JPS63197502A - 揮発性有機液体濃縮液の製造方法 - Google Patents
揮発性有機液体濃縮液の製造方法Info
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- JPS63197502A JPS63197502A JP2721887A JP2721887A JPS63197502A JP S63197502 A JPS63197502 A JP S63197502A JP 2721887 A JP2721887 A JP 2721887A JP 2721887 A JP2721887 A JP 2721887A JP S63197502 A JPS63197502 A JP S63197502A
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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]
本発明は、揮発性有機液体成分をその水溶液から濃縮し
て分離する揮発性有機液の製造方法に関する。
て分離する揮発性有機液の製造方法に関する。
「従来の技術]
近年、膜分離法に関する技術は、逆浸透法、限外ろ適法
、拡散透析法、血液透析法、電気透析法、ガス分離法、
およびパーベーパレーション法等の技術として目覚まし
く発展している。
、拡散透析法、血液透析法、電気透析法、ガス分離法、
およびパーベーパレーション法等の技術として目覚まし
く発展している。
一般に、反応系あるいは種々のプロセス内で生成あるい
は蓄積してくる有機液体の水溶液を濃縮しつつ系外に分
離して取出すニーズは非常に多い。
は蓄積してくる有機液体の水溶液を濃縮しつつ系外に分
離して取出すニーズは非常に多い。
現在注目されているパーベーパレーション法は、無孔性
の緻密層を有する膜を用い、膜の1次側に分離対象水溶
液を供給し、2次側を減圧にし透過成分を蒸気として取
出し、この透過蒸気を低温にしたトラップに補集する方
法である。この方法で、有機液体の水溶液からの分離を
試みるとほとんどすべての膜素材は水を選択的に透過さ
せるものであるが、この中で、揮発性有機液体を選択的
に透過させる膜としては、シリコーンゴム膜やポリオレ
フィン等の無孔性の膜が特開昭52−68078号公報
などに開示されている。最近では、ポリトリメチルシリ
ルプロピン(特開昭60−753068公報)、ポリフ
ルオロアルキルアクリレートグラフトポリスチレンをコ
ー1〜したシリコーンゴム膜が提案された(polym
er Preprints Japan 34. (7
)1841(1985)。
の緻密層を有する膜を用い、膜の1次側に分離対象水溶
液を供給し、2次側を減圧にし透過成分を蒸気として取
出し、この透過蒸気を低温にしたトラップに補集する方
法である。この方法で、有機液体の水溶液からの分離を
試みるとほとんどすべての膜素材は水を選択的に透過さ
せるものであるが、この中で、揮発性有機液体を選択的
に透過させる膜としては、シリコーンゴム膜やポリオレ
フィン等の無孔性の膜が特開昭52−68078号公報
などに開示されている。最近では、ポリトリメチルシリ
ルプロピン(特開昭60−753068公報)、ポリフ
ルオロアルキルアクリレートグラフトポリスチレンをコ
ー1〜したシリコーンゴム膜が提案された(polym
er Preprints Japan 34. (7
)1841(1985)。
[発明が解決しようとする問題点] ゛しかしながら、
これらの技術は、分離選択性または透過速度、またはそ
の両方が著しく低い、性能安定性等の実用的な問題があ
った。
これらの技術は、分離選択性または透過速度、またはそ
の両方が著しく低い、性能安定性等の実用的な問題があ
った。
また、大音量の装置を高い真空度に保つ、トラップを低
温に保つためにエネルギー多消費型プロセスが必要であ
るといった問題点があった。
温に保つためにエネルギー多消費型プロセスが必要であ
るといった問題点があった。
すなわち、本発明は、かかる従来技術の欠点を解消しよ
うとするものであり、膜の分離選択性とと透過速度、ま
た分離効率について改善された揮発性@機液体を優先的
に透過さぜる揮発性有機液体濃縮液のr#造方法を提供
することを目的とする。
うとするものであり、膜の分離選択性とと透過速度、ま
た分離効率について改善された揮発性@機液体を優先的
に透過さぜる揮発性有機液体濃縮液のr#造方法を提供
することを目的とする。
[問題点を解決するだめの手段]
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。
る。
すなわち本発明は、疎水性高分子からなる多孔性膜を用
いて該分離膜の1次側に揮発性有機液体水溶液を供給し
、2次側を気相に保って、該分離膜を透過する蒸気を冷
却してトラップに捕集して回収し、揮発性有機液体水溶
液を濃縮するにあたり、 イ、該多孔性膜の平均孔径が、分離対像物質のストーク
ス半径の10倍以上でかつ該水溶液が該膜に対して実質
的に不透性を示すものであり、 口、該分離膜の2次側が、150mmh以上の圧力に保
たれ、 ハ、不活性気体を分離膜の2次側に連続的に流し、かつ
下記の(i>、(ii >の少なくとも1つを満たして
いる ことを特徴とする揮発性有機液体濃縮液の製造方法。
いて該分離膜の1次側に揮発性有機液体水溶液を供給し
、2次側を気相に保って、該分離膜を透過する蒸気を冷
却してトラップに捕集して回収し、揮発性有機液体水溶
液を濃縮するにあたり、 イ、該多孔性膜の平均孔径が、分離対像物質のストーク
ス半径の10倍以上でかつ該水溶液が該膜に対して実質
的に不透性を示すものであり、 口、該分離膜の2次側が、150mmh以上の圧力に保
たれ、 ハ、不活性気体を分離膜の2次側に連続的に流し、かつ
下記の(i>、(ii >の少なくとも1つを満たして
いる ことを特徴とする揮発性有機液体濃縮液の製造方法。
(i)不活性気体の流速が、0.05m/s以上1.O
n/S以下である。
n/S以下である。
(ii >透過蒸気の容積透過速度に対する不活性気体
の容積流速の比が0.02以上 1.0以下である。
の容積流速の比が0.02以上 1.0以下である。
に関する。
本発明で使用される疎水性高分子からなる乾燥多孔nQ
