KR900008731B1 - 변형된 확산 격벽 - Google Patents

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Abstract

내용 없음.

Description

변형된 확산 격벽
제1도는 본 발명의 원리를 구체화화한 장치를 나타낸 개요도.
제2도는 당밀의 탈염에 대한 케스케이드의 배열을 나타낸 개요도.
본 발명은 무기물질의 고정에 의한 확산 격벽(diffusion barrier)의 변형으로써 격벽의 선택성을 개선시키는 방법과, 용액으로부터 저분자물질을 분리시키는데 있어 이러한 격벽의 사용에 관한 것이다.
공보된 종래의 기술에 의하면 여러 유형의 막 확산 격벽이 알려져 있다.
분자 및 이온성 물질들은 그들의 확산 개수에 따라 이러한 막을 통해 확산되므로 선택성이 일반적으로 감소된다. 액체막, 고정된 액체막 또는 계면중합막 등도 공지의 것인데 상기한 다른 공지의 막과 같은 결점을 지니고 있다.
보다 저분자량의 물질을 경제적, 공업적 방법으로 분리한다는 것은 쉽지가 않다. 종래의 초과여과(hyperfiltration)방법은 고압을 필요로 하며, 선택성이 낮고, 설치비가 높으며, 유출량이 적으며 그리고 막이 항상 오염되는 경형이 있다. 크로마토그라피(고압 액체 크로마토그라피를 포함)는 선택성이 무수하지만 실험실의 분리에만 한정되는데, 대부분 공업적인 면에 응용할 시는 조작비가 나무 높은 단점이 있다. 이온교환, 이온추출, 이동방출 및 역 전기투석방법 등은 전체 pH와는 다른 등전위점을 갖는 고분자량 물질이 다량 존재하지 않을 경우에만 적용될 수 있는데, 그렇지 않으면 독이 발생한다. 더욱이 높은 투자비와 가동비로 인하여 발효산업에 있어 값싼 원료의 처리에 저장을 초래한다.
본 발명의 목적은 단지 수 옹그스트롬의 통로(channel)차원에 대해 약 10 내지 20% 보다 큰 다공도를 갖는, 유체(가스 또는 액체)에 대한 확산 격벽을 제공하는데 있다.
또한 본 발명의 목적은 특정한 무기물질을 확산 격벽의 매트릭스(matrix)내에 고정시켜 거의 균일한 분자 그리드(grid)구조(이는 약 1,000달톤 미만의 분자량을 갖는 저분자물질을 선택적으로 분리하는데 있어 효과적인 분자 스크린 역할을 한다)를 갖는 선택적 확산 격벽을 제공하며 또한 이온성 물질을 더욱 효과적으로 분리할 수 있는 장치를 제공한다. 사용한 매트릭스는 소결유리, 투석막, 다공성금속, 또는 기타의 적합한 다공성 구조물 등과 같은 공지의 확산 격벽일 수 있다.
또한 본 발명의 목적은 기존 확산 격벽을 화학반응의 영향을 받는 지지체로 사용하여 분리된 물질의 분자 크기에 관해 치밀한 분자크기의 거의 균일한 그리드를 제조하는데 있다.
또한 본 발명의 목적은 이온교환에 대한 대응물을 제공하는데 있으며 : 유기매체로부터 이온성 물질과 비-하전 물질을 분리하는 방법과 제공하는데 있다(여기서, 직접 이온교환 처리와 동일한 효과를 지니고 있지만 이온교환 수지의 독을 피해야 한다).
또한 본 발명의 목적은 이온성 물질이나 저분자물질을 액체로부터 분리하는 방법 및 장치 그리고 상기 액체를 기공 또는 분자 그리드 구조가 균일하거나 투과성이 균일한 확산 격벽을 사용하여 분류하는 방법 및 장치를 제공하는데 있다(여기서, 이온성 또는 소분자 물질의 확산이 상기 분자 그리드 구조를 통해 삼투흐름에 역행하여 일어나 분리된 물질의 상대 확산 계수의 비보다 큰 선택성을 얻을 수 있다).
또한 본 발명의 목적은 단일 분리성 단위를 사용함으로써 케스케이드 시스템의 사용에 의한 이러한 단위의 원 분리요소를 개선시키는 방법을 제공하는데 있으며 : 종래 케스케이드 시스템의 다단 재순환 방법을 이용하지 않고 분리될 필요가 있는 액상에 있어 두 성분사이의 분리요소를 증가시키는 방법을 제공하는데 있다.
또한 본 발명의 목적은 당밀의 가치를 올리기 위한 탈염 방법과 개선된 당의 회수방법 또는 액체 당 제품의 제조 도는 고순도 당밀 제품의 제조방법을 제공하는데 있다. 또한 본 발명의 목적을 발효율, 알코올 또는 다른 제품의 수율 및 유출액의 고체농도를 증가시키는 발효에 대한 개선된 공급물을 제공하는데 있다.
본 발명의 이들 및 다른 목적은 본 발명의 다음 설명으로 더욱 자세히 설명된다.
본 발명에 있어서는, 고정된 물질의 물리적 구조를 조절하여 확산 격벽의 외부 표면에 플러깅(phugging)현상이 없도록 확산 격벽의 내부에 콜로이드질형태, 결정형태, 반결정형태 또는 이들의 혼합형태로 무기물질을 고정시키는 방법을 제공한다. 이렇게 처리된 확산 격벽은 대부분의 경우 그의 원 투과성에 있어 약 10% 이상을 잃지는 않는다.
또한 본 발명에 있어서는, 용매(예 : 물)로부터 제1액을 분리시키는 거의 균일한 매트릭스 투과성을 갖는 확산 장벽으로 제1액을 처리함으로써 제1액과 용매 사이의 삼투구배에 의해 저분자물질, 특히 염을 삼투 흐름에 역행해서 제1액으로부터 용매로 선택적으로 이동시킴을 특징으로 하여, 서로 분자량이 다른 하나 또는 다수의 용해된 물질을 함유한 제1액(예 : 당밀 또는 당밀 발효액)으로부터 저분자물질을 분리하는 방법을 제공한다.
삼투흐름에 대한 저분자물질의 확산은 분리된 물질의 상대 확산 계수의 비보다 큰 선택성을 제공한다.
분리조작의 선택성을 증가시키기 위해 사용한 확산 격벽이 균일한 투과성을 갖는 어떤 적합한 다공성 확산 매체일지라도, 거의 균일한 투과성을 갖는 중공섬유 튜브 단위내에 포함된 중공섬유로 이루어진 확산 격벽이 바람직하다[여기서, 제1액은 중공섬유 다발의 통로 또는 내강(lumen)내부를 통해 순환하며 용매는 중공섬유 다발에 둘러쌓인 공간에서 순환하므로, 저분자물질은 균일한 그리드 구조에 의해 제공된 분자 스크린을 통해 삼투흐름에 역행하여 중공섬유의 벽 및 용매로 확산이 될 수 있다].
