JPS63116726A - 気体分離素子 - Google Patents
気体分離素子Info
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- JPS63116726A JPS63116726A JP26266386A JP26266386A JPS63116726A JP S63116726 A JPS63116726 A JP S63116726A JP 26266386 A JP26266386 A JP 26266386A JP 26266386 A JP26266386 A JP 26266386A JP S63116726 A JPS63116726 A JP S63116726A
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- gas separation
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- membranes
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Links
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Landscapes
- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野コ
本発明は、気体混合物の選択透過分離に用いられる気体
分離膜を利用した気体分離素子に関するものである。
分離膜を利用した気体分離素子に関するものである。
［従来技術］
従来、工業的に利用されている気体分離素子には、中空
糸型、スパイラル型、チューブラ−型、プレートアンド
フレーム型などの型式があり、これらの気体分離素子は
、それぞれについて、一定体積内にできるだけ多く膜面
積を充填できるように設計され、広く実用化に至ってい
る。このように、一定体積内により多くの膜面積を充填
することは、装買をコンパクト化するとともに、より多
量の気体処理が行なえるように配慮された結果性なわれ
てきた。
糸型、スパイラル型、チューブラ−型、プレートアンド
フレーム型などの型式があり、これらの気体分離素子は
、それぞれについて、一定体積内にできるだけ多く膜面
積を充填できるように設計され、広く実用化に至ってい
る。このように、一定体積内により多くの膜面積を充填
することは、装買をコンパクト化するとともに、より多
量の気体処理が行なえるように配慮された結果性なわれ
てきた。
一方、これらの気体分離素子は、使用する目的に合せて
、各種グレード化された膜を充填し、用途の多様化に潮
えてきた。
、各種グレード化された膜を充填し、用途の多様化に潮
えてきた。
従来技術としてはたとえば米国特許第３４４２．００２
号、米国特許第３４９２．６９８号、米国特許第３８７
４．９８６号、米国特許第４１７４．９５５号明細書の
方法などがあるが、これらはいずれも単一の分離膜から
なる分離素子を示しているものである。
号、米国特許第３４９２．６９８号、米国特許第３８７
４．９８６号、米国特許第４１７４．９５５号明細書の
方法などがあるが、これらはいずれも単一の分離膜から
なる分離素子を示しているものである。
［発明が解決しようとする問題点］
しかしながら、従来の技術では、同一種類の気体分離素
子でも、製品間のばらつきが生じたり、ざらには、より
精密な通気量のコントロールが必要であったり、またい
わゆるテーラ−メートの規格品では対応できないなど、
膜需要からより精密でかつ多様な製品としての気体分離
素子が要望されるようになった。
子でも、製品間のばらつきが生じたり、ざらには、より
精密な通気量のコントロールが必要であったり、またい
わゆるテーラ−メートの規格品では対応できないなど、
膜需要からより精密でかつ多様な製品としての気体分離
素子が要望されるようになった。
すなわち従来技術においては、通気量や透過気体の純度
を顧客の希望に応じてコントロールするには、膜素材そ
