JPS60206406A - 液体または気体状物質混合物の分離装置 - 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】 本発明は、膜通過による液体または気体状物質混合物の
分離装置に関し、該装置はケーシングからなり、その内
部に多数の環状支持体が順次積み重ねられ、該支持体間
に膜を保持されている。

この種の装置は米国特許第３，８５４，９０４号明細書
に開示されている。この公知の装置の環状支持体は、同
軸の凹所を有し、その中に両側を膜で被覆された薄い多
孔質円板が配置されている。

被処理混合物はリングの本体に形成された連絡路を流れ
、膜で被覆された円板間のリングの中央の自由内部を流
動する。透過物は、リングに設けられた放射状の溝を経
て、薄い多孔質円板を通じて、リングの周辺とケーシン
グもしくは容器壁との間の収集路に達する。

混合物は、膜（いわゆる選択透過膜もしくは逆浸透膜か
使用されている）を通るため、混合物中の１または２以
上の成分が透過物として膜を透過し、その結果、原混合
物中の残留成分が徐々に濃縮される。分離すべき物質混
合物は常圧下であるいは加圧下で、要すれば、加熱して
膜へ導かれる。

膜の反対側は予め設定された真空に調節されるか、キャ
リアーガスもしくは適当な抽出液か低圧で流される。

液体物質混合物を膜の前面側に比較的高圧で供給し、透
過液をその背面側から低圧の抽出液により排出する方法
は、膜阻止抽出法と呼ばれる。

また、膜の一方側に液体（この液体はそれぞれ調圧下で
加熱されていても良い）があり、透過物が蒸気となって
膜から浸出していく方法は、パーペイバレイジョン（ｐ
ｅｒｖａｐｏｒａｔ　１ｏｎ）と呼ばれている。

気体及び蒸気の混合物でも同様にして分離することがで
きる。米国特許第３，８５ｊ、９０４号明細書に記載さ
れた装置では、種々の分離操作に適した膜を相互に比較
的容易に交換可能であるとい’）＋、］４つ７．あ６７
１、’Ｆ：ｔＬ”７：Ｆ％□７．や。ヶ、１，７、あ、
。　゛即ち、リングに装着された薄い多孔質円板は機械
応力に対する抵抗が弱い。リングに設ｉｉだ’ｔｌＩｌ
ｌｉは内幅か狭く、被分離物質混合物が比較的低く汚濁
していても固体により閉塞する傾向がある。また、混合
物中の微粒子物質が膜の透過性を著しく減少させる。さ
らに、供給側に作用する圧力により膜が薄い多孔質円板
に押圧されることと、個々のリングと膜との間のノール
を０リングを介してスタックをタイロッドでリングの中
央内部に作用する圧ツノに抗して圧縮することにより行
わなければならないため、透過物側空間への微少な漏れ
損失の問題が完全に解決されていない、などである。

多くの場合、被処理物は高温に維持しなければならない
ため、公知の装置を通る際に被処理物が被る熱損失は特
に好ましくない結果をもたらず。

これは分離操作中に熱供給がてきないからである。

前記欠点は、他の公知の装置においても存在する。

本発明は前記問題や欠点を解決もしくは充足し、優れた
分離性能と流動速度性能を有し、操作上安全で、簡単か
つ迅速に分解可能な分離装置を提供することを目的とす
る。

本発明の前記目的は、前記定義の装置において、支持体
の中央内部に多孔質透過性＋Ａｆ−１を充填し、多孔質
透過性スペーサを膜で被覆された隣あう二つの支持体間
にそれぞれ配設し、個々の支持体か隣あう支持体に対し
てオフセット状態に配置された周辺凹所を有し、かつ支
持体の中央内部に連絡する透過物用排出路を設ζノケー
シング（１）を貫通して外部へ導くことにより達成され
る。

膜は、低圧側で、その全表面を支持体の中央内部を完全
に充填する多孔質透過性＋Ａ利、即ち、開口した細孔材
料により支持されている。多孔質材料は支持体と同じ厚
さを有し、従って、機械的に非常に安定である。

