JPS63224714A - Gas separator - Google Patents

Gas separator

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JPS63224714A
JPS63224714A JP5673787A JP5673787A JPS63224714A JP S63224714 A JPS63224714 A JP S63224714A JP 5673787 A JP5673787 A JP 5673787A JP 5673787 A JP5673787 A JP 5673787A JP S63224714 A JPS63224714 A JP S63224714A
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resin wall
metal
resin
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政行 木内
Takuo Yamamoto
卓生 山本
Kazumasa Yoshitake
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Ube Industries Ltd
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Abstract

PURPOSE:To maintain partition performance for a long period, by partitioning both the passing chamber of a gaseous raw material and a permeated gas chamber in a fluid-tight state by means of a sealing member made of metal provided between the inner wall of a pressure resistant vessel and a resin wall, this resin wall and an elastic member made of a metal. CONSTITUTION:Hollow yarn 4 having gas permeability penetrates a resin wall 6 and an aperture end 9 is positioned in the inside of a permeated gas chamber 10. Both the passing chamber 8 of a gaseous raw material and a permeated gas chamber 10 are partitioned in a fluid-tight state by means of a structure constituting of a sealing member 11 made of metal provided between the inner wall of a pressure resistant vessel 3 and a resin wall 6, this resin wall 6 and an elastic member 12 made of metal which is provided between the face of the side opposite to the contact face of the resin wall 6 and the sealing member 11 made of metal and the stepped part 3' of the inner wall of the pressure resistant vessel 3 and presses the resin wall 6. Ceramic powder is mixed into the surface part 6' of the contact face of the resin wall 6 and the sealing member 11 made of metal.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、ガス分離装置に関するもので、更に詳しくは
、種々の成分からなる混合ガスから特定成分のガスを選
択的に透過させる性能を有する中空糸多数から成る糸束
組立体が内蔵され、原料混合ガス通過室と透過ガス室と
を流密状態で隔離するための特殊な構造を有する、特に
高温、高圧の原料ガスを分離するために有用であるガス
分離装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Industrial Application Field) The present invention relates to a gas separation device, and more specifically, it has the ability to selectively permeate a gas of a specific component from a mixed gas consisting of various components. It has a built-in yarn bundle assembly consisting of a large number of hollow fibers, and has a special structure to isolate the raw material mixed gas passage chamber and the permeated gas chamber in a fluid-tight state, especially for separating high temperature and high pressure raw material gas. The present invention relates to a gas separation device that is useful.

(従来技術およびその問題点) 種々の成分からなる混合ガスから特定成分のガスを分離
するための装置として、混合ガスから特定成分のガスを
選択的に透過させる性能、すなわちガス選択透過性を有
する中空糸多数から成る糸束組立体が内蔵されたガス分
離装置が知られている。このようなガス分離装置におい
ては、一般に、混合ガスである原料ガスが上記中空糸の
胴部の外面側と接触し、特定成分のガスが該中空糸の壁
を透過して該中空糸の中に入り、該中空糸の開口端から
特定成分の透過ガスを取り出すことによって、原料ガス
から特定成分ガスが分離される。従って、このようなガ
ス分離装置においては、原料ガスが通過する原料ガス通
過室と特定成分の透過ガスが通過する透過ガス室とを流
密状態で隔離する必要がある。
(Prior art and its problems) As a device for separating a gas of a specific component from a mixed gas consisting of various components, it has the ability to selectively permeate a gas of a specific component from the mixed gas, that is, it has gas selective permeability. 2. Description of the Related Art A gas separation device is known that includes a built-in fiber bundle assembly consisting of a large number of hollow fibers. In such a gas separation device, generally, the raw material gas, which is a mixed gas, comes into contact with the outer surface side of the body of the hollow fiber, and the gas having a specific component permeates through the wall of the hollow fiber and enters the inside of the hollow fiber. The specific component gas is separated from the source gas by taking out the permeated gas of the specific component from the open end of the hollow fiber. Therefore, in such a gas separation device, it is necessary to separate the source gas passage chamber through which the source gas passes and the permeate gas chamber through which the permeate gas of a specific component passes in a fluid-tight state.