のものを適正なものに替えねばならず、困難を伴ってい
た。
を顧客の希望に応じてコントロールするには、膜素材そ
のものを適正なものに替えねばならず、困難を伴ってい
た。
本発明は、各種多様化する用途に応じた気体分離素子を
精度良く、容易に、再現性よく工業的に製造することを
目的とする。
精度良く、容易に、再現性よく工業的に製造することを
目的とする。
［問題点を解決するための手段］
本発明は、上記目的を達成するために、下記の構成を有
する。
する。
すなわち、本発明は、気体分離膜を有する気体分離素子
において、該気体分離素子は膜性能の異なる複数の種類
の気体分離膜から構成されていることを特徴とする気体
分離素子に関する。
において、該気体分離素子は膜性能の異なる複数の種類
の気体分離膜から構成されていることを特徴とする気体
分離素子に関する。
ここで、気体分離膜とは、分離対象ガスによって種々の
膜が用いられ、０２／ Ｎ ２ 、Ｈ２／ Ｎ Ｈｓ、
Ｈ２／ ＣＨａ、Ｈｅ ／ Ｎ２ 、Ｈｅ ／ ＣＨａ
、Ｋｒ ／Ａｒ 。
膜が用いられ、０２／ Ｎ ２ 、Ｈ２／ Ｎ Ｈｓ、
Ｈ２／ ＣＨａ、Ｈｅ ／ Ｎ２ 、Ｈｅ ／ ＣＨａ
、Ｋｒ ／Ａｒ 。
Ｈ２／Ｃｏなどを分離する全ての気体分離膜を言い、０
２／Ｎ２の場合には、シリコーン／カーボネート共重合
体や、ポリ２，６−シメチルフエニレンオキシド系、ポ
リジメチルシロキサン系、ポリ４−メチルペンテン−１
系などの平膜、複合膜、複合中空糸膜などが挙げられる
。これらの膜は、与えられた条件下で各々特Ｗｉ必る膜
性能を示す。
２／Ｎ２の場合には、シリコーン／カーボネート共重合
体や、ポリ２，６−シメチルフエニレンオキシド系、ポ
リジメチルシロキサン系、ポリ４−メチルペンテン−１
系などの平膜、複合膜、複合中空糸膜などが挙げられる
。これらの膜は、与えられた条件下で各々特Ｗｉ必る膜
性能を示す。
ここでいう膜性能とは、次の２つのパラメーターすなわ
ち、分離係数（α）と気体透過速度（Ｑ）で一般に与え
られ、例えば０２／Ｎ２の分離の場合には、αＮ、 ’
ＱＯ２などで与えられる。ここに、αＮｘ ＝ ００
２” Ｎ ２で与えられＱｏ２、ＱＮ２は、単位面積（
−）、単位時間（ｈｒ） 、単位差圧（ａｔｍ）当りの
透過０２またはＮ２量（ｃｍ）である。
ち、分離係数（α）と気体透過速度（Ｑ）で一般に与え
られ、例えば０２／Ｎ２の分離の場合には、αＮ、 ’
ＱＯ２などで与えられる。ここに、αＮｘ ＝ ００
２” Ｎ ２で与えられＱｏ２、ＱＮ２は、単位面積（
−）、単位時間（ｈｒ） 、単位差圧（ａｔｍ）当りの
透過０２またはＮ２量（ｃｍ）である。
一般に、気体透過速度（Ｑ）の大きいものは、分離係数
（α）が低くなる傾向を有し、定性的には膜の孔径が大
きなもの程、気体透過速度（Ｑ）が増し、気体が自由に
通りやすくなると考えると説明しやすい。しかしながら
、気体の大きさは分子オーダーでおり、その透過速度は
孔の大きさというよりも、気体と膜との相互作用による
とされている。
（α）が低くなる傾向を有し、定性的には膜の孔径が大
きなもの程、気体透過速度（Ｑ）が増し、気体が自由に
通りやすくなると考えると説明しやすい。しかしながら
、気体の大きさは分子オーダーでおり、その透過速度は
孔の大きさというよりも、気体と膜との相互作用による
とされている。
このような原理から、膜による分ｉ！！を装置を作成す
る場合、既存の規格化された膜からなる気体分離素子で
は、必要以上にαが高いものを選択しなければならなか
ったりするため、気体透過速度が不満足な場合が多かっ
た。
る場合、既存の規格化された膜からなる気体分離素子で
は、必要以上にαが高いものを選択しなければならなか
ったりするため、気体透過速度が不満足な場合が多かっ
た。
本発明は、複数の種類の気体分離膜から、気体分離素子
を作ることにより、必要とするαをコントロールするこ
とが可能となり、所望するαを達成した場合の気体透過
量を最大にするような気体素子を設計し製造することが
可能となる。
を作ることにより、必要とするαをコントロールするこ