の素材は、分離対象水溶液に対して濡れ性を示さない高
分子であればどのようなものであってもよく、一般的に
記述すれば、ハンセンの溶解性パラメータの水素結合に
基づく溶解性パラメータ項δト1が5 ca1%・cm
−3/2以下で1.かつ双極子結合に基づく溶解性パラ
メータδPが9 ca1%・cm−3/2以下の範囲に
ある。しかし、この範囲にあっても、乾燥膜を調整する
過程で、不揮発性成分に対する優先的選択透過性が失わ
れる場合があり、素材の一般的物理化学的特性で完全に
限定することは難しい。しかし、現実的な方法として、
含水膜から後述する溶媒置換乾燥法で乾燥膜を製膜した
とき、初めの含水膜の平均の細孔半径および体積空孔率
に対して乾燥膜のそれらの値が、それぞれ50%以上の
程度の変化か必れば、本発明でいう疎水性高分子と見做
すことができる。
の素材は、分離対象水溶液に対して濡れ性を示さない高
分子であればどのようなものであってもよく、一般的に
記述すれば、ハンセンの溶解性パラメータの水素結合に
基づく溶解性パラメータ項δト1が5 ca1%・cm
−3/2以下で1.かつ双極子結合に基づく溶解性パラ
メータδPが9 ca1%・cm−3/2以下の範囲に
ある。しかし、この範囲にあっても、乾燥膜を調整する
過程で、不揮発性成分に対する優先的選択透過性が失わ
れる場合があり、素材の一般的物理化学的特性で完全に
限定することは難しい。しかし、現実的な方法として、
含水膜から後述する溶媒置換乾燥法で乾燥膜を製膜した
とき、初めの含水膜の平均の細孔半径および体積空孔率
に対して乾燥膜のそれらの値が、それぞれ50%以上の
程度の変化か必れば、本発明でいう疎水性高分子と見做
すことができる。
このような高分子の例としては、ポリスルホン、ポリフ
ッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフ
ッ化ビニル、ポリへキサフルオロプロピレン等の含フツ
ソ系ポリマまたはその共重合体、ポリエチレン、ポリプ
ロピレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリアクリ
ロニトリル等のビニル系ポリマまたはその共重合体、ポ
リフェニレンオキサイド、ポリ(4−メチルペンテン−
1)等を挙げることができる。膜の微細孔M4造を適宜
調整し得て、製膜性の優れていることから、ポリスルホ
ン、ポリフッ化ビニリデン、ポリアクリロニトリル、お
よびポリフェニレンオキサイド等は特に好ましく用いる
ことができる。
ッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフ
ッ化ビニル、ポリへキサフルオロプロピレン等の含フツ
ソ系ポリマまたはその共重合体、ポリエチレン、ポリプ
ロピレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリアクリ
ロニトリル等のビニル系ポリマまたはその共重合体、ポ
リフェニレンオキサイド、ポリ(4−メチルペンテン−
1)等を挙げることができる。膜の微細孔M4造を適宜
調整し得て、製膜性の優れていることから、ポリスルホ
ン、ポリフッ化ビニリデン、ポリアクリロニトリル、お
よびポリフェニレンオキサイド等は特に好ましく用いる
ことができる。
本発明に用いられる多孔性膜の製造法としては、通常の
分離膜の製造方法、すなわち、湿式製膜法、屹湿式製膜
法、乾式製膜法、溶融製膜法、焼結ないし融着法などで
製造することができる。
分離膜の製造方法、すなわち、湿式製膜法、屹湿式製膜
法、乾式製膜法、溶融製膜法、焼結ないし融着法などで
製造することができる。
また膜の形状は平膜、管状膜、または中空糸膜等のいず
れの形状のものでもよく、これらを適当な構造および形
状の膜モジュールに組み立てることによって、本発明に
好ましく用いることができる。特に膜の自己支持性と機
械的・力学的特性から、中空糸膜が最も適当な形状であ
る。
れの形状のものでもよく、これらを適当な構造および形
状の膜モジュールに組み立てることによって、本発明に
好ましく用いることができる。特に膜の自己支持性と機
械的・力学的特性から、中空糸膜が最も適当な形状であ
る。
製膜工程で多孔構造を形成するために、溶媒、可塑剤、
あるいは微細孔形成剤を抽出・洗浄する工程を伴う場合
には、膜を乾燥状態に調整することが必要である。この
場合、比較的極性の小さい溶剤から乾燥する場合に通常
の風屹ないし温風による乾燥法で多くの場合とくに支障
なく調整しうるが、極性溶媒もしくはとくに水から乾燥
する場合には、多くの場合微細孔が消滅して多孔構造が
破壊され、膜内の溶質の透過速度が著しく低下するか、
全く透過性を失うことがある。このような場合には、非
極性溶媒と洗浄置換するべき極性溶媒もしくは水との双
方によく溶解する溶剤に一旦置換したのら、ざらに非極
性溶媒に置換して乾燥することにより、上述のような多
孔構造の大きな変化を避けることができる。この場合、
初めに置換する溶剤の性質を適当に選ぺば、より非、1
母性の溶剤にさらに置換する工程を省略して、1回の置
換で乾燥多孔性膜を調整することができる。例えばポリ
スルホン、ポリフッ化ビニリデン、ポリアクリロニトリ
ル等の例では、メタノールまたはエタノールで水を置換
したのち、n−ヘキサン等で置換して乾燥する方法が好
ましい態様であるが、十分に乾燥したメタノールで置換
してあればn−へキサン等で置換しなくても、好適な乾
燥多孔膜が調製できる。
あるいは微細孔形成剤を抽出・洗浄する工程を伴う場合
には、膜を乾燥状態に調整することが必要である。この
場合、比較的極性の小さい溶剤から乾燥する場合に通常
の風屹ないし温風による乾燥法で多くの場合とくに支障
なく調整しうるが、極性溶媒もしくはとくに水から乾燥
する場合には、多くの場合微細孔が消滅して多孔構造が
破壊され、膜内の溶質の透過速度が著しく低下するか、
全く透過性を失うことがある。このような場合には、非
極性溶媒と洗浄置換するべき極性溶媒もしくは水との双
方によく溶解する溶剤に一旦置換したのら、ざらに非極
性溶媒に置換して乾燥することにより、上述のような多
孔構造の大きな変化を避けることができる。この場合、
初めに置換する溶剤の性質を適当に選ぺば、より非、1