또한 본 발명에 있어서는, 섬유 다발로 둘러쌓인 공간에서 순환하는 용매를 케스케이드 장치내에서 추가로 처리하여 함유된 분자물질을 분리시킨다. 중공섬유 다발로 둘러 쌓인 공간에서 순환하는 용매를 제2중공섬유 튜브 단위의 중공섬유 다발로 둘러 쌓인 공간으로 순환시키는 것이 바람직하다(여기서, 상기 곤간내의 용매와 제2중공섬유 튜브 단위의 중공섬유 통로 또는 내강 내부를 통해 순환하는 추가의 용매 사이에는 삼투구배가 존재하여, 상기 공간내에 존재하는 용매로부터 제2중공섬유 튜브단위의 중공섬유 통로 또는 내강 내부를 통해 순환하는 추가의 용매로 저분자물질이 선택적으로 이동된다). 보통은 제2중공섬유 튜브 단위의 중공섬유 다발로 둘러쌓인 공간으로부터 처리한 용매를 제1공정섬유 튜브 단위의 중공섬유 다발로 둘러쌓인 공간으로 다시 역순환시킨다. 중공섬유 다발로 둘러쌓인 공간으로부터 처리한 용매를 제1중공섬유 튜브 단위의 중공섬유 다발로 둘러쌓인 공간으로 다시 역순환시킨다. 중공섬유 다발로 둘러쌓인 공간으로 다시 역순환시킨다. 중공섬유 튜브 단위 쌍내의 용매와 함께 재순환된 용해된 물질의 농도를 조절하기 위하여 제2중공섬유 튜브 단위의 중공섬유 튜브다발로 둘러쌓인 공간으로부터 처리된 용매의 일부를 제1중공섬유 튜브 단위로 처리한 제1액류로 역순환시킨다. 처리된 제1액류(예 : 당밀)로 역순환된 용매의 부피를 대체하기 위해 순환 용매계로 순수용매(예 : 물)를 가할 수 있다.
추가로 용매를 이온교환으로 처리하거나 또는 용매로부터 제거된 물질을 흡착시킴으로서 고정시킬 수 있는 기타의 처리를 하는것도 본 발명의 영역에 든다.
또한 본 발명에서는 분자량이 서로 다른 용해된 분자물질을 다수 함유하고 있는 제1액(예 : 당밀과 같은 서당 함유 용액, 또는 당밀의 발효액)의 분류방법을 제공하는데, 이의 방법은 다음과 같다 :
(i) 제2액(예 : 물)으로부터 제1액을 분리시키는 확산 격벽으로 제1액을 처리하여 제1액과 제2액 사이의 삼투구배에 의해 저분자물질(예 : 염)을 제액으로부터 제2액으로 삼투흐름에 역행시켜 선택적으로 이동시킨후 : (ii) 이어서 제1액을 반투과성막으로 한외여과한다.
이렇게 함으로서 물 또는 소정 크기 이하의 분자와 함께 상기 제1액의 다른 용매성분이 통과하게 되어, 상기 분자를 함유한 처리된 생성물의 투과물을 형성한다. 그리고 상기 소정 크기 이상의 분자(예 : 단백질과 같은 고분자물질)가 과하지 않게 되어 제1액의 잔류성분의 농축물이 형성된다.
또한 본 발명은 상기 방법으로 처리한 제품[예 : 당밀 또는 당밀의 발효액] 및 상기 방법의 결과로 얻은 분류제품[예 : 당(액체 또는 결정형태로) 및 단백질]에 관한 것이다.
또한 본 발명의 다른 국면에 있어서는 분자량이 서로 다른 용해된 분자물질을 다수 함유하고 있는 제1액의 분류장치를 제공하는데, 이의 장치는 다음으로 이루어져 있다 : (i) 분자 그리드 매트릭스를 가지고 있으며 또한 선택성을 증가시키는 거의 균일한 그리드 투과성을 가지며 그리고 제2액으로부터 상기 제1액을 분리하기 위한 다공성 확산 격벽 장치(이로서 저분자물질이 제1액 및 제2액 사이의 삼투구배의 영향을 받아 상기 제1액에서 상기 제2액으로 확산이 일어난다) 및 (ii) 한외여과장치(이로서 상기 제1액의 용매 및 소정 크기 이하의 분자를 함유하는 투과물 및 상기 소정 크기 이상의 분자로 이루어진 농축물로 선택적으로 스며들 수 있다).
이상적으로, 확산 격벽의 균일한 그리드 투과성으로 인해 삼투흐름에 대한 저분자물질의 확산이 분리된 물질의 상대적 확산 계수의 비보다 큰 선택성이 생긴다.
확산 격막 장치는, 각 튜브형 외피로 된 하나 이상의 중공섬유 튜브 단위 : 외피의 축방향으로 외피내에 배열된 다공성 중공섬유 다발 : 중곰섬유 다발의 외면과 외피의 내면 사이에 형성된 향류액실 : 제2액이 액실을 드나드는 제1유입구 및 유출구 : 중공섬유 다발에 의한 둘러쌓여지고, 액실로부터 중공섬유의 개구 말단을 분리시키며 액실의 길이를 한정하는 간막이 벽 : 및 제1액상에 대한 제2유입구 및 유출구(여기서 제2유입구 및 유출구는 각 중공섬유의 내부공간 또는 내강과 연결되며, 소정 분자크기와 투과성 다수의 통로 및 기공은 각 중공섬유의 내부공간 또는 내강과 액실 사이를 연결한다)등을 포함하는 것이 바람직하다.
향류 액실내에서 순환하는 제2액을 처리하여 용해된 이온성 또는 분자물질을 처리할 수 있는 시스템을 제공하기 위해, 예를들면 환경여건에 필요한 것으로서, 각 중공섬유 튜브 단위의 제1유입구 및 유출구가 제2액의 순환에 대한 제2중공섬유 튜브 단위의 제1유입구 및 유출구와 직렬로 연결된 케스케이드 시스템을 사용함이 바람직하다.
또한 이의 변형에 있어, 처리된 제2액의 적어도 일부를 상기 장치로 처리된 제1액류로 직접 역순환시키는, 또한 이미 분리된, 처리된 제2액 대신에 순수한 제2액(예 : 한외여과한 물)을 첨가하는 개구 케스케이드 시스템(open caschade system)을 제공한다.
케스케이드 시스템에는 분리된 분자에 대한 용매가 함유되어 있는데, 용매는 제1액, 그리고 제2단위의 외부 분리흐름에 대해 사용한 용매와는 다를 수 있으며, 용매가 다를 경우 다른 두 용매들과 함께 섞이지 않는다.
또한 본 발명의 변형으로서 이온교환장치 및 또는 흡착에 의한 용해된 물질을 고정시킬 수 있는 기타의 장치를 사용하여 제1액으로부터 확산된 화합물을 제2액으로부터 제거할 수 있다. 이는 하나 또는 둘 이상의 다음을 포함한다.
(ⅰ) 이온 또는 하전분자를 선택적으로 분리시키기 위한 하나 이상의 이온교환수지(강염기 또는 강산을 사용한 이온교환으로 재생시킬 수 있다).
(ⅱ) CSIRO에서 개발한 하나 이상의 Sirotherm 유형 단위(하전물질로부터의 흐름을 분리시킬 수 있으며 열처리로 재생시킬 수 있다).
(iii) 활성화 탄소와 같은 하나 이상의 흡착 단위(열처리로 재생시킬 수 있다).
(iv) 하나 이상의 상호 통할 수 있는 이온성 시스템(미소 압력으로 재생시킬 수 있다).
(v) 용매 유입구(사용한 용매가 처리된 제1액의 기본용매와 동일할 경우, 폐순환 시스템의 용적을 일정하게 유지하고, 그리고 제1단위의 내부코어 및 외부코어 사이의 삼투압 차이에 의한 용매의 이동을 평형하게 한다).