とが可能となり、所望するαを達成した場合の気体透過
量を最大にするような気体素子を設計し製造することが
可能となる。
従来は、このような目的のためには膜そのものの性質（
Ｉｌｌ性能）を変えて対応していたが、本発明により、
容易に気体分離素子の性能をコントロールできると同時
に、より精密に再現性よく、性能をコントロールできる
ようになった。
Ｉｌｌ性能）を変えて対応していたが、本発明により、
容易に気体分離素子の性能をコントロールできると同時
に、より精密に再現性よく、性能をコントロールできる
ようになった。
本発明は、前述のいかなる型の気体分離素子にも適用可
能であり、複数の種類、すなわち最低２種類の膜によっ
て簡単に製造できる。
能であり、複数の種類、すなわち最低２種類の膜によっ
て簡単に製造できる。
次に図面を用いて本発明の一実施態様をプレートアンド
フレーム型モジュールについて説明する。
フレーム型モジュールについて説明する。
図面はかかるモジュールの気体分離装置である。
素材群１は、気体選択透過膜、供給気体流路材、透過気
体流路材からなり、気体選択透過膜は、少なくとも２種
以上の異なった膜から構成される。
体流路材からなり、気体選択透過膜は、少なくとも２種
以上の異なった膜から構成される。
そして、この素材群１が、適当な複数積層されることに
より、エレメント２が構成される。積層された素材群１
の４角に適当な接着材充填によるシール部３が設けられ
、積層された素材群１および各シール部３は、枠体４の
両側壁４ａ 、４ａによって両側から挟持されるととも
にシールされている。枠体４には、両側壁以外少なくと
も上壁４ａが設けられており、上壁４ａと積層素材群１
およびシール部材３で囲まれる空間５は、供給気体側の
流路からシールされた、かつ各素材群１からの気体選択
透過膜透過気体を合流させる空間に形成されている。上
壁４ｂには、合流した透過気体をエレメント外部へ導く
透過気体取り出し口６が設けられている。各エレメント
２の透過気体取り出し口６は、共通のダクト９により一
つの流路にまとめられ、該ダクト９から透過気体が取り
だされている。
より、エレメント２が構成される。積層された素材群１
の４角に適当な接着材充填によるシール部３が設けられ
、積層された素材群１および各シール部３は、枠体４の
両側壁４ａ 、４ａによって両側から挟持されるととも
にシールされている。枠体４には、両側壁以外少なくと
も上壁４ａが設けられており、上壁４ａと積層素材群１
およびシール部材３で囲まれる空間５は、供給気体側の
流路からシールされた、かつ各素材群１からの気体選択
透過膜透過気体を合流させる空間に形成されている。上
壁４ｂには、合流した透過気体をエレメント外部へ導く
透過気体取り出し口６が設けられている。各エレメント
２の透過気体取り出し口６は、共通のダクト９により一
つの流路にまとめられ、該ダクト９から透過気体が取り
だされている。
以下本発明の気体分離素子を応用した場合の理論的説明
をする。２種類の気体分離膜Ａ、Ｂが必り、気体Ｃと気
体りからなる混合気体を処理して、気体Ｃを富化する場
合を考える。
をする。２種類の気体分離膜Ａ、Ｂが必り、気体Ｃと気
体りからなる混合気体を処理して、気体Ｃを富化する場
合を考える。
膜Ａの気体Ｃの透過係数をＰ。、
膜Ａの気体りの透過係数をＰＤとすると、膜Ａの分離係
数α。＝Ｐｏ／Ｐ、となり、膜Ｂの気体Ｃの透過係数を
Ｐ−ｃ、 膜Ｂの気体りの透過係数をビ、 とすると、膜Ｂの分離
係数α” ＝Ｐ−／Ｐ−、となる。
数α。＝Ｐｏ／Ｐ、となり、膜Ｂの気体Ｃの透過係数を
Ｐ−ｃ、 膜Ｂの気体りの透過係数をビ、 とすると、膜Ｂの分離
係数α” ＝Ｐ−／Ｐ−、となる。
加圧側圧力をｐｌ
減圧側圧力をｐ２
加圧側の気体Ｃの分圧を×１
減圧側の気体Ｃの分圧を×２
膜Ａの膜面積をＳＡ
膜Ｂの膜面積をＳＢとし、
α、〉α“０ Ｐ ＜Ｐ″と関係を満たすとすれｐ’
ｃ ｃ ば、 気体Ｃの流速Ｊ。は、 ＪＣ＝（ＰＣＳＡ ＋Ｐ’ＣＳＢ ）（１） Ｉ Ｘ
１−り２Ｘ２） 気体りの流速Ｊ、は、 Ｊ□ ＝（ＰＤ ＳＡ ＋Ｐ’Ｄ ３Ｂ ）（１）ｆ