従来のガス分離装置においては、原料ガス通過室と透過
ガス室とを隔離する手段として、多数の中空糸から成る
糸束の少なくとも一端部を、各中空糸を貫通しかつ開口
した状態に固着している熱硬化性樹脂から形成された樹
脂壁と、分前装置容器の内壁と上記樹脂壁との間に設け
られた合成樹脂製の0リング等のシール部材とを組み合
わせた構造が採用されている。しかしながら、上記合成
樹脂製のOリングは、一般にフッ素系樹脂やシリコン系
樹脂で製造されているため、比較的低温、低圧(約10
0℃以下で約100 Kg/cm2G以下)では長期間
の使用に耐えるものの、高温、高圧では使用できないか
、使用できたとしても耐用期間が短かく実用的ではない
という欠点があった。
In conventional gas separation devices, at least one end of a fiber bundle consisting of a large number of hollow fibers is fixed in an open state through each hollow fiber as a means for isolating the raw material gas passage chamber and the permeated gas chamber. A structure is adopted that combines a resin wall made of thermosetting resin and a sealing member such as a synthetic resin O-ring provided between the inner wall of the dispensing device container and the resin wall. There is. However, since the above synthetic resin O-rings are generally manufactured from fluororesin or silicone resin, they operate at relatively low temperatures and pressures (approximately 10
Although it can withstand long-term use at temperatures below 0° C. and about 100 Kg/cm2G or below, it has the disadvantage that it cannot be used at high temperatures and high pressures, or even if it can be used, its service life is short and impractical.

ガス分離装置を高温、高圧で使用できるようにするため
、金属性のOリングを使用すると、上記樹脂壁の金属性
0リングと接触する表面に圧痕を生じる等樹脂壁が変形
してシール不良となり、原料ガス通過室と透過ガス室と
を隔離する機能が低下する。
If a metal O-ring is used to enable the gas separation device to be used at high temperatures and high pressures, the resin wall may be deformed, such as by creating impressions on the surface of the resin wall that comes into contact with the metal O-ring, resulting in poor sealing. , the function of isolating the source gas passage chamber and the permeated gas chamber is reduced.

(発明の目的) 本発明は、約200℃までの高温および約200Kg7
cm2Gまでの高圧の条件下で操作しても長期間隔離性
能を維持することができる、原料ガス室と透過ガス室と
の隔離構造を備えた、ガス選択透過性中空糸束を有する
ガス分離装置を提供することを目的とする。
(Object of the Invention) The present invention is directed to high temperature up to about 200°C and about 200 kg7
A gas separation device that has a gas-selective permeability hollow fiber bundle and is equipped with an isolation structure between a source gas chamber and a permeated gas chamber that can maintain isolation performance for a long period of time even when operated under high pressure conditions of up to cm2G. The purpose is to provide

(発明の構成) 本発明は、原料ガス導入口、透過ガス排出口及び未透過
ガス排出口を有する筒形耐圧容器内に、ガス選択透過性
を有する中空糸多数から成る糸束、および該糸束の少な
くとも一端部を、各該中空糸が貫通しかつ開口した状態
に固着している熱硬化性樹脂壁からなる糸束組立体が設
けられ、該中空糸の胴部が存在する原料ガス通過室と該
中空糸の開口端が存在する透過ガス室とが流密状態で隔
離されているガス分離装置において、該原料ガス通過室
と該透過ガス室とを流密状態で隔離するための構造が、
(A)該耐圧容器内壁と該樹脂壁との間に設けられた金
属製シール部材、(B)少なくとも該金属製シール部材
と接触する面の表層部にセラミック粉末が混入されてい
る該樹脂壁、および(C)該樹脂壁の該金属製シール部
材と接触する面の反対側の面と該耐圧容器内壁との間に
設けられた金属製弾性部材から構成されていることを特
徴とするガス分離装置である。
(Structure of the Invention) The present invention provides a fiber bundle consisting of a large number of hollow fibers having gas selective permeability, and a yarn bundle consisting of a large number of hollow fibers having gas selective permeability, and the fibers are housed in a cylindrical pressure-resistant container having a raw material gas inlet, a permeated gas outlet, and an unpermeated gas outlet. At least one end of the bundle is provided with a fiber bundle assembly consisting of a thermosetting resin wall through which each of the hollow fibers is fixed in an open state, and the body of the hollow fibers is present to allow the raw material gas to pass therethrough. In a gas separation device in which a chamber and a permeate gas chamber in which an open end of the hollow fiber exists are separated in a flow-tight state, a structure for isolating the source gas passage chamber and the permeate gas chamber in a flow-tight state. but,
(A) A metal sealing member provided between the inner wall of the pressure vessel and the resin wall; (B) The resin wall in which ceramic powder is mixed in at least the surface layer of the surface that contacts the metal sealing member. and (C) a metal elastic member provided between the surface of the resin wall opposite to the surface that contacts the metal sealing member and the inner wall of the pressure-resistant container. It is a separation device.

(発明の好適実施態様) 本発明を、添付する図面において説明する。(Preferred embodiment of the invention) The invention is illustrated in the accompanying drawings.

第1図は、本発明のガス分離装置の1実施例の、原料ガ
ス通過室と透過ガス室とを流密状態で隔離するための構
造部分を示す断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a structural part of an embodiment of the gas separation apparatus of the present invention for separating a source gas passage chamber and a permeated gas chamber in a fluid-tight state.