環状支持体の飼料としては、十分に耐熱性で混合物の成
分に対して耐えつる任意の＋ＡＪ４、例えば、アルミニ
ウム、特殊綱およびポリエチレン、ポリプロピレン、ポ
リイミド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリヒニルノ
フルオライドなとの合成物を使用すればよい。　′ 支持体の中央内部に円板形状の合成材料を充填するのが
好ましい。

また、スペーサも合成材料で形成し、環状にするのか有
利であり、特に、合成材料としてＰＥ１０（高密度ポリ
エチレン）などのポリエチレンあるいはポリテトラフル
オロエチレンをこれらの多孔質部祠に使用するのが好ま
しい。しかし、この目的には、ガラス、金属フリットあ
るいは多孔質セラミックなど他の材料を使用しても良い
。

スペーサは必ずしも環状の形状である必要はなく、例え
ば、円板の形状であっても良い。

本発明の実施態様においては、支持体スタックの軸方向
に伸びたスロット状開口を介して支持体の中央内部と連
絡する穴は、各支持体に設けられ、これらの穴は一列に
配列され相互に気密的に接続されて排出路を形成してい
る。

順次積み重ねた支持体の周辺凹所は各々１８０゜片寄ら
せて配置するのが特に好適である。

円形リング状の支持体では、凹所は単に円弧形状を持て
ばよいが、流動工学上、より好ましいとされる他の形状
とすることも可能である。本発明の装置の他の特に有利
な実施態様においては、ケーシングの外殻は、透過物を
加熱することなく、分離操作中、混合物の望ましくない
冷却を防止するように加熱媒体を流動させるため二重壁
にしである。

膜としては、主として、いわゆる非対象膜が使用され、
この膜は０６１〜１μｍ（Ｊ）厚さの非７：；に薄い活
性層と、支持層として機能する多孔質下層とから構成さ
れる。このタイプの膜は逆浸透法の技術で知られており
、活性層は種々のポリアミド類、ポリスルポン類、セル
ロース誘導体なとで形成される。

以下、添付の図面に示す本発明の一実施例により本発明
の詳細な説明する。

第１図は二重壁ケーシング外殻を有ケる本発明に係る装
置を示し、円筒状ケーシングｌは二重壁構造の外殻２と
、底体３及び蓋４とから構成されている。ケーシングの
底体３には被分離物質混合物用供給ダクト５と、透過物
用排出路の一部である管受は口６がある。ケーシングの
蓋４を貫通して残留物用排出ダクト７か導かれている（
第１図及び第２図参照）。

ケーシングｌの内部には、多数の環状支持体８が積み重
ねられ、隣あった二つの支持体間に多孔質スペーサ９が
それぞれ配設されると共に、膜ＩＯが各支持体８とそれ
に隣接するスペーサ９との間に保持されている。支持体
８は、その周辺の大部分がケーシング外殻２の内壁に密
接している。

最下位の支持体８の周辺凹所ｊｌは供給ダクト５の入り
口の上方に配置され、２番目の支持体８の周辺凹所１１
は１番目の支持体８の凹所に対して１８０°ずらして配
置され、３番目の支持体の凹所は１番目の支持体の凹所
の真上に位置する、というように順次配置されている。

個々の支持体の回転を防止するため、それぞれ対応する
支持体８の凹所１２に係合する幅の狭い縦棚をケー、ノ
ングの外殻２の内側に設けても良い。支持体８の中央内
部には多孔質透過性材料１４が充填され、この多孔質透
過性材料はこの実施例では円板形状を有している。

さらに、支持体８は、その上下両側に、環状溝を有し、
これにＯリング１３か装着されている。

この０リングにより、膜１０と支持体８の中央内部との
間のシールが行なわれる。各支持体８の本体には二つの
穴１５か設けられ、これらは直径の反対側にあり、ケー
シングもしくは、支持体スタックの軸方向に伸張してい
る。各穴１５はスロット形状の開口１６を介して各支持
体８の中央内部に連絡している。上位の穴１５は、穴１
５と同じ内　−幅を有する環状過渡部材１７にＪ：り相
互に一気密的に接続されている。環状過渡部材１７の長
さは、多孔質スペーサ９の厚さにほぼ等しい。穴１５は
過渡部材１７と共に透過物用排出路を形成し、この排出
路はケーシングの底体３を貫通し、管受（３口６を介し
て外部に導かれている。

