JPS6150604A - サ−モパ−ベ−パレ−シヨン装置 - 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】 く技術分野〉 本発明はサーモパーベーパレーション装置に関する。

〈従来技術〉 溶液を分離凝縮する方法として、液体蒸気は透過させる
、液体自体は透過させない重合耐多孔質膜の一次側に高
温の原液を流通させ、原液から発生し、上記多孔質膜を
透過した蒸気を二次側で冷却して凝縮させ、このように
し−次側において原液を濃縮し、二次側において凝縮さ
せるザーモパーベーバレーションは既に知られており、
ま、そのための装置も従来より種々に提案されている。

例えば特公昭４１−４５４６１号公報には、多孔質膜か
らなる膜質を一対平行に配設しその間を原液通路となす
と共に、この通路との間に空間を隔てて一対の電熱壁を
配設し冷却通路となし、更に、このような原液通路と冷
却水通路を多段に平行に配設してなるサーモパーベーパ
レーション装置が記載されている。

一般にこのような膜分離装置において透過効率を高める
ために原液通路の温度分布を一定とし、しかも膜面側に
原液通路中の溶質が付着することのないようにする必要
がある。その場合、透過効率を高めるためには原液通路
の薄層化が効果的であるが、サーモパーベーパレーショ
ン装置に用いる膜は一般に薄くて柔軟性にとんでいるた
め、膜の膨張、伸縮などの変形が生しやすく、そのため
原液通路を安定し確保することが困難となり、その結果
、透過効率が低下するという欠点があった。

具体的に多孔質膜の原液側に負圧が発生し、上記多孔質
膜と伝熱壁間の蒸気空間が拡がって、凝縮効率が悪くな
る。

また、冷却液の圧力が原液通路の圧力と比較して高い場
合、この差圧により電熱壁あるいは膜が圧迫され、膜−
膜間または膜−壁間に部分的密着が生じ、透過効率が低
下するという欠点があた。

〈目的〉 本発明は上記従来技術の欠点を解消し、膜の膨張、伸縮
による原液通路の部分的密着を防止し、膜と冷却用電熱
壁の間隔を一定に保ち、透過効率、処理効率にすぐれた
サーモパーベーパレーション装置の提供を目的とする。

く構成〉 本発明は、液体蒸気は透過させるが、液体自体は透過さ
せない多孔質膜で仕切られた一側を高温の原液通路とし
、他側で前記原液通路から多孔質膜を透過した草気を凝
縮するようにした装置であって、前記原液通路側に多孔
質膜に接近して対向するスペーサ部材を設けていること
を特徴とするサーモパーベーパレーション装置である。

〈実施例〉 第１図及び第２図は本発明の実施例を示す装置の縦断面
図と横断面図である。

本実施例の装置は外管１と内管である伝熱管８との同心
二重管の前記外管１と伝熱管８との間に多孔質膜管２を
設けるようにした装置である。すなわち、外管１内には
液体蒸気は透過させるが液体自体は透過させない多孔質
膜で形成された膜管２が同心に配設されており、外管１
と膜管２との間に高温の原液通路３が形成されている。

従って外管１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。　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　１膜管２を構成する多孔質膜は、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、その草気は透過させる性質をを
することが必要である。従ってかかる疎水性多孔質膜は
、通常０６０５〜５０μｍ、好ましくは０．１〜１０μ
ｍ程度の微孔を有し、かつ、多孔度が５０％以上である
ことが好ましい。また膜厚は特に制限されるものではな
いが、通常１〜３００μｍ、好ましくは５〜１００　μ
ｍ程度である。従って、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撥水性の樹脂を
被覆して疎水性の多孔質膜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。

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
液通路に循環して流通される。

スペーサ部材１３はその内面が膜管２の外側に近接する
同心管として設けられ、該スペーサ部材１３と膜管２の
間を原液通路３に構成している。

スペーサ部材１３の材質は流通させる高温原液の熱に耐
え、高温原液によって侵されないものであればよく、例
えば耐熱性樹脂が用いられるが、特にフッ素系樹脂、ポ
リサルフォン、エポキシ樹脂等が好ましい。スペーサ部
材１３と多孔質膜管２との間隔は例えば０．１〜３難程
度にするのが好ましい。

