TWI642473B - Separation membrane module - Google Patents

Abstract

本發明之課題在於提供一種將膜管收容於套管所構成的分離膜模組，其構造簡單，可以更低的成本來製作，且可提高膜管表面之被處理流體的流速並充分發揮膜性能。解決手段的分離膜模組，係於套管(1)設有流體入口(1a)、流體出口(1b)、透過成份排出口(1c)，且套管(1)的內部，係區分為：流體導入室(3A)、流體回收室(3B)、透過成份回收室(3C)。於套管(1)填充有柱狀的成形塊(6)，於該成形塊設置有內徑比膜管(5)之外徑還大的多數個管保持孔(6h)，且各膜管(5)係分別插通於成形塊(6)的管保持孔(6h)，並且構成為使流體導入室(3A)的被處理流體通過成形塊(6)的管保持孔(6h)而流入流體回收室(3B)。

Description

分離膜模組

本發明係關於分離膜模組，詳細來說，係關於使用於滲透蒸發法等之分離膜模組，其可以低成本來製作且可充分發揮膜性能。

例如，藉由浸透蒸發法來從有機溶劑去除水分的情況，例如由乙醇水溶液僅將乙醇成份予以分離的情況，係使用分離膜模組，其係在筒狀的套管多數收容有細管狀的分離膜(膜管)，將被處理流體之乙醇水溶液從套管的一端側朝多端側通過，藉由膜管之管內的真空吸引，選擇性地使水分透過膜管內而回收去除。又，作為被處理流體，不論液體、蒸氣均可適用。

分離膜模組中，套管內之膜管係保持成不遊動，且提高膜管表面之流體的流速而提高攪拌效率，為提高分離性能的重點，由此觀點來看，提案有二重管構造或擋板構造等各種提案。

二重管構造的分離膜模組，係在套管內配置多數的護套管(外管)，並分別於該等護套管插通膜管， 藉由對護套管與膜管的少許間隙供給被處理液體，而提高分離膜表面之流體的流速者(參考專利文獻1)。另一方面，擋板構造的分離膜模組，係在套管內部配置將該套管的長度方向分割之常態的數個擋板，藉由於各擋板所設置之多數個支撐孔的跨接來保持著膜管。然後，藉由調整於各擋板所設置之切口部份(流體通過孔)的配置，使所供給之被處理流體在套管內蛇行(參考專利文獻2、3)。

[先前技術文獻] [專利文獻]

專利文獻1：日本特開2003-93843號公報

專利文獻2：日本特開2004-122083號公報

專利文獻3：日本特開2010-247107號公報

在此，二重管構造的分離膜模組，可提高膜管表面之被處理流體的流速，在得到高分離性能的同時，由於構造複雜而難以組裝，有著難以減低製作成本的問題。相對於此，擋板構造的分離膜模組，在相較之下容易製作的同時，於套管內容易發生被處理液體的滯留部份，有著無法充分提高分離性能的問題。

本發明係有鑑於上述情況而完成者，其目的 在於提供一種將膜管收容於套管而成的分離膜模組，其構造簡單，可以更低的成本來製作，且可提高膜管表面之被處理流體的流速並充分發揮膜性能。

為了解決上述課題，在本發明中，取代二重管構造的護套管或擋板，而在套管的內部填充柱狀的成形塊，且分別在沿著該成形塊的長度方向多數設置之管保持孔插通膜管，藉此在套管內保持膜管，並且將由套管的一端側所供給之被處理流體導入成形塊的管保持孔，藉由使被處理流體通過該管保持孔，而提高膜管表面之被處理流體的流速且提高攪拌效率，提高被處理流體對膜管的接觸效率。

亦即，本發明的要旨，為一種分離膜模組，係於筒狀的套管將多數的膜管以沿著該套管的長度方向收容而成，其特徵為：於套管的一端側設有流體入口、於套管的另一端側設有流體出口、於套管的另一端側或一端側設有透過成份排出口，且，套管的內部被區分為：將由流體入口所導入之被處理流體予以暫時儲存的流體導入室；將已處理之被處理流體集中並從流體出口排出的流體回收室；及將透過膜管的成份予以集中並從透過成份排出口排出的透過成份回收室，於套管填充有嵌合於該套管之筒內的柱狀成形塊，該成形塊，係沿著該成形塊的長度方向平行且並列地設有內徑比膜管外徑還大的多數個管保持孔， 各膜管係分別插通於成形塊的管保持孔，並且構成為使流體導入室的被處理流體通過成形塊的管保持孔而流入流體回收室。