ケーシング１の高さは、最上位の支持体８の周辺凹所Ｉ
ＩがケーシングＩ−の蓋４にある排出ダクト７の真下に
くるように設定されている。蓋４はケーシングの外殻２
の内側をわずかにスライドできるように、その内側に環
状周辺シールＩ８を備えている。従って、高さ調節がで
きるため、蓋４によって支持体スタックに作用する圧力
の調節が可能である。蓋４の取り付けはフランジを貫通
するネジ結合により公知の方法で行えばよい。二重壁構
造のケーシング外殻２の下部には、加熱媒体用供給ダク
ト１９が、またその」二部には加熱媒体用排出ダクト２
０がそれぞれ設けられている。供給される物質混合物の
流路を湾曲した矢印２１で示す。

第３図及び第４図に支持体８の配置および接続状態を詳
細に示す。支持体８の上下両側には、ノブ２２の形態で
４つの保持手段がそれぞれ設けられ、これらは膜ＩＯ及
びスペーサ９を中心に挿入するのに寄与すると共に、そ
れらのスベリを止めるのに寄与する。ノブ２２の代わり
に、他の適当な保持手段、例えば、円形にリング状リブ
を設けても良い。

浸設部材１７も穴１５を同心円状に包囲する凹所２３に
配設されている。図示の実施例の場合のように、過渡部
材１７が硬質管を切断したもので形成されている場合、
穴を気密的に接続するためシール２４が必要である。二
者択一的に、弾性過渡部材１７を使用しても良く、この
場合、独立したシールを必要としない。パイトンＢ（Ｖ
ｉＬｏｎＢ、登録商標、ビニリデンフルオライド・ヘキ
ザフルオロプロピレン共重合体ベースのフッ素化エラス
トマー）及びエチレン−プロピレン共重合体が、多目的
用シール材料としてきわめて適当であることか確かめら
れた。

被分離物質混合物は、供給ダクト５を通ってケーシング
外殻に流入し、周辺凹所１１とケーシング外殻２の内壁
面との間のみを通過可能であるため、膜で被覆された支
持体８がバッフルのように流動媒体の流動方向を規制ず
ろ。媒体中の′不純物及び浮遊物は、大部分がスペーサ
９の細孔に保持されため、ケーシングの蓋４にある１ノ
［出ダクト７を介して引き抜かれる残留物は、殆と不純
物を含　）まず、従って、膜が目詰まりすることが無い
。要すれば、混合物を非常に高い圧力に維持して乙良く
、このときでも膜ＩＯの損傷や漏れの損失の恐れはない
。透過物空間、即ち、多孔質材料１４を充填された支持
体８の中央内部に於ＩＪる圧力差のため、膜は蓋４かス
タックに及ぼず機械的圧力によってＯリング１３の方へ
一方向だけに押圧される。

最下位の支持体の穴１５は、支持体の下側のある凹所２
３に挿入されたフラットシール（図示せず）により管受
は口６に気密的に接続されている。

同様に、蓋に対する最上位の支持体８の穴のシールも行
なわれる。穴１５の気密的接続によって形成される透過
物排出路が管受は口６を介して真空に引かれ、従って、
穴Ｉ５がスロット状開口を介して支持体８の中央内部に
連通しているため、環状支持体８に面する膜面にも真空
が加えられる。

透過物は公知の方法で液体空気トラップに、もしくはモ
レキュラーシーブにより収集できる。

透過物を排出するため、例えば、透過物排出路に連絡す
る開１］を蓋４に設＋３．キャリアガスを流すこともで
きることは勿論可能である。

本発明に係る装置では、被分離物質混合物は、常にケー
シング外殻２の内壁に直接接触しているため、外部加熱
により最も簡単な方法で熱を加えることもできる。混合
物の温度を一定に保つためには、加熱媒体を二重壁外殻
２内を循環させるのが最も適当である。