(vi) 폐순환에서 섞이지 않는 용매의 2성분 유체를 사용할시 두상의 액체를 선택적으로 분리시키는 단위. 용매추출에 있어 한 용매는 처리된 제1액에서 사용한 용매이고, 반면에 다른 용매는 분리된 물질에 대해 좋은 용매이다.
(vii) 상기(vi)를 사용할시, 한 용매의 현탁액을 만드는 장치.
(viii) 재순환용 펌프.
(ix) 제품을 처리된 원제품으로 다시 액순환시켜 배출시키는 폐순환으로부터의 배출구.
종래의 투석방법은 분자와 그의 수화작용의 제1범위, 그리고 벽과의 상호작용을 피하기 위하 충분한 양으로 물의 환류를 제한하기에 충분히 적은 기공을 갖는 막을 사용한다. 이러한 조건에 있어서는 고전적인 확산 법칙에 따르는데, 투석은 관계된 분자물질의 각 값과의 직접 상호관계로 진행된다. 기공의 균일성은, 이 경우에 있어 특정된 것은 아니지만 측정된 확산 계수의 값은 근본적으로 소결된 유리 확산 셀에서 측정한 것과 동일하다(이는 막 저항 및 계면저항의 상대적 값을 사용해 보정한다)[참조 : McGrawhil에서 출간된 Scheitzer의 저서 "Handbook of Separation Techniques"].
그렇지만, 각 분자의 평균 자유 행로의 반에 근접한 분자크기의 균일한 그리드로서 선택적인 역투석이 일어난다. 이러한 효과는 단지 어떠한 가기공도 물의 플럭스(flux)/확산 평형에 유해한 용매로의 자유 통과를 허학하지 않은 경우, 즉, 벌크 역확산이 최소일 경우에만 가능하다.
이 방법에 있어서, 막 또는 다른 확산 격벽은 두 유체사이의 상호 접촉면이 된다 : 한쪽은 삼투압이 높고, 다른 한쪽은 삼투압이 낮다. 유체 1에는 유체 2에 선택적으로 이동되는 여러 종류의 저분자량 물질이 함유되어 있다. 막의 기공을 통해 이동할 수 있는 (a)와 (b)의 두 물질이 유체 1에 C1A및 D1B의 벌크 농도로 존재할 경우, 각 물질은 그들의 상대적 농도구배 및 지역적 이동 벡터 DA및 DB와 함께 확산 계수에 따라 이동한다. 기공 내부 물의 향류는 지역적 이동 벡터 DW에 상응한다. DA및 DB는 엷은 벽 농두구배와 직접 관계가 된다(예 : 각 석에서 C1A, C1B, C2A, C2B대신에 C1'A, C1'B, C2'A, C2'B로 사용).
동일한 방법으로 DW는 두 막 벽사이의 실제 삼투압 차에 따르는데, 물질의 벌크 농도로부터 측정한 삼투압 차에는 따르지 않는다(편광도에 기인하여), C1A'대신에 C1A의 변화(더욱 일반적으로는 C'값 대 C값)는 Blatt식에 의해 결정되어진다. 주어진 C1A값에 대해서, 유체 1 및 유체 2에 관계되는 전단율 또는 DW를 선택적으로 변형시키는, 막을 통한 압력구배를 조절하므로서 |DB|＜|DW|＜|DA|와 같은 DW의 값을 선택하는 것이 항상 가능하다.
그렇지만, 실제로는, 기공 구조의 차원이 변형되기 때문에(예 약 50Å 내지 약 10Å)고전적인 확산과는 다른 형상을 고려해야 한다. 그러므로 본 발명에서는 고정된 무기물질, 용액내 이온물질 및 또는 수화물의 제1 또는 제2영역의 최대 상호작용을 고려한다.
이점에 관해서, 통상의 확산에 따르는 적어도 다음의 네 고려점이 있다.
(i) 변칙적인 확산형상, 실험에 있어서는 주어진 상기의 DA및 DB는 두 물질의 지역적 농도구배에 의해 영향을 받을 수 있다. 이동성이 적은 이온은 이동성이 큰 이온에 의해 속도가 느려진다(예 K+는 Na+보다 빠르게 확산한다 : Na+의 농도가 증가할 경우 K+의 확산속도는 증가하게 되지만 Na+의 확산속도는 감소된다).
(ii) 이동의 각 전기적 중성에 대한 도난(Donnan)평형효과.
(iii) 수화물의 제1영역에 대해 강력한 결합으로 결합된 이온물질은 일반적으로 약한 결합으로 수화물의 제2영역과 결합되어 있다. 이는 물분자 또는 수화물 제1여역밖의 용매분자의 부분적 배열에 의해서만 설명할 수 있다. 이 경우 수화물의 제2영역은 관계된 무질서한 분자의 에너지 상태 및 부분적으로 재유입된 상태의 에너지 상태의 차인 에너지 수준에 의해 결정되어진다. 이점에 있어서, 용매화의 제2영역내 용매분자의 배위에 포함되는 에너지 수준의 미소한 차이로 말미암아 동일한 외각 셀 전자구조를 갖는 이온물질(예 : 하프늄과 지르코늄)을 식별할 수 있다.
(iv) 벽, 용질 및 용매간의 밀접한 분자 상호작용, 벽과 근접한 이온물질간의 배위 에너지를 사용하여 이온물질을 구별할 수 있다. 그리고 이 에너지는 벽에 반대 하전 이온의 결합으로 얻은 분자물질의 용해성 생성물과 연관되어 있다. 예를들면, 황산바륨을 그리드의 주성분으로 사용할시, SO4 --이온은 확산되지 않을 것이며, 또는 매우 느리게 확산될 것이다. 이는 용해성 생성물 [Ba++] [SO4 --]이 매우 조그마하기 때문이지만, 이온은 용해성 생성물 [Ba++] [Cl-]2이 크기 때문에 보통의 확산 계수와 비교할 때 현저한 차이 없이 확산될 것이다.
다르게 표현하면, 반응은 두 반응물 사이에서 진행되는데, 하나는 용매이고 다른 하나는 제1매트릭스의 반대면에서 순환하는 물질이다. 예를들면, 만일 매트릭스가 중공섬유의 형태일 경우, 반은 각각 용질 'a'와 'b'를 함유한 두 용액 'A'와 'B' 사이에서 진행된다('A'는 중공섬유 매트릭스의 외부에서 그리고 'B'는 내부에서 순환한다).
고정된 성분은 용매 'a'와 'b'에 대해 불용성이며, 또는 이들중의 하나에 있어 적어도 전체가 불용성이다.
다음의 반응식에 있어 용질 'a'와 'b'간의 반응으로 얻어진 화합물 'c'의 고정에 대하여, 'a'와 'b'의 활성이온부분을 각각 반응에 의해 결정된 그들의 화학양론적비를 가지고 있지만, 그의 확산 계수 또는 그의 이온성 변동에 의해 수정된다.
Figure kpo00001
예를들면, 중공섬유 형태막의 내부에 대한 황산바륨(BaSO4)의 고정은 중공섬유 외부의 수산화바륨(Ba(OH)2)용액과 섬유 내부의 황산(H2SO4)용액과의 반응에 의해 진행된다. 반응속도는 반응의 출발점에서 Ba++와 막 내부의 SO4 --가 화학양론적 비를 갖도록 조절한다.
