JPS60241906A - 油溶性物質を含有する非水溶液の濃縮方法 - 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】 本発明は油溶性物質を含有する非水溶液の濃縮方法に関
する。

例えば、粘着剤、接着剤、塗料等の製造工程から排出さ
れる廃水としての非水溶液は、上記化学製品の主成分で
ある種々の油溶性の高分子物質を溶質として溶解してお
り、また、食用油製造工程からもレシチン等の油溶性の
成分を含む非水溶液が排出される。このような油溶性物
質を熔解した非水溶液は、廃水処理を目的として、又は
有価物としての油溶性物質若しくは有機溶剤を回収する
目的から、含まれる油溶性物質の分子量に応じて、耐有
機溶剤性の限外濾過法や逆浸透法のような膜処理法によ
って濃縮することが提案され、一部で実用化もされてい
る。しかし、一般に、油溶性物質を含有する非水溶液の
膜処理によれば、圧力を駆動力とするために、油溶性物
質が膜面で濃度分極を起こし、或いはゲル層を生じて、
膜透水速度が経時的に著しく低下する。この傾向は、油
溶性物質が高分子物質であり、且つ、その濃度が高まる
につれて顕著となる。更に、前記したような廃水として
の非水溶液は、通常、種々の分子量の高分子物質を含有
しており、従って、膜処理法による場合は、膜透過液へ
の油溶性物質の流出を避けることが困難であり、強いて
これを避けようとすれば、分画分子量の小さい膜を用い
る必要があり、この結果、膜透水速度が一層小さくなっ
て、実用性に乏しい。

本発明者らは、上記の問題を解決するために鋭意研究し
た結果、溶質としての油溶性物質の種類や分子量にかか
わらず、また、溶液中のその濃度にかかわらずに、油溶
性物質を含有する非水溶液を安定した高い効率で、且つ
、実質的にすべての油溶性物質を溶液中に残存させて濃
縮することができる膜濃縮法を見出して、本発明に至っ
たものである。

本発明は、油溶性物質を含有する非水溶液の濃縮方法に
おいて、非水溶液の蒸気は透過させるが、非水溶液は透
過させない重合体多孔質膜の一面側に所定の温度に加熱
した上記非水溶液を接触させ、この非水溶液から蒸気等
発生させ、これ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を特徴とする。

本発明の方法において、油溶性物質とは、有機溶剤に可
溶性の高分子物質や油脂をいい、非水溶液とは、有機溶
剤中にこのような油溶性物質が溶質として含有される溶
液をいう。尚、有機溶剤は、特に限定されるものではな
いが、代表的には水溶性、水不溶性若しくは難溶性の炭
化水素、アルコール、エステル及びケトン、例えば、ヘ
ンゼン、キシレン、トルエン等の芳香族炭化水素、ヘキ
→ノーン、オクタン等の脂肪族炭化水素、シクロヘキサ
ン等の脂環式炭化水素、メタノール、エタノール、プロ
パツール、ブタノール、アミルアルコール等のアルコー
ル、酢酸エチル、酢酸ブチル、酪酸ブチル等のエステル
、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケ
トン等のケ］・ンを例示することができる。

本発明の方法においては、非水溶液から発生し、重合体
多孔質膜を透過した蒸気を冷却し、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、非水溶液の蒸気、即ち、有機溶剤の蒸気は
透過させるが、有機溶剤自体及びｆ４質としての油溶性
物質は透過させない重合体多孔質膜の一面側に所定の温
度に加熱した非水溶液を接触させ、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、上記非水溶液から発生し、重合体膜を透
過した蒸気を上記伝熱壁土で冷却し、扱縮させて凝縮液
を得る一方、油溶性物質は膜を透過しないので、これを
非水溶液中に濃縮するのである。ここに、非水溶液が常
温で得られるときは、蒸気を発生し得る程度の温度に非
水溶液を加熱し、また、非水溶液が高温で得られるとき
は、必要に応じて、温度を適宜に調整し、高温のまま、
上記多孔質膜の一面側に接触さセる。非水溶液の温度は
高いほど、蒸気発生量、従って、凝縮液量が増加するの
で有利であるが、蒸発による濃縮のように高温にする必
要はない。

