JPS6135883B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は多数の不動化液体膜を含む新規な改良
されたパツケージ形膜装置に関するものである。
本発明はまた、不動化液体膜の分離効率を回復ま
たは実質的に維持させる方法にも関する。

ワード（ward）等の米国特許第3819806号明細
書中には、炭酸塩／重炭酸塩溶液を含有する不動
化液体膜の使用により、硫化水素および二酸化炭
素を含有する気体混合物（たとえば石炭ガス）か
ら硫化水素を選択的に分離するための改良方法が
記載されている。かかるワード等の方法の場合に
も、同様な不活性化の問題が存在し、従つて不動
化液体膜を再生するための方法および装置が必要
とされていた。

また、ニユーランダー（Neulander）等の米国
特許第3564819号明細書中には、(a)表面同士がほ
ぼ平行に向い合つた状態で配列されることによつ
て互い違いに並んだ第１の流通空間群および第２
の流通空間群を規定する多数の隔離された膜（た
とえば不動化液体膜）、(b)第１および第２の流通
空間群の少なくとも一方に属する各流通空間内に
配置されて互いに隣接した膜同士を隔離する手
段、(c)各流通空間の外周を規定する手段、並びに
(d)第１および第２の流通空間群に属する多数の流
通空間への流入およびそこからの流出を別々に可
能にする手段を具備したパツケージ形膜装置が記
載されている。かかるニユーランダー等のパツケ
ージ形膜装置が上述のワード等の特許または本願
と同時係属中のワードの米国特許出願の方法を実
施すること（すなわち二酸化炭素含有石炭ガスか
ら硫化水素を除去すること）を目的として使用さ
れる場合には、パツケージ形膜装置内の不動化液
体膜を処理することができないため、かかる膜の
硫化水素透過性を維持することが特に困難とな
る。従つて、ニユーランダー等の装置内に含まれ
た不動化液体膜を再生するための方法および装置
も以前から強く要望されていた。

さて此の度、本発明を実施すれば、従来の方法
や膜パツケージにおける上記およびその他の難点
を簡単かつ効果的に解決し得ることが判明した。

本発明の一方の側面に従つて一般的に述べれ
ば、既知または確認可能の初期組成を持つた不動
化液体を含有する膜の一方の主面に流体混合物を
接触させることにより流体混合物のある成分が接
触表面から膜を通つて反対側の主面の外部へ輸送
される結果として流体混合物から上記の成分が分
離されるが、それに伴つて膜中の液体の不活性化
が起るような方法において、上記の初期組成を持
つた新鮮な液体を膜の第１の領域中へ導入すると
同時に少なくとも部分的に不活性化した液体を膜
の第２の領域から排出することによつて膜の分離
効率を実質的に維持するという改良が達成され
る。

また、本発明の他方の側面に従つて一般的に述
べれば、(a)表面同士がほぼ平行に向い合つた状態
で配列されることによつて互い違いに並んだ第１
の流通空間群および第２の流通空間群を規定する
多数の少なくとも部分的に隔離された不動化液体
膜、(b)第１および第２の流通空間群の少なくとも
一方に属する各流通空間内に配置されて互いに隣
接した膜同士を隔離する手段、(c)各流通空間の外
周を規定する手段、並びに(d)第１および第２の流
通空間群に属する多数の流通空間への流入および
そこからの流出を別々に可能にする手段を具備し
たパツケージ形膜装置において、膜の第１の領域
に新鮮な膜液体を接触させる手段を、上記の諸要
素と共に使用するという改良が達成される。

以下、添付の図面に関連して本発明が詳細に説
明されるが、それを参照すれば本発明の実施は一
層明確されよう。

本発明の改良されたパツケージ形膜装置は気体
分離装置、気体濃縮装置、血液酸素添加装置、液
体分離装置などに応用できるが、ここでは気体分
離装置の製造における本発明の利用を例に取つて
説明する。

図面特に第１図を参照すれば、本発明のパツケ
ージ形膜装置の反復構成単位１０が示されてい
る。かかる反復構成単位１０には、隔離スクリー
ン１４をはめ込んだほぼ長方形の閉ループ状気密
枠１２、膜４０、随意使用の隔離スクリーン６０
の穴に収容されかつ互いに離隔しながらほぼ同一
平面内に配置された１対の円板６２および６４、
並びにもう１枚の膜４０が含まれている。

隔離スクリーン１４および６０は、織物スクリ
ーンたとえば目の開きが約20〜約1200ミクロンか
つ穴面積が約35〜55％であるようなポリエステル
またはナイロンモノフイラメント織物スクリーン
から成ることが好ましい。なお、使用する膜の強
度、膜の両側に通例存存する差圧、およびスクリ
ーンを通つて流れる流体について設定すべき条件
に応じてそれ以外の目の開きが穴面積を使用する
こともできる。また、運転条件下における構造の
保全および使用する流体との共存が可能であれ
ば、それ以外の材料から製造されたスクリーンを
使用することもできる。

気体分離装置においては、特定の気体または蒸
気を通過させるがそれ以外は実質的に通過させな
い無孔質の膜が使用される。かかる膜の製造方法
はワード等の米国特許第3396510号およびロブ
（Robb）等の同第3335545号明細書中に記載され
ている。更にまた、使用すべき液体によつて濡れ
る材料から作られた微孔質層の気孔中に液体を充
填した不動化液体膜を使用すれば、差圧に耐える
優れた能力が得られる。実例を挙げれば、ソルビ
ナート（solvinert）という商品名で販売されて
いる厚さ0.13mm（５ミル）の材（公称孔径0.25
ミクロン）の重炭酸セシウム飽和水溶液を含浸さ
せることによつて不動化液体膜が製造される。試
験の結果、かかる系中に溶解可能な少量の湿潤剤
たとえば１（重量）％の低分子量（400〜1000）
ポリエチレングリコールを含有する重炭酸セシウ
ム水溶液中にソルビナートを浸漬した場合には、
少なくとも2.1Kg／cm²（30psi）の泡立ち点（気孔
から液体を排除するために必要な圧力）が得られ
ることが判明している。なお、赤外吸収分析によ
れば、上記の材（ソルビナート）はポリビニル
アルコール、ポリ塩化ビニルおよびポリ酢酸ビニ
ルのターポリマーであるように思われる。