母性の溶剤にさらに置換する工程を省略して、1回の置
換で乾燥多孔性膜を調整することができる。例えばポリ
スルホン、ポリフッ化ビニリデン、ポリアクリロニトリ
ル等の例では、メタノールまたはエタノールで水を置換
したのち、n−ヘキサン等で置換して乾燥する方法が好
ましい態様であるが、十分に乾燥したメタノールで置換
してあればn−へキサン等で置換しなくても、好適な乾
燥多孔膜が調製できる。
本発明で使用される多孔膜の平均の微細孔半径について
説明する。溶媒である水分子より大きい有機液体分子を
選択的に透過させるためには、膜の微細孔半径と分離対
象物質の分子の大きざとの相対的関係が重要であり、後
述する方法で測定した膜の平均微細孔半径h (入)
と溶質分子のストークス半径rs (人)との比(R
p/rs)が、10以上であることが必要である。Rp
/rSの値が10未満の場合には、水分子より分子サイ
ズの大きい、メタノール、エタノール、ロープロバノー
ル、n−ブタノール等の有機液体成分を優先的に透過さ
せることができない。
説明する。溶媒である水分子より大きい有機液体分子を
選択的に透過させるためには、膜の微細孔半径と分離対
象物質の分子の大きざとの相対的関係が重要であり、後
述する方法で測定した膜の平均微細孔半径h (入)
と溶質分子のストークス半径rs (人)との比(R
p/rs)が、10以上であることが必要である。Rp
/rSの値が10未満の場合には、水分子より分子サイ
ズの大きい、メタノール、エタノール、ロープロバノー
ル、n−ブタノール等の有機液体成分を優先的に透過さ
せることができない。
また平均微細孔半径の上限については、選択性に対して
は微細孔半径が大きい程有利であるが、透水性の観点か
らは孔径が一定値以上になる2次側の圧力が1次側の圧
力より低くなり、水溶液を透過させるようになり、本発
明の分離法を実施することができない。本発明では、揮
発性lj機液体水溶液が、実質的に該膜に対して不透性
を示す範囲の孔径を右することが好ましく、本発明にお
いて[実質的に不透性である]とは、水溶液が、気体の
状態では透過するが、液体の状態では不透性であること
を示す。水溶液の透過は、平均微細孔半径の上限値によ
るのではなく最大微細孔半径によるものでおり、さらに
ポリマの物理化学的性質とともに、分離対象とする水溶
液に含有される有機液体の性質とf1度に加えて、共存
ηる他の成分笠が関与して操作圧力によって決まるので
、−iに限定しがたいが、分離膜の孔径による一般的分
類とリハ型的実施条件から制約すると平均微細孔半径の
上限は、1000人位と考えることかできる。
は微細孔半径が大きい程有利であるが、透水性の観点か
らは孔径が一定値以上になる2次側の圧力が1次側の圧
力より低くなり、水溶液を透過させるようになり、本発
明の分離法を実施することができない。本発明では、揮
発性lj機液体水溶液が、実質的に該膜に対して不透性
を示す範囲の孔径を右することが好ましく、本発明にお
いて[実質的に不透性である]とは、水溶液が、気体の
状態では透過するが、液体の状態では不透性であること
を示す。水溶液の透過は、平均微細孔半径の上限値によ
るのではなく最大微細孔半径によるものでおり、さらに
ポリマの物理化学的性質とともに、分離対象とする水溶
液に含有される有機液体の性質とf1度に加えて、共存
ηる他の成分笠が関与して操作圧力によって決まるので
、−iに限定しがたいが、分離膜の孔径による一般的分
類とリハ型的実施条件から制約すると平均微細孔半径の
上限は、1000人位と考えることかできる。
本発明では、膜分離方法の態様はパーベーパレーション
法に類似しているが、使用する膜の特性と2次側の条件
がパーベーパレーション法と異なる。すなわち、1次側
に分離対象の揮発性有機液体水溶液を供給することは同
様であるが、2次側を、150mmHg以上の圧力に保
ち、同時に不活性ガスを流速0.05m/s以上1.0
m/s以下、および/または、透過蒸気の容積透過速度
と不活性気体の容積流速との比が、0.02以上1.0
以下の条件で通じ、膜モジュールの外部に透過蒸気を導
いて冷却したトラップに補集するのである。
法に類似しているが、使用する膜の特性と2次側の条件
がパーベーパレーション法と異なる。すなわち、1次側
に分離対象の揮発性有機液体水溶液を供給することは同
様であるが、2次側を、150mmHg以上の圧力に保
ち、同時に不活性ガスを流速0.05m/s以上1.0
m/s以下、および/または、透過蒸気の容積透過速度
と不活性気体の容積流速との比が、0.02以上1.0
以下の条件で通じ、膜モジュールの外部に透過蒸気を導
いて冷却したトラップに補集するのである。
2次側の圧力が、150mmHg以上、好ましくは25
0mmHct以上、更に好ましくは、300 rnmH
(JJ’1上で、分離選択性が著しく向上する。2次側
の圧力の好適な範囲は、膜分離特性が圧力だけでなく、
不活性気体の流量、および/または透過蒸気量と不活性
気体の流量との比なども強く影響している。
0mmHct以上、更に好ましくは、300 rnmH
(JJ’1上で、分離選択性が著しく向上する。2次側
の圧力の好適な範囲は、膜分離特性が圧力だけでなく、
不活性気体の流量、および/または透過蒸気量と不活性
気体の流量との比なども強く影響している。
また、2次側圧力の上限は一般に760 mmHg以下
で十分な性能を示す。
で十分な性能を示す。
不活性気体については、その流量の下限は、透過蒸気が
十分系外に除去されて膜モジユール内で凝縮しない限り
、少量はど分離選択性およびランニングロス1〜上有利
である。しかし、不活性気体量を減少させてゆくと、急
速に分11iit選択性が低下するので、分離対象溶液
、膜モジユール特性、操作条件などの総合的条件で、不
活性気体流量の下限は定まる。不活性気体量の下限近く
で急速に分離選択性が低下するのは、膜モジユール内に
透過蒸気が凝縮し、膜が透過成分の溶液で濡れるためと
考えられる。また、不活性気体流量を増加すると、透過
蒸気の全量は増加する傾向にあるが、揮発性有機液体成
分の増加に対して、水の増加の割合が卓越し、その結果
分離選択性が低下する。そこで、不活性気体は、2次側
の膜面の線速度で、0.05m/s以上、’l、Qm/
s以下好ましくは0゜1 m/s以上Q、5m/s以下