第２は、重合体多孔質膜の一面側に上記のように所定の
温度の非水溶液を接触させ、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、非水溶液から発生し、
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一方、非水溶液を上記
と同様に濃縮するのである。

本発明の方法においては、上記重合体多孔質膜は、非水
溶液に対して濡れ性をもたないことと共に、溶解や膨潤
しないこと、即ち、濃縮する非水溶液の有機溶剤や油溶
性溶質に耐える抵抗性（以下、耐有機溶剤性という。）
を有し、更に非水溶液を構成する有機溶剤自体及び溶質
としての油溶性物質は透過させないが、非水溶液の蒸気
、即ち、有機溶剤の蒸気は透過させる性質を有すること
が必要である。また、上記冷却媒体に対しても濡れ性を
有しないことが必要である。例えば、冷却媒体として水
を用いるときは、重合体多孔質膜は疎水性であることが
好ましい。

従って、かかる重合体多孔質膜は、膜処理すべき非水溶
液の種類に応じて適宜に選ばれるが、特に、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、耐有機溶剤性及び耐熱性にすぐれると共に、
疎水性であるために、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（Ｒ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。

本発明の方法において用いる重合体多孔質膜は、次式で
規定される孔径ｒ以下の孔径を有することが必要である
。

ここに、ｃｏｓ　θは溶液と膜表面との間の接触角、Ｔ
は溶液の表面張力、△Ｐは溶液の静水圧とその温度での
蒸気圧との差である。重合体多孔質膜が上記で規定され
るＴよりも大きい孔径を有するときは、溶液の蒸気のみ
ならず、溶液自体が重合体多孔質膜を透過するようにな
り、溶質が凝縮液中に流出するので好ましくない。従っ
て、濃縮する非水溶液の種類や溶質の濃度にもよるが、
用いる重合体多孔質膜の有する微孔の孔径は１０００人
乃至数十人の範囲である。孔径２００Å以下の微孔を有
する多孔質膜を用いれば、殆どの非水溶液を溶質の流出
なしに濃縮することができる。

また、多孔度が５０％以上であることが好ましい。尚、
膜厚は特に制限されるものではないが、通常、１〜３０
０μｍ１好ましくは５〜５０μｍ程度である。

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

第１図及び第２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」二記したような重合体多孔質膜よ
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した非水溶液のための原液通路
３が形成されている。従って、外管は保温性を有するこ
とが好ましい。原液通路３には非水溶液の導入管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により加熱されて、所定の温度に保持された非
水溶液が上記管４及び５にて原液回路に循環して流通さ
れる。非水溶液は、弁７を備えた供給管８がら適宜に原
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管９が配設
され、前記膜管との間に蒸気拡散空間１０を有するよう
に適宜の間隔がおかれている。蒸気拡散空間は、蒸気の
凝縮効率の点からは狭い方が好ましいが、余りに狭（す
るときは、却って凝縮液の流通抵抗となので、通常、０
．５〜ｌｏｎｇ程度が好適である。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、冷却媒体が伝熱管内に循環して流通される。また
、蒸気拡散空間には膜管を透過し、伝熱管にて冷却され
、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、蒸気を透過させることができれ
ば足り、例えば、セラミック製の多孔質管が好適に用い
られる。

また、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。

第４図及び第５図は、本発明の方法において、特に好適
に用いることができるｖｔ置を示し、第１図と同じ部材
には同じ参照番号が付されている。

即ち、外管１内に膜管２が同軸的に配設されており、外
管と膜管との間に原液通路３が形成されている点は、前
記した第１図の装置と同じであるが、この装置において
は、膜管２の内側にこれに接してスペーサ１４が配設さ
れ、更に、このスペーサの内側にこれに接して伝熱管９
が配設されている。

即ち、スペーサは伝熱管によって冷却されるので、スペ
ーサ自体が冷却された蒸気拡散空間を形成していると共
に、凝縮液の通路を形成する。従って、原液から発生し
、膜管を透過した蒸気は、このス０ ペーサ及び伝熱管にて冷却され、スペーサは凝縮した凝
縮液の導出管１３に連通されている。