各種の液体に対する不動化媒体として有用なそ
の他の膜材料には、1968年４月１日に提出された
が現在でか放棄されかつ本発明の場合と同じ譲受
人に譲渡されているワイニンガー（Weininger）
等の米国特許出願第717893号明細書中に記載され
た超微孔質重合体膜並びにサージエント
（sargent）等の米国特許第3378057号、ハニー
（Honey）等の同第2984869号、ラーソン
（Larson）等の同第3351489号、フエルト
（FeLdt）等の同第3216882号、およびダーモデイ
（Dermody）等の同第3062760号明細書中に記載
された材料がある。なお、その詳細については
各々の特許文献を参照されたい。

枠１２は相対する側端辺１６および１８を有し
ていて、それらの両端は末端辺２０および２２に
よつて連結されている。なお、スクリーン１４の
縁部に沿つて枠１２を射出成形するなどの方法に
より、側端辺と末端辺とを一体成形してもよい。
枠１２には互いに離隔した通し穴２４および２６
が設けられているが、これらは対角線に沿つて向
い合つた枠１２の第１の隅２８および３０に位置
することをが好ましい。かかる通し穴はループ面
２１から（第１および第３図では１本の線となつ
て見える）反対側のループ面２３まで貫通してい
る。それらのループ面は枠１２の内周１７から外
周１９に至るまで広がつている。枠１２にはま
た、少はくとも１つ好ましくは多数の通路２５お
よび２７（第２，３および４図）から成る枠通路
手段が設けられていて、それらはそれぞれ通し穴
２４および２６から内周１７の近接部分にまで達
している。

スクリーン１４には、対角線に沿つて向い合つ
た枠１２の第２の隅に近接して位置する円板６２
および６４を収容するため、対角線に沿つて向い
合いながら離隔した通し穴３２および３４が設け
られている。スクリーン１４の通し穴の回りに
は、穴を規定する補強リング３６および３８が配
置されていてもよい。かかるリングを使用する場
合、それらはスクリーン１４とほぼ同じ厚さを有
することが好ましい。

以下の説明によつて一層明らかになる通り、好
適なパツケージ形膜装置３９（第３，４および７
図）内における各々の膜４０は平面状態に比べて
僅かに変形している。しかしながら、装置を組立
てる前の膜はほぼ平面状であるから、第１図には
そのように図示されている。図からわかる通り、
ほぼ長方形の各々の膜４０は末端部５４および５
６によつて連結された側端部５０および５２を有
している。好適な実施例の場合、膜４０に末端部
５４および５６の長さはそれぞれ枠１２の末端辺
２０および２２の長さよりも大きくなつている。
その結果、パツケージ形膜装置内においては膜領
域５８および５９（第２図）が枠１２の側端辺１
６および１８の外周から突き出ており、従つてそ
れらの膜領域５８および５９は装置の外部と連絡
していることになる。破線４５，５１および５３
（第１図）は、引続いてパツケージ形膜装置を組
立てた際に形成される膜４０の幅の狭い肩部また
は縦方向変位区域を略示するものである。破線４
５によれば、膜４０は内側部分４１およびそれを
包囲する閉ループ状の外側部分４３に分割され
る。外側部分４３には、対角線に沿つて向い合い
ながら互いに離隔した１対の外部穴４２および４
４が設けられていて、それらはそれぞれ枠１２の
通し穴２４および２６と整列するように外側部分
４３の向い合つた隅に近接して配置されている。
内側部分４１には、対角線に沿つて向い合いなが
ら互いに離隔した１対の内部穴４６および４８が
設けられていて、それらはそれぞれ円板６２およ
び６４と好ましくは同軸的に整列するように内側
部分４１の向い合つた隅に近接して配置されてい
る。内部穴４６および４８はそれぞれ膜４０の環
状周縁部４７および４９によつて包囲されてい
て、かかる周縁部の境界はそれぞれ内部穴４６お
よび４８と破線５１および５３とによつて規定さ
れている。

隔離スクリーン６０の使用は随意であるが、そ
れを使用した方が好ましい。かかるスクリーン６
０の外周は、第２図に一層明確に示される通り枠
１２の内周とほぼ同じ形状を有しながらそれより
僅かに小さいことが好ましい。スクリーン６０に
はまた、パツケージ形膜装置内においてスクリー
ン１４とより良く整合するように、スクリーン６
０の向い合つた隅の面取りをもたらす斜端部７０
および７２が設けられていることが好ましい。

互いに離隔した環状円板６２および６４によ
り、ほぼ円一平面を共有する１対の円板が与えら
れる。各々の円板はスクリーン６０の対応する穴
を貫通して収容され、かつ任意適宜の手段（たと
えばプレスばね）によつてスクリーン６０に固定
されている。円板６２には、第５および６図に一
層詳細に示される通り、円板面７４から反対側の
ほぼ平行な円板面７６まで貫通した通し穴６６が
設けられている。円板６２にはまた、少なくとも
１つ好ましくは多数の通路６７から成る円板通路
手段が設けられていて、それらの通し穴６６から
放射状に円板６２の外周まで達している。同様
に、同じ寸法、形状および構造を有し得る円板６
４にも、通し穴６８および少なくとも１つ好まし
くは多数の通路６９が設けられている。それらの
通路６９は、やはり通し穴６８から放射状に円板
６４の外周まで達している。なお、円板６２およ
び６４はそれらの通し穴が膜４０の内側部分４１
を貫通する１対の内部穴４６および４８とそれぞ
れ整列するように配置されている。