の範囲である、あるいは、(透過蒸気容量速度/不活性
気体容積流速)で特定すれば、0.02以上1.0以下
の範囲であるという条件を満たしている場合に分離選択
性が高い。
十分系外に除去されて膜モジユール内で凝縮しない限り
、少量はど分離選択性およびランニングロス1〜上有利
である。しかし、不活性気体量を減少させてゆくと、急
速に分11iit選択性が低下するので、分離対象溶液
、膜モジユール特性、操作条件などの総合的条件で、不
活性気体流量の下限は定まる。不活性気体量の下限近く
で急速に分離選択性が低下するのは、膜モジユール内に
透過蒸気が凝縮し、膜が透過成分の溶液で濡れるためと
考えられる。また、不活性気体流量を増加すると、透過
蒸気の全量は増加する傾向にあるが、揮発性有機液体成
分の増加に対して、水の増加の割合が卓越し、その結果
分離選択性が低下する。そこで、不活性気体は、2次側
の膜面の線速度で、0.05m/s以上、’l、Qm/
s以下好ましくは0゜1 m/s以上Q、5m/s以下
の範囲である、あるいは、(透過蒸気容量速度/不活性
気体容積流速)で特定すれば、0.02以上1.0以下
の範囲であるという条件を満たしている場合に分離選択
性が高い。
本発明の方法によって濃縮分離しうる揮発性有機液体水
溶液は、当該水溶液の気液平衡における気相中の揮発性
有機液体物質の組成が、液相中の組成より大きい物質に
対しては、基本的に適用することができる。この様な物
質の一例としでは、メタノール、エタノール、n−プロ
パツール、is。
溶液は、当該水溶液の気液平衡における気相中の揮発性
有機液体物質の組成が、液相中の組成より大きい物質に
対しては、基本的に適用することができる。この様な物
質の一例としでは、メタノール、エタノール、n−プロ
パツール、is。
−プロパノール、0−ブタノール、t−ブタノール、ア
t?l−ン、テ1〜ラハイド口フラン、1,4−ジオキ
サン、メチルアミン、エチルアミン、ジメチルアミン、
ジエチルアミン、アセトニトリル、アセトアルデヒド、
エチルメチルケトン、酢酸メチル、酢酸エチル等がある
。
t?l−ン、テ1〜ラハイド口フラン、1,4−ジオキ
サン、メチルアミン、エチルアミン、ジメチルアミン、
ジエチルアミン、アセトニトリル、アセトアルデヒド、
エチルメチルケトン、酢酸メチル、酢酸エチル等がある
。
本発明を適用しうろこれらの物質の水溶液の濃度は、本
発明の方法の特長を生かす観点からは比較的低I!度の
領域が好ましく、50重♀%以下、更には、0.5〜2
0重量%が最適である。水溶液が50fflffi%よ
り高くなると、圧力など他の操作に関係なく、分向を対
象水溶液が膜を濡らすために適さない。
発明の方法の特長を生かす観点からは比較的低I!度の
領域が好ましく、50重♀%以下、更には、0.5〜2
0重量%が最適である。水溶液が50fflffi%よ
り高くなると、圧力など他の操作に関係なく、分向を対
象水溶液が膜を濡らすために適さない。
膜モジュールに循環・供給する分離対象水溶液の温度は
、膜の耐熱性と、分離対象液の耐熱性等で上限が制限さ
れるが、一般に高温はど有利である。
、膜の耐熱性と、分離対象液の耐熱性等で上限が制限さ
れるが、一般に高温はど有利である。
[実施例]
次に実施例で本発明を具体的に説明するが、本発明の適
用範囲が以下の実施例によって何ら制約されるものでは
ない。なお、本発明の揮発性有機液体水溶液の濃縮方法
の実験は、第1図に模式的に示した方法で行った。叩も
、供給液槽1から5%の揮発性有機液体の水溶液を、恒
温槽3で30’Cに調節して膜モジュール4に供給し、
循環する。
用範囲が以下の実施例によって何ら制約されるものでは
ない。なお、本発明の揮発性有機液体水溶液の濃縮方法
の実験は、第1図に模式的に示した方法で行った。叩も
、供給液槽1から5%の揮発性有機液体の水溶液を、恒
温槽3で30’Cに調節して膜モジュール4に供給し、
循環する。
一方、膜の2次側には膜モジュールの2次側の八日12
からニードル弁5を介して不活性ガスとして窒素ガスを
通じ、同出口11から透過蒸気と共にコールドトラップ
6に透過成分を捕集した。コールドトラップ6は装置の
保守用のコールドトラップ7を介して、さらに所定の減
圧度を保つため圧力調節装置8を介して真空ポンプ19
に連結した。実験は第1図の様に装置を組立て、水溶液
を循環し、所定条イ′1で運転を開始し、コック16、
トラップ13、コック18を使って圧力と窒素の流量お
よび透過の状態を定常状態にした後、コック16とコッ
ク18とを閉じ、コック15および17を開け、透過量
の測定と透過成分の分析に必要な透過液を液体窒素で冷
却したトラップ6に集め、サンプリングした。透過量は
重得を計って決定し、透過液の組成はガスクロマトグラ
フィーまたは示差屈折計で溶質濃度を決定した。分離係
数は次式で算出した。C1は供給液の、C2は透過液の
溶質の濃度(重量分率)である。
からニードル弁5を介して不活性ガスとして窒素ガスを
通じ、同出口11から透過蒸気と共にコールドトラップ
6に透過成分を捕集した。コールドトラップ6は装置の
保守用のコールドトラップ7を介して、さらに所定の減
圧度を保つため圧力調節装置8を介して真空ポンプ19
に連結した。実験は第1図の様に装置を組立て、水溶液
を循環し、所定条イ′1で運転を開始し、コック16、
トラップ13、コック18を使って圧力と窒素の流量お
よび透過の状態を定常状態にした後、コック16とコッ
ク18とを閉じ、コック15および17を開け、透過量
の測定と透過成分の分析に必要な透過液を液体窒素で冷
却したトラップ6に集め、サンプリングした。透過量は
重得を計って決定し、透過液の組成はガスクロマトグラ
フィーまたは示差屈折計で溶質濃度を決定した。分離係
数は次式で算出した。C1は供給液の、C2は透過液の
溶質の濃度(重量分率)である。
αい、。=(C2/(1−C2))/(C1/(1−0
1))<1>エタノール以外の溶質についても同様であ
る。
1))<1>エタノール以外の溶質についても同様であ
る。
なお、該多孔性膜の平均微細孔半径は以下に述べる方法
で測定する。即ら、膜の透水性(Lp)と、溶質の拡散
透過性(Pm)を分離対象物質であるメタノール、エタ
ノール、プロパツール、ブタノール、アセトン、等につ
いて測定し、次式の関係を使ってh1算して求める。
