JPS60206409A

JPS60206409A - 液体の分離方法

Info

Publication number: JPS60206409A
Application number: JP6395884A
Authority: JP
Inventors: Shunichi Shimatani; 俊一島谷
Original assignee: Nitto Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 1984-03-30
Filing date: 1984-03-30
Publication date: 1985-10-18

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】本発明はサーモパーベーパレーション法による、液体の
分離方法に関する。

例えば、水溶液から水を分離する方法として、水蒸気は
透過させるが、水溶液自体は透過させない疎水性微孔質
膜の一面側に高温の原液、例えば熱海水を流通させ、原
液から発生し、上記微孔質膜を透過しな蒸気を膜の他面
側に対向して配された低温の伝熱壁で冷却して凝縮させ
、このようにして微孔質膜の一面側において原液を濃縮
し、他面側において凝縮液を得るサーモパーベーパレー
ション法による液体の分離方法は既に知られている。

例えば特公昭４９−４５４６１号公報には、微孔質膜か
らなる膜壁を一対平行に配設してそ９間を高温の原液通
路となすと共に、この通路との間に上記微孔質膜を透過
した蒸気を拡散させるための蒸気空間を隔てて、一対の
伝熱壁を配設してその間を冷却水通路とし、高温の原液
から発生した液体蒸気を蒸気空間に透過させ、伝熱壁に
て冷却し、凝縮させて、原液から液体を分離するサーモ
パーベーパレーション法による液体の分離方法が記載さ
れている。

一般にこのような膜分離方法においては、理論上は、原
液から発生し、微孔質膜を透過した蒸気が伝熱壁まで拡
散する蒸気空間における膜と伝熱壁との間の間隔が小さ
いほど、蒸気の凝縮速度、ひいては単位時間当りの凝縮
液の取得量は大きくなると共に、装置も小型化されるが
、しかし、実際には、一般に微孔質膜が非剛性であって
、形成された膜壁にたわみや彎曲が生じて膜と伝熱壁が
部分的に接触するに至り、この結果、膜と伝熱壁との接
触部が膜からの蒸気の透過を妨げるのみならず、凝縮液
の通過を妨げるため、却って凝縮液の取得効率が低下す
る。従って、従来は、サーモパーベーパレーション法に
よる液体の分離において、上記微孔質膜と伝熱壁との間
隔は、両者の接触を避けるために自ずから限界があり、
従って、凝縮液の取得効率に劣る問題がある。また、膜
や装置の形態によっては、例えば、微孔質の壁体を有す
る膜管の複数を外管内に配設し、原液を各膜管内に流通
させる場合には、上記膜管と伝熱壁との間隔は著しく大
きい。

本発明者らは、上記した問題を解決するために鋭意研究
した結果、サーモパーベーパレーション法による液体の
分離方法において、微孔質膜と伝熱壁との間に低温の気
体を流通させることにより、凝縮液の取得効率が著しく
改善されることを見出して、本発明に至ったものである
。

本発明による液体の分離方法□は、液体は透過させない
が、その液体蒸気は透過させる微孔質膜の一面側に溶質
を含有する高温の上記液体を接触させ、上記液体から液
体蒸気を発生させ、これを上記多孔質膜の他面側に透過
させ、微孔質膜のこの他面に間隔をおいて対向する低温
の伝熱壁にて冷却して凝縮させると共Ｇこ、上記溶質を
上記液体中に濃縮する液体の分離方法において、上記微
孔質膜と上記伝熱壁の間に低温の気体を流通させること
を特徴とする。

以下に図面に基づいて、本発明の詳細な説明する。第１
図及び第２図は本発明の方法において好適に用いること
ができるサーモパーベーパレーション装置の一例を示す
。

即ち、外管１内には微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高　ｉ温の原液の
ための原液通路３が形成されている。