組立後における反復構成単位１０の各種要素の
関係は第２，３および４図に一層明確に示されて
いる。組立の際、最初は平面状であつた多数の互
いに隣接する膜は相対する方向に向つて変形し、
それによつて互い違いに並んだ第１の膜群および
第２の膜群を形成する。第１の膜群に属する膜４
０Ａは一方向（第３および４図では下方）へ向つ
てほぼ凸状を成し、また第２の膜群に属する膜４
０Ｂは反対方向（第３および４図では下方）へ向
つてほぼ凸状を成す。第２図においては、枠１２
とスクリーン１４との集合体の右側部分を除去す
ることによつてその下側にある膜４０Ｂの一部が
示され、また膜４０Ｂの右側部分を除去すること
によつてその下側にある隔離スクリーン６０およ
び円板６４が示されている。最後のスクリーンお
よび円板は次の膜４０Ａの上に位置している。リ
ング３６によつて包囲されたスクリーン１４の通
し穴３２の中には膜４０Ｂの周縁部４７が見える
が、かかる周縁部４７は円板６２の上に位置して
いる（第２図では円板６２の外周が円形の破線に
よつて示されている）、なお、スクリーン１４の
通し穴３２および３４の直径はそれぞれ円板６２
および６４の外径よりも僅かに大きくなつてい
る。

第３および４図（並びにそれを90度回転させた
第７図）には、多数の反復構成単位１０（第１
図）を含む改良されたパツケージ形膜装置３９が
示されている。スクリーン１４の厚さは枠１２の
厚さよりも小さく、またスクリーン６０の厚さは
円板６４および６６の厚さよりも小さい。枠１２
の厚さは円板６４および６６の厚さと同じであつ
てよい。とは言え、一般には枠１２の厚さが円板
６４および６６の厚さよりも僅かに小さいことが
好ましい。その目的は、後述のごとく装置に圧縮
力が加えられた場合、膜４０の領域５８に供給さ
れた補給液体が互いに隣接する枠間にはさまれた
膜４０の外側部分を通つて流れることを容易にす
るためである。また、枠１２並びに円板６４およ
び６６の厚さはスクリーン１４の厚さ、スクリー
ン６０の厚さ、および２枚の膜４０の厚さの和に
ほぼ等しいことが望ましい。枠１２のループ面２
１および２３はスクリーン１４から等距離にあ
り、それによつてスクリーン１４の両側に浅いく
ぼみが形成されることが好ましい。パツケージ形
膜装置３９においては、組立後の反復構成単位１
０は好ましくは弾性材料（たとえばゴム）製のガ
スケツト８２および８４の介在下で金属端板７８
および８０の間にはさまれている。最下段の枠１
２の下側のくぼみおよび最上段の枠１２の上側の
くぼみには、好ましくはプラスチツク材料〔たと
えばポリプロピレン）製の薄板８６および８８が
それぞれ挿入されている。１群の円板６２の下端
および上端に隣接してそれぞれスペーサ９０およ
び９４が配置され、また１群の円板６４の下端お
よび上端に隣接してそれぞれスペーサ９２および
９６が配置されている。なお、縦方向に整列した
各々の円板群中における円板の数は装置内に使用
される枠の数より１つだけ少ない。

上記スペーサの厚さは、各円板の両面がそれに
関連する膜の外側部分の膜間接触面から等距離と
なるように選定されることが好ましい。

本発明のパツケージ形膜装置は、その製造方法
を考察することによつて一層明確に理解されよ
う。先ず最初に、端板７８によつて支持された下
部ガスケツト８２上に薄板８６が配置される。そ
の後、スクリーン１４を薄板８６と整列させなが
ら第１の枠１２がガスケツト８２上に配置され
る。次に、スクリーン１４の通し穴３２および３
４の内部にスペーサ９０および９２がそれぞれ同
心的に配置される。次いで第１の膜４０Ａが枠１
２上に配置されるが、その際には膜４０Ａの両側
の領域５８および５９がそれぞれ枠１２の側端辺
１６および１８を越えて伸びると同時に、膜４０
Ａの外部穴４２および４４がそれぞれ枠１２の通
し穴２４および２６の直ぐ上方に整列して位置す
るようにする。その後、スクリーン６０を第１の
膜４０Ａ上に押し付ければ、円板６２および６４
はそれぞれスクリーン１４の通し穴３２および３
４の内部に部分的かつ同心的に挿入される。その
結果、第３および４図中の最下位の膜４０Ａの形
状によつて示されるごとく、最初に配置された膜
４０Ａには肩部４５，５１および５３が形成され
ることになる。その後、次の膜４０Ｂがスクリー
ン６０上に配置されるが、その際には最初の膜４
０Ａについて前述したごとくに膜４０Ｂの両側の
領域５８および５９が枠１２を越えて伸びるよう
にする。その結果、膜４０Ｂの内部穴４６および
４８はそれぞれ円板６２および６４の通し穴６６
および６８と同軸的に整列し、また外部穴４２お
よび４４はそれぞれ枠１２の通し穴２４および２
６と同軸的に整列する。スクリーン１４をはめ込
んだ次の枠１２を配置すれば、膜４０Ｂは第３お
よび４図に示されるごとく上方へ向つてほぼ凸状
を成す。以下、所望の数の反復構成単位を組立て
るまで同じ手順が繰返される。各々の枠１２は前
段の枠１２に対して表面同士がほぼ平行に向い合
つた状態で整列するように配置される。同様に、
各々の円板６２および６４はそれぞれ前段の円板
６２および６４に対して表面同士がほぼ平行に向
い合つた状態で同軸的に整列するように配置さ
れ、それによつて縦方向に整列した多数の円板は
互いに離隔した２つの円板群を構成することにな
る。

最後の枠を配置した後、穴９５を持つたスペー
サ９４が円板６２上方の最上位の膜４０Ｂの上か
ら最上段のスクリーン１４の通し穴３２の内部に
同軸的に配置され、それによつてスペーサ９４の
穴９５は最上位の膜４０Ｂの内部穴４６と整列す
る。同様に、中央に穴９７を持つたスペーサ９６
が円板６４上方の最上位の膜４０Ｂの上から最上
段のスクリーン１４の通し穴３４の内部に同軸的
に配置され、それによつてスペーサ９６の穴９７
は最上位の膜４０Ｂの内部穴４８と整列する。次
に、最上段の枠１２の上側のくぼみを充填するた
め薄板８８が最上段のスクリーン１４上に配置さ
れるが、その際には薄板８８に設けられた穴８９
および９１がそれぞれスペーサ９４の穴９５およ
びスペーサ９６の穴９７と整列するようにする。
その後、最上段の枠１２および薄板８８上に上部
ガスケツト８４が配置されるが、その際にはガス
ケツト８４の通し穴９９，１０１，１０３および
１０５がそれぞれ枠１２の通し穴２４、スペーサ
９４の穴９５、スペーサ９６の穴９７、および枠
１２の通し穴２６と整列するようにする。次いで
ガスケツト８４上に金属端板８０が配置される
が、その際には端板８０の通し穴８１，８３，８
５および８７がそれぞれガスケツト８４の通し穴
９９，１０１，１０３および１０５と整列するよ
うにする。端板８０の通し穴８１，８３，８５お
よび８７にはそれぞれ導管９８，１００，１０２
および１０４が挿入される。第３，４および７図
に示されるごとく、パツケージ形膜装置の周辺に
配置された締結具１１４が端板７８および８０に
圧縮力を与える結果、全ての枠および２つの円板
群は圧縮下に置かれることになる。