다르게 표현하면, SO4 --에 대한 확산 계수와 값으로 계면에서 Ba++의 이온농도와 동일하도록 사용한 H2SO4의 농도를 조절한다. 이는 사용한 두 용액의 화학양론적 비를 간단히 결정하기에는 충분하지가 않다는 것이며 확산속도의 차이를 고려해야 함이 또한 필수적이다. 여러 이론성 물질의 확산 계수는 표준 교재를 참고로 하여 알 수 있다. 이온성 물질을 농축시켜 확산 계수를 증가시키면 어느 시간에 계면에서 존재하게 될 이온의 양이 주어진다. 이를 결정하는데 있어서, 존재할 다른 물질의 이온양을 측정하고 필요한 경우 정확히 동일한 농도 또는 화학양론적 비가 계면에 동시에 존재하도록 농도를 조절하는 것이 필요하다. 막중 무기물질의 결정형성은 확산 계수가 두 기류의 온도가 동일하지 않을 경우 이러한 확산 계수 대 온도의 변화에 관계하는 한 허용될 수 있다.
성분 'a'의 고농도와 함께 어느 정도의 비평형으로 인해서 성분 'b'와 접촉되는 면에 고정이 형성된다. 다르게 표현하면, 상기의 예에 있어서, 사용한 Ba(OH)2의 농도가 특정한 농도보다 높을 경우 중공섬유의 Ba(OH)2외면으로 인해 중공섬유의 내부코어에 BaSO4의 고정이 형성되게 된다.
상기의 반응식에 있어서, 그의 결과로, 용액 'A' 및 'B'에 함유된 한 용매내에서 적어도 한 종류의 불용성물질을 생성시키는, 'a'와 'b'의 반응식을 이용할 수 있다.
침전물의 밀도는 처음에 형성된 층에서 높을 것이지만, 섬유의 내부에서 형성된 층에서는 절차로 낮아지게 될 것이다.
확산 격벽의 내에 및 위에 무기물질의 두 다른 층을 고정시키는 것도 또한 본 발명의 영역에 든다(한 무기물질은 한 특정성분에 선택성을 주며, 다른 무기물질은 처리되는 용액중 포함된 하나 이상의 다른 성분에 선택성을 준다).
실제로 사용한 한 용매에 불용성인 어느 무기화합물을 취하는 것은 가능하다. 이러한 화합물의 화학식으로부터 이 화합물을 유도하는 화학식을 결정하는 것이 가능하다. 반응에 있어 두 성분과 함께 각 성분에 대한 확산 계수가 결정되어지며, 그리고 본 발명에 의해 화합물을 고정하는 필수사항을 결정할 수 있다.
확산 격벽으로서 바람직한 것은 두께가 약 3 내지 약 15마이크론이고, 내부의 통로 높이 또는 직경이 약 200마이크론인 다공성 중공섬유이다.
당일의 탈염과 관계되는 본 발명의 방법에 있어서, 사용한 확산 격벽은 Al2(SO4)3와 Ba(OH)2의 반응으로 얻은 상호침전물 Al(OH)3와 BaSO4가 고정된 1.8㎡의 중공섬유 단위이다. 상기의 기술에 필요한 엄밀한 농도를 산정하는 것이(확산 계수 등을 결정), 중공섬유의 외부에 포화된 Ba(OH)2및 내부의 0.158N H2SO4의 용액을 재생시키는 것과 함께 따르게 된다. 본 시스템에 있어서, 전형적으로 500g의 당밀을 500ml의 H2O로 희석시켜 전체부피 830ml인 용액을 만든 다음, 이 용액을 400ml/분의 속도로 중공섬유의 내부에 순환시킨다. 중공섬유의 외부에서는 H2O를 2ℓ/분의 속도로 상기에 연관된 유형의 확산 격벽과 함께, 선택성에 관한 메카니즘은 다음의 5가지가 있다.
(1) 이온 상호작용에 의한 선택성, 격벽으로서 무기 침전물을 사용할시, 남아있는 물질은 근소하게 분자의 흐름에 영향을 미친다(예 : BaSO4는 SO4 --에 대해서 선택적이지만 Cl-는 통과시킨다).
(2) 미소한 지역간의 이동(예 : 소수성 격벽은 용매화될 수 있는 어떤 물질을 선택적으로 이동시킬 것이다).
지역간의 이동은 단계별 조작인데, 이는 다음과 같다 :
(i) 분자의 종류
(ii) 격벽을 통한 확산, 그리고
(iii) 격벽에서 제2액으로의 탈착.
(3) 격벽으로 분리된 두 액상 사이에서의 삼투구배로 인한 선택성, 이 경우, 용매의 향류는 확산 물질의 이동을 방해한다. 그리드의 최대크기가 확산분자의 평균 자유 행로보다 적을 경우, 용매의 향류 효과는 선택적인 분리효과를 낳게 된다.
(4) 변칙적인 확산.
(5) 선택적인 역투석.
그렇지만, 상기 (2) 및 (3)에 있어서는 100%의 효과가 나타나지 않는다. 소 이온물질과 소 비하전 물질간의 분리를 하기 위해 필요한 경우에는, 완전히 분리 그리고 특허는 비 하전물질의 이동을 완전히 폐쇄하는 것은 어렵다[예 : 복합 유기물질로부터 이온물질을 선택적으로 분리하거나 탈염을 할 경우에, 어떤 서당시럽(예 : 당밀)의 탈염에서와 같이 저 유기분자의 이동을 피하는 것이 필요하다].
이러한 분리를 달성시키는 종래의 한 방법에서는 이온교환수지를 사용하였는데, 복합 혼합물의 탈이온을 하는데는 2단계가 필요하였다.
미세 다공성 매트릭스에 있어 제조한 이온교환 수지는 대부분의 경우 유기 매체내에 존재하는 거대 유기분자에 의한 독이 매우 민감하다. 이러한 이유 때문에 이온교환수지의 내부 기공의 구조보다 큰 분자와 수지 그 자체간의 어떠한 접촉도 피하는 것이 중요하다.
본 발명에 있어서 사탕수수의 당 당밀의 탈염에 관한 것은 다음과 같다.
일반적으로, 당밀에는 약 55중량%의 당(80부피%), 25%의 물 그리고 약 동등량의 염과 거대 유기분자가 포함되어 있다. 거대분자(20,000이상의 분자량)는 주로 단백질과 왁스인데, 염은 주로 K, Mg, Na 및 Ca 이온 등으로 이루어져 있다.
당밀내 자당의 함량은 25 내지 40%이고, 당은 12 내지 35%이지만, 두 조성의 함은 일반적으로 최종 당밀의 50 내지 55%이다.
그렇지만, 당밀내에 염 및 거대 유기분자가 축적되면 당의 회수에 있어 비경제적이며, 발효에 있어 그의 값이 떨어진다.
당밀중 염함량, 특히 사탕수수로부터 당밀중 칼륨염 함량이 높으면 이의 최종 이용이 제한된다. 당밀중 고회분 및 비-당함량의 혼합은 복잡한 수용성 반응에 기인하여 잔류 자당의 회수를 제한한다. 이외에 당밀중 염소산칼륨 농도는 완화효과가 있어서 동물급식의 당밀이용을 제한한다.
당밀로부터 염을 분리하는 현행 기술은 이온교환이나 전기투석 방법에 기초를 둔다. 그렇지만, 당밀내에 고분자량의 성분이 방법이 수지 및 막의 오염을 야기시키므로 비상업적으로 가능한 사탕수수 공업에 개발되어 왔다.