このスペーサは、膜管を透過した蒸気が伝熱管までｉ３
遇し得るように多孔質であると共に、伝熱壁によって冷
却されて凝縮した凝縮液に対して少なくとも所定方向に
通液性を有することが必要であり、更に、熱伝導性にず
くれていることが好ましい。図示した装置においては、
スペーサは生した凝縮液が鉛直方向に流下し得るように
、スペーサは少なくとも鉛直方向に通液性を有すること
が必要である。勿論、スペーサは多孔質膜又は伝熱管表
面に、又はこれらの両者にに予め接合されていてもよい
。

上記スペーサとしては、例えば、１０〜１０００メツシ
ユの合成の耐有機溶剤性繊維からなる織布、不織布、炭
素繊維布、金属網等が好ましく用いられる。スペーサの
厚みは特に制限されるものではないが、余りに厚いとき
は、却って蒸気の凝縮効率を低下させるので、通常、５
１鵬以下、特に０．２〜３ｍｍの範囲が好ましい。即ち
、厚みの小さ１ いスペーサを用いるごとにより、蒸気拡散空間の間隔を
小さくすることができると同時に、蒸気の凝縮効率及び
凝縮液の取得速度を高めることができる。

原液通路３には非水溶液の導入管４及び導出管５が接続
され、必要に応してこの管路に加熱器６が備えられる。

非水溶液が、弁７を備えた供給管８から原液回路に供給
されるのは、前記装置と同じである。また、伝熱管には
前記と同様に、冷却媒体のための導入管１１及び導出管
１２が接続され、冷却媒体が伝熱管内に循環して流通さ
れる。

第１図に示した第１の装置においては、所定の温度に加
熱された非水溶液は、原液通路３に導入され、非水溶液
より発生した蒸気は膜管２をｉ３　ｉ／ｉ４して蒸気拡
散空間１０に至り、伝熱管９の表面ｌ゛で冷却されて凝
縮液を生じ、伝熱管表面を流下して凝縮液導出管１３よ
り装置外に導かれる。原液中の油溶性物質は膜管により
透過を阻止され、非水溶液中に濃縮される。この装置に
よれば、非水溶液を濃縮すると共に、凝縮液として実質
的に純２ 粋の有機溶剤を回収することができる。冷却媒体として
は特に制限されず、例えば、水でよい。また、適宜の有
機溶剤であってもよい。

第４図に示した装置によれば、非水溶液より発生した蒸
気は膜管２をｉ３遇し、スペーサ１４及び伝熱管９によ
って冷却され、凝縮して、スペーサを流下して凝縮液導
出管１３より装置外に導かれる。

第６図及び第７図は前記した第２の方法を実施するのに
好適な装置の一例を示し、第１図と同じ部材には同じ参
照番号が付されている。

外管１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
原液通路３が形成され、この原液通路に所定の温度の非
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、非水溶液と冷却媒体は上記膜管を介して接触され
る。原液通路３には非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１２３ が接続されている。

この第２の装置によれば、非水溶液より発生し、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。従って、冷却媒体として
は非水溶液を形成する有機溶剤と同一のものが好ましい
が、非水溶液を形成する有機溶剤が水溶性であるときは
、水も冷却媒体として用いることができる。

この装置においても、前記したと同様に、必要に応じて
非水溶液は供給管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により原液回路を循環され、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。

この装置によれば、膜管壁を介して所定の温度の非水溶
液と冷却媒体とが直接に接触されるので、非水溶液から
発生した蒸気は直ちに冷却媒体により冷却されて凝縮し
、冷却媒体中に回収される。

４ 従って、蒸気の透過速度が大きいのみならず、膜管と伝
熱壁との間に蒸気拡散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が大きいので、効率よく
非水溶液の濃縮を行なうことができる。

図示しないが、第６図に示す装置の変形として、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原液通路を
なすように形成されていてもよい。

尚、上記したいずれの装置の場合についても、非水溶液
を外管と膜管との間の原液通路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、原液通路に冷却媒体を流通させ、一方、冷却
媒体通路に非水溶液を流通させてよいのは勿論である。

また、スペーサを有するときは、多孔質膜と伝熱壁とが
共に薄いスペーサに接触し、且つ、一定の極めて小さい
間隔にて平行に配設されており、更に、スペーサ自体も
低温の伝熱壁によって冷却５ されており、しかも、多孔質膜と伝熱壁との間には直接
の接触部分がないので、非水溶液からの蒸気の発生が妨
げられず、濃縮を効率よく行なうことができる。