その後、枠１２の両側の末端辺２０および２２
にポツテイング用コンパウンドが塗布され、そし
て硬化させられる。第７図では、末端辺２０にポ
ツテイング用コンパウンドの層１１６が示されて
いる。背後に隠れて見えない反対側の層も層１１
６とほぼ同じものであつてよい。次に、導管０７
の挿入された通し穴を有する外壁１０６を最も外
側の枠に固定することによつて液体導入室が形成
される。かかる外壁１０６は接着剤ビード１１０
（第３および４図）のごとき任意適宜の封止手段
によつて構造物の本体に固定すればよい。同様
に、導管１０９の挿入された通し穴を有する外壁
１０８の構造物の下端に固定することによつて液
体排出室が形成される。

第３および４図に示されるごとく、装置内にお
ける互いに隣接した膜の内側部分４１の間には隔
離スクリーン１４または６０が存在している。表
面同士がほぼ平行に向い合つた状態で配置された
内側部分４１同士がこのように隔離されている結
果、互い違いに並んだ第１の流通空間群A₁，
A₂，………、Ａ_xおよび第２の流通空間群B₁，
B₂，………、Ｂ_yが規定されている。なお、外端
の流通空間A₁およびＡ_xの境界はそれぞれ薄板８
６および８８によつて規定されている。第１の群
すなわちＡ群および第２の群すなわちＢ群に属す
る各流通空間の外周は枠１２によつて規定されて
いる。枠１２の通し穴２４と膜の外側部分４３の
穴４２とが整列している結果、多数の枠通路２５
を介してＡ群に属する各流通空間と連結する入口
流路Ｅ（第２図）が形成されている。同様に、枠
１２の通し穴２６と膜の外側部分４３の穴４４と
が整列している結果、多数の枠通路２７を介して
Ａ群に属する各流通空間と連絡する出口流路Ｆ
（第２図）が規定されている。

第３図に示される通り、縦方向に整列した第１
の円板群を構成する多数の円板６２の通し穴６６
と膜の内側部分４１の穴４６とが整列している結
果、多数の円板通路６７を介してＢ群に属する各
流通空間と連絡する入口流路Ｇ（第２図）が形成
されている。同様に、縦方向に整列た第２の円板
群を構成する多数の円板６４の通し穴６８と膜の
内側部分４１の穴４８とが整列している結果、多
数の円板通路６９を介してＢ群に属する各流通空
間と連絡する出口流路Ｈ（第２図）が形成されて
いる。第３および４図をまとめて考慮すれば、Ｂ
群に属する各流通空間の中には１対の円板６２お
よび６４が同一平面内に配置されていることがわ
かる。

Ａ群に属する膜４０ＡとＢ群に属する膜４０Ｂ
と一部の領域において面間接触している結果、２
つずつ対を成す多数の接触領域が形成されてい
る。かかる領域は外側部分４３並びに周縁部４７
および４９である。更に詳しく述べれば、任意の
膜４０Ａの外側部分４３の一方の主面がそれに隣
接した第１の膜４０Ｂの外側部分４３と面間接触
している結果、２つずつ対を成すＰ群の接触外側
部分P₁，P₂、………Ｐ_o（第３および４図）が形
成されている。また、任意の膜４０Ａの周縁部４
７の他方の主面がそれに隣接した第２の膜４０Ｂ
の周縁部４７と面間接触している結果、２つずつ
対を成すＱ群の接触周縁部Q₁，Q₂，………（第
３図）が形成されている。同様に、任意の膜４０
Ａの周縁部４９の他方の主面がそれに隣接した第
２の膜４０Ｂの周縁部４９と面間接触している結
果、２つずつ対を成すＲ群の接触周縁部R₁，
R₂，………（第４図）が形成されている。Ｐ群
に属する各対の接触外側部分４３は互いに隣接し
た１対の枠１２の間に配置されている。また、Ｑ
群に属する各対の接触周縁部４７は互いに隣接し
た１対の円板６２の間に配置されている一方、Ｒ
群に属する各対の接触周縁部４９は互いに隣接し
た１対の円板６４の間に配置されている。

締結具１１４を締付ければ圧縮力が生じる、そ
れによつてガスケツトが金属端板および外側の枠
に対して封止され、かつ各対の接触外側部分４３
間の膜界面が封止されると同時に、互いに隣接し
た各対の枠は１対の接触外側部分の膜外面をはさ
みながら封止状態に保たれる。かかる圧縮力によ
ればまた、端板７８、ガスケツト８２、薄板８
６、最下位の膜４０Ａ、および最下段の円板６２
の間の相次ぐ界面が封止されると同時に、端板８
０、ガスケツト８４、薄板８８、スペーサ９４、
および最上位の膜４０Ｂの間の相次ぐ界面が封止
され、従つて円板６２を貫通する流路Ｇが封止さ
れる。スペーサ９４をスペーサ９６で置き換えれ
ば、円板６４に関連した流路Ｈも同様にして封止
されることがわかる。かかる圧縮力によればま
た、各対の接触周縁部４７および４９間の膜界面
が封止されると同時に、互いに隣接した各対の円
板は１対の接触周縁部の膜外面をはさみながら封
止状態に保たれる。このようにして枠が圧縮封止
される結果、Ａ群およびＢ群に属する流通空間の
外周が規定され、しかもパツケージ形膜装置の周
囲に気密な外壁が得られることになる。

