JPS63137705A

JPS63137705A - 膜蒸留装置

Info

Publication number: JPS63137705A
Application number: JP28433586A
Authority: JP
Inventors: Akira Yamada; 章山田; Yasuo Koseki; 小関　康雄; Hideaki Kurokawa; 秀昭黒川; Sankichi Takahashi; 燦吉高橋; Katsuya Ebara; 江原　勝也
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1986-12-01
Filing date: 1986-12-01
Publication date: 1988-06-09

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】〔産業上の利用分野〕本発明は低揮発性、又は、塩類を含む液体の蒸留、濃縮
操作に係り、特に、半導体製造工程で使用される超純水
、並びに、海水より淡水を得るのに好適な蒸留装置に関
する。

〔従来の技術〕

従来の装置では、特開昭５７−１１３８０１号公報に記
載のように、供給水が一過式であることから、以下の点
は考慮されていなかった。

第一に、疎水性多孔質膜を用いた蒸留方法、いわゆる透
過気化法（Ｔｈａｒｍｏｐｅｒｖａｐｏｒａｔｉｏｎ法
）では被処理液と冷却液との温度差に伴う圧力差が透過
量の多少を決定するものであるから、水の飽和蒸気圧力
特性から考えると、前述の温度差が同一であっても高温
部での温度差を利用する方が、圧力差が大きくとれるこ
とになり、同一膜面積でも透・過量を増大させることが
できるが、従来例では任意の温度範囲を選べない。

第二に、供給水が一過式であるために多量に使用する必
要がある。この観点から供給水移送に伴うポンプ動力の
増大、並びに、供給水の前処理が要求される場合には、
前処理費用の高騰を招く欠点がある。

第三に、供給水の温度変化が激して場合には、一定温度
条件下での運転が甚だ回連となることも考えられる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来技術では、透過気化法の特徴を最大限に発揮できず
、また、供給水の移送に伴うポンプ動力費と前処理費が
かさみ、さらには、供給水温度により透過性能が影響を
受ける等の問題があった。

本発明の目的は、透過気化法の特徴を最大限に生かすこ
とにより、疎水性多孔質膜の面積を減少させ、運転費の
低廉化、制御の安定化を図ることができる膜蒸留装置を
提供することにある。

Ｃ問題点を解決するための手段〕置を併設することにより達成される。

具体的には疎水性多孔質膜型蒸留装置より排出される濃
縮液を、さらに、蒸発させる蒸発室、発生蒸気を凝縮さ
せる凝縮室、凝縮室を冷却するための冷却室とから構成
される装置ことであり，排出水に供給水を混合した後、再び。

疎水性多孔質膜型蒸留装置の供給水とするような配管系
とする。

〔作用〕

従来の一過式疎水性多孔質膜型蒸留装置では、第５図に
示すように、海水淡水化への適用を前提として考えれば
、第一には通常の海水温度を２５℃とする時、供給水は
２５℃であり，この供給水が冷却水であるから，この点
に於ける飽和水蒸気圧は約２４ｍＨｇである．一方、本
装置の他端である冷却水出口の温度を９０℃と仮定した
時，その飽和水蒸気圧は約５２６一〇ｇである．その後
，加熱器で冷却水が９８℃まで加熱されたとした時の水
蒸気圧は約７　０　７　ｍｍＨｇ，従って、この時の蒸
発駆動力である飽和蒸気圧力差は１８１■Ｈ．である。

次に、蒸発しながら温度が低下し，供給木端側まで流れ
てきた時に高温端と同一の温度差である８℃とした時、
蒸発濃縮して流れて来た海水は３３℃であり、この時の
飽和水蒸気圧力は３８一〇ｇであるから，供給端（低温
端）では飽和蒸気圧力差は１４ｍＨｇ　（３８−２４）
となる。

サーモパーベーパレーションにおける蒸発量は前述した
蒸発側と冷却側の飽和蒸気圧力差に比例することは衆知
の事実であり，高温端では多量に蒸発し，低温端では極
くわずがで、高温端の１０％以下した蒸発しないことに
なる．即ち、疎水性多孔質膜蒸発装置の低温端付近はほ
とんど不要の部分であると結論付けられる。

第二には海水中の戴溶性塩類が温度上昇に伴って析出す
る、いｂゆる、スケールの問題がある。

このスケールは疎水性多孔質膜表面での蒸発に伴う局部
濃縮と、前述した温度上昇との相乗効果で極めて顕著に
発生する．このため、この装置に供給する前に，予め、
スケール防止用の前処理を実施するのが常であり、その
方法は酸添加による脱炭酸処理、あるいは、抑制剤添加
法等が適用される．しかし、従来方法では供給水が一過
式であるため、次式で示される生産水を求める式に通常
Ｗｄ＝　（Ｔｔｏｐ　−　Ｔｂｏｔ）●ＷａｉＩＩＣｐ
ｍｅａｎ／λｍｅａｎここに、Ｗｄ　：生産水（淡水）
　　　［ｋｇ／ｈ］Ｔｔｏｐ　：最高温度　　　　［’
Ｃ］Ｔｂｏｔ　：最低温度　　　　［”Ｃ］Ｗｍ：供給
水流量　　　［−／ｈ］Ｃｐｍｅａｎ　　：平均比熱　　　　［Ｋｃａ（１／に
ｇ℃λｍ５ａｎ　　：平均蒸発潜熱　　［ＫｃａＱ／Ｋ
ｇ］の操作条件に於ける諸値を代入すると生産水である
淡水ＩＫｇ／ｈを得るのに供給水は約１０Ｋｇ／ｈとな
り、前述したスケール防止対策の前処理コストがかさむ
ことになる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。