第1図において、原料ガス導入口1、透過ガス排出口2
及び未透過ガス排出口(図示せず)を有する筒形耐圧容
器3内には、ガス選択透過性を有する中空糸4が多数集
束されてなる糸束5と、糸束5の一端部を固着している
樹脂壁6とからなる糸束組立体が設けられている。中空
糸4は、樹脂壁6を貫通し、その端部が開口した状態に
なるように樹脂壁6によって固着されている。中空糸4
の胴部7は原料ガス通過室8内に存在し、中空糸4の開
口端9は透過ガス室10内に存在している。原料ガス通
過室8と透過ガス室10とは、筒形耐圧容器3の内壁と
樹脂壁6との間に設けられた「金属製シール部材」11
と、「樹脂壁」6と、樹脂壁6の金属製シール部材11
と接触する面の反対側の面と耐圧容器3の内壁の段形部
3′との間に設けられ樹脂壁6を金属製シール部材11
を介して耐圧容器3の内壁に押圧している「金属製弾性
部材」12とから構成されている構造によって、流密状
態で隔離されている。樹脂壁6の金属製シール部材11
と接触する面の表層部6′には、セラミック粉末が混入
されている。
In Figure 1, raw material gas inlet 1, permeated gas outlet 2
In a cylindrical pressure-resistant container 3 having an unpermeated gas outlet (not shown), a fiber bundle 5 formed by bundling a large number of hollow fibers 4 having gas selective permeability, and one end of the fiber bundle 5 are fixed. A yarn bundle assembly is provided, which includes a resin wall 6 having a cylindrical shape. The hollow fibers 4 penetrate the resin wall 6 and are fixed to the resin wall 6 so that their ends are open. Hollow fiber 4
The body portion 7 of the hollow fiber 4 is present in the source gas passage chamber 8, and the open end 9 of the hollow fiber 4 is present in the permeation gas chamber 10. The raw material gas passage chamber 8 and the permeation gas chamber 10 are defined by a "metal sealing member" 11 provided between the inner wall of the cylindrical pressure vessel 3 and the resin wall 6.
, the “resin wall” 6 , and the metal sealing member 11 of the resin wall 6
A metal seal member 11 is provided between the surface opposite to the surface in contact with the resin wall 6 and the stepped portion 3' of the inner wall of the pressure vessel 3.
The "metal elastic member" 12 is pressed against the inner wall of the pressure vessel 3 via the "metal elastic member" 12, and is isolated in a fluid-tight state. Metal seal member 11 for resin wall 6
Ceramic powder is mixed in the surface layer 6' of the surface that comes into contact with.

種々の成分からなる混合ガスである原料ガスは、原料ガ
ス導入口1から耐圧容器3内に入り、原料ガス通過室8
を通過中に、特定のガスが中空糸4の管壁を透過して中
空糸4の中空部分に入り、中空糸4の開口端9から透過
ガス室10に集まり、透過ガス排出口2から゛排出され
る。
The raw material gas, which is a mixed gas consisting of various components, enters the pressure vessel 3 from the raw gas inlet 1 and passes through the raw material gas passage chamber 8.
, a specific gas passes through the pipe wall of the hollow fiber 4 and enters the hollow part of the hollow fiber 4 , collects in the permeate gas chamber 10 from the open end 9 of the hollow fiber 4 , and exits from the permeate gas outlet 2 . It is discharged.

原料ガス通過室の圧力は、一般に10乃至300Kg/
cm2Gであり、原料ガス通過室と透過ガス室との圧力
差は、一般に10乃至200 Kg/cm2であり、原
料ガスの温度は、一般に大気温度乃至200℃で運転さ
れる。
The pressure in the raw material gas passage chamber is generally 10 to 300 kg/
cm2G, the pressure difference between the raw material gas passing chamber and the permeated gas chamber is generally 10 to 200 Kg/cm2, and the temperature of the raw material gas is generally operated at atmospheric temperature to 200°C.

中空糸4は、ガス選択透過性すなわち種々の成分からな
る混合ガスから特定成分のガスを選択的に透過させる性
能を有する中空糸であればどのようなものであってもよ
く、例えば、セルロース、酢酸セルロース、ポリプロピ
レン、ポリアクリロニトリル、ポリスルホン、芳香族ポ
リアミド、芳香族ポリイミド等の高分子有機材料、ガラ
ス、セラミックなどの無機材料から製造された中空糸を
使用することができる。特に耐熱性の面から無機材料製
中空糸及び高分子有機材料製の中空糸中では芳香族ポリ
イミド製中空糸が好ましい。中空糸4は、一般に、その
外径が約50乃至3000μmであり、管壁の厚さが、
約10乃至i oo。
The hollow fibers 4 may be of any type as long as they have gas selective permeability, that is, the ability to selectively permeate a specific gas component from a mixed gas consisting of various components, such as cellulose, Hollow fibers made from polymeric organic materials such as cellulose acetate, polypropylene, polyacrylonitrile, polysulfone, aromatic polyamide, aromatic polyimide, and inorganic materials such as glass and ceramics can be used. In particular, from the viewpoint of heat resistance, hollow fibers made of aromatic polyimide are preferred among hollow fibers made of inorganic materials and hollow fibers made of polymeric organic materials. Generally, the hollow fiber 4 has an outer diameter of about 50 to 3000 μm, and a tube wall thickness of
Approximately 10 to ioo.