で測定する。即ら、膜の透水性(Lp)と、溶質の拡散
透過性(Pm)を分離対象物質であるメタノール、エタ
ノール、プロパツール、ブタノール、アセトン、等につ
いて測定し、次式の関係を使ってh1算して求める。
Pm=(D/L) ・ (H/ls 2 >
<1)Ll)=(H/L
)・(Rp2 /(8η) ) <2)ここ
で、D;溶質の拡散係数、[:膜厚、■:含水率、tS
:溶質の油路率、Rp:平均微細孔半径、η:水の粘性
、である。tsは次の式から計算する。
<1)Ll)=(H/L
)・(Rp2 /(8η) ) <2)ここ
で、D;溶質の拡散係数、[:膜厚、■:含水率、tS
:溶質の油路率、Rp:平均微細孔半径、η:水の粘性
、である。tsは次の式から計算する。
f 0 SW =R丁/ D
<3>fsw=(R丁/Pm−Vs
/1p) −(H/L) (4>ts =f S
W/ f ’ sw Rは気体定数、■は測定時の温度(K) 、VSは溶質
の部分モル容積であり、f’svは、溶液中の溶質と溶
媒の摩擦係数、fsvは、膜中の溶質と溶媒の摩擦係数
を示す。
<3>fsw=(R丁/Pm−Vs
/1p) −(H/L) (4>ts =f S
W/ f ’ sw Rは気体定数、■は測定時の温度(K) 、VSは溶質
の部分モル容積であり、f’svは、溶液中の溶質と溶
媒の摩擦係数、fsvは、膜中の溶質と溶媒の摩擦係数
を示す。
実施例1
平均孔径230大、体積空孔率0.717の、外径10
37μm、内径738μmのポリフッ化ビニリfン中空
糸をaocmの長さに切り、14本を束ねてアクリル製
のケースに挿入し、両端をエポキシ接着剤でボッティン
グし、試験用膜モジュールを作製した。
37μm、内径738μmのポリフッ化ビニリfン中空
糸をaocmの長さに切り、14本を束ねてアクリル製
のケースに挿入し、両端をエポキシ接着剤でボッティン
グし、試験用膜モジュールを作製した。
ポリフッ化ビニリデン中空糸膜は製糸後、水洗して紡糸
溶媒をメタノールに置換し、膜構)aが大きく変化しな
いように乾燥した。この試験用膜モジュールを用いて前
述の方法でエタノール水溶液について、窒素ガスの流速
、透過蒸気mと窒素ガス流量との比、分離膜の2次側の
気圧を種々変化して実験を行ない、膜分離性能を測定し
た。エタノールを溶質とする場合、油路率Tsは2.8
8である。
溶媒をメタノールに置換し、膜構)aが大きく変化しな
いように乾燥した。この試験用膜モジュールを用いて前
述の方法でエタノール水溶液について、窒素ガスの流速
、透過蒸気mと窒素ガス流量との比、分離膜の2次側の
気圧を種々変化して実験を行ない、膜分離性能を測定し
た。エタノールを溶質とする場合、油路率Tsは2.8
8である。
実験結果を表1にまた、それぞれの透過蒸気量と窒素ガ
ス流mとの比と、分離係数αha+1との関係を第2図
に示す。
ス流mとの比と、分離係数αha+1との関係を第2図
に示す。
比較例1
窒素ガスを通じず気圧を5 mtn)toにした以外は
、実施例1と同様にした結果を表1の比較例No、 1
に、また、窒素ガスを0.005m/sで流し、圧力を
15Q mmHgにした以外は実施例1と同様にした結
果を表1の比較例No、 2に、また、本発明の好まし
い範囲で窒素ガスを透過し気圧を5mmt1gにした以
外は、実施例1と同様にして種々実験を行なった結果を
表1の比較例N013〜5に示す。また、それぞれの透
過蒸気量と窒素ガス流出との比と、分離係数α;7との
関係を第2図に示す。
、実施例1と同様にした結果を表1の比較例No、 1
に、また、窒素ガスを0.005m/sで流し、圧力を
15Q mmHgにした以外は実施例1と同様にした結
果を表1の比較例No、 2に、また、本発明の好まし
い範囲で窒素ガスを透過し気圧を5mmt1gにした以
外は、実施例1と同様にして種々実験を行なった結果を
表1の比較例N013〜5に示す。また、それぞれの透
過蒸気量と窒素ガス流出との比と、分離係数α;7との
関係を第2図に示す。
実施例2゜
平均孔径96人、体積空孔率0.68、エタノールに対
する油路率ts=1.94 、外径1039.cz m
、内径863μmのポリスルフォン中空糸を実施例1
と同様に膜モジュールに作製して、エタノール水溶液を
用いて圧力640mmtl(J、線流速0.216 m
/sで窒素ガスを通じて実験した。エタノールの透過速
度Q=0゜036 kg m−2h −” 、水の透過
速度Q=0.082 k(II m−2h−1、α丁=
7.93であった。
する油路率ts=1.94 、外径1039.cz m
、内径863μmのポリスルフォン中空糸を実施例1
と同様に膜モジュールに作製して、エタノール水溶液を
用いて圧力640mmtl(J、線流速0.216 m
/sで窒素ガスを通じて実験した。エタノールの透過速
度Q=0゜036 kg m−2h −” 、水の透過
速度Q=0.082 k(II m−2h−1、α丁=
7.93であった。
比較例2
窒素、ガスを通じず気圧を5 mm11gにした以外は
、実施例2と同様にし膜分離実験を行い分離性能を調べ
た。エタノールの透過速度Q = 0.663kg 「
2h−1,水(Dg過速gO= 3.414kg m−
2h −” 、a””″HユO =3.89であった。
、実施例2と同様にし膜分離実験を行い分離性能を調べ
た。エタノールの透過速度Q = 0.663kg 「
2h−1,水(Dg過速gO= 3.414kg m−
2h −” 、a””″HユO =3.89であった。
実施例3
平均孔径27人、体積空孔率0.59、エタノールに対
する油路率ts=1.94 、外径4/15μm 1内
径359μmのポリフェニレンオキサイドの中空糸を用
いて実施例1および2と同様に膜モジュールを作製し、
エタノール水溶液を用いて分離性能を測定した。窒素ガ
スを0.186 m/sの線速度で通じ、圧力640m
mHg、透過蒸気量と窒素ガス流■との比が0.037
6で実験した。エタノールの透過速度Q=0゜022
kg m−2h−1,水の透過速度Q=0.027 k
g m−2h−1、α1.I、、 =13.56であっ
た。
する油路率ts=1.94 、外径4/15μm 1内
径359μmのポリフェニレンオキサイドの中空糸を用
いて実施例1および2と同様に膜モジュールを作製し、