第１図は本発明の基本的実施例で１は従来の疎）性多孔
質膜型蒸留装置で、２は本発明の蒸留装置である。各々
の装置には冷却板１０，２０、疎水性多孔質膜１１．２
１で区割された冷却水通路！２，２２．ｌ縮水通路１４
，２４並びに透過蒸気の凝縮水通路１３．２３が形成さ
九でいる。

海水は配管１００から蒸留装置２の冷却水通路２２へ導
入され１区割２３の蒸気を凝縮することでそれ自身昇温
されて管１０１より、大部分は管１０２を経て系外へ排
出され、残りはスケール析出防止装置４で処理された後
、管１０３へ流れる。

］　一方、蒸留装置２の濃縮通路２４へ管１１０から導
入された濃縮水は前述した蒸気圧力差により疎水性多孔
質膜２１を介して蒸発し、蒸気は区割２３へ移り、冷却
板２０に触れて凝縮し淡水となって管１２０から取り出
される。未蒸発の濃縮水は管１１１から排出され、一部
は管１１２から系外へ、残りは管１１３を経て前述した
管１０３よりの供給水と合流し、管１１４から蒸留器！
！１の冷却水通路１２へ導びかれる。

温度はしだいに昇温し、管１１５から加熱器３へ導入さ
れ、管１１６を経て濃縮水道路１４へ導入される。この
時、冷却板１０と濃縮水との温度差に伴う飽和水蒸気圧
力差によって蒸発が起こり、疎水性多孔質膜１１を介し
て蒸気のみが移動し、冷却板１０の表面に触れて凝縮し
、通路１３を通って管１２１から抜き出される。さらに
、未蒸発の濃縮水は管１１０を経て、蒸留器２の濃縮水
通路２４へ導入される。

本発明の特徴の第一は、各蒸留装置の入口部における温
度を任意に設定できることによる疎水性多孔質膜蒸留装
置の効率向上にある。

具体的には、管１００で導入する海水温度を２５℃とし
、管１１６における最高温度を９０℃としたとき、従来
、これらの温度が固定された時、自由度は全くない。

これに対し、本発明では管１００，１０１゜１０２、並
びに、管１１１，１１３，１１４を流れる海水流量を任
意に選ぶことで自由に温度、即ち、圧力を変えられる。

例えば、管１００から流入する冷却水の流量を減じた時
、管１０１の温度は上昇し温度差が増大するため、膜透
過の駆動力である蒸気圧力差が増加し、膜面積の低減が
図れる。

これを第２図を用いて説明する。従来例では、第２図中
の破線で示す温度、圧力線図となり本発明では、例えば
、冷却水流量を低減した時、実線で示す温度、圧力線図
となる。

従って、第２図から分かるように駆動力である圧力差は
破線よりも実線が大きく、従って膜面積が低減できる。

換言すれば、同一膜面積であれば蒸発量の増大になる。

第二には、管１１４へ導入される補給水量の低減に伴う
前処理コストの低減である。

従来例では一過式のため、蒸発量に見合う循環水量、即
ち、補給水量を必要としたが、本発明では循環水量と補
給水量は無関係であり、極端な例では蒸発量分のみを補
給することも考えられる。

従って、補給水の前処理に要する費用を大巾に低減でき
ることになる。

一１第３図は本発明の変形例で前述した蒸発器２のもの
である。

さらに、第４図は蒸発器１で生成した淡水を蒸発器２の
凝縮部へ導入し、管１２０から系外の取り出す方式とし
た。これにより、淡水抜出しに要する機器（ポンプ等）
の削減が図れる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、蒸気駆動力である濃縮例と凝線側の蒸
気圧力差を自由に設定でき、補給水に要する前処理費を
大巾に低減することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の膜蒸留装置の系統図、第２
図は本発明の効果を示す温度、圧力線図。第３１！Ｉ、第４１ｉ１は本発明の他の実施例の系統図
。第５図は従来の膜蒸留装置の系統図である。１．２・・・蒸発器、３・・・加熱器、４・・・前処理
装置、１０．２０・・・冷却面、１１．２１・・・膜。

Claims

【特許請求の範囲】１、気体は通すが液体は通さない膜と固体壁とで形成さ
れた流路の第一室と、冷却板と他の固体壁とで形成され
た流路の第二室と、前記膜と前記冷却板との間で形成さ
れる第三室とからなり、供給水を前記第二室の一端から
導入して他端から排出した後加熱し、さらに、前記第一
室に導入して前記第二室と対向流で流し、供給液を蒸発
させ、前記第三室で凝縮水を回収し、低揮発性物質を含
む水溶液を蒸留する装置において、前記装置より排出さ
れる濃縮液をさらに蒸発させる蒸発凝縮装置を前記装置
に接続するように設置し、前記蒸発凝縮装置からの濃縮
排水は一部系外へ排出し、残りを前記供給水と混合して
、前記装置に再び導入することを特徴とする膜蒸留装置
。２、特許請求の範囲第１項において、前記濃縮液をさらに蒸発させる前記蒸発凝縮装置として
、気体は通すが液体は通さない膜を用いた蒸発装置を用
いることを特徴とする膜蒸留装置。３、特許請求の範囲第１項において、前記濃縮排液をさらに蒸発させる前記蒸発凝縮装置とし
て、フラッシュ蒸発方式を適用したことを特徴とする膜
蒸留装置。４、前記装置により得られる蒸留液と、前記濃縮液をさ
らに蒸発させる前記蒸発凝縮装置により得られる蒸留液
とを直列、又は、単独に系外へ取り出せる配管系とした
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の膜蒸留装
置。