特別な分離操作のため、全膜面積をより大きくする必要
があっても、本発明に係る装置は、より多くの支持体と
スペーサをケーシング内に組み込むことができるように
、項部に直径の等しい外殻部材を配設することにより容
易に拡張することができる。

図示の実施例では、ケーシングの底体３は外殻　。

２に溶接されているが、例えば、フランジ結合により取
り外しできるようにすることもｉｉＪ能である。

本発明に係る装置は、例えば、約９４４質量％のエタノ
ールを含む精留酒精、あるいは約９４９質量％のエタノ
ールを含む工業用酒精を無水化するのに使用できる。こ
の場合、原料混合物として使用される酒精は１〜４　ｂ
ａｒの過圧下で、かっ常圧下での沸点にほぼ等しい温度
で供給される。

原料混合物のエタノール濃度と膜材料により、全膜面積
は０．３〜２　ｍ’／１２　（最終生成物）が必要で、
透過物側は真空に引かれる。最終生成物（残留液）とし
て９９７質量％のエタノールを含む蕪水アルコールが得
られ、酒精中の水は都合良く透過物として膜を透過する
。

【図面の簡単な説明】

第１図は二重壁構造のケーシング外殻を有する本発明に
係る分離装置の概略縦断面図、第２図は第１図の装置の
蓋を除いた状態を示す平面図、第３図は二つの環状支持
体を積み重ね、支持体間に膜と共に多孔質の環状スペー
サを配設し、一方の支持体の中央内部には多孔質材料を
充填して、それらの軸方向に切断した状態を示す拡大断
面図、第４図は第３図に示すものの平面図である。 １〜ケーシング、２〜外殻、３〜底体、４〜蓋、５〜被
処理物用供給ダクト、６〜管受は口、７〜残留物用排出
ダクト、８〜支持体、９〜多孔質スペーサ、ｌＯ〜膜、
１１〜周辺凹所、１３〜０リング、１５〜穴、１６〜開
口、１７〜過渡部材。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 一　、（１）ケーシング（ｉ）からなり、その内部に多
   数の環状支持体（８）が積み重ねられ、支持体間に膜（
   ｌＯ）を保持させ、膜゛透過により液体または気体状物
   質混合物を分離する装置において、支持体（８）の中央
   内部が多孔質透過性材料（１４）を充填され、多孔質透
   過性スペーサが膜＜１　（１）で被覆された隣合う二つ
   の支持体（８）間にそれぞれ配設され、個々の支持体（
   ８）が隣合う支持体に対してオフセット状態に配置され
   た周辺凹所（１１）を有し、支持体の中央内部に連絡す
   る透過物用排出路が設けられ、ケーシング（１）を貫通
   して外部へ導かれていることを特徴とする分離装置。 （２）支持体スタックの軸方向に伸張するスロット状開
   口（１６）を介して支持体（８）の中央内部に連絡する
   穴（１５）が各支持体（８）に設けられ、該穴（１５）
   が−列に配列されると共に、相互に気密的に接続され排
   出路を形成していることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の分離装置。−（３）隣あった支持体の周辺凹
   所（１１）が相互に１８０°オフセツトするように配置
   されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項また
   は第２項記載の分離装置。 （４）支持体（８）の中央内部が環状円板の形状を有す
   る合成材料（１４）で充填されている特許請求の範囲第
   １項〜第３項のいずれか一項記載の分離装置。 （５）スペーサ（９）が合成材料からなり、かつ環状に
   形成されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   〜第４項のいずれか一項記載の分離装置。 （６）合成材料がポリエチレンまたはポリテトラフルオ
   ロエチレンである特許請求の範囲第４項または第５項記
   載の分離装置。 （７）ケーシング（１）の外殻（２）が加熱媒体を流動
   させるため二重壁に形成されていることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項〜第６項のいずれか−項記載の分離
   装置。