運転に当つては、導管９８を通つて流入した供
給気体が流路Ｅから多数の枠通路２５を通つてＡ
群に属する１つ置きの流通空間A₁，A₂，……
…、Ａ_x内へ導かれる。この供給気体は、第３お
よび４図に示されるごとく、Ａ群の流通空間の境
界を形成する互いに隣接した膜の主面に沿つて流
れ、次いで枠通路２７を通つて流路Ｆへ入つてか
ら導管１０４を通つて装置外へ出て行く。それと
同時に、導管１００を通つて流入した掃去流体が
流路Ｇから円板通路６７を通つて流通空間B₁，
B₂，………Ｂ_y内に入り、膜の他方の主面に沿つ
て流れ、次いで円板通路６９を通つて流路Ｈへ入
つてから導管１０２を通つて装置外へ出て行く。
その結果、供給気体中のある気体成分が膜を通つ
て掃去流体中へ促進輸送されることになる。

運転開始前には、多数の不動化液体膜は既知ま
たは確認可能の初期組成を持つた液体（たとえば
硫化水素と二酸化炭素とを含有する混合物から硫
化水素を選択的に除去するためには30％炭酸カリ
ウム水溶液）を含んでいる。不動化液体膜中のか
かる液体が運転中に不活性化するという問題は、
本発明方法によつてほぼ完全に解決することがで
きる。すなわち、その一実施例に従えば、上記の
初期組成を持つた新鮮な液体が枠の外周から突き
出た膜の領域５８中へ導入されると同時に、少な
くとも部分的に不活性化した液体が枠の反対側に
突き出た領域５９から排出される。第３図に示さ
れたパツケージ形膜装置の場合、かかる新鮮な液
体は所望ならば大気圧より高い圧力下において導
管１０７から液体導入室１０６内へ供給すればよ
い。その場合、液体導入室１０６はその中に突き
出た多数の不動化液体膜の領域５８中へ新鮮な液
体を導入するのに役立つ。通例、導入された液体
は互いにほぼ平行な第１および第２の主面間にお
いて少なくとも膜の大部分を通つて流れ、しかも
その流れの方向はそれらの主面とほぼ平行であ
る。このようにして新鮮な液体が導入される結
果、通例少なくとも部分的に不活性化した液体は
第２の領域５９から液体排出室１０８内へ排出さ
れ、それから導管１０９を通つて出て行く。

所望ならば、適当なポンプおよび弁の使用によ
り、液体排出室１０８内における液体の圧力を大
気圧より高い圧力あるいは供給気体および（所望
に応じて液体または気体であり得る）掃去流体の
最高圧力より高い任意の圧力に維持することもで
きる。第７図に示されるごとく、かかるパツケー
ジ形膜装置は液体導入室１０６が上側に位置しか
つ液体排出室１０８が下側に位置するように設置
すればよい。その場合、新鮮な液体の流れはもつ
ばら重力によつて達成されることになる。簡略化
のため、第７図では２つずつ対を成しながら突き
出た膜の外側部分Ｐは一体構造を有するものとし
て示されている。

好ましくは、供給気体がパツケージ形膜装置を
通過するのと同時に、新鮮な液体が連続的に導入
される。

スクリーン６０が省略される場合には、Ｂ群の
流通空間さらＡ群の流通空間に向つて正の圧力降
下が存在しなければならない。

各々の膜４０は単一の不動化液体膜であつても
よいし、また互いに隣接した不動化液体膜の間に
気体透過性障壁をはさんだ２層以上の不動化液体
膜を含む複合膜であつてもよい。第８図には、気
体透過性障壁１２４によつて隔離された不動化液
体膜１２０および１２２を含む複合膜が示されて
いる。かかる複合膜においてはまた、不動化液体
膜の外側に気体透過性障壁１２６および１２８の
いずれか一方または両方を配置してもよい。二酸
化炭素含有石炭ガスから硫化水素を分離するのに
適した複合膜の場合、不動化液体膜は炭酸カリウ
ム／重炭酸カリウム水溶液を含み、また気体透過
性障壁１２４は不動化液体膜に比べて高い気体透
過率を有する疎水性の微孔質材料から成る、かか
る材料の実例としては、デュポン社（E.I.duPont
de Nemours ＆ Company）からテフロン
（Teflon）という商品名で販売されているフツ素
化炭化水素重合体が挙げられるが、中でもゴア・
アンド・アソシエーツ社（W.L・Gore and
Associates.Inc.）からゴアテツクス
（GORETEX）の商品名で販売されている種類の
ものが典型的である。第８図にはまた、複合膜の
相対する外面に沿つて供給気体および掃去流体が
流れる様子も示されている。掃去流体が液体であ
る場合には、疎水性の気体透過性障壁１２８を使
用すれば気体遮断機能が追加されることになる。
また、石炭ガス用途の場合、気体透過性障壁１２
６は不動化液体膜中への炭塵やコールタールの混
入を防止するのに役立つ。

詳細な部分断面図（第９図）に示される通り、
枠１２の外周１９を越えて伸びた（第８図に示さ
れるような）複合膜の領域においては、新鮮な液
体の導入効率を良くするため不動化液体膜１２０
および１２２や疎水性の気体透過性障壁１２４，
１２６および１２８よりも突き出ている。その結
果、不動化液体膜１２０および１２２の端面と並
んで相対する主面の一部もまた新鮮な液体の導入
に役立つことになる。

