JPS60206410A - 液体の分離方法及びその装置 - 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】 本発明はサーモパーベーパレーション法による液体の分
離方法及び装置に関する。

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た蒸気を膜の他面
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の間を高温の原液通
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
液の取得効率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、各膜管内に原液を流
通させる場合には、これら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ジコン法による液体の
分離において、微孔質膜の液体蒸気透過側に低温気体を
流通させ、微孔質膜を透過した液体蒸気をこの低温気体
と共に冷却器に導いて、冷却し、凝縮させることにより
、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、液体は透過さセないが
、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、これを上記微孔質膜の他面側に透過さ
せ、この液体蒸気を　；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、上記微孔質膜の他面側に低温気体を流通させ、上記
液体蒸気をこの低温気体と共に冷却器に導いて、液体蒸
気を冷却し、凝縮させることを特徴とする。

また、本発明による液体の分離装置は、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
設けられた高温の原液通路と、上記微孔質膜の他面側に
設けられた蒸気空間と、この蒸気空間に低温気体を流通
させるために蒸気空間に接続された低温気体入口管及び
出口管と、この蒸気空間に接続された冷却器とを備え、
上記原液から発生し、上記微孔質膜を透過した上記液体
蒸気を上記低温気体と共に上記冷却器に導き、冷却し、
凝縮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、この膜管内が高温の原液のための原液
通路３に形成されている。

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．．０５〜５０μ
ｍ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、エチレンー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多孔質膜が耐
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、例えばポリスルボ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
液回路に循環して流通される。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。

外管と膜管との間には蒸気空間９が形成されている。こ
の蒸気空間には、この中に低温の気体を供給する低温気
体入口管１０と、この低温気体を蒸気空間から排出する
低温気体出口管１１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１２、コン
プレッサー等の低温気体流通手段を配設し、所定の温度
に冷却した低温気体を蒸気空間に提供する。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、冷却媒体とほぼ同じ、又はそれ以下であるｑ
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、前記送風機やコンプレ
ッサーに代えて、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　鶴１１ｇ程度の減圧でよい。

蒸気空間の低温気体出口管１１には冷却器１３が接続さ
れており、冷却器出口は管路１４により上記コンプレッ
サーや真空ポンプのような低温気体流通手段に接続され
ている。この冷却器は、例えば、内管と外管とからなる
二重管式の冷却器であってよく、この場合、例えば、内
管内に上記の液体蒸気と低温気体が送入され、外管内に
冷却用媒体、例えば、冷却水が導入され、かくして、液
体蒸気は凝縮して、管路から分岐させた凝縮液取出管１
６から取り出され、一方、低温気体は上記管路１５を介
して、例えば送風器１２により蒸気空間９に循環供給さ
れる。

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ｌ内に複数の膜管２が配設され、各膜管
内が原液通路３に形成され、外管と各膜管との間の空間
が蒸気空間９であるように構成されていてもよい。特に
、このような装置は、中空系膜やキャピラリー管といわ
れる小径の微孔質膜を膜管として用い、膜管、内を原液
通路とする場合に好適に用いることができる。

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９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蒸気空間
での拡散を促進されつつ、低温気体と共に冷却器に導か
れ、ここで冷却されて凝縮液を生じ、凝縮液導出管１６
より装置外に導かれる。

第４図は本発明の方法を行なうために好適に用いること
ができる別の装置の一例を示す。第１図に対応する部材
には同じ参照番号が付されている。

即ち、外管１内には膜管２が同軸的に配設されており、
膜管２の一内側には、更にこれと同軸的に伝熱管２が配
設され、この伝熱管の伝熱壁と前記膜管との間に蒸気空
間９が形成されるように適宜の間隔がおかれている。こ
の装置においては、外管と膜管との間が高温の原液通路
３に形成されている。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。この伝熱管内に冷却用媒
体が循環して流通される。即ち、伝熱管には冷却媒体の
ための導入管２２及び導出管２３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
。

前記したと同様に、上記蒸気空間９は、低温気体を供給
し、流通させるための低温気体入口管ｌＯと出口管１１
にか接続され、この出口管が冷却器１３に接続されてい
る。

本発明の方法によれば、微孔質膜の蒸気透過側に低温の
気体を流通するので、蒸気空間において液体蒸気が速や
かに拡散し、伝熱管を有する場合は、伝熱管による蒸気
の冷却凝縮が促進され、また、冷却器において冷却され
、凝集する。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。従って、例えば、前記したように、膜管
として小径の中空系膜やキャピラリー膜を用いる場合に
も効果的に水溶液を濃縮することができる。

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かできる。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鶴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
同軸的に配設して、膜管内を原液通路とし、外管と膜管
との間を蒸気空間とし、更に、この蒸気空間に冷却器を
接続し、蒸気空間と冷却器とに真空ポンプを有する管路
を構成すると共に、冷却器端部から凝縮液導出管を分岐
させ、本発明による装置を構成した。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４００ｃ１１であった
。

この装置において、真空ポンプにより管路内を３００　
鶴ＨＨに減圧し、蒸気空間に温度１０℃の冷却空気を１
゜５Ｎ／分の流量で流通させつつ、膜管内に温度６０℃
、濃度３．５％の食塩水溶液を流通させ、膜管を透過し
た水蒸気を低温空気と共に冷却器に導いて、水蒸気を凝
縮させた。この結果、導出管より３．２ｋｇ／ｎ（・時
・籟Ｈｇの取得効率にて凝縮水を得た。尚、食塩の除去
率は９９．９９％であった。

実施例２ 第４図に示すように、直径４０鶴の合成樹脂製外管内に
直径２８鶴の膜管を同軸的に配設し、更に、この膜管内
に直径２５ｍのステンレス製伝熱管を配設すると共に、
この蒸気空間に冷却器を接続し、蒸気空間と冷却器とに
送風器を有する管路を構成すると共に、冷却器端部から
凝縮液導出管を分岐させ、本発明による装置を構成した
。

この装置において、上記と同じ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℃の冷却空気を１．５分／
７！の割合で流通させ、膜管を透過した水蒸気とこの冷
却空気を冷却器に導き、冷却し、凝縮させた。この結果
、導出管より３．７ｋｇ／ｒｒｆ・日・ｍａｌｌｇの取
得効率にて凝縮水を得た。

尚、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パ
ーベ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
のサーモパーベーパレーション装置を示す断面図、第４
図は更に別のサーモパーベーパレーション装置を示す断
面図である。 １・・・外管、２・・・膜管、３・・・原液通路、９・
・・蒸気空間、ｌＯ・・・低温気体入口、１１・・・低
温気体出口、１３・・・冷却器、１６・・・凝縮液導出
管。 特許出願人　日東電気工業株式会社 代理人　弁理士　牧　野　逸　部

Claims (1)

1. 【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
   記微孔質膜の他面側に透過させ、この液体蒸気を冷却し
   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、上記微孔質膜の他面側に低温
   気体を流通さ廿、上記液体蒸気をこの低温気体と共に冷
   却器に導いて、液体蒸気を冷却し、凝縮させることを特
   徴とする液体の分離方法。 （２）　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設けられた高温の原液通路と、
   上記微孔質膜の他面側に設けられた蒸気空間と、この蒸
   気空間に低温気体を流通させるために蒸気空間に接続さ
   れた倶温気体入口管及び出口管と、この蒸気空間に接続
   された冷却器とを備え、上記原液から発生し、上記微孔
   質膜を透過した上記液体蒸気を上記低温気体と共に上記
   冷却器に導き、冷却し、凝縮させることを特徴とする液
   体の分離装置。