エタノール水溶液を用いて分離性能を測定した。窒素ガ
スを0.186 m/sの線速度で通じ、圧力640m
mHg、透過蒸気量と窒素ガス流■との比が0.037
6で実験した。エタノールの透過速度Q=0゜022
kg m−2h−1,水の透過速度Q=0.027 k
g m−2h−1、α1.I、、 =13.56であっ
た。
比較例3
窒素ガスを通じず気圧を5 mmHgにした以外は、実
施例3と同様にし膜分離実験を行い分離性能を調べた。
施例3と同様にし膜分離実験を行い分離性能を調べた。
エタノールの透過速度Q = 0.123k(l m−
2−1ヒ0I−1 h−1,水の透過速度Q= 1.406kg m−2h
、α1.1zO= 1.73であった。
2−1ヒ0I−1 h−1,水の透過速度Q= 1.406kg m−2h
、α1.1zO= 1.73であった。
実施例4
実施例1で用いた膜モジュールを使って、2.24%の
アセトン水溶液で膜分離実験を実施し、膜分離性能を測
定した。窒素ガスを0.216 III /Sの速さで
流し、圧力640mmHg、透過蒸気量と窒素ガス流口
との比が0.0495で測定した。アセトンの透過速度
0.157 kg m’h −’ 、水の透過速度 Q
=0.094 kg m−2h −” 、 crQ巴帥
=72.31であった。
アセトン水溶液で膜分離実験を実施し、膜分離性能を測
定した。窒素ガスを0.216 III /Sの速さで
流し、圧力640mmHg、透過蒸気量と窒素ガス流口
との比が0.0495で測定した。アセトンの透過速度
0.157 kg m’h −’ 、水の透過速度 Q
=0.094 kg m−2h −” 、 crQ巴帥
=72.31であった。
比較例4
窒素ガスを通じず気圧を5 mmtlgにした以外は、
実施例4と同様にし膜分離実験を行い分離性能を調べた
。アセトンの透過速度Q = 0.511kg m−2
h−1,水の透過速度Q= 1.857kc+ m−2
h−1、a’、、’、”、””=12.00であった。
実施例4と同様にし膜分離実験を行い分離性能を調べた
。アセトンの透過速度Q = 0.511kg m−2
h−1,水の透過速度Q= 1.857kc+ m−2
h−1、a’、、’、”、””=12.00であった。
実施例5
実施例1で用いた膜モジュールを使って、1.0%のn
−ブタノール水溶液で膜分離実験を実施し、膜分離性能
を測定した。窒素ガスを0.216 m/sの速さで流
し、圧力640mmHg透過蒸気mと窒素ガス流量との
比が0.0495で測定した。n−ブタノールの透過速
度0.009 k(] m−2h −x 、水の透過速
度0゜152 kgm−2h −x 、αスu;H=5
. yeであった。
−ブタノール水溶液で膜分離実験を実施し、膜分離性能
を測定した。窒素ガスを0.216 m/sの速さで流
し、圧力640mmHg透過蒸気mと窒素ガス流量との
比が0.0495で測定した。n−ブタノールの透過速
度0.009 k(] m−2h −x 、水の透過速
度0゜152 kgm−2h −x 、αスu;H=5
. yeであった。
比較例5
窒素ガスを通じず気圧を5 mml!(Jにした以外は
、実施例5と同様にし膜分離実験を行い分離性能を調べ
た。n−ブタノールの透過速度Q = 0.075kg
m−2h−1,水の透過速度Q= 2.065kg m
−2h−1、α8″” = 3.74であった。
、実施例5と同様にし膜分離実験を行い分離性能を調べ
た。n−ブタノールの透過速度Q = 0.075kg
m−2h−1,水の透過速度Q= 2.065kg m
−2h−1、α8″” = 3.74であった。
Hs()
実施例6
実施例1で用いた膜モジュールを使って、20゜0%の
エタノールの水溶液で膜分離実験を実施し、膜分離性能
を測定した。窒素ガスを0.377m/Sの速さで流し
、圧カフ60mm11g透過蒸気量と窒素ガス流量との
比が、0.0292で測定した。エタノールの透過速度
0.179kg 「2h−1、水の透過速度0.117
kg m−2h−1で、20%エタノール水溶液が、6
0%に濃縮され、αr:to8=6.06であった。
エタノールの水溶液で膜分離実験を実施し、膜分離性能
を測定した。窒素ガスを0.377m/Sの速さで流し
、圧カフ60mm11g透過蒸気量と窒素ガス流量との
比が、0.0292で測定した。エタノールの透過速度
0.179kg 「2h−1、水の透過速度0.117
kg m−2h−1で、20%エタノール水溶液が、6
0%に濃縮され、αr:to8=6.06であった。
HユO
比較例6
窒素ガスを通じず気圧を5 mmtlgにした以外は、
実施例5と同様にし膜分離実験を行い分離性能を調べた
。エタノールの透過速度1.188k(J m−2h−
1、水の透過速度2.568kOm−2h ’ r、2
0 % エタ/−ル水溶液が、31.6%に濃縮され、
αEtOH= 1.aH,Q 5であった。
実施例5と同様にし膜分離実験を行い分離性能を調べた
。エタノールの透過速度1.188k(J m−2h−
1、水の透過速度2.568kOm−2h ’ r、2
0 % エタ/−ル水溶液が、31.6%に濃縮され、
αEtOH= 1.aH,Q 5であった。
[発明の効果]
本発明によって、顕著に高い分離選択性が達成でき、し
かも、充分に高い透過速度で効率的に揮発性有機液体水
溶液から、該揮発性有機液体成分を濃縮分離できる。
かも、充分に高い透過速度で効率的に揮発性有機液体水
溶液から、該揮発性有機液体成分を濃縮分離できる。
さらに、本発明の方法によれば、従来公知のいわゆるサ
ーモパーベーパレーション法のように分離対象液を沸点
近傍に昇温しなくても、十分に慴率的に濃縮分離するこ
とができ、膜分離法の利点である温和な条件の分離操作
を実現できる。
ーモパーベーパレーション法のように分離対象液を沸点
近傍に昇温しなくても、十分に慴率的に濃縮分離するこ
とができ、膜分離法の利点である温和な条件の分離操作
を実現できる。
また、パーベーパレ・−ジョン法のように高真空度にす
る必要がないので、真空ポンプに要するエネルギーも節
約することができる。しかも、透過蒸気を捕集する工程
でも、パーベーパレーション法の様に非常に低温のトラ
ップを使用しなくても、十分効率的に実施できる利点を
有している。