（１Ｘｌ ）−ｐ２ （１−Ｘ２）） となる。
ｃ ｃ ば、 気体Ｃの流速Ｊ。は、 ＪＣ＝（ＰＣＳＡ ＋Ｐ’ＣＳＢ ）（１） Ｉ Ｘ
１−り２Ｘ２） 気体りの流速Ｊ、は、 Ｊ□ ＝（ＰＤ ＳＡ ＋Ｐ’Ｄ ３Ｂ ）（１）ｆ
（１Ｘｌ ）−ｐ２ （１−Ｘ２）） となる。
一方、膜Ａのみを使用した場合には、
気体Ｃの流速Ｊどは
ＪＣ−＝ＰＣ（ＳＡ ＋ＳＢ ） （１）Ｉ Ｘｌ−
１）２Ｘ２） 気体りの流速ＪＤ°は Ｊ ”＝Ｐ （ＳＡ ＋ＳＢ ）（ｐｌ（１−Ｘｔ
）Ｄ −ｐ２（１−Ｘ２）） となる。
１）２Ｘ２） 気体りの流速ＪＤ°は Ｊ ”＝Ｐ （ＳＡ ＋ＳＢ ）（ｐｌ（１−Ｘｔ
）Ｄ −ｐ２（１−Ｘ２）） となる。
今、減圧側に透過した気体の気体Ｃの分圧かに以上必要
とされ、Ｋ＝×２を満たすならばＪｏ／ＪＤ＝Ｘ２／１
−Ｘ２＝に／１−にとなるようにＳｏ、ＳＢを選ぶこと
ができる。
とされ、Ｋ＝×２を満たすならばＪｏ／ＪＤ＝Ｘ２／１
−Ｘ２＝に／１−にとなるようにＳｏ、ＳＢを選ぶこと
ができる。
その時、膜Ａを単独で用いるよりも、透過空気組はＪ。
−Ｊｏ−＋ＪＤ−Ｊ、 −１すなわち（Ｐ−ｏ−Ｐｏ）
ＳＢ （ｐｌＸｔ−Ｄ２Ｘ２）＋（Ｐ−０−ＰＯ）ＳＢ
（ｐｌ（１−ｘｌ）−１）２ （１−Ｘ２ ）） だ（プ流速を向上することができる。
ＳＢ （ｐｌＸｔ−Ｄ２Ｘ２）＋（Ｐ−０−ＰＯ）ＳＢ
（ｐｌ（１−ｘｌ）−１）２ （１−Ｘ２ ）） だ（プ流速を向上することができる。
［実施例］
空気（０２／ Ｎ２ ＝０．２１ ／ ０．７９ ＞を
α８゜＝２、ＰＯ４−１ＯＮｍ’、／Ｔｒ１２− ｈｒ
−ａｔｍのシリコーン系膜Ｂとα６λ＝３、Ｐ０２＝２
ＮＴｎ３／Ｔｒ１２・ｈｒ−ａｔｍの４メチルペンテン
−１系膜Ａの２種類の膜を使って酸素富化空気を得る。
α８゜＝２、ＰＯ４−１ＯＮｍ’、／Ｔｒ１２− ｈｒ
−ａｔｍのシリコーン系膜Ｂとα６λ＝３、Ｐ０２＝２
ＮＴｎ３／Ｔｒ１２・ｈｒ−ａｔｍの４メチルペンテン
−１系膜Ａの２種類の膜を使って酸素富化空気を得る。
ｐｌを１ａｔｍｐ２＝Ｑ。
１ ａｔｍとすると膜Ａのみを使用した場合、１００ｍ
２の膜を使ったエレメントでは０２／ Ｎ ２ ＝ ０
、４１１０．５９の酸素富化空気が８２．８Ｎｍ！／
ｈｒで得られる。
２の膜を使ったエレメントでは０２／ Ｎ ２ ＝ ０
、４１１０．５９の酸素富化空気が８２．８Ｎｍ！／
ｈｒで得られる。
目標の富化空気が０２／Ｎ２ ＝０．３５１０．６５の
場合膜Ａを膜面積Ｓ１、膜Ｂを膜面積Ｓ２使用したエレ
メントで ３１ ＋Ｓ２ ＝ １０（ｈｒ＋２ とした場合 ５１＝６９Ｔｒ１２ Ｓ２＝３１Ｔｒ１２ の結果が得られ、富化空気量は２２４Ｎｔｙ＋’／ｈｒ
となり、膜Ａを単独で用いた場合の２．７倍の量の富化
空気が得られる。
場合膜Ａを膜面積Ｓ１、膜Ｂを膜面積Ｓ２使用したエレ
メントで ３１ ＋Ｓ２ ＝ １０（ｈｒ＋２ とした場合 ５１＝６９Ｔｒ１２ Ｓ２＝３１Ｔｒ１２ の結果が得られ、富化空気量は２２４Ｎｔｙ＋’／ｈｒ
となり、膜Ａを単独で用いた場合の２．７倍の量の富化
空気が得られる。
［発明の効果コ
本発明は、複数の種類の気体分離膜から、気体分離素子
を作ることにより、必要とする気体組成をコントロール
することが可能となり、所望する気体組成を達成した場
合の気体透過通を最大にするような気体分離素子を設計
し製造することが可能となる。
を作ることにより、必要とする気体組成をコントロール
することが可能となり、所望する気体組成を達成した場
合の気体透過通を最大にするような気体分離素子を設計
し製造することが可能となる。
図面は本発明の一実施態様のプレートアンドフレーム型
モジュールの気体分１装置である。 １、素材群 ２、エレメント ３、シール部材 ４、枠体 ４ａ、枠体４の両側壁 ４ｂ、枠体４の土壁 ５、合流用空間 ６、透過気体取り出しロ ア、締め付は枠体 特許出願人 東 し 株 式 会 社 烟 菌
モジュールの気体分１装置である。 １、素材群 ２、エレメント ３、シール部材 ４、枠体 ４ａ、枠体４の両側壁 ４ｂ、枠体４の土壁 ５、合流用空間 ６、透過気体取り出しロ ア、締め付は枠体 特許出願人 東 し 株 式 会 社 烟 菌