μmである。It is μm.

中空糸4が多数集束されてなる糸束5は、内部に芯管な
どを有する糸束または無芯の糸束のいずれであってもよ
く、また、それ自体公知の方法で得られた「各中空糸が
実質的に平行に配列されている糸束」または「各中空糸
が交叉配列されている糸束」のいずれであってもよい。
The fiber bundle 5 formed by bundling a large number of hollow fibers 4 may be either a fiber bundle having a core tube inside or a coreless fiber bundle. The fiber bundle may be either a "fiber bundle in which the hollow fibers are arranged substantially in parallel" or a "fiber bundle in which the hollow fibers are arranged in an intersecting manner."

さらに、糸束5は、その周囲が適当な結束材料、好まし
くは、弾性を有する結束材料で1乃至数個所結束されて
いてもよい。
Furthermore, the yarn bundle 5 may be bound at one or several points around its periphery with a suitable binding material, preferably an elastic binding material.

糸束5は、一般にその外径が約1乃至50cm、゛  
好ましくは5乃至40cmであり、その長さが約20乃
至500 cm、好ましくは25乃至400Cmである
The yarn bundle 5 generally has an outer diameter of about 1 to 50 cm.
Preferably, the length is about 5 to 40 cm, and the length is about 20 to 500 cm, preferably 25 to 400 cm.

糸束5を構成する中空糸4の密度は、糸束5の全断面積
に対する全中空糸の占める面積の比率を百分率で示す「
中空糸の充填密度」が、約20乃至80%、特に25乃
至70%であることが好ましい。
The density of the hollow fibers 4 constituting the fiber bundle 5 is expressed as a percentage, which is the ratio of the area occupied by all the hollow fibers to the total cross-sectional area of the fiber bundle 5.
The packing density of the hollow fibers is preferably about 20 to 80%, particularly 25 to 70%.

樹脂壁6を形成させるための熱硬化性樹脂としては、ウ
レタン系樹脂、エポキシ系樹脂、アクリレート系樹脂、
シリコン系樹脂、フェノール、f−樹脂等を例示するこ
とができ、特に高温高圧ガス分離装置のためには、エポ
キシ系樹脂、特にフェノールノボラック型エポキシ樹脂
が好ましい。糸束組立体を製造する上では、回転粘度が
約0.01乃至5000ポイズ、特に0.05乃至50
0ボイズである液状の熱硬化性樹脂を原料として使用し
、適当な硬化剤および硬化促進材を使用して硬化させ樹
脂壁6を形成させることが好ましい。
As the thermosetting resin for forming the resin wall 6, urethane resin, epoxy resin, acrylate resin,
Examples include silicone resins, phenols, f-resins, etc. Epoxy resins, particularly phenol novolac type epoxy resins, are preferred especially for high temperature and high pressure gas separation devices. In manufacturing the yarn bundle assembly, the rotational viscosity is about 0.01 to 5000 poise, especially 0.05 to 50 poise.
It is preferable to use a zero-voice liquid thermosetting resin as a raw material and to cure it using an appropriate curing agent and curing accelerator to form the resin wall 6.

エポキシ系樹脂用硬化剤としては、公知の脂環族カルボ
ン酸、芳香族カルボン酸、芳香族ポリアミンなどからな
る熱硬化剤であればよく、例えば、ヘキサヒドロ無水フ
タル酸、無水フタル酸、無水マレイン酸、ピロメリット
酸二無水物、無水メチルナジック酸、ベンゾフェノンテ
トラカルボン酸二無水物、ジアミノフェニルスルホン、
ジアミノジフェニルメタン、メタフェニレンジアミン等
を挙げることができる。
The curing agent for epoxy resins may be any known thermosetting agent made of alicyclic carboxylic acid, aromatic carboxylic acid, aromatic polyamine, etc., such as hexahydrophthalic anhydride, phthalic anhydride, maleic anhydride. , pyromellitic dianhydride, methylnadic anhydride, benzophenone tetracarboxylic dianhydride, diaminophenyl sulfone,
Examples include diaminodiphenylmethane and metaphenylenediamine.

また、前記の硬化促進剤としては、2−エチル−4−メ
チル−イミダゾール、1−ベンジル−2−メチル−イミ
ダゾール、トリー2.4.6−シメチルアミノメチルフ
エノール、ペンジルジメヂルアミン、三フッ化ホウ素−
モノエチルアミン等を挙げることができる。
In addition, examples of the curing accelerator include 2-ethyl-4-methyl-imidazole, 1-benzyl-2-methyl-imidazole, tri-2.4.6-dimethylaminomethylphenol, penzyldimethylamine, and tri-2.4.6-dimethylaminomethylphenol. Boron fluoride
Examples include monoethylamine.