膜管を構成する微孔質膜は、高温の原液に対して親和性
を有しないこと、例えば原液が水溶液の場合であれば疎
水性であることが必要であり、更に、原液は透過させな
いが、その蒸気は透過させる性質を有することが必要で
ある。従って、微孔質膜は、通常、０．０５〜５０μｍ
程度、好ましくは０．１〜１０μｍ程度の微孔を有し、
多孔度が好ましくは５０％以上であって、原液が水溶液
の場合、ポリテトラフルオロエチレン樹脂、フッ化ビニ
リデン樹脂、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からなる微孔質膜が耐熱性
と疎水性を共に有する点から特に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微孔質膜でも、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
微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。また、微孔質膜の厚さは１〜３００μｍ
、好ましくは５〜５０μｍであるが、これに限定される
ものではない。　− 尚、膜管を構成する前記微孔質膜は、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、微孔
質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。また
、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。

原液通路３には原液の導入管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原液が上記管４及び５にて原
液回路に循環し”ζ流通される。原液は、弁７を備えた
原液供給管８から適宜に原液回路に補充され、また、図
示しないが、排出管により必要に応じて原液回路から一
部が排出される。

膜管２の内側には、更にこれと同軸的に伝熱壁を備えた
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
伝熱管には冷却媒体のための導入管１１及び導出管１２
が接続され、例えば冷却水のような冷却媒体が伝熱管内
に循環して流通される。

蒸気空間１０には、この中に低温の気体を供給する低温
気体入口管１３と、この低温気体を排出する低温気体出
口管１４とが接続され、蒸気空間内に透過してきた液体
蒸気を冷却し得る低温の気体が蒸気空間に循環流通され
る。低温気体を蒸気空間に循環流通させるには、例えば
上記低温気体入口管と出口管を結ぶ管路に送風器、コン
プレッサー（図示せず）等を配設し、所定の温度に冷却
した低温気体を蒸気空間に供給する。このような低温気
体は、操作温度範囲で非凝縮性であって、且つ、微孔質
膜を透過した蒸気に対して不活性であれば任意であり、
通常、空気、窒素、アルゴン、ネオン等の気体が用いら
れる。低温気体の温度は、前記したように蒸気空間にお
ける液体蒸気を冷却するに足る温度であればよいが、通
常、冷却媒体瀝はぼ同じ、又はそれ以下であることが好
ましい。

また、その流通量は、装置の規模や微孔質膜を透過する
蒸気量に応じて適宜に選択すればよいが、通常、０．１
〜３０Ｉｌ／分程度である。

また、本発明の方法においては、管路に真空ポンプのよ
うな排気手段（図示せず）を接続し、蒸気空間を減圧す
ることによって、低温気体を流通させてもよい。但し、
この場合、蒸気空間を高真空に減圧する必要はなく、低
温気体が蒸気空間を流通し得る程度に減圧すれば十分で
ある。従って、例えば５００〜２００　ｍｍ１ｇ程度の
減圧でよい。

蒸気空間の下端には、蒸気空間において前記伝熱管９及
び低温気体によって冷却され、凝縮した凝縮液を取り出
すための導出管１５が接続されている。

また、本発明の方法において用いる装置は、第３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
が内部に蒸気空間１ｏと伝熱管９を有すると共に、外管
と各膜管との間の空間が原液通路３であるように構成さ
れていてもよい。

上記した装置においてはいずれも、所定の温度に加熱さ
れた高温の原液は原液通路３に導入され、原液より発生
した水蒸気は膜管２を透過して蒸気空間１０に至り、こ
こにおいて、蒸気空間を流通する低温気体により伝熱壁
への拡散が促進される結果、伝熱管９で直ちに冷却され
て凝縮液を生じ、伝熱管表面を流下して凝縮水導出管１
５より装置外に導かれる。

尚、外管内に伝熱管を同軸的に配設し、この伝熱管内に
更に同軸的に膜管を配設し、膜管内を高温の原液通路と
し、外管と伝熱管との間に冷却媒体を流通させる場合も
同様であり、膜管の外側の蒸気空間に低温気体を流通さ
せる。