Claims (3)
- （１）気体分離膜を有する気体分離素子において、該気
体分離素子は膜性能の異なる複数の種類の気体分離膜か
ら構成されていることを特徴とする気体分離素子。 - （２）膜性能の異なる複数の種類の気体分離膜がエチル
セルロース系、ポリジメチルシロキサン系、ポリフェニ
レンオキシド系、ポリカーボネート系、ポリ４−メチル
ペンテン−１系、ポリトリメチルビニルシラン系、ポリ
スルホン系、ポリアミド系、ポリイミド系から選ばれた
二種以上の膜であることを特徴とする特許請求の範囲第
（１）項記載の気体分離素子。 - （３）気体分離素子の形状が中空糸型、スパイラル型、
チユーブラー型、プレートアンドフレーム型、平膜型か
ら選ばれることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項
記載の気体分離素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26266386A JPS63116726A (ja) | 1986-11-06 | 1986-11-06 | 気体分離素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26266386A JPS63116726A (ja) | 1986-11-06 | 1986-11-06 | 気体分離素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63116726A true JPS63116726A (ja) | 1988-05-21 |
Family
ID=17378889
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26266386A Pending JPS63116726A (ja) | 1986-11-06 | 1986-11-06 | 気体分離素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63116726A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5073175A (en) * | 1988-08-09 | 1991-12-17 | Air Products And Chemicals, Inc. | Fluorooxidized polymeric membranes for gas separation and process for preparing them |
| US6681648B1 (en) * | 2001-04-04 | 2004-01-27 | The Regents Of The University Of California | Meniscus membranes for separations |
-
1986
- 1986-11-06 JP JP26266386A patent/JPS63116726A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5073175A (en) * | 1988-08-09 | 1991-12-17 | Air Products And Chemicals, Inc. | Fluorooxidized polymeric membranes for gas separation and process for preparing them |
| US6681648B1 (en) * | 2001-04-04 | 2004-01-27 | The Regents Of The University Of California | Meniscus membranes for separations |
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