樹脂壁6の表層部6′に混入するセラミック粉末として
は、アルミナ、シリカ、チタン、炭化ケイ素、窒化ケイ
素等の粉末を例示することができ、表層部6′の表面硬
度を高めるためには、特に炭化ケイ素、窒化ケイ素など
が好ましい。樹脂壁6にセラミック粉末を混入する目的
は、樹脂壁6の金属製シール部材11と接触する面の表
面硬度を高めることであるので、表層部6′の厚みは約
5乃至10mmであればよく、それ以上に大きくしても
、セラミック粉末の消費量が増すたけであまり意味はな
い。表層部6′へのセラミック粉末の混入量は、樹脂の
種類、セラミック粉末の種類、粒度等によって変わるが
、表層部6′の表面硬度がショアーD硬度94以上にな
るように適宜選定すれば良い。
Examples of the ceramic powder mixed in the surface layer 6' of the resin wall 6 include powders of alumina, silica, titanium, silicon carbide, silicon nitride, etc. In order to increase the surface hardness of the surface layer 6', Particularly preferred are silicon carbide and silicon nitride. The purpose of mixing ceramic powder into the resin wall 6 is to increase the surface hardness of the surface of the resin wall 6 that comes into contact with the metal sealing member 11, so the thickness of the surface layer 6' may be approximately 5 to 10 mm. , even if it is made larger than that, there is no point in increasing the amount of ceramic powder consumed. The amount of ceramic powder mixed into the surface layer 6' varies depending on the type of resin, the type of ceramic powder, the particle size, etc., but it should be selected appropriately so that the surface hardness of the surface layer 6' is 94 or more on the Shore D hardness. .

樹脂壁6に表層部6′を形成させる方法としては、糸束
5と液状の熱硬化性樹脂とから遠心成形法により糸束5
の少なくとも一端に樹脂壁を形成させた糸束組立体を製
造する際に熱硬化性樹脂にセラミック粉末を混入し、セ
ラミック粉末と該樹脂との密度差を利用して、糸束組立
体の製造と同時に表層部6′を形成させる方法が好まし
い。
As a method for forming the surface layer 6' on the resin wall 6, the yarn bundle 5 is formed by centrifugal molding from the yarn bundle 5 and a liquid thermosetting resin.
When manufacturing a yarn bundle assembly in which a resin wall is formed on at least one end of the yarn bundle assembly, a ceramic powder is mixed into a thermosetting resin, and the difference in density between the ceramic powder and the resin is utilized to manufacture the yarn bundle assembly. It is preferable to form the surface layer 6' at the same time.

表層部6′の形成方法の1例を、第2図および第3図に
ついて説明する。
An example of a method for forming the surface layer portion 6' will be described with reference to FIGS. 2 and 3.

第2図は、糸束組立体の遠心成形装置の1例の概略図で
あり、第3図は成形直後の糸束組立体の一端部を示す概
略断面図である。
FIG. 2 is a schematic view of an example of a centrifugal forming apparatus for a yarn bundle assembly, and FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing one end of the yarn bundle assembly immediately after forming.

第2図において、回転軸21を中心にして回転可能な支
持体22の両端には金型23および24が設けられてお
り、金型23の底面中央部には、中空糸多数から成る糸
束25の外径に相当する径を有する凹部23′が形成さ
れている。
In FIG. 2, molds 23 and 24 are provided at both ends of a support 22 that is rotatable about a rotating shaft 21, and a fiber bundle consisting of a large number of hollow fibers is provided at the center of the bottom surface of the mold 23. A recess 23' having a diameter corresponding to the outer diameter of 25 is formed.

糸束組立体を製造するに当っては、糸束25をその一端
を遠心成形時に金型内に注入する樹脂が中空糸の内部に
入り込まないように、あらかじめ中空糸端部を接着剤等
で封した状態で、金型23の凹部23′に入れ、他端を
金型24に入れて、支持体22に固定する。支持体22
を回転させながら、金型23および金型24内に、セラ
ミック粉末および硬化剤および場合により硬化促進剤を
含有する液状の熱硬化性樹脂を注入する。支持体22の
回転数を、10乃至500Gの遠心力が該樹脂に与えら
れるように選定し、該セラミック粉末の密度が該樹脂の
密度の約1.1倍以上、好ましくは1.2倍以上である
ようなセラミック粉末と樹脂との組合せを選定すること
によって、該樹脂中のセラミック粉末は金型23の底面
方向に移動し、該樹脂によって形成される樹脂壁の糸束
軸方向端面部にセラミック粉末混入層が形成される。
When manufacturing the yarn bundle assembly, one end of the yarn bundle 25 is coated with adhesive or the like in advance to prevent the resin injected into the mold during centrifugal molding from entering the inside of the hollow fibers. In the sealed state, it is put into the recess 23' of the mold 23, the other end is put into the mold 24, and fixed to the support 22. Support body 22
While rotating, a liquid thermosetting resin containing ceramic powder, a hardening agent, and optionally a hardening accelerator is injected into the molds 23 and 24. The rotation speed of the support 22 is selected so that a centrifugal force of 10 to 500 G is applied to the resin, and the density of the ceramic powder is about 1.1 times or more, preferably 1.2 times or more, the density of the resin. By selecting a combination of ceramic powder and resin such that A ceramic powder mixed layer is formed.