本発明の別の実施例を成す改良されたパツケー
ジ形膜装置はやはり多数の反復構成単位２１０
（第１０〜１２図）を含むが、それらは後述の点
を除けば上記の反復構成単位１０とほぼ同じもの
であつてよい。この実施例においては、膜の第１
の領域２５８は膜中に新鮮な液体を導入するため
の流路Ｉを通して装置の外部と連絡しており、ま
た膜の第２の領域２５９は通例少なくとも部分的
に不活性化した液体を排出するための流路Ｊを通
して装置の外部と連絡している。この実施例では
枠から突き出た膜領域は不要である。各々のスク
リーン６０には互いに離隔した１対の中実環状円
板２６２および２６４が備わつていて、かかる円
板は第１の面から第２の面にまで達する軸方向の
通し穴２６６および２６８をそれぞれ有してい
る。また、各々のスクリーン１４には互いに離隔
した穴１３４および１３６が設けられていて、そ
れらの直径はそれぞれ中実環状円板２６２および
２６４の外径よりも僅かに大きくなつている。
各々の膜４０の内側部分には、好ましくはそれぞ
れ円板の通し穴２６６および２６８と同軸的に整
列するようにして、互いに離隔したもう１対の内
部穴２４６および２４８が設けられている。かか
る内部穴はそれぞれ膜の環状周縁部２４７および
２４９によつて包囲されている。膜４０は、上述
のごとく円板６２および６４の間にはさまれた場
合とほぼ同様にして、中実環状円板２６２および
２６４の間にはさまれている。膜の内部穴２４６
および２４８の直径はそれぞれ円板の通し穴２６
６および２６８の内径よりも小さいことが好まし
く、そうすれば主として同軸的に整列した円板の
通し穴２６６および２６８によつて形成された流
路ＩおよびＪ中には（環状周縁部２４７および２
４９の最も内側の部分に相当する）膜のリング状
領域２５８および２５９がそれぞれ突き出ること
になる。

第１１図に示される通り、縦方向に整列した第
１の中実環状円板群を構成する多数の円板２６２
の通し穴２６６と膜の内側部分の穴２４６とが整
列している結果、新鮮な液体または補給液体の導
入のため膜の領域２５８と連絡する入口流路Ｉ
（第１０および１１図）が形成されている。同様
に、縦方向に整列した第２の中実環状円板群を構
成する多数の円板２６４の通し穴２６８と膜の内
側部分の穴２４８とが整列している結果、通例少
なくとも部分的に不活性化した液体の排出のため
膜の領域２５９と連絡する出口流路Ｊ（第１０お
よび１２図）が形成されている。運転に当つて
は、導管１３８を通つて流入した新鮮な液体また
は補給液体が端板８０の穴１４０、ガスケツト８
４の穴１４２、薄板８８の穴１４４、およびスペ
ーサ２９４の穴１４６を次々と通つて流路Ｉ内へ
導かれる。次いで、かかる液体は各々の膜のリン
グ状領域２５８中へ導入され、膜の互いにほぼ平
行な主面間においてそれらのほぼ平行に流れ、そ
れからリング状領域２５９を通つて流路Ｊへ入
る。その後、液体はスペーサ２９６の穴１４８、
薄板８８の穴１５０、ガスケツト８４の穴１５
２、および端板８０の穴１５４を次々と通つて導
管１５６に入り、それから最終的に装置外へ排出
される。所望に応じ、円板２６２および２６４の
厚さは円板６２および６４の厚さと同じにするか
あるいはそれより僅かに小さくすればよい。

スペーサ２９０および２９２はスペーサ９０お
よび９２と同じ機能を果す。

膜の周縁部２４７が２つずつ対を成したＳ群の
接触周縁部S₁，S₂，………は上述のＱ群の接触周
縁部とほぼ同じものである。また、膜の周縁部２
４９が２つずつ対を成したＴ群の接触周縁部
T₁，T₂，………は上述のＲ群の接触周縁部とほ
ぼ同じものである。Ｓ群に属する各対の接触周縁
部は互いに隣接した１対の円板２６２の間に配置
されている一方、Ｔ群に属する各対の接触周縁部
は互いに隣接した１対の円板２６４の間に配置さ
れている、圧縮力が加えられれば、パツケージ形
膜装置３９に関して前述した通り、互いに隣接し
た円板間において膜間および膜−円板間の封止が
達成される。

本発明の特徴は、膜の一部の領域をはさみなが
ら枠（または中実環状円板）を締付けて気密封止
状態を得ると同時に、それらの領域を通して膜の
内側部分へ液体を導入することができるという点
にある。