本発明の方法によれば、微孔質膜と伝熱壁との間に低温
の気体を流通するので、微孔質膜と伝熱壁との間の間隔
が比較的大きい場合にも、微孔質膜を透過した液体蒸気
が伝熱壁まで速やかに拡散し、その冷却凝縮が促進され
、その結果、大きい取得効率にて凝縮液を得ることがで
きる。従って、本発明の方法によれば、外管内に複数の
膜管を配設し、外管と各膜管との空間を蒸気空間とする
場合にも、大きい取得効率にて凝縮液を得ることができ
る。

更に、本発明の方法によれば、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
もその水溶液を濃縮することができる。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、原液の加圧を必要としないうえに、
特に水溶液の処理の場合、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、水溶液を効率よく分離濃
縮することができる。

本発明の方法は、原液から発生し、微孔質膜を透過した
液体蒸気を冷却して凝縮液を得ると共に、原液を濃縮す
る任意の処理に用いることができ、例えば、塩水からの
清水の製造、超純水の製造、食品や医薬品産業における
有用成分の濃縮分離や廃水処理、例えば、魚貝類のエキ
ス類の濃縮、果汁濃縮、ペクチンやゼラチン水溶液の処
理、馬鈴薯廃水、酸・アルカリ廃水や、染色、ボイラー
、パルプ廃水等、種々の廃水処理にも好適に適用し得る
。

以下に本発明の実施例を挙げる。

実施例１第１図に示したように、直径４０’ｕ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微孔質膜からなる直径２８龍の膜管
を同軸的に配設し、更にこの膜管内にステンレス鋼製伝
熱管を配設して、蒸気空間の距離の種々異なる装置を構
成した。尚、上記微孔質膜は平均孔径０．６μｍ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４００ｃｆｌｌであった。

この装置において、温度６０℃、濃度３．５％の食塩水
溶液を原液通路に流通させ、温度１０℃の冷却水を伝熱
管内に流通させると共に、蒸気空間に温度１０°Ｃの冷
却空気を１．５β／分の流量で流通させ、凝縮水を得た
。

蒸気空間の距離と凝縮水との取得効率との関係を第４図
に示す。比較のために、上記において、冷却空気を流通
させない場合の凝縮水の取得効率を示す。本発明の方法
によれば、特に、蒸気空間の距離が比較的大きい場合に
、凝縮水の取得効率が著しく改善されている。尚、本発
明の方法及び比較例のいずれによる場合も、食塩の除去
率は９９．９９％であった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法を実施例するのに好適なサーモバ
ーヘーパレーション装置の一例を示す縦断面図、第２図
は第１図において線Ａ−Ａ線に沿う断面図、第３図は別
のサーモパーヘーパレーション装置を示す断面図、第４
図は本発明の方法による食塩水溶液の分離において、蒸
気空間の距離と凝縮水の取得効率との関係を比較例と共
に示すグラフである。１・・・外管、２・・・膜管、３・・・水溶液通路、９
・・・伝熱管、１０・・・蒸気空間、１１・・・冷却媒
体導入管、　本１２・・・冷却媒体導出管、１３・・・
低温気体入口管、１４・・・低温気体出口管、１５・・
・凝縮液取出管。第１図第２図壁条嘗嘉第４図黒丸貌６１の距烏１（−ｎ舛）

Claims

【特許請求の範囲】

（１１液体は透過させないが、その液体蒸気は透過させ
る微孔質膜の一面側に溶質を含有する高温の上記液体を
接触させ、上記液体から液体蒸気を発生させ、これを上
記多孔質膜の他面側に透過させ、微孔質膜のこの他面に
間隔をおいて対向する低温の伝熱壁にて冷却して凝縮さ
せると共に、上記溶質を上記液体中に濃縮する液体の分
離方法において、上記微孔質膜と上記伝熱壁の間に低温
の気体を流通させることを特徴とする液体の分離方法。