第3図において、上記成形によって該樹脂が硬化した後
遠心成形装置から取り出した糸束組立体の端部には、樹
脂壁26が形成され、樹脂壁26の糸束軸方向端面部に
は樹脂中にセラミック粉末が混入されている表層部26
′が形成されており、糸束25の各中空糸は樹脂壁26
中を貫通しており、糸束25の端部に樹脂中にセラミッ
ク粉末が混入されている混入層27が形成されている。
In FIG. 3, a resin wall 26 is formed at the end of the yarn bundle assembly taken out from the centrifugal molding device after the resin has been cured by the above molding, and a resin wall 26 is formed on the end surface of the resin wall 26 in the yarn bundle axial direction. Surface layer portion 26 in which ceramic powder is mixed
' is formed, and each hollow fiber of the fiber bundle 25 has a resin wall 26.
A mixed layer 27 in which ceramic powder is mixed in resin is formed at the end of the thread bundle 25, passing through the thread bundle 25.

該糸束組立体の糸束の端部を、第3図におけるA−A線
で切断することにより、各中空糸の開口端が形成され、
本発明における糸束組立体が製造される。
By cutting the end of the yarn bundle of the yarn bundle assembly along line A-A in FIG. 3, an open end of each hollow fiber is formed,
A yarn bundle assembly according to the present invention is manufactured.

前記のような凹部23′を有する金型23を使用するこ
とにより、第3図におけるA−A線切断部分にはセラミ
ック粉末がほとんど混入されていない糸束組立体素材を
製造することができるので、糸束25の端部切断のため
に、特殊な刃物を使用することなく、容易に中空糸開口
端を形成させることが可能となる。
By using the mold 23 having the recess 23' as described above, it is possible to manufacture a yarn bundle assembly material in which almost no ceramic powder is mixed in the section cut along the line A-A in FIG. In order to cut the ends of the fiber bundle 25, it is possible to easily form open ends of the hollow fibers without using a special knife.

金属製シール部材11としては、ステンレス、ニッケル
合金等の金属から製造されたもので、原料ガス通過室と
透過ガス室とを隔離し得るものであればどのようなもの
であってもよいが、金属製シール部材11と接触する樹
脂壁6の表層部6′の変形を最少限に止めるために、シ
ールに必要な線圧が比較的小さい0リング、特に中空金
属0リングが好ましい。
The metal sealing member 11 may be made of metal such as stainless steel or nickel alloy, and may be of any material as long as it can isolate the source gas passage chamber and the permeated gas chamber. In order to minimize deformation of the surface layer 6' of the resin wall 6 in contact with the metal sealing member 11, an O-ring, particularly a hollow metal O-ring, is preferable since the linear pressure required for sealing is relatively small.

金属製弾性部材12としては、炭素鋼、ケイ素−マンガ
ン鋼、マンガン−クロム鋼等の金属から作られた皿バネ
、うず巻バネ等が好ましい。
The metal elastic member 12 is preferably a disc spring, a spiral spring, or the like made of a metal such as carbon steel, silicon-manganese steel, or manganese-chromium steel.

金属製弾性部材12は、樹脂壁6を介して金属製シール
部材11にシールに必要な線圧を与え得るような反発力
を有することが必要である。また、必要により皿バネ、
うず巻ぎバネ等と樹脂壁6との間にバネ座を設け、金属
製シール部材11により均一な線圧を与えることもでき
る。  □(発明の効果) 本発明のガス分離装置は、高温、高圧の過酷な条件下で
使用しても、原料ガス通過室と透過ガスとを流密状態で
隔離することができ、しかもその状態を長期間安定に維
持することのできる装置である。
The metal elastic member 12 needs to have a repulsive force that can apply the linear pressure necessary for sealing to the metal seal member 11 via the resin wall 6. Also, if necessary, a disc spring,
It is also possible to provide a spring seat between the spiral spring or the like and the resin wall 6 to apply a uniform linear pressure using the metal seal member 11. □ (Effects of the invention) Even when the gas separation device of the present invention is used under harsh conditions of high temperature and high pressure, it is possible to isolate the raw material gas passage chamber and the permeated gas in a fluid-tight state, and even in that state. This is a device that can maintain stability for a long period of time.