본 발명의 방법을 이용하므로서 벌크상태의 염(특히 칼륨 및 마그네슘 염( 및 다른 저분자를 당밀로부터 분리하여 더 효과적인 발효에 이용하고 저장식품에 적용하기 위해 더 유용한 생성물인 처리된 당밀을 제공할 수 있다.
중공섬유 분리와 한외여과 방법을 조합함으로서 염과 분자량이 큰 유기물질(왁스, 단백질, 폴리셀룰로즈물질)을 효과적으로 분리하여 예를들면 필요한 경우 자당이 결정화될 수 있는 당시럽 형태인 당밀의 당함량을 완전히 회수하는 상태로 되게 할 수 있다. 중공-섬유 분리 및 한외여과 방법을 혼합하여 이의 염 및 분자량이 큰 물질의 주부분의 투입 당밀을 소모하는 것도 가능하다. 이렇게 함으로서 당 시럽 또는 당밀에 상용하는 생성물 또는 "골든 시럽(golden syrup)"을 얻을 수 있다.
본 발명의 이 양태에 따라, 당밀을 중공섬유 분리 유니트에 이어서 삼투 탈염 처리를 한다. 바람직하게는, 각 분리 유니트는 선택성이 높고 매우 다공성인 확산 격벽으로 이루어져 있다(중공섬유는 재생된 셀룰로오스로 이루어져 있으며, 기공이 거의 균일하며 특정한 무기물질은 결정격자의 형태로서 막의 기공 및 표면에 고정된다). 이 방법에 있어서, 각 중공섬유는 선택된 또는 분리된 물질의 분자크기에 관해, 미세분자 크기의 거의 균일한 그리드로 이루어져 있다. 확산 격벽에 배제 특성을 변화하기 위ㅏ해 결정 격자의 형태를 변화시킬 수 있다.
당밀을 중공섬유를 통해 향류로 중공섬유 외부에 있는 물(또는 한외여과된 물)의 흐름으로 통과시킨다. 각 중공섬유 단위에는 당밀 공급용 유입구 및 유출구 그리고 향류의 물 흐름에 대한 유입구 및 유출구가 있다. 기공은 당이 향류 흐름의 물로 이동되는 것을 방지한다. 그렇지만, 포타슘, 칼슘 및 마그네슘 이온들은 이온 확산 이동 메카니즘에 의해 이러한 흐름으로 이동될 수 있다.
당밀의 탈염에 관한 본 발명의 방법은 도면에 상세히 설명되어 있다.
도면 1은 본 발명의 원리를 구체화한 장치를 나타낸 개요도이다. 이 장치는 하나 또는 그 이상의 중공섬유 탈염 튜브 단위, 필요한 탈염의 수준에 따르는, 직렬로 또는 케스케이드 형태로 연결된 이러한 튜브의 하나 또는 그 이상의 뱅크(bank)로 이루어져 있으며, 그리고 단백질 및 왁스와 같은 당밀의 거대분자 성분으로부터 당을 분리하기 위한 하나 이상의 뱅크로 이루어져 있다.
도면 2는 향류흐름의 물로 유입될 수 있고 배출시키기전에 처리할 필요가 있는 당밀내 벌크상태의 당을 회수하기 위해 설계된 당밀 탈염에 대한 케스케이드 탈염 유니트이다.
각 중공섬유 탈염 유니트는 활성 표면이 1.8㎡인데, 두께가 약 3 내지 15마이크론이고, 내부 챈널 또는 루멘 직경이 약 200마이크론인 다수의(9,000 내지 15,000)중공섬유로 이루어져 있다. 중공섬유의 다공도 비는 약 20%이고 분자 스크린은 약 10Å이다.
도면 1에 있어서, 당밀(필요한 경우 물로 희석)을 중공섬유에 둘러쌓인 공간내로, 향류로 펌프된 여과 또는 한외여과된 물과 함께 중공섬유의 내부 통로를 통해 펌프한다. 존재하는 삼투구배의 영향으로서, 어떤 이온(포타슘, 칼슘 및 마그네슘 이온을 포함)은 분자 스크린을 통해 확산한다. 중공섬유 튜브를 통해 펌프된 당밀의 흐름 속도 및 필요한 탈염 수준에 의해, 당밀을 이러한 중공섬유 튜브의 다수의 뱅크를 통해 통과시켜 탈염의 필요한 수준을 얻을 수 있다. 예를들면, 포타슘 함량을 원 포타슘 함량의 약 90%까지 축소시킬 수 있는데, 사용한 중공섬유 튜브 단위의 수 및 가동조건에 따른다. 당밀내에서 가장 풍부한 염인 포타슘의 반 이상은 중공섬유 튜브의 뱅크를 한번 지나게 되면 분리된다. 단지 4kw의 전력으로 시간당 물을 4㎥이하 사용하여 60튜브 모듈을 사용하여 시간당 1.8톤의 거의 탈염된 당밀을 생성할 수 있다. 조작압력은 전형적으로 50kpa이하이지만 당밀의 점도, 온도, 유속 및 필요한 탈염의 수준에 따른다.
당밀내 이온 수준은 중공섬유 튜브를 통과하기 전, 후에 흡착 분광기를 사용하여 결정할 수 있다.
520g/l의 서당 농도로 희석된 당밀을 사용하여 1.2㎡의 막에 대해 얻어진 결과는 다음과 같다.
Figure kpo00002
상기 단계에 있어서, 필요하다면, 당밀의 처리를 끝마칠 수 있고 탈염된 당밀을 정련장치 또는 발효장치로 되돌릴 수 있다.
그렇지만, 탈염된 당밀을 한외여과시킴으로써 제2액상으로 처리하여 서당보다 분자량이 큰 거대분자를 제거할 수 있다(즉, 단백질과 왁스를 제거한다).
도면 1에서와 같이 중공섬유 분리 및 한외여과장치를 결합시킴으로서 유입 당밀에서 염의 대부분 및 분자량이 큰 거대분자 물질을 분리시킬 수 있다. 이렇게 함으로서 서당 시럽 또는 "골든 시럽(Golden Syrup)"에 상응하는 제품이 얻어진다.
탈염된 당밀을 도면 1에서와 같이 모세관 모듈의 3단계 한외여과 시스템을 통해 순환시킨다. 한외여과를 함으로서 다공성막을 통해 엷은 통로에서 분자크기가 다른 물질이 고속으로 분리된다. 여러 가지 분자량 절단이 상업적인 필요 및 요구에 부합하게 당밀의 왁스 및 거대분자 함량을 조절하는데 유용하다.
중공섬유 탈염 튜브와 한외여과 장치를 결합시킴으로서 나타나는 효과는 저분자물질과 거대분자 물질이 분리되어 당(자당 및 전화당) 및 중간 분자량을 갖는 착색제를 함유한 시럽이 생성되는 것이다. 이러한 생성물(당밀 도는 골든시럽)은, 액상 당 대용물로서 직접 사용할 수 있고 천연의 착색제(UF막의 분자량을 변형시켜 색을 조절할 수 있다)로서도 사용할 수 있으며, 농축시켜 발효분야(이스트, 시트르산, 모노소디움 글루타메이트, 의약품)에도 사용할 수 있으며, 자당 추출을 위해 정련장치로 되돌릴수도 있다(포타슘의 함량이 낮고 고분자량의 화합물이 없으면 2/3의 자당 회수가 가능하다).
