JPS6231601B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［技術の分野］ この発明は選択透過性の中空繊維膜分離装置の
構造に関する。以下の記述において−選択透過性
の中空繊維−との形容を省略する。

［従来技術］ 膜管分離装置として軸流型、放射流型、糸巻き
カートリツジ型などが知られているが、これらは
いずれも選択透過用の膜管端末を固定する管板
が、膜管の管束を収容する円筒状シエルのフラン
ジである構成とされている。

この構成の構造では、大容量プラント用に使用
できる程度まで膜面積を大きくしようとすれば、 管板径、即ちシエル径に制限されて、個々の膜
管の有効長さを短くすることはできない。

実際、個々の膜管の有効長さと、膜管の外径と
の比率は、比較的高圧の逆浸透用装置の場合、
3000〜10000であり、比較的低圧の限外濾過用装
置の場合、膜面積が小さい実験用装置を除けば、
500〜1500である。

このため膜管外の流体が管内に透過させられる
場合に、膜管中の流体の通過抵抗は大きく、この
背圧のため有効濾過圧は減少し透過速度が大きい
限外濾過の場合は、比較的低圧で作動させられる
にも拘らず、大きい影響を受ける。

また逆に膜管内に原水が通される場合は、原水
側の圧力低下が大きく原水入口と濃縮水出口の間
の平均有効濾過圧の減少と同時に膜管内の流速が
入口から遠ざかるにつれて急激に減少し、これに
原因して膜管の特に出口付近における膜管の内壁
面上の難透過性物質濃度は極限に達し、濃度分極
状態となることを避け難い。

膜管製網状物が２枚のフレームに挟まれシール
されて形成されるサンドイツチ状のユニツト多数
枚が、相互間に板ガスケツトを挟んで組立てられ
膜管外流体が網状物に垂直に流されることによ
り、膜管外流体と各膜管の接触が均一化され、ま
た、装置は分解が容易であり、装置内部の清掃・
点検修理・破損ユニツトの交換が便利であるとす
る特公昭45−36724がある。

この装置では透過流体の背圧を減少させること
は可能とするが、組立てには非常な手数と費用を
必要とし、ユニツト１枚の厚さを一定以上に薄く
することができないため大型プラントに使用され
得る程の大濾過面積の装置の製作は不可能であ
る。

仮に実用に供したとしても膜面積に対して膜管
外流体流通用の装置内容積は大きいのであり、膜
管外流体の滞留が長くなり、食品・医薬品など、
特に清潔と新鮮度が要求される用途には適しな
い。

［発明の目的］ この発明は以上に述べたような欠点が除去さ
れ、膜管の有効長さと外径の比率が小さくされ、
大容量プラントに使用され得る大きさの膜面積が
あり、膜管外の流体の装置内体積が小さい構造の
装置を、簡単な製作過程によつて、提供するもの
であり、 特に、透過速度が大きく低圧で操作される限外
濾過用装置に最適であるものを提供する。

［発明の構成］ この発明の装置において、管外流体の流通する
方向について隣接する各膜管は、平行することな
く、相互に、略々直角に交差して配置されて選択
透過用の域中に充填される。

域中の各膜管の両端は、選択透過域を密閉する
筒状体の合成樹脂層壁を管板として、筒状体の中
心軸方向に直角交差する方向を以て貫通し、膜管
内流体が通過し得るように、管板の外側にある流
路に連通して開口させられる。

域中の膜管外空間を流通する流体が、出入する
少なくとも一つづつの開孔が、それぞれ選択透過
域の膜管外空間の両端部に設備される。

膜管は選択透過域中に稠密に充填され、各膜管
の有効長／外径の比率は、500以下とされる。

膜管外の流体の通過方向と膜管内の流体の通過
方向とは互いに直角になる。

各膜管が互いに全て平行であつて同一の方向性
のみを有するものを一次元と称し、この一次元の
膜管管速に、これらと平行でない他の一次元の膜
管管束が混入されるもの、即ち膜管管束が二つの
方向性を有するものを二次元と称し、更に膜管が
三以上の多種の方向性を有するものを多次元と称
することとした場合、この発明の装置において
は、膜管は二次元の配設でも、多次元の配設であ
つてもよく、また、膜管相互が絡み合つていても
よい、 即ち、織布あるいは網状物であつてもよいが、
実用的には二次元のものが好ましく、二次元のも
のである場合には管板のみにより膜管外の流路が
構成され得る。

膜管外の流路断面として、四角形以上の多角形
または円形が採用され得るが、形が単純であり、
製作が容易である正方形か、あるいは円形が最も
好ましい。

後述する浸漬鋳造法によつて管板が製作される
場合には、正方形は最も望ましい形状であつて、
断面上にある膜管の長さも均一であり膜管内から
膜管外へ流体を浸透させる場合に最適である。

遠心鋳造法によつて管板が製作される場合に
は、円形が自然に形成される形状であり、管板横
断面の外径は鋳型の形状により円形以外の形状と
され得るが、内形は円形以外の形状となり得な
い。

遠心鋳造法は管板製作法としては、最も簡易な
方法であり、また各膜管を管板の素材である合成
樹脂液と密着させるのに最も優れた方法である
が、選択透過域中にある膜管の長さが均一でない
ため、膜管外から膜管内へ流体を浸透させる場合
に適当する。