以上、特に気体混合物からある気体成分を除去
する際に使用される不動化液体膜の分離効率を維
持することに関連して本発明を説明したが、本発
明は任意の流体混合物からその中に分散した任意
の成分を除去する際に使用される不動化液体膜に
対して応用可能である。なお、本明細書で使用さ
れる「流体混合物」という用語は液体混合物、気
体混合物、それらの組合せなどを包括するもので
ある。除去すべき成分は通常には固体または流体
（すなわち液体や気体）を成すものであつてよ
い。液体溶媒を含有した多孔質の膜を用いて液体
混合物からある液体成分を除去する方法はカーン
４（Cahn）の米国特許第3244763号明細書中に記
載されているから、詳細についてはこの特許文献
を参照されたい。本発明において有用な膜中に含
有される不動化液体は単一成分の液状物質（たと
えば除去すべき成分を溶解し得る水その他の溶
媒）であり得るとは言え、好適な膜は輸送促進膜
である。すなわち、除去すべき成分と可逆的に反
応してそれの促進輸送を行う少なくとも１種の物
質を含有した膜であることが好ましいのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を成すパツケージ形
膜装置の反復構成単位の分解斜視図であつて第１
の膜隔離手段、第１の膜、第２の膜隔離手段、お
よび第２の膜を示し、第２図は第１図の反復構成
単位の平面図であつて一部の切取りにより下側の
部分を示し、第３図は各反復構成単位を第２図の
線３−３に沿つて切断した所を示す装置全体の断
面図であり、第４図は各反復構成単位を第２図の
線４−４に沿つて切断した所を示す装置全体の断
面図であり、第５図は隣接する膜同士を部分的に
隔離すると同時に主として膜隔離手段により規定
された流通空間への流入およびそこからの流出を
可能にする点で有用な円板の拡大側面図であり、
第６図は第５図の線６−６に沿つた断面図であ
り、第７図は圧縮手段を示すパツケージ形膜装置
の部分斜視図であり、第８図は気体透過性障壁に
よつて隔離された少なくとも２層の不動化液体膜
を含む複合膜の詳細な部分断面図であり、第９図
は装置の外部と連絡する複合膜の末端領域の詳細
な部分断面図であり、第１０図は本発明の別の実
施例を成す反復構成単位の平面図であり、第１１
図は各反復構成単位を第１０図の線１１−１１に
沿つて切断した所を示す装置全体の部分断面図で
あり、そして第１２図は各反復構成単位を第１０
図の線１２−１２に沿つて切断した所を示す装置
全体の部分断面図である。 図中、１０はパツケージ形膜装置の反復構成単
位、１２は枠、１４はスクリーン、２４および２
６は枠の通し穴、２５および２７は枠通路、３２
および３４はスクリーンの通し穴、４０は不動化
液体膜、４１は膜の内側部分、４３は膜の外側部
分、４２および４４は膜の外部穴、４６および４
８は膜の内部穴、４７および４９は膜の環状周縁
部、５８および５９は突き出た膜領域、６０はス
クリーン、６２および６４は環状円板、６６およ
び６８は円板の通し穴、６７および６９は円板通
路、７８および８０は金属端板、８２および８４
はガスケツト、８６および８８は薄板、９０，９
２，９４および９６はスペーサ、１０６は液体導
入室の外壁、１０８は液体排出室の外壁、そして
１１４は締結具を表わす。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 初期組成を持つた不動化液体を含有する膜の
   第１の主面に流体混合物を接触させることにより
   前記流体混合物のある成分が前記第１の主面から
   前記膜を通つて前記第１の主面に相対する第２の
   主面の外部へ輸送される結果として前記流体混合
   物から前記成分が除去されるような方法におい
   て、前記初期組成を持つた新鮮な液体を前記膜の
   第１の領域中へ導入すると同時に少なくとも部分
   的に不活性化した液体を前記膜の第２の領域から
   排出することによつて前記膜の分離効率が実質的
   に維持されることを特徴とする方法。 ２ 前記の新鮮な液体が互いにほぼ平行な前記第
   １および第２の主面の間において前記膜の少なく
   とも大部分を通つて流れ、かつその流れの方向が
   前記第１および第２の主面にほぼ平行である、特
   許請求の範囲第１項記載の方法。 ３ 前記第１の領域が前記膜の周辺の第１の部分
   であり、かつ前記第２の領域が前記膜の周辺の第
   ２の部分である、特許請求の範囲第１項または第
   ２項のいずれかに記載の方法。 ４ 前記の新鮮な液体が連続的に導入される、特
   許請求の範囲第１〜３項のいずれか１項に記載の
   方法。 ５ 前記第１および第２の領域が両者間に実質的
   な間隔をおいて配置される、特許請求の範囲第１
   〜４項いずれか１項に記載の方法。 ６ 前記の新鮮な液体が大気圧より高い圧力下で
   導入される、特許請求の範囲第１〜５項のいずれ
   か１項に記載の方法。 ７ 前記成分が気体成分であり、かつ前記流体混
   合物が気体混合物である、特許請求の範囲第１〜
   ６項のいずれか１項に記載の方法。 ８ 前記膜が輸送促進膜であり、かつそれによつ
   て促進輸送が達成される、特許請求の範囲第１〜
   ７項のいずれか１項に記載の方法。 ９ 前記気体成分が硫化水素であり、かつ前記不
   動化液体が炭酸塩／重炭酸塩水溶液である、特許
   請求の範囲第８項記載の方法。 １０ 初期組成を持つた不動化液体を含有する第
   １の膜に気体混合物を接触させることによつて前
   記気体混合物のある気体成分が前記第１の膜を通
   つて疎水性かつ多孔質の気体透過性障壁の所まで
   促進輸送され、前記第１の膜から放出された気体
   が前記気体透過性障壁によつて透過され、次いで
   前記初期組成を持つた不動化液体を含有する第２
   の膜に前記気体透過性障壁から放出された気体を
   接触させることによつて前記気体成分が前記第２
   の膜を通つて促進輸送される結果として前記気体
   混合物から前記気体成分が選択的に除去される方
   法において、前記初期組成を持つた新鮮な液体を
   前記第１および第２の膜のそれぞれの第１の領域
   中へ導入すると同時に少なくとも部分的に不活性
   化した液体を前記第１および第２の膜のそれぞれ
   の第２の領域から排出することによつて前記第１
   および第２の膜の分離効率が実質的に維持される
   ことを特徴とする方法。 １１ 前記の新鮮な液体が前記第１および第２の
   膜中に連続的に導入される、特許請求の範囲第１
   ０項記載の方法。 １２ 前記第１および第２の領域が前記第１およ
   び第２の膜の周辺の一部である、特許請求の範囲
   第１０項または第１１項のいずれかに記載の方
   法。 １３ (a)表面同士がほぼ平行に向い合つた状態で
   配列されることによつて互い違いに並んだ第１の
   流通空間群および第２の流通空間群を規定する多
   数の少なくとも部分的に隔離された不動化液体
   膜、(b)前記第１および第２の流通空間群の少なく
   とも一方に属する各流通空間内に配置されて互い
   に隣接した前記膜同士を隔離する手段、(c)各流通
   空間の外周を規定する手段、並びに(d)前記第１お
   よび第２の流通空間群に属する多数の流通空間へ
   の流入およびそこからの流出を別々に可能にする
   手段を具備したパツケージ形膜装置において、前
   記膜の第１の領域に新鮮な膜液体を接触させる手