根據本發明，由於具有於套管填充有柱狀的成形塊，且各膜管插通於成形塊的管保持孔之簡易的構造，故非常容易製作，可以更低成本來製作。然後，係使由流體入口導入至套管內的被處理流體通過成形塊的管保持孔與膜管之間的縫隙而從流體排出口排出至套管外的構造，可提高膜管表面之被處理流體的流速且提高攪拌效率，可得到流體對膜管表面的高接觸效率，故可充分發揮膜性能。

1‧‧‧套管

10‧‧‧套管本體

11‧‧‧蓋構件

12‧‧‧密封構件

1a‧‧‧流體入口

1b‧‧‧流體出口

1c‧‧‧透過成分排出口

2‧‧‧隔壁

3A‧‧‧流體導入室

3B‧‧‧流體回收室

3C‧‧‧透過成分回收室

4‧‧‧繫桿

5‧‧‧膜管

6‧‧‧成形塊

6h‧‧‧管保持孔

圖1為表示關於本發明之分離膜模組之構造之一例的圖，為沿著套管長度方向切斷的剖面圖。

圖2為表示關於本發明之分離膜模組之構造之一例的圖，為沿著圖1之A-A線切斷的剖面圖。

圖3為表示關於本發明之分離膜模組所使用之成形塊的立體圖。

針對關於本發明之分離膜模組(以下簡稱為「模組」)的一實施型態根據圖式來進行說明。本發明的模組係可構成為作為滲透蒸發法、超濾膜法、逆滲透膜法等各種膜分離法所使用的模組。如周知般，滲透蒸發法係使用高分子膜或具有分子等級之微細孔的無機膜，藉由將膜的透過側保持成真空狀態使被處理流體成份的一部分通過膜而蒸發，來將以分子等級將混合的成份予以分離、濃縮的分離法，適用於從有機溶劑去除水分等。

且，逆滲透膜法，係使用具有讓水透過且不讓離子或鹼類等水以外之雜質透過之微細孔的滲透膜，並藉由施加滲透壓以上的壓力來供給被處理流體，藉由滲透膜而只讓水分子透過的分離法，適用於純水的製造等。本發明，係藉由適宜選擇膜管(分離膜)而可構成能夠適用於各種膜分離法的模組，但以下作為本發明之模組的一例，係針對滲透蒸發法所使用的模組進行說明。

本發明的模組，係如圖1所示般，係構成為：於筒狀、例如圓筒狀的套管1，將多數的膜管(分離膜)5沿著該套管的長度方向予以收容。套管1，為耐溶劑性優異之不鏽鋼製的容器，通常其全體長度係設計成100~2500mm左右，直徑係設計成50~1000mm左右。

套管1，係將圓筒狀之套管本體10的兩端以蓋構件11及密封構件12予以密封而構成。蓋構件11，係將套管本體10的一端(圖1中右側的端部)予以密封之圓板狀的構件，於其中央，設有導入被處理流體用之流 體入口1a。密封構件12，係將套管本體10的另一端(圖1中左側的端部)予以密封之短軸有底圓筒狀之杯狀的構件，於其中央，設有取出透過膜管5之透過成份的透過成份排出口1c。

此外，套管1之另一端側的密封構件12，係透過隔壁2安裝於套管本體10，於套管本體10的另一端部，與隔壁2鄰接而設有流體出口1b。然後，於套管本體10，將後述之成形塊6以從該套管本體之兩端往內部後退的狀態來填充，於套管本體10的兩端側，形成有暫時儲存被處理流體用的空間部。

亦即，本發明之模組中，流體入口1a係設在套管1的一端側，流體出口1b係設在套管1的另一端側，且，透過膜管5之成份的透過成份排出口1c係設在套管1的另一端側。然後，藉由成形塊6的配置構造及以隔壁2分隔的構造，套管1的內部係被劃分成以下區塊：暫時儲存由流體入口1a所導入之被處理流體用的流體導入室3A、將分離處理後之被處理流體集中並從流體出口1b排出用的流體回收室3B、將透過膜管5的成份予以集中並從透過成份排出口1c排出用的透過成份回收室3C。