スペーサ部材１３の内面すなわち膜管２の外周面に対向
する面に凹凸を設ける。この凹凸としてたとえば溝１４
を設けることにより原液の流れを生じせしめ、これによ
り原液からの蒸気の蒸発効率を高めることができる。そ
してこの場合、溝Ｉ４は、原液が原液通路３を均一に流
れるよう、例えば第３図の展開図に示す如く、スペーサ
部材１３の内面に斜め方向に溝１４を形成する。溝１４
は例えば原液の流れる方向に対し３０’から６０゜の角
度で形成する。また溝１４の形は特に限定されないが、
小型の装置においては、１から１０１程度の間隔に１か
ら５ｍｌ程度の幅で１から５１程度の深さに刻むのが好
ましい。

このようにスペーサ部材１３は溝１４の形成により原液
を均一に流すような構造になっているが、それにもかか
わらず、原液通路３にデッドスペースが存在する場合に
は、スペーサ部材１３に更に流路を形成してデッドスペ
ース部分に原液が流れるようにすることもできる。

スペーサ部材１３はネット状のものを用いてもよい。こ
の場合ネット状のスペーサ部材の形態は網目が流れの方
向に対して斜めに並んでいるのが好ましい。例えば流れ
方向に対して３０°から６０゜がよい、また網の径は０
．５から３Ｗ程度、交点間距離が１からｌＱｍｍのもの
が好ましい。

尚、図示した実施例においては、膜管２は適宜の支持管
７上に多孔質膜が支持されて形成されている。この場合
、支持管は液体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管や、セラ
ミック製の多孔質管が好適に用いられる。

膜管２の内側に同軸的に伝熱管８が配設され、前記膜管
との間に凝縮室９を有するように適宜の間隔がおかれて
いる。伝熱管８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８には冷却媒ための導入管
１０及び導出管１１が接続され、例えば冷却水のような
冷却媒が伝熱管８内を冷却媒通路１５として循環される
。

また、凝縮室９には膜管２を透過し、伝熱管８にて冷却
され、凝縮した凝縮液の導出管１２が接続されている。

また図示はしないが、上記凝縮室９内にスペーサ部材を
配設することもできる。

このスペーサ部材は、膜管を透過した蒸気が伝熱管まで
透過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水が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、熱伝導性にすぐれてい
ることが好ましい。

図示した装置においては、スペーサ部材は生じた凝縮水
が鉛直方向に流下し得るように、スペーサ部材は少なく
とも鉛直方向に通液性を有することが必要である。勿論
、スペーサ部材は多孔質膜又は伝熱管表面に、又はこれ
らの両者に予め接合されていてもよい。

上記スペーサ部材としては、例えば、１０〜１０００メ
ツシユの天然又は合成の繊維、例えば、ポリエチレン、
ポリエステル、ポリアミド等の繊維からなる織布、不織
布、炭素繊維布、金属網等が好ましく用いられる。スペ
ーサ部材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、５ｆｌ以下、特に０．２〜３１１の範囲が好ま
しい。

第４図、第５図に本発明の他の実施例を示す。

先に説明した実施例における部材と同じ機能を果たす部
材は同一の符号を付している。

この例は、筒状の外管１の中に同心の多孔質膜管２を設
けて、該膜管２と外管１との間を透過蒸気を凝縮、捕集
する冷却媒通路１６とし、スペーサ部材１３は前記多孔
質膜管２の中に挿入している。このスペーサ部材１３と
多孔質膜管２の間が原液通路３となる。スペーサ部材１
３の表面は多孔質膜管２の内側に近接して対向しており
、且表面に凹凸を形成している。この凹凸は例えば既述
した実施例の第３図の展開図に示すような溝１４をスペ
ーサ部材１３の周面に形成することにより構成する。

原液通路３には原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、同様に冷却媒通路１６にも冷却媒を
流通させるための導入管１０及び導出管１２が接続され
ている。原液より発生した液体蒸気は多孔質膜管２を透
過して冷却媒にて直接冷却凝縮され冷却媒に捕集される
。なお、本実施例においても、スペーサ部材１４として
ネット状のものを用いることができる。

以上で述べた２つの実施例ではいずれも管状の多孔質膜
を用いた場合について述べてか、多孔質膜をシート状に
用いて膜分離する場合いわゆるプレート型の装置におい
ても、本発明に係るスペーサ部材を用いて同様な効果を
ｊすることができることは勿論である。