これは、本発明のガス分離装置における原料ガス通過室
と透過ガス室とを流密状態で隔離するための構造が前記
のように構成されているために、金属製シール部材が変
形することがなく、金属製シール部材と接触する樹脂壁
の表層部が変形し難く、金属製弾性部材によって金属製
シール部材に常に必要なシール強度が与えられているた
めである。高温で使用されることにより、耐圧容器と樹
脂壁との熱膨張差による寸法変化はかなり大きいのであ
るが、このような寸法変化を金属製弾性部材によって吸
収することができ、また、樹脂壁が長期間高温、高圧の
下に圧縮力を受けた場合に生ずるクリープ変形も金属製
弾性部材によって吸収することができる。そのため、金
属製シール部材には長期間必要なシール線圧を与えるこ
とができるのである。
This is because the structure for isolating the raw material gas passing chamber and the permeated gas chamber in a fluid-tight state in the gas separation device of the present invention is configured as described above, so that the metal sealing member is not likely to be deformed. This is because the surface layer of the resin wall that comes into contact with the metal seal member is difficult to deform, and the metal elastic member always provides the necessary sealing strength to the metal seal member. When used at high temperatures, dimensional changes due to the difference in thermal expansion between the pressure container and the resin wall are quite large, but such dimensional changes can be absorbed by the metal elastic member, and the resin wall Creep deformation that occurs when subjected to compressive force under high temperature and high pressure for a long period of time can also be absorbed by the metal elastic member. Therefore, the necessary sealing pressure can be applied to the metal seal member for a long period of time.

実施例 第2図に示す装置を使用し、糸束として芳香族ポリイミ
ド製中空糸(外径400μ、内径200μ))4000
本を円柱状に集束した糸束(外径40mm、長さ100
100Oを使用し、樹脂壁を形成するための液状の熱硬
化性樹脂組成物として、フェノールノボラック型エポキ
シ樹脂(シェル社製、商品名エピコート154)、硬化
剤(無水メチルナジック酸)および硬化促進剤(2−エ
チル−4−メチル−イミダゾール)からなる樹脂液(密
度1.2 g/ctn3)と、炭化ケイ素粉末(粒子径
1〜10μm、真密度3.2 g/am3)との、炭化
ケイ素粉末を15重量%含有する混合物を使用し、温度
78℃、遠心力200Gで遠心成形して糸束組立体を製
造した。樹脂壁の端面には、厚さ約7mmの炭化ケイ素
粉末混入層が形成されていた。
Example Using the apparatus shown in Fig. 2, 4000 aromatic polyimide hollow fibers (outer diameter 400 μm, inner diameter 200 μm) were prepared as a yarn bundle.
A thread bundle made of books bundled into a cylindrical shape (outer diameter 40 mm, length 100 mm)
100O, and as a liquid thermosetting resin composition for forming the resin wall, a phenol novolak type epoxy resin (manufactured by Shell Co., Ltd., trade name Epicote 154), a curing agent (methylnadic anhydride), and a curing accelerator. (2-ethyl-4-methyl-imidazole) resin liquid (density 1.2 g/ctn3) and silicon carbide powder (particle size 1 to 10 μm, true density 3.2 g/am3). A yarn bundle assembly was manufactured by centrifugally molding a mixture containing 15% by weight of powder at a temperature of 78°C and a centrifugal force of 200G. A silicon carbide powder mixed layer having a thickness of about 7 mm was formed on the end face of the resin wall.

金属製シール部材として金属0リング(日本パルカー社
製、銀メツキメタル中空0リング)を使用し、金属製弾
性部材として工具鋼5K−5皿バネを使用して、第1図
に示す構造の隔離構造を有するガス分離装置を製作した
。常温、常圧で、金属0リングには10 Kg/mmO
線圧が加わるように皿バネの反発力を調整した。
A metal O-ring (manufactured by Nippon Palcar Co., Ltd., silver-plated metal hollow O-ring) is used as the metal sealing member, and a tool steel 5K-5 disk spring is used as the metal elastic member to create the isolation structure shown in Figure 1. We have manufactured a gas separation device with At room temperature and pressure, the metal O-ring has 10 Kg/mmO
The repulsive force of the disc spring was adjusted to apply linear pressure.

原料ガス導入口から2008g7cm2Gの窒素ガスを
導入し、未透過ガス排出口を閉じ、透過ガス排出口を大
気中に開放して、中空糸の管壁に200Kg/cm2の
差圧が加わるようにし、ガス分離装置全体を150℃の
温度に保持した。
Introducing 2008g/7cm2G of nitrogen gas from the raw material gas inlet, closing the unpermeated gas outlet, and opening the permeated gas outlet to the atmosphere so that a differential pressure of 200Kg/cm2 is applied to the tube wall of the hollow fiber. The entire gas separation apparatus was maintained at a temperature of 150°C.