る必要がないので、真空ポンプに要するエネルギーも節
約することができる。しかも、透過蒸気を捕集する工程
でも、パーベーパレーション法の様に非常に低温のトラ
ップを使用しなくても、十分効率的に実施できる利点を
有している。
第1図は、本発明の実施例に使用した揮発性有機液体濃
縮液の製造装置を模式的に示した図である。1は供給液
槽、2は供給液の循環ポンプ、3は供給液の熱交換器、
4は膜モジュール、5は不活性気体の流口調節器用のニ
ードル弁、6.7および13はコールドトラップである
。8は圧力調節器、9および10は供給液の膜モジュー
ルの入口と出口である。11は透過蒸気の膜モジュール
の出口である。12は不活性気体の膜−しジュールへの
供給口である。14.15.16.17および18はコ
ックである。19は真空ポンプである。 第2図は、本発明実施例1と比較例1の、透過蒸気母(
vol/h)と窒素ガス母(vol/h)の比と分離係
数との関係をプロワ1〜したものである。 特許出願人 工 業 技 術 院 長第1図
縮液の製造装置を模式的に示した図である。1は供給液
槽、2は供給液の循環ポンプ、3は供給液の熱交換器、
4は膜モジュール、5は不活性気体の流口調節器用のニ
ードル弁、6.7および13はコールドトラップである
。8は圧力調節器、9および10は供給液の膜モジュー
ルの入口と出口である。11は透過蒸気の膜モジュール
の出口である。12は不活性気体の膜−しジュールへの
供給口である。14.15.16.17および18はコ
ックである。19は真空ポンプである。 第2図は、本発明実施例1と比較例1の、透過蒸気母(
vol/h)と窒素ガス母(vol/h)の比と分離係
数との関係をプロワ1〜したものである。 特許出願人 工 業 技 術 院 長第1図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 (1)疎水性高分子からなる多孔性膜を用いて該分離膜
の1次側に揮発性有機液体水溶液を供給し、2次側を気
相に保つて、該分離膜を透過する蒸気を冷却してトラッ
プに捕集して回収し、揮発性有機液体水溶液を濃縮する
にあたり、 イ、該多孔性膜の平均孔径が、分離対象物質のストーク
ス半径の10倍以上でかつ該水溶 液が該膜に対して実質的に不透性を示すも のであり、 ロ、該分離膜の2次側が、150mmHg以上の圧力に
保たれ、 ハ、不活性気体を分離膜の2次側に連続的に流し、かつ
下記の(i)、(ii)の少なくとも1つを満たしてい
る ことを特徴とする揮発性有機液体濃縮液の製造方法。 (i)不活性気体の流速が、0.05m/s以上1.0
m/S以下である。 (ii)透過蒸気の容積透過速度に対する不活性気体の
容積流速の比が0.02以上 1.0以下である。 (2)揮発性有機液体水溶液が、50重量%以下の濃度
を有することを特徴とする特許請求の範囲第(1)項記
載の揮発性有機液体濃縮液の製造方法(3)揮発性有機
液体水溶液が、0.5重量%以上20重量%以下の濃度
を有することを特徴とする特許請求の範囲第(1)項記
載の揮発性有機液体濃縮液の製造方法 (4)疎水性高分子が、ポリスルホン、ポリフッ化ビニ
リデン、ポリアクリロニトリル、ポリフェニレンオキシ
ドから選ばれる少なくとも一種であることを特徴とする
特許請求の範囲第(1)項記載の揮発性有機液体濃縮液
の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62027218A JPH0613085B2 (ja) | 1987-02-10 | 1987-02-10 | 揮発性有機液体濃縮液の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62027218A JPH0613085B2 (ja) | 1987-02-10 | 1987-02-10 | 揮発性有機液体濃縮液の製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS63197502A true JPS63197502A (ja) | 1988-08-16 |
JPH0613085B2 JPH0613085B2 (ja) | 1994-02-23 |
Family
ID=12214961
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP62027218A Expired - Lifetime JPH0613085B2 (ja) | 1987-02-10 | 1987-02-10 | 揮発性有機液体濃縮液の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0613085B2 (ja) |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2017521230A (ja) * | 2014-05-01 | 2017-08-03 | サビック グローバル テクノロジーズ ベスローテン フェンノートシャップ | ポリ(フェニレンエーテル)コポリマー非対称膜、その分離モジュール;および製造方法 |
US10080996B2 (en) | 2014-05-01 | 2018-09-25 | Sabic Global Technologies B.V. | Skinned, asymmetric poly(phenylene ether) co-polymer membrane; gas separation unit, and preparation method thereof |
US10207230B2 (en) | 2014-05-01 | 2019-02-19 | Sabic Global Technologies B.V. | Composite membrane with support comprising poly(phenylene ether) and amphilphilic polymer; method of making; and separation module thereof |