장비는 사용자의 필요에 따라 용이하게 조정하거나 채택할 수 있으며 : 생성물의 염 함량을 수정하기 위해 기구를 조정하는 것은 간단하다.
또한 서로 다른 한외여과막을 사용함으로서 최종생성물의 색, 맛 및 결과적인 기계적 특성을 향상시키기 위해 색, 맛 및 계면성과 연관된 저분자량 물질의 양을 선택적으로 조절할 수가 있다.
한외여과 유니트의 처음의 두 단계에서는 당 시럽이 생성된다. 제3단계에서는 물을 가하여 당밀을 세정한다. 제3단계로부터의 투과물(매우 묽은 시럽으로서 "단물")은 향류 혼합기로 역순환시키는데 여기서는 탈염 단계전에 유입된 당밀을 희석시킨다. 밀착된 루프 시스템이기 때문에 당의 손실이 조금도 없다.
제3단계에서 나오는 당밀은 주로 단백질 농축물인데 약 25%의 단백질과 왁스가 함유되어 있다. 설치를 줄이기 위해서는 단백질 농축물을 혐기성 오수 정화조에 배출시킬 수 있다. 설치를 크게하면(년간 10,000톤 이상의 당밀을 처리할 경우)분말 형태로서 단백질 농축물을 회수하기 위해 건조기를 설치해야 한다. 단백질 농축물 용액은 약 3일간은 안정하지만 건조하면 약 12개월간은 안정하게 된다.
도면 2는 중공섬유 튜브 탈염 단위의 변형에 관한 것이며, 이는 도면 1에 나타난 시스템의 일부로서 이용하거나 또는 연속적인 한외여과 처리가 없어 직접적인 당밀의 탈염시 사용된다.
도면 2에 나타난 바와같이, 튜브 1의 중공섬유의 중앙통로를 통해 중공섬유 다발로 둘러쌓인 공간으로 향류로 펌프된 물과 함께 당밀을 펌프한다. 당밀에서 향류의 물로 유출된 어떠한 당의 효과를 축소시키기 위해, 상기 향류의 물을 튜브 1에 연결된 튜브 2의 중공섬유 다발로 둘러쌓인 공간으로 펌프한다. 튜브 2에서는 여과된 물을 중공섬유의 중앙통로를 통해 펌프하며 여기서는 삼투구배의 영향을 받아 중공섬유를 둘러싼 물속의 염이 중공섬유의 다공성 벽을 통해 그리고 중공섬유의 중앙통로를 통해 순환하는 물속으로 확산되는데, 후에 배수 시스템으로 보낸다. 튜브 1의 중공섬유 다발을 둘러싼 물속으로 유입된 펌프상태의 당은 튜브 1과 2사이의 물의 순환내에서 보통 유지된다.
튜브 1 및 2 사이의 물을 순환시키는 당의 농도를 조절하기 이해, 이 물의 일부를(도면 2에 나타낸 바와같이) 유입제거하고 유입되는 당밀 흐름으로 다시 역순환시키며 이는 중공섬유의 엷은 통로를 통해 펌프하기 위해 허용되는 희석농도로 공급 당밀을 희석하는데 유용하다. 유입 제거된 당-함유수를 한외여과수로 대치하여 도면 2에 나타낸 바와 같이 튜브 1 및 2사이의 순환회로에 공급한다.
실험에 있어서는, 50무게%의 당과 5%의 염을 함유한 당밀을 튜브 1을 통해 통과시킨다. 튜브 1에서 생성된 탈염된 당밀에는 49%의 당과 2%의 염이 함유되어 있다(60% 탈염), 결과로서, 튜브 1의 항류 물에는 3%의 염(중공섬유의 벽을 통해 당밀에서 향류 물로 확산된 것)이 함유되어 있으며, 물속으로 유출된 당 약1%가 함유되어 있다.
향류 물을 튜브 2의 중공섬유 다발을 둘러싼 공간으로 보낼시, 그리고 튜브 2의 중공섬유의 중앙통로를 통해 순환하는 순수물에 대해 처리할시는, 18%의 염을 통과시키고, 0.2%의 당을 배출시킨다.
그러므로, 튜브 1로 되돌려 재순환시킨, 또는 당밀의 유입 스트림으로 되돌려 재순환된 물에는 0.98%의 당과 1.2%의 염이 포함되어 있다. 그러므로 도면 2에 나타난 개방된 케스케이드 시스템으로서 당의 손실을 최소로 줄일 수 있다.
당밀을 처리하기 위해 사용한 장치의 형태는 여러 요건에 따르지만(처리된 당밀의 사용용도 그리고 가동측면에서 고려해야할 환경조건), 일반적으로 다음의 3유형이 있다.
유형 1은, 공해조절이 우선적으로 중요하지 않으며 투자비가 최소로 된다.
물(완전히 한외여과된)을 직접밀), 탈염을 필요한 수준으로 하기 위해서는 한번, 두번 또는 세번을 통과시킬 수 있다.
유형 2는, 공해조절이 최우선적이다(BOD가 600ppm이상일시). 도면 2와 같이 2중 튜브와 케스케이드 시스템을 사용한다. 높은 수준으로 희석을 할시의 발효산업에 적합하다. 상기 경우(케스케이드 발염)에 있어서, UF물의 사용은 발효에 대해서 필요로 하는 희석의 수준이 제한되어 있고 탈염된 물은 여과한다.
유형 3은, 공해조절이 매우 중요하다(어떠한 수준의 BOD값도 허용되지 않을 경우). 물의 소비량을 최소로 해야 하며 당일의 희석도 최소로 해야 한다(에를들면, 다음의 당의 결정을 위해). 도면 2에서와 같이 단위 2 대신에 이온교환수지 단위를 사용한다.
각 유형에 있어서 파라메터를 정의하면 다음과 같다 :
포타슘 감소에 있어 탈염수준은 %(k%)
당 손실은 (전화 동등량)%(s%)
분리율은 k%/s%.
Figure kpo00003
* 희석에 의해
** ℓ부피로서
포타슘 : 2 내지 3배 감소
소디움 : 2 내지 3배 감소
칼슘 : 4배 감소
마그네슘 : 2 내지 3배 감소
철 : 영향을 받지 않음
구리 : 영향을 받지 않음
폴리브데늄 : 영향을 받지 않음.
당밀을 발효하여 알코올을 제조하는 경우, 당밀의 탈염 단계는 그의 발효과정을 더욱 효과적으로 한다.
(i) 반응성의 증가 : 포타슘과 염소의 수준이 낮으므로서, 발효시간이 줄어든다. 시간소모 공정이며, 각 단계는 투자비가 많으므로 주어진 시간에 많은 당밀을 처리해야 한다. 예를들면, 9% 당 농도의 발효에 대해 미생물로서 점모모나스 모비리스(
Figure kpo00004
)를 사용한 결과, 다음의 발효시간을 얻었다 :
(a) 처리되지 않은 당밀에 대해서 - 34시간
(b) 1회 통과 탈염-9.5시간
이와 유사하게 미생물로서 사카로마이세스 우바룸(Saccharomyces uvarum)을 사용한 결과 발효시간은 32시간(처리되지 않은 당일에 대해서)에서 약 16시간(탈염된 당밀을 사용)으로 줄어들었다. 사용한 당밀의 유형, 서당 농도 및 사용한 발효 미생물과 같은 요소에 따르게 되는 탈염 방법을 사용함으로서 발효에 있어 실제적인 증가를 가져올 수 있다.