また、図示した装置はいずれも、原液通路又は冷却媒体
通路が環状に形成されているが、膜管に代わる平板状の
膜壁と伝熱管に代わる平板状の伝熱壁とを、その間に蒸
気拡散空間を設けで、或いは設番」ることなく、少なく
とも一組を対向して配設し、前記外管に相当する適宜の
容器内に各通路を封入し、各通路に原液又は冷却媒体の
循環のための回路を接続すれば、前記した各装置に対応
して、断面が方形の原液通路及び冷却媒体通路を有する
装置を得ることができる。更に、上記膜壁と伝熱壁とを
スペーサを介して接触させて配設すれば、第４図に対応
した装置を得ることができる。

このような装置も、本発明の方法を実施するのに好適に
用い得ることは明らかであろう。

以上のように、本発明の方法は、所定の温度に加熱した
非水溶液を重合体多孔質膜に接触させ、１に の非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、非水溶液を濃縮すると共に凝縮液
を得るものである。従って、本発明の方法によれば、前
記したような圧力差を駆動力とする膜濃縮法と異なって
、温度を駆動力とし、加圧を必要としないので、膜の目
詰りや濃度分極がなく、常に安定した高い速度で凝縮液
を得て、非水溶液を効率よく濃縮することができ、一方
、比較的低温で処理し得るので、低エネルギー費用にて
高い濃縮倍率まで濃縮することができる。更に、非水溶
液が高温で得られる場合には、これを高い温度のままで
膜濃縮することができる。

以下に本発明の実施例を挙げる。

実施例 第４図に示したように、直径４０１麿の合成樹脂製外管
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２５箇論の膜
管を同軸的に配設し、更にこの膜管内面にスペーサとし
て厚み０．５ｆｌのポリアミド網を重ね、このスペーサ
の内面にこれと接触さ７ せて直径２２鰭のステンレス鋼製伝熱管を配設して、装
置を構成した。尚、上記多孔質膜は平均孔径２００人の
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２４０ｃＩＡであった。

上記装置において、温度１０℃の冷却水を伝熱管内に流
通すると共に、第１表に示すように、分子量の異なるポ
リエチレングリコールを種々の濃度で含有するトルエン
溶液を６０℃に加熱し、これを原液通路に循環供給して
、３倍濃縮した。平均の凝縮液取得速度及びポリエチレ
ングリコール（ＰＥＧ）の除去率を第１表に示す。ここ
に、除去率は、 で定義される。

比較のために、分画分子量６０００のポリイミド限外濾
過膜を備えた膜モジュールにて、温度２５℃、圧力３ｋ
ｇ／ｃｎｌ、膜面流速１ｍ／秒の条件で、上記と同じポ
リエチレングリコールのｉ・ルエン溶液を２倍濃縮した
。結果を第２表に示す。

８ 本発明の方法によれば、ポリエチレングリコールの分子
量及び濃度にかかわらずに、ポリエチレングリコールを
ほぼ安全に俳除しつつ、一定の高い速度で凝縮トルエン
を得ることができる。

【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図は別の装置を示す断面図、第４図
は本発明の方法において特に好適に用いることができる
別の装置を示す縦断面図、第５図は第４図において線Ｂ
−Ｂ線に沿う断面図、第６図は更に別の装置を示す縦断
面図、第７図は第６図において線Ｂ−Ｂ線に沿う断面図
である。 ｌ・・・外管、２・・・膜管、３・・・原液通路、９・
・・伝熱管、ＩＯ・・・蒸気空間、１３・・・凝縮液導
出管、１４・・・スペーナ。 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 １

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）油溶性物質を溶質として含有する非水溶液の濃縮
   方法において、非水溶液の蒸気は透過させるが、非水溶
   液は透過させない重合体多孔質膜の一面側に所定の高温
   の上記非水溶液を接触させ、この非水溶液から蒸気を発
   生させ、これを上記多孔質膜の他面側に透過させ、冷却
   して凝縮させることを特徴とする油溶性物質を含有する
   非水溶液の濃縮方法。