US10252221B2 (en) | 2014-05-01 | 2019-04-09 | Sabic Global Technologies B.V. | Porous asymmetric polyphenylene ether membranes and associated separation modules and methods |
US10307717B2 (en) | 2016-03-29 | 2019-06-04 | Sabic Global Technologies B.V. | Porous membranes and associated separation modules and methods |
US10358517B2 (en) | 2014-05-01 | 2019-07-23 | Sabic Global Technologies B.V. | Amphiphilic block copolymer; composition, membrane, and separation module thereof; and methods of making same |
US10421046B2 (en) | 2015-05-01 | 2019-09-24 | Sabic Global Technologies B.V. | Method for making porous asymmetric membranes and associated membranes and separation modules |
JP2021175563A (ja) * | 2020-05-01 | 2021-11-04 | イーセップ株式会社 | 液組成調整システム |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS61200804A (ja) * | 1985-03-01 | 1986-09-05 | Agency Of Ind Science & Technol | 非極性有機液体水溶液分離膜と分離方法 |
-
1987
- 1987-02-10 JP JP62027218A patent/JPH0613085B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS61200804A (ja) * | 1985-03-01 | 1986-09-05 | Agency Of Ind Science & Technol | 非極性有機液体水溶液分離膜と分離方法 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2017521230A (ja) * | 2014-05-01 | 2017-08-03 | サビック グローバル テクノロジーズ ベスローテン フェンノートシャップ | ポリ(フェニレンエーテル)コポリマー非対称膜、その分離モジュール;および製造方法 |
US10080996B2 (en) | 2014-05-01 | 2018-09-25 | Sabic Global Technologies B.V. | Skinned, asymmetric poly(phenylene ether) co-polymer membrane; gas separation unit, and preparation method thereof |
US10207230B2 (en) | 2014-05-01 | 2019-02-19 | Sabic Global Technologies B.V. | Composite membrane with support comprising poly(phenylene ether) and amphilphilic polymer; method of making; and separation module thereof |
US10252221B2 (en) | 2014-05-01 | 2019-04-09 | Sabic Global Technologies B.V. | Porous asymmetric polyphenylene ether membranes and associated separation modules and methods |
US10252220B2 (en) | 2014-05-01 | 2019-04-09 | Sabic Global Technologies B.V. | Porous asymmetric polyphenylene ether membranes and associated separation modules and methods |
US10358517B2 (en) | 2014-05-01 | 2019-07-23 | Sabic Global Technologies B.V. | Amphiphilic block copolymer; composition, membrane, and separation module thereof; and methods of making same |
US10421046B2 (en) | 2015-05-01 | 2019-09-24 | Sabic Global Technologies B.V. | Method for making porous asymmetric membranes and associated membranes and separation modules |
US10307717B2 (en) | 2016-03-29 | 2019-06-04 | Sabic Global Technologies B.V. | Porous membranes and associated separation modules and methods |
JP2021175563A (ja) * | 2020-05-01 | 2021-11-04 | イーセップ株式会社 | 液組成調整システム |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0613085B2 (ja) | 1994-02-23 |
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EXPY | Cancellation because of completion of term |