(ii) 수율의 증가 : 보다 많은 당일 당밀의 각 배치에서 알코올로 변형시킬 수 있다. 이는 보다 많은 알코올을 주어진 당밀에서 제조할 수 있음을 의미한다.
가장 중요한 이점은 평형에 있어 기물질에서 제조할 수 있는 알코올 수준이 처리되지 않은 당밀에서 제조할 수 있는 알코올의 양보다 높다는 것이다. 이에는 다음의 세가지가 있다 :
(a) 증가된 생산성-배치당 보다 많은 알코올이 생성.
(b) 에너지 소비감소-알코올의 종류에는 보다 많은 알코올이 있기 때문에 에너지가 보다 적게 소모된다.
(c) 증가된 용량-컬럼의 환류를 증가시킬 수 있다.
B.D.C이스트를 사용함으로서 발효의 증가된 효율, 평형에 도달하는 시간에 있어 현저한 감소 등이 다음에 나타나 있다.
Figure kpo00005
본 발명의 다른 방면에의 적용은 NaCl에 대한 전 선택성으로서 미네랄 크리스탈의고정이 있다. NaCl이 투과하지 막을 갖기 위해서는 (물에 대한 투과성은 유지), 상기에서와 같이 원 투과성의 10% 이상을 잃지 않는 본 발명의 방법으로서 제조한 격벽이 바람직하다.
이러한 막은 예를들면 과일쥬스의 농축(예 : 약 5기압의 삼투압), 바닷물(약 35기압의 삼투압)의 정제와 같은 잠재적인 용도에 절대 최소 에너지 비용으로 사용할 수 있다.
또한 본 발명은 가스 투과 격벽으로서 사용하기 위해 건조된 형태로 확산 격벽내에 결정을 고정시키는데 사용된다. 본 발명의 방법은 충분히 잘 분배된 격자구조를 갖는 확산 형성이 가스사이에 선택적으로 제공될 수 있게 한다. 이러한 적막은 공기에서 산소의 분리, 헬륨의 추출, 가스(예 탄소가스)의 정제 등에도 응용할 수 있다.
본 발명은 상기에 특정한 예 및 바람직한 양태를 참조로 하여 기술되었으나, 본 발명이 이에 제한되지 않고 광범위하게 기술된 바와같이, 본 발명의 요지 및 영역을 벗어나지 않으면서 변형될 수 있음이 인지될 것이다.

Claims (36)

  1. 매트릭스의 내부 및 표면에 부착되어 거의 균일한 격자구조를 갖는 고정된 무기 분자 그리도 또는 스크린을 형성하는 하나 이상의 무기물질을 함유하는 투과성 매트릭스로 이루어진, 거의 균일한 투과성을 갖는 확산 격벽.
  2. 제1항에 있어서, 고정된 무기 분자 그리드가 두 개의 분리된 무기물질의 상호 침전물을 함유하는 확산 격벽.
  3. 제1항에 있어서, 고정된 무기 분자 그리드가 투과성 매트릭스의 표면 및 내부에 계속해서 부착된 서로 다른 유기물질의 복합층을 함유하는 확산 격벽.
  4. 제1항 내지 3항중의 어느 하나에 있어서, 고정된 무기 분자 그리드가 황산 바륨을 함유하는 확산 격벽.
  5. 제2항에 있어서, 고정된 무기 분자 그리드가 황산 바륨과 알루미늄 화합물의 상호 결정(cocrystal)을 함유하는 확산 격벽.
  6. 제1항에 있어서, 고정된 무기 분자 그리드의 표면에 보호 피막을 입힌 확산 격벽.
  7. 제2항에 있어서, 투과성 매트릭스가 하나 이상의 다공질 중공(hollow)섬유막으로 이루어진 확산 격벽.
  8. 투과성 매트릭스를 이의 양면상의 분리된 반응물(여기에서 각 반응물은 용매와 용질로 이루어져 있는 데, 용질은 매트릭스 전반 또는 내부에 확산되어 서로 반응함으로써 매트릭스의 기공 내부와 표면상에 반응생성물의 침전물을 형성시킬 수 있다)을 서로 접촉시킴을 특징으로 하며, 투과성 매트릭스의 기공 또는 공국의 표면 및 내부에 고정된 무기 분자 그리드 스크린울 형성시켜 분자 그리드 구조 전반에 걸쳐 거의 균일한 투과성을 갖는 확산 격벽을 제조하는 방법.
  9. 제8항에 있어서, 각 용질의 화학양론적 비를 관련된 확산 계수 또는 이온 유동성 및 각 반응물의 온도를 고려하여 결정하는 방법.
  10. 분자량이 다른 하나 이상의 용해된 분자물질을 함유하는 제1액을, 용매로부터 제1액을 분리하는 거의 균일한 매트릭스 투과성을 갖는 확산 격벽으로 처리함으로써 제1액과 용매 사이의 삼투구배에 의해 저분자물질, 특히 염을 삼투조절에 역행해서 저분자물질을 확산시켜 분리된 물질의 상대 확산 계수의 비보다 큰 선택성을 제공함을 목적으로 하여, 제1액으로부터 저분자물질을 분리시키는 방법.
  11. 제10항에 있어서, 확산 격벽이 중공섬유 튜브 단위를 포함하고, 제1액을 중공섬유 다발의 내부 통로 또는 내강(lumen)을 통해 순환시키고 용매를 중공섬유 다발을 둘러싼 공간에서 순환시킴으로써, 저분자물질이 삼투흐름에 역행해서 중공섬유의 벽속에 있는 균일한 분자 그리드 매트릭스 구조를 통해 용매속으로 확산될 수 있도록 하는 방법.
  12. 제11항에 있어서, 섬유 다발을 둘러싼 공간에서 순환하는 용매를 케스케이드(cascade)시스템으로 더 처리하여 함유된 분자물질을 분리하는 방법.
  13. 제12항에 있어서, 중공섬유 다발을 둘러싼 공간에서 순환하는 용매를 제2중공섬유 튜브 단위의 중공섬유 다발을 둘러싼 공간으로 순환시킴으로써 이 공간내 용매와, 제2중공섬유 튜브 단위의 중공섬유 내부통로 또는 내강을 통해 순환하는 또 다른 용매 사이의 삼투구배에 의해 저분자물질을 공간내 용매로부터 제2중공섬유 튜브 단위의 중공섬유 내부 통로 또는 내강을 통해 다른 용매로 선택적으로 이동시키는 방법.
  14. 제13항에 있어서, 처리된 용매는 제2중공섬유 튜브 단위의 중공섬유 다발을 둘러싼 공간으로부터 제1중공섬유 튜브 단위의 중공섬유 다발을 둘러싼 공간으로 역순환시키는 방법.
  15. 제14항에 있어서, 처리된 용매의 일부를 제2중공섬유 튜브 단위의 중공섬유 다발을 둘러싼 공간으로부터 제1중공섬유 튜브 단위에 의해 처리할 제1액류로 역순환시키는 방법.
  16. 제15항에 있어서, 순수한 용매를 순환 용매계에 가하여 처리할 제1액류로 역순환되는 용매의 용적을 대체하는 방법.