本発明による膜分離の試験例を示す。

１メ（□験〕タリ 装置は第１図に示すような装置とし、樹脂製の直径４０
璽嘗の外管内に、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２
５１１ｍの膜管を同軸的に配設し、更にこの膿管内に直
径２４ｗｍのステンレス製伝熱管をＨや管と伝熱管の管
壁間の間隔が２ｆｌとなるように配設して、サーモパー
ベーパレーションの装置を構成した。そしてポリプロピ
レン製のスペーサ部材を片面が外管に接し、他面が多孔
質膜管と１．５ｍｍの間隔になるように挿入した。多孔
質膜管に対向するスペーサ部材の表面は５璽１間隔に３
１１の幅で２，６酊の深さに、流れの方向に対して４５
゜の角度で十字に溝が刻んである。多孔質膜は平均孔径
０．２μｍ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２４０ｃＪであった。

ごの装置において、冷却媒として温度３０°Ｃの水を循
環し、原液として温度８６°Ｃのｔｌｉ液（１３６７°
Ｂに）を流通させ、膜の単位面積当りの透過液量の経時
変化をとった。結果を第６図に示す。

第６図から明らかなように、初期においてスペーサ部材
を入れた場合の透過液量が１．２０　ｇ　／　ｒｒｌ−
ｄａｙ、スペーサ部材を入れない場合の透過液量が１．
０５１　／　、（、ｄａｙ、また８時間の運転後におい
て、スペーサ部材を入れた場合の透過液量が１．００ｍ
／ｒｄ−ｄＢｙ、スペーサ部材を入れない場合の透過液
量が０．５０　ｇ　／　ｒｒｌ−ｄａｙとなり、透過液
はスペーサ部材を入れた場合には入れない場合より大き
な速度で得ることができた。

〈効果〉 本発明は以上の構成により、多孔質膜で仕切られた一側
を高温の原液通路とし、他側で前記原液通路が多孔質膜
を透過した茎気を凝結するようにした装置であって、前
記原液通路側に多孔質膜に近接して対向するスペーサ部
材を設けたから、欣の両側における圧力差による膜の膨
張、伸縮等による原液通路の閉塞や不均一化を防止し、
また膜と冷却用の伝熱管との間隔を一定に保つことがで
きるので、経時的な透過効率の低下等を招くことなく常
に安定した透過効率を保持することができ、処理能力の
向上が図れる。またスペーサ部材の挿入により、多孔質
膜表面での温度分布の均一化や汚れの付着の防止が図ら
れ、それだけ透過効率を向上させることができる。また
スペーサ部材を膜に近接して対向させることにより、原
液通路をスペーサ部材と膜との間の狭い間隔内に眼定で
きるので、原液流量に対する透過効率が大幅に向上する
。

また、スペーサ部材の表面を凹凸にし、或いはネット状
のスペーサ部材にすれば、原液通路の確保が完全となり
、しかも膜表面の乱流化を促進して透過効率を向上させ
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す装置の縦断面図、第２図
は第１図のｎ−ｒ＋断面図、第３図はスペーサ部材の内
孔面を示す展開図である。第４図及び第５図は他の実施
例の装置を示し、第４図は縦断面図、第５図は第３図の
ｎｔ−ｍ断面図である。第６図は試験結果を示す図であ
る。 １、−一外管 ２−多孔質膜管 ３−・原液通路 ７−支持管 ８−伝熱管 ９−凝縮室 １３−・スペーサ部材 １４−溝

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）液体蒸気は透過させるが、液体自体は透過させな
   い多孔質膜で仕切られた一側を高温の原液通路とし、他
   側で前記原液通路から多孔質膜を透過した蒸気を凝縮す
   るようにした装置であつて、前記原液通路側に多孔質膜
   に近接して対向するスペーサ部材を設けていることを特
   徴とするサーモパーベーパレーション装置。
2. （２）スペーサ部材は多孔質膜に対向する面に凹凸を形
   成している特許請求の範囲第１項記載のサーモパーベー
   パレーション装置。
3. （３）スペーサ部材はネット状である特許請求の範囲第
   １項記載のサーモパーベーパレーション装置。