この状態で6ケ月間維持させてシール性試験を行ったが
、原料ガス通過室と透過ガス室とのシール性は良好に保
持されていた。シール性試験終了後、樹脂壁の炭化ケイ
素粉末混入表層部の、金属0リングと接触する面の圧痕
深さは10μmであった。
A sealing test was conducted by maintaining this state for 6 months, and it was found that the sealing properties between the source gas passage chamber and the permeated gas chamber were maintained well. After the sealing test was completed, the depth of the indentation on the surface of the silicon carbide powder-containing surface layer of the resin wall that came into contact with the metal O-ring was 10 μm.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は、本発明のガス分離装置の1実施例の、原料ガ
ス通過室と透過ガス室とを流密状態で隔離するための構
造部分を示す断面図であり、第2図は、糸束組立体の遠
心成形装置の1例の概略図であり、 第3図は、成形直後の糸束組立体の一端部を示す概略断
面図である。 1は原料ガス導入口、2は透過ガス排出口、3は耐圧容
器、4は中空糸、5は糸束、6は樹脂壁、6′はセラミ
ック粉末が混入されている樹脂壁表層部、8は原料ガス
通過室、10は透過ガス室、11は金属製シール部材、
12は金属製弾性部材、22は支持体、23は金型、2
5は糸束である。 特許出願人  宇部興産株式会社 第1図 6′ 3′ 旦         1 第2図 第3図
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a structural part for separating a raw material gas passage chamber and a permeated gas chamber in a fluid-tight state in one embodiment of the gas separation device of the present invention, and FIG. FIG. 3 is a schematic view of an example of a centrifugal forming apparatus for a bundle assembly; FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing one end of the yarn bundle assembly immediately after forming; 1 is a raw material gas inlet, 2 is a permeated gas outlet, 3 is a pressure vessel, 4 is a hollow fiber, 5 is a fiber bundle, 6 is a resin wall, 6' is a resin wall surface layer mixed with ceramic powder, 8 10 is a raw material gas passage chamber, 10 is a permeated gas chamber, 11 is a metal seal member,
12 is a metal elastic member, 22 is a support body, 23 is a mold, 2
5 is a yarn bundle. Patent applicant Ube Industries Co., Ltd. Figure 1 6'3' 1 Figure 2 Figure 3

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)原料ガス導入口、透過ガス排出口及び未透過ガス
排出口を有する筒形耐圧容器内に、ガス選択透過性を有
する中空糸多数から成る糸束、および該糸束の少なくと
も一端部を、各該中空糸が貫通しかつ開口した状態に固
着している熱硬化性樹脂壁からなる糸束組立体が設けら
れ、該中空糸の胴部が存在する原料ガス通過室と該中空
糸の開口端が存在する透過ガス室とが流密状態で隔離さ
れているがガス分離装置において、該原料ガス通過室と
該透過ガス室とを流密状態で隔離するための構造が、(
A)該耐圧容器内壁と該樹脂壁との間に設けられた金属
製シール部材、(B)少なくとも該金属製シール部材と
接触する面の表層部にセラミック粉末が混入されている
該樹脂壁、および(C)該樹脂壁の該金属製シール部材
と接触する面の反対側の面と該耐圧容器内壁との間に設
けられた金属製弾性部材から構成されていることを特徴
とするガス分離装置。
(1) A fiber bundle consisting of a large number of hollow fibers having gas selective permeability, and at least one end portion of the fiber bundle are placed in a cylindrical pressure-resistant container having a raw material gas inlet, a permeated gas outlet, and an unpermeated gas outlet. , a fiber bundle assembly consisting of a thermosetting resin wall through which each of the hollow fibers passes and which is fixed in an open state is provided, and a raw material gas passage chamber in which the body of the hollow fiber exists and In a gas separation device, a structure for isolating the raw material gas passage chamber and the permeation gas chamber in a fluid-tight manner is (
A) a metal seal member provided between the inner wall of the pressure-resistant container and the resin wall; (B) the resin wall in which ceramic powder is mixed in at least the surface layer of the surface that contacts the metal seal member; and (C) a gas separation comprising a metal elastic member provided between the surface of the resin wall opposite to the surface that contacts the metal sealing member and the inner wall of the pressure vessel. Device.
(2)樹脂壁(B)が金属製シール部材と接触する面の
表層部に優先的に分布されたセラミック粒子の充填層を
有することを特徴とする特許請求の範囲第1項記載のガ
ス分離装置。
(2) Gas separation according to claim 1, characterized in that the resin wall (B) has a filled layer of ceramic particles preferentially distributed in the surface layer of the surface that contacts the metal sealing member. Device.
(3)前記セラミック粒子の充填層がセラミック粉末を
混入した樹脂の遠心成形法により形成されたものである
ことを特徴とする特許請求の範囲第2項記載のガス分離
装置。
(3) The gas separation device according to claim 2, wherein the packed layer of ceramic particles is formed by centrifugal molding of a resin mixed with ceramic powder.
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