  17. 제2액으르부터 제1액을 분리하는 확산 격벽으로 제1액을 처리하여 제1액과 제2액 사이의 삼투구배에 의해 저분자물질을 삼투흐름에 역행해서 젭액으로부터 제2액으로 선택적으로 이동시킨 후, 이어서 제1액을 반투과성 막으로 한외여과하여, 함유된 소정 크기 이하의 분자와 함께 제1액의 용매 성분을 통과시킴으로써 처리된 생성물의 투과물을 형성하고 : 소정 크기 이상의 분자는 통과시키지 않음으로써 제1액 잔류성분의 농축물 또는 보유물을 형성함을 목적으로 하여, 분자량이 다른 다수의 용해된 분자물질을 함유하는 제1액을 분류하는 방법.
  18. 당밀과 같은 당-함유 용액을, 용매로부터 용액과 용매를 분리시키며 거의 균일한 매트릭스 투과성을 갖는 확산 적벽으로 처리함으로서 용액과 용매 사이의 삼투구배에 의해 저분자물질, 특히 염을 삼투흐름에 역행해서 용액으로부터 용매로 선택적으로 이동시키며, 삼투흐름에 역행해서 저분자물질을 확산시켜 분리된 물질의 상대 확산 계수의 비보다 큰 선택성을 제공함을 특징으로 하여, 당-함유 용액으로부터 저분자물질을 분리시키는 방법.
  19. 제18항에 있어서, 확산 격벽이 중공섬유 튜브 단위를 포함하고, 용액을 중공섬유 다방의 내부 통로 또는 내강을 통해 순환시키고 용매를 중공섬유 다발을 둘러싼 공간에서 순환시킴으로써, 저분자물질이 삼투흐름에 역행해서 중공섬유의 벽속에 있는 균일한 분자 그리드 매트릭스 구조를 통해 용매속으로 확산될 수 있도록 하는 방법.
  20. 제19항에 있어서, 중공섬유의 다발을 둘러싼 공간에서 순환하는 용매를 케스케이드 시스템으로 더 처리하여 함유된 분자물질을 분리하는 방법.
  21. 제20항에 있어서, 중공섬유 다발을 둘러싼 공간에서 순환하는 용매를 제2중공섬유 튜브 단위의 중공섬유 다발을 둘러싼 공간으로 순환시킴으로써 이 공간내 용매와, 제2중공섬유 튜브 단위의 중공섬유 내부통로 또는 내강을 통해 순환하는 또 다른 용매 사이의 삼투구배에 의해 저분자물질을 공간내 용매로부터 제2중공섬유 튜브 단위의 중공섬유 내부 통로 또는 내강을 통해 순환하는 다른 용매로 선택적으로 이동시키는 방법.
  22. 제21항에 있어서, 처리된 용매를 제2중공섬유 튜브 단위의 중공섬유 다발을 둘러싼 공간으로부터 제1중공섬유 튜브 단위의 중공섬유 다발을 둘러싼 공간으로 역순환시키는 방법.
  23. 제22항에 있어서, 처리된 용매의 일부를 제2중공섬유 튜브 단위의 중공섬유 다발을 둘러싼 공간으로부터 제1중공섬유 튜브 단위에 의해 처리할 제1액류로 역순환시키는 방법.
  24. 제23항에 있어서, 순수한 용매를 순환용매게에 가하여 처리할 당-함유 용액류로 역순환되는 용매의 용적을 대체하는 방법.
  25. 제19항 또는 20항에 있어서, 중공섬유의 다발을 둘러싼 공간에서 순환하는 이온교환 또는 용매로부터 분리되는 물질을 흡착에 의해 고정시킬 수 있는 다른 처리를 하는 방법.
  26. 용액으로부터 용매를 분리하는 확산 격벽으로 당밀과 같은 당-함유 용액을 처리하여 용액과 용매 이의 삼투구배에 의해 저분자물질, 특히 염을 삼투흐름에 역행해서 용액으로부터 용매로 선택적으로 이동시킨 후 : 이어서 용액을 반투과성 막으로 한외여과하여, 함유된 당 분자와 함께 물 또는 용액의 다른 용매성분을 통과시킴으로써 당 분자를 함유한 처리된 생성물의 투과물을 형성하고 : 용액에 함유된, 단백질과 같은 거대분자 물질은 통과시키지 않음으로써 농축물 또는 보유물을 형성함을 목적으로 하여, 당-함유 용액을 분류하는 방법.
  27. 제26항에 있어서, 당-함유 용액이 당밀인 방법.
  28. 제26항에 있어서, 당-함유 용액이 당밀의 증류 잔류물 또는 던더(dunder)인 방법.
  29. 선택성을 증가시키도록 거의 균일한 매트릭스 투과성을 가지며, 제2액으로부터 제1액을 분리시킴으로써 저분자물질이 제1액과 제2액 사이의 삼투구배 영향하에 제1액으로부터 제2액으로 확산될 수 있도록 선택한 다공성 확산 격벽 장치 : 및 1액이 용매 및 소정 크기 이하의 분자를 함유하는 생성물의 투과물과, 소정 크기 이상의 분자를 함유하는 농축물 또는 보유물로 이어서 선택적으로 분리될 수 있도록 하는 한외여과 장치를 포함하는, 분자량이 다른 다수의 용해된 분자물질을 함유하는 제1액의 분별(fractionation) 장치.
  30. 제29항에 있어서, 삼투흐름에 역행한 저분자물질의 확산에 의해, 분리된 물질의 상대 확산 계수의 비보다 큰 선택성이 얻어지도록, 확산 격벽이 균일한 매트릭스 투과성을 갖는 장치.
  31. 제29항 도는 30항에 있어서, 확산 격벽 장치가 각각 튜브형 외피(housing)로 된 하나 이상의 증공섬유 튜브 단위 : 축 방향으로 외피내에 배열된 다공성 중공섬유 다발 : 중공섬유 다발의 외면과 외피의 내면사이에 형성된 향류(countercurrent)액실 : 이 액실의 내부 및 외부로 제2액을 통과심키는 제1유입구 및 유출구 : 중공섬유 다발을 지지하며, 액실로부터 중공섬유의 개구 발단과 분리시키며 액실의 길이를 한정하는 간막이 벽 : 및 각 중공섬유의 내부공간 또는 내강과 연결되어 있는 제1액상에 대한 제2유입구 및 유출구(여기에서 소정 분자 크기와 투과성의 다수의 기공 또는 통보가 각 중공섬유의 내부 공간 또는 내강 및 액실 사이를 연결하고 있다)를 포함하는 장치.
  32. 제31항에 있어서, 각 중공섬유 튜브 단위의 제1유입구 및 유출구를, 제액을 순환시키기 위한 제2중공섬유 튜브 단위의 제1유입구 및 유출구에 직렬연결시킨 장치.
  33. 제32항에 있어서, 처리된 제2액의 적어도 일부를 상기 장치에 의해 처리된 제1액류로 되돌려 보내기 위한 장치 및 분리된 처리한 제2액을 대체하기 위해 순수한 제2액을 가하기 위한 추가장치를 포함하는 장치.
  34. 제29항에 있어서, 이온교환장치 또는, 흡착에 의해 고정시킬 수 있는 다른 장치로 제1액에서 확산된 제2액으로부터 화합물을 분리하는 장치.
  35. 제18항 내지 25항중 어느 하나에 따른 방법으로 처리된 당일 또는, 당밀을 발효시켜 수득한 던더와 같은 당-함유 용액.
  36. 제26항 내지 28항중 어느 하나에 따른 방법으로 수득된 생성물.
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