に
は冷却媒隼のための導入管１１及び導出管Ｉ２が接続さ
れ、冷却媒体が伝熱管内に循環して流通される。轡た、
蒸気空間には膜管を透過し、伝熱管にて冷却きれ、凝縮
した凝縮液の導出管１３が接続されている。

尚、膜管を構成する前記多孔質膜は、一般に強度が小さ
いので、図示しないが、適宜の支持体上に支持されて形
成されているのが好ましい。このような支持体は、重合
体膜を補強すると共に、水蒸気を透過させることができ
れば足り、例えば、゛ポリアミドからなる織布又は不織
布や、セラミック製の多孔質管が好適に用、いられる７
゜また、装置は、第６図に示すように、外管１内に複数
の膜管２が配設され、各膜管が内部に伝熱管９を有する
と共に、外管と各膜管との間の空間が水溶液通路３であ
るように構成されていてもよい。

上記の第１の装置においては、所定の温度に加熱された
水溶液が水溶液通路３畑導入され、水溶液より発生した
一気は膜管２をｉ遇して蒸気空間１０に至り、伝１１１
、管９の表面上で冷却されて凝縮液を住じ、伝熱管表面
を流下して凝縮液導出管Ｉ３より装置外に導かれる。

第７図及び第８−は前記した第２の方法を実施するのに
好適な装置の一例を示し、第４図と同じ部材には同じ参
照番号が付されている。

外管ｌ内には前記したような疎水性重合体多孔質膜より
なる膜管２が同軸的に配設されて、外管と膜管との間に
水溶液通路３が形成され、この水溶液通路に所定の温度
に加熱された水溶液が流通され、膜管内には冷却媒体が
流通される。即ち、所定の温度に加熱された水溶液と冷
却媒体は上記膜管を介して接触される。水溶液通路３に
は水溶液を流通させるための導入管４及び導出管５が接
続され、同様に、膜管２にも冷却媒体を流通させるため
の導入管１１及び導出管１２が接続されている。

この装置によれば、水溶液より発生し、膜管壁を透過し
た蒸気は、冷却媒体にて直ちに冷却されて凝縮し、冷却
媒体中に回収される。前記したと同様に、必要に応じて
水溶液は供給管８より補充されつつ、加熱器６にて加熱
されて、管路４及び５により水溶液回路を循環され、ま
た、冷却媒体は、必要に応じて冷却媒体回路に設けた冷
却器１４により所定の温度に冷却されつつ、冷却媒体回
路を循環され、その一部は凝縮液と共に取出管１５から
装置外に取り出される。

図示しないが、装置は、複数の膜管が外管内に収容され
、各膜管内に冷却媒体が循環され、外管内において膜管
外の空間が水溶液通路をなすように形成されていてもよ
い。

上記の第２の装置によれば、所定・の温度に加熱された
水溶液と冷却媒体とが膜管を介して直接に接触されるの
で、水溶液から発生した蒸気は直ちに冷却媒体ｔこより
冷却されて凝縮し、冷却媒体中に回収される。従って、
蒸気の透過速度が大きいのみならず、膜管と伝熱壁との
間に蒸気空間を設けた装置よりも小型化し得、単位体積
当りの有効膜面積を大きくすることができる。

上記第２の装置において、水溶液からの蒸気が実質的に
揮発性物質を含有しない駄うに、水溶液が溶質として所
定濃度以下の前記例示した無機酸を含むような場合、冷
却媒体として冷却水を用いれば、溶質は水溶液中に濃縮
され、凝縮液としてほぼ純水を得ることができる。一方
、溶質濃度が水溶液よりも常に蒸気中における方が高い
前記例示した低級アルコールのような場合、冷却媒体と
して冷却水を用いれば、水溶液中のアルコールを冷却水
中に取出すことができる。更に、冷却媒体として、同じ
低級アルコール水溶液を用いれば、所定の温度に加熱さ
れた原水溶液からエタノールが取出され、このエタノー
ルは冷却媒体としての同じ組成の水溶液中に凝縮さｉる
ので、エタノールは冷却媒体としての水溶液中により高
い濃度で含まれることとなり、この結果として、エタノ
ール水溶液を膜の２次側で濃縮することができる。　７
尚、上記したいずれの装置の場合についても、水溶液を
外管と膜管との間の水溶液通路３に流通させ、膜管内に
冷却媒体を流通させるとして本発明の詳細な説明したが
、しかし、水溶液通路に冷却媒体を流通させ、一方、冷
却媒体通路に水溶液を流通させてよいのは勿論である。

以上のように、本発明の方法は、揮発性物質を含有し、
所定の温度に加熱された水溶液を疎水性重合体多孔質膜
に接触させ、この水溶液より発生して膜を透過した蒸気
を冷却し、凝縮させることにより、その水溶液の気液平
衡組成の相違を利用して、水溶液を濃縮し、又は凝縮液
中に水溶液よりも高い濃度で揮発性物質を分離し、濃縮
するものである。

従って、前記したように揮発性物質含有水？′８Ｗｌ。

の気液平衡組成に応じて、例えば揮発性無機酸の場合に
は、その水溶液中の無機酸濃度が所定値以下であれば、
高い排除率で水溶液を濃縮し得、凝縮液としてほぼ純水
を得ることができる。また、低級アルコールの場合には
、水溶液よりこれを分離して、凝縮液中に濃縮すること
ができる。

更に、本発明の方法によれば、装置内を加圧又は減圧す
る必要がなく、また、従来の通常の蒸留による場合と異
なり、水溶液をその沸点以下の温度に加熱してもその水
溶液を処理することができる。また、水溶液の処理方法
としてよく知られているように圧力差を駆動力とする逆
浸透法や限外濾過法と異なり、温度差を駆動力としてい
るために加圧を必要としないうえに、疎水性の膜を使用
するので、膜の目詰りや濃度分極がなく、水溶液を効率
よく処理することができる。