   段が上述の諸要素と共に包含されることを特徴と
   する装置。 １４ 前記膜の前記第１の領域が前記流通空間の
   外周より外側に位置している、特許請求の範囲第
   １３項記載の装置。 １５ 前記第１の領域に新鮮な膜液体を接触させ
   る前記手段が液体導入室を包含し、そして前記第
   １の領域が前記室内に突き出ている、特許請求の
   範囲第１４項記載の装置。 １６ 前記膜の第２の領域と連絡していてそこか
   ら排出される膜液体を受容する手段が追加包含さ
   れる、特許請求の範囲第１３〜１５項のいずれか
   １項に記載の装置。 １７ 前記膜の前記第１の領域が前記流通空間の
   外周より内側に位置している、特許請求の範囲第
   １３項記載の記載の装置。 １８ (e)前記膜の内側部分を貫通して設けられた
   第１および第２の穴、(f)前記膜の前記第１の領域
   が前記第１の穴の周囲に配置されるのに対応して
   前記第２の穴の周囲に配置された前記膜の第２の
   領域、(g)第１および第２の円板群を構成する中実
   環状円板であつて、前記第１および第２の円板群
   の各々は表面同士がほぼ平行に向い合つた状態で
   同軸的に配置された多数の円板を含み、前記円板
   の各々は相対する第１および第２の面を有し、前
   記第１の円板群に属する各円板は前記第２の円板
   群に属する１個の円板から隔離しながらほぼ同一
   平面内に配置されることによつてほぼ同一平面を
   共有する１対の円板を与え、ほぼ同一平面を共有
   する各対の円板は前記第２の流通空間群に属する
   １つの流通空間内に配置され、前記円板の各々は
   前記第１の面から前記第２の面にまで達する通し
   穴を有し、前記膜は２枚ずつ対を成しながら配置
   されてその各対は互いに隣接した円板間に位置
   し、前記第１の穴は前記第１の円板群に属する円
   板の前記通し穴と整列することによつて前記第１
   の領域と連絡する入口流路を形成し、また前記第
   ２の穴は前記第２の円板群に属する円板の前記通
   し穴と整列することによつて前記第２の領域と連
   絡する出口流路を形成するような円板、並びに(h)
   前記円板およびそれらの間に位置する前記膜を締
   付ける手段が追加包含される、特許請求の範囲第
   １７項記載の装置。 １９ (a)表面同士がほぼ平行に向い合つた状態で
   配列されることによつて互い違いに並んだ第１の
   流通空間群および第２の流通空間群を規定する互
   いに隔離された内側部分を有する多数の不動化液
   体膜であつて、前記膜の各々は前記内側部分を包
   囲する外側部分を有し、前記膜は互い違いに並ん
   で第１の膜群および第２の膜群を構成し、前記膜
   の各々には前記外側部分を貫通する互いに離隔し
   た１対の外部穴および前記内側部分を貫通する互
   いに離隔した１対の内部穴が設けられ、また前記
   内部穴の各々は前記膜の周縁部によつて包囲され
   ているような不動化液体膜、(b)前記第１および第
   ２の流通空間群の少なくとも一方に属する各流通
   空間内に配置されて隣接した前記膜同士を隔離す
   る手段、(c)表面同士がほぼ平行に向い合つた状態
   で配列された多数の閉ループ状気密枠であつて、
   前記枠の各々は相対する第１および第２のループ
   面を有し、前記枠は前記膜のほぼ平行であり、前
   記枠の各々は前記第１のループ面から前記第２の
   ループ面にまで達する互いに離隔した１対の通し
   穴および前記通し穴の各々から枠の内周にまで達
   する枠通路手段を有し、前記枠の前記通し穴の一
   方は前記膜の前記外部穴の一方と整列することに
   より前記枠通路手段の一方を介して前記第１の流
   通空間群に属する各流通空間と連絡する入口流路
   を形成し、また前記枠の前記通し穴の他方は前記
   膜の前記外部穴の他方と整列することにより前記
   枠通路手段の他方を介して前記第１の流通空間群
   に属する各流通空間と連絡する出口流路を形成す
   るような枠、(d)第１および第２の円板群を構成す
   る円板であつて、前記第１および第２の円板群の
   各々は表面同士がほぼ平行に向い合つた状態で同
   軸的に配置された多数の円板を含んでいてその数
   は前記枠の数より１個だけ少なく、前記円板の
   各々は相対する第１および第２の面を有し、前記
   第１の円板群に属する各円板は前記第２の円板群
   に属する１個の円板から離隔しながらほぼ同一平
   面内に配置されることによつてほぼ同一平面を共
   有する１対の円板を与え、ほぼ同一平面を共有す
   る各対の円板は前記第２の流通空間群に属する１
   つの流通空間内に配置され、前記円板の各々は前
   記第１の面から前記第２の面にまで達する通し穴
   および前記通し穴から円板の外周にまで達する円
   板通路手段を有し、前記第１の円板群に属する円
   板の前記通し穴は前記膜の前記内部穴の一方と整
   列することにより前記第１の円板群に属する各円
   板の前記円板通路手段を介して前記第２の流通空
   間群に属する各流通空間と連絡する入口流路を形
   成し、前記第２の円板群に属する円板の前記通し
   穴は前記膜の前記内部穴の他方と整列することに
   より前記第２の円板群に属する各円板の前記円板
   通路手段を介して前記第２の流通空間群に属する
   各流通空間と連絡する出口流路を形成し、前記第
   １の膜群に属する各膜の前記外側部分は前記第２
   の膜群に属する第１の隣接膜と面間接触して１対
   の接触外側部分を形成しかつ前記各膜の前記周縁
   部は前記第２の膜群に属する第２の隣接膜と面間
   接触してほぼ同一平面を共有する２対の接触周縁
   部を形成し、前記第１および第２の隣接膜は前記
   各膜から相対する方向へ向つて配置され、前記１
   対の接触外側部分は互いに隣接する１対の前記枠
   間に配置され、前記２対の接触周縁部の一方は前
   記第１の円板群に属する互いに隣接した１対の円
   板間に配置され、また前記２対の接触周縁部の他
   方は前記第２の円板群に属する互いに隣接した１
   対の円板間に配置されているような円板、(e)前記
   枠を圧縮することによつて各対の接触外側部分間
   の膜界面を封止すると同時に前記各対の接触外側
   部分の膜外面をはさんだ互いに隣接する前記枠同
   士を封止状態に保つ手段、並びに(f)前記円板を圧
   縮することによつて各対の接触周縁部間の膜界面
   を封止すると同時に前記各対の接触周縁部の膜外
   面をはさんだ互いに隣接する前記円板同士を封止
   状態に保つ手段を具備するパツケージ形膜装置に
   おいて、前記膜の第１の領域に新鮮な膜液体を接
   触させる手段が上述の諸要素と共に包含されるこ
   とを特徴とする装置。 ２０ 前記膜の前記第１の領域が前記枠の外周か
   ら突き出ている、特許請求の範囲第１９項記載の
   装置。 ２１ 前記第１の領域に新鮮な膜液体を接触させ
   る前記手段が液体導入室を包含し、そして前記第
   １の領域が前記室内に突き出ている、特許請求の
   範囲第２０項記載の装置。 ２２ 前記膜の第２の領域と連絡していてそこか
   ら排出される膜液体を受容する手段が追加包含さ
   れる、特許請求の範囲第１９〜２１項のいずれか
   １項に記載の装置。