各膜管が互いに絡み合つている網状物の場合
は、膜管相互の接点は若干透過効率が悪くなる
が、網自体が安定した平面体を形成するため装置
製作が容易である。

各膜管が互いに絡み合つていない多次元配設の
場合は上述の場合と逆の特徴を有することとな
る。

いずれにしても、一次元配設の場合に比較して
膜管外から膜管内へ浸透させる場合には物質移動
に対する境膜が形成され難く、所謂、濃度分極に
対して有利である。

膜管外の流体の流線は比較的に単純であり、流
線中に微細な渦が生じることがなく、境膜は安定
であり、一旦形成された濃度分極は解消され難
い。

各膜管が多次元に配設される場合には、膜管外
の流体の流線方向が変更させられる機会が多く、
膜管外の流体の流線に渦が生じ易く、膜管の近傍
における濃度分極が維持され難い。

各膜管の有効長さと外径の比率が大きいもの
は、多くの欠点があるため、これらの欠点を避け
るために、この比率は小さくされるのであるが、
特に500以下であることが好ましい。

［製作例］ ポリスルホン膜管の編織ネツトが、円形に裁断
され、このネツトが必要枚数重ねられて、円筒形
鋳型、即ち、中心軸方向に二つ割りが可能であり
製作される円筒状管板の外径より若干大きい内径
のテフロン製管中に挿入され、このテフロン製管
が、その中心軸を回転軸として高速回転させられ
つつテフロン製管の端部からエポキシ樹脂、シリ
コン樹脂などが注入され、注入された樹脂が固化
した後、テフロン製管が取り外され、得られる円
筒状管板付重積ネツトの円筒状管板の外側層が、
切削除去され、各膜管管端部が円筒状管板付重積
ネツトの外表面に開口させられる。

製作された円筒状管板付重積ネツトは、円筒状
シエル中に収容されるか、シエルが使用されない
場合は、その一端に原液供給口が、他端に濃縮液
排出口が取り付けられればよい。

遠心鋳造法により製作された場合には、通常の
重力鋳造法よりも樹脂が膜管端部間の空隙に良好
に進入し密着する状態がよいため、管板を通じて
源液が透過液側へ漏出する問題に対しても非常に
有利である。

第１図が示すように、内径300mm長さ800mmの二
分割可能なテフロン製シリンダー７の中に外径１
mm、内径0.6mmの膜管がピツチ２mmで平織りにさ
れ直径300mmの円形に裁断された膜管ネツト1400
枚が重積挿入され、テフロン製シリンダー７が回
転させられつつエポキシ樹脂が管８から注入され
樹脂が固化した後、テフロン製シリンダー７から
取り出され、外径が280mmとなるよう、外側層が
切削除去される。

膜管外流体と接触する各膜管の有効長さは、
220mmである。

第２図に、この円筒状管板付重積ネツトが使用
される分離装置の一例の縦断断面が示される。

円筒状管板付重積ネツト２がFRP製シエル３
に内蔵され、Ｏ−リング５によりシールされ、エ
ンドプレート４が同様にＯ−リング５によりシー
ルされながら嵌合され、スナツフリング６によつ
て固定されたものである。

各膜管の有効長さと外径の比率は、220以下で
あり、膜面積は35m²である。

［実施例］ 分子量20000程度の水溶性蛋白質を0.5％含有す
る5wt.％グルコース水溶液2.5Klが原液として製
作例の円筒長420mm分離装置により処理された。

分離装置への原液供給圧は0.2MPa、供給温度
は２℃、流量は10m²／ｈとして循環供給された。

循環される原液量が0.25Klになるまで処理が行
われた。

循環される原液量が1.25Klになるまでの１時間
15分間の透過液流量は1000であり、循環し処理
される原液量が0.25Klになる処理完了までの所要
時間は５時間30分間であつた。

［比較例］ 円筒の両端の円板を管板として円筒の中心軸に
全膜管が平行に配設される従来型分離装置が使用
された。

使用された膜管材質仕様は実施例と同一であ
り、有効透過長さ1000mmの膜管29580本が、両端
の直径240mmの円形管板間に、相互が平行し張設
されたものであつた。

膜面積は実施例装置と同一の35m²であり、膜管
の有効長と外径の比率は1000である。

この装置が使用され、実施例と同一条件を以て
処理が行われた。

循環原液量が半減するまで２時間の透過液流量
は625／ｈであつた。

このため処理開始２時間後に、膜管ユニツトの
出口圧力が耐圧限度の0.4MPaとなるよるに原液
供給圧を上昇させて透過液流量960／ｈにされ
た。

これらの事実から膜管内圧は比較例装置では、
昇圧後、2200Paであると推算される。

実施例においては240Paであると推算される。

両装置は同一膜面積であるにも拘らず、上記の
膜管内圧の差異に基き、両装置間に透過液流量に
おいて大差が生じていることが知られる。

この発明は、装置の大容量化・生産性向上には
勿論、装置耐久性・稼働原価の改善に有用であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は円筒状管板の製作説明図である。第２
図は円筒状管板付重積ネツトを内蔵する中空繊維
膜分離装置の縦断断面図である。 記号リスト １……膜管ネツト、２……円筒状
管板付重積ネツト、３……シエル、４……エンド
プレート、５……０−リング、６……スナツプ・
リング、７……シリンダー、８……管。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 選択透過性の中空繊維管が選択透過用の域中
   に充填され、該域中の中空繊維管の管外空間を流
   通する流体が出入するための少なくとも二つの開
   孔が該域の両端部に設備される中空繊維膜分離装
   置において、該流体の流通方向について、 隣接する各中空繊維管は、相互に平行すること
   なく略々直角に交差して配設され、 各中空繊維管の両端は、それぞれ筒状体の中心
   軸方向に直角交差する方向を以て該域を区画する
   筒状合成樹脂層壁を管板として貫通させられ、 該管板を内蔵し中空繊維管内流通流が通過する
   流路が設備され、 各中空繊維管有効長／外径の比率は、500以下
   とされることを特徴とする中空繊維膜分離装置。