以下に本発明の実施例を挙げる。

実施例１ 第４図に示したように、直径４０１１１の合成樹脂製外
管内に、多孔質ポリアミド織布にて裏打ちされたポリテ
トラフルオロエチレン多孔質膜からなる直径２５ｔｓの
膜管を同軸的に配設し、更にこの膜管内に直径２１ｍ１
＋のステンレスｗＩ製伝熱管を管壁間の間隔が２韮とな
るように配設して、装置を構成した。尚、上記多孔質膜
は平均孔径０．２μの微孔を有し、多孔度８０％であっ
て、装置における有効膜面積は２３０ｄであった。

この装置において、温度２℃の冷却水を伝熱管内に流通
して、第１表に示す揮発性無機化合物を溶質として含有
する６０℃の水溶液を処理した。

原水溶液の溶質濃度、及び凝縮液の溶質濃度とその取得
速度を第１表に示す。本発明の方法によれば、水溶液の
濃度にかかわらずに揮発性物質をほぼ１００％の排除率
で阻止して水溶液を濃縮し得、従って、実質的に中性の
純水を凝縮水として得ることができる。

実施例２ 溶質として第１表に示す揮発性有機化合物を含有する水
溶液を実施例１と同様にして処理し、溶質が高濃度に濃
縮された凝縮液を効率よく得ることができた。

実施例３ 第４図に示したように、直径４０ｍｍの合成樹脂製の外
管内に、多孔質ポリアミド織布にて裏打ちされたポリテ
トラフルオロエチレン多孔質膜からなる直径２５ｍの膜
管を同軸的に配設して装置を構成した。この装置におい
ても、上記多孔質膜は平均孔径０．２μの微孔を有し、
多孔度８０％であって、装置における有効膜面積は２３
０ｃ＋ａであった。

この装置において、膜管内に２℃の冷却水を循環させ、
水溶液通路に第２表に示す溶質を含有する６０℃の水溶
液を循環させた。溶質がほぼ１゜０％の排除率で阻止さ
れ、従って、水溶液が濃縮されたことが理解される。

実施例４ 実施例３と同じ装置を用い、水溶液通路に第２表に示す
溶質を含む６０℃の水溶液を循環させると共に、膜管内
に２℃に冷却した同じ水溶液を冷却液として循環させた
。このようにして水溶液を１時間処理したときの冷却液
中の溶質濃度及び凝縮速度を第２表に示す。原水溶液中
の溶質が冷却液中に取出されていることが理解される。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図は揮発性物質を含有する水溶液とその
蒸気の組成の例を示す気液平衡図、第４図は本発明の方
法を実施例するのに好適なサーモパーベーパレーション
装置の一例を示す縦断面図、第５図は第４図において線
Ａ−Ａ線に沿う断面図、第６図は別のサーモパーベーパ
レーション装置を示す断面図、第７図は更に別の装置を
示す断面図、第８図は第７図において線Ｂ−Ｂ線に沿う
断面図である。 １・・・外管、２・・・膜管、３・・・水溶液通路、９
・・・伝熱管、１０・・・蒸気空間、１３・・・凝縮水
導出管、１５・・・冷却媒体取出管。 第１図 オ（パ９永中の　ＨＣＩモル　２ 第２図 ｐｋ；ｊ＄−＊ｆの　Ｈ・〜′θ３スとル　２く第３図 水Ａ−東−ｆめエフノーンしてル　％ 手続禎正書（方式） 昭和５９年　４月１０日 特許庁長官殿 ■、事件の表示 揮発性物質含有水溶液の処理方法 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 住　所　大阪府茨木市下穂積１丁目１番２号名　称　日
東電気工業株式会社 ４、代理人 住　所　大阪市西区新町１丁目８番３号５、補正命令の
日付　昭和５９年　３月　７日（発送日　昭和５９年　
３月２７日） ６、補正により増加する発明の数 ７、補正の対象　明細書図面の簡単な説明の欄補正の内
容 ｆｉｌ　明細書第１６頁１８〜２０行の［図面の簡単な
説明 第１図乃至・・・気液平衡図、第４」を削除する。 （２）明細書第１９頁１〜７行の「図は・・・断面図で
ある。」を削除し、代わりに次の文を加入する。 「図面の簡単な説明 第１図乃至第３図は揮発性物質を含有する水溶液とその
蒸気の組成の例を示す気液平衡図、第４図は本発明の方
法を実施例するのに好適なサーモパーベーパレーション
装置の一例を示す縦断面図、第５図は第４図において線
Ａ−Ａ線に沿う断面図、第６図は別のサーモパーベーパ
レーション装置を示す断面図、第７図は更に別の装置を
示す断面図、第８図は第７図において線Ｂ−Ｂ線に沿う
断面図である。 １・・・外管、２・・・膜管、３・・・水溶液通路、９
・・・伝熱管、１０・・・蒸気空間、１３・・・凝縮水
導出管、１５・・・冷却媒体取出管。」 以上

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）液体蒸気は透過させるが、液体自体は透□過させ
   ない疎水性の重合体多孔質膜の一面側に、溶質として揮
   発性物質を含有する水溶液を接触させ、上記水溶液から
   水蒸気及び／又は上記揮発性物、質の蒸気を発生させ、
   これら蒸気を、上記多孔質膜の他面側に透過させ、冷却
   して凝縮さ、せることにより、上記溶質を上記水溶液中
   に濃、縮し、又は凝縮液中に取出すことを特徴とする揮
   発性物質含有水溶液の処理方法。