又，雖未圖示，但亦可於套管1的一端側設有隔壁2、與流體導入室3A鄰接配置有透過成份回收室3C、與流體入口1a鄰接而於套管1之一端側設有透過成份排出口1c。

膜管5，其管狀之無機多孔質支撐體(基材 管)的表面係將例如沸石膜製膜所構成。作為基材管，只要是能將沸石結晶化成膜狀之具有化學安定性且為多孔質者即可，並無特別限制，例如可舉出：二氧化矽、α-氧化鋁、γ-氧化鋁、多鋁紅柱石、氧化鋯、二氧化鈦、氧化釔、氮化矽、碳化矽等燒結陶瓷；鐵、青銅、不鏽鋼等燒結金屬或玻璃、樹脂、碳成型體等。

沸石膜，可製膜於基材管之外表面，亦可製膜於內表面，此外，亦可依據用途而製膜於兩面。作為沸石膜的製膜方法，可舉出：於基材管使沸石結晶化成為膜狀的方法、於基材管將沸石以無機黏合劑或有機黏合劑等硬化附著的方法、將分散有沸石之聚合物硬化附著的方法、使沸石之漿料含浸於基材管或藉由吸引而將沸石硬化附著於基材管的方法等。

通常，膜管5係設計成外徑為8~20mm左右，內徑為6~18mm左右，長度為50~2000mm左右。然後，多數收容於上述套管1之套管本體10的內部。膜管5的數量，因應模組的大小或能力而設定成5~500根左右，但一般為20~100根左右。膜管5係其一端被密封且另一端被開放。膜管5之被開放的另一端部，係插通至預先於上述隔壁2設置之安裝孔，且以透過成份回收室3C開口的狀態下安裝於隔壁2。

本發明的模組中，為了在套管1內保持上述膜管5，於套管1填充有嵌合於該套管之筒內的柱狀成形塊6。如圖2及圖3所示般，成形塊6係以樹脂、玻璃、 橡膠、金屬等可加工的素材所形成之練炭狀的成形體，於成形塊6，係沿著該成形塊的長度方向平行且並列地設有內徑比膜管5外徑還大的多數個保持孔6h。然後，各膜管5，係分別插通於成形塊6的管保持孔6h。

成形塊6的外徑，係如圖2所示般，設計成能滑接於套管1之套管本體10的程度。且，成形塊6的全長，由於有構成上述流體導入室3A及流體回收室3B，故設計成比套管1之套管本體10的長度更短。具體來說，成形塊6的全長，係設定成套管本體10長度的60~98%。

此外，成形塊6係如圖1所示般，可分割成複數個，例如2~6個左右。例如，成形塊6係如圖3所示般，可分割成例如四個短軸圓柱狀。將成形塊6分割成複數個的情況時，該成形塊的製作亦比較容易，且模組的組裝也比較簡單。

成形塊6係以複數根繫桿4固定在套管1內。繫桿4係由長螺絲(長螺桿)等所構成，以螺裝在其基端的螺帽卡止在前述的隔壁2。然後，成形塊6係藉由鎖緊螺裝於繫桿4之基端側的另一個螺帽與螺裝於繫桿4之前端側的螺帽，而保持在套管本體10的既定位置。又，繫桿4的數量，係可因應成形塊6的大小而適當設定。

成形塊6的管保持孔6h，在支撐膜管5的同時，亦流通被處理流體而發揮作為流通路的功能。因此， 管保持孔6h，有必要設計成比膜管5的外徑還要大。但是，管保持孔6h相對於膜管5成為過大時，會有膜管5游動而損傷之虞，而且，膜管5之表面的被處理流體的流速會降低，對膜管5的接觸效率會降低。在此，管保持孔6h與膜管5之間的間隙係設定成10mm以下，較佳為0.5~2mm。

本發明的模組中，如上述般，構成為：具備於套管1內填充有成形塊6的構造，且由流體入口1a對流體導入室3A供給被處理流體，流體導入室3A的被處理流體通過成形塊6的管保持孔6h而流至流體回收室3B，且流體回收室3B的被處理流體從流體出口1b被排出，然後，被處理流體在流動於管保持孔6h的時候，通過透過成份排出口1c來真空吸引透過成份回收室3C，藉此以膜管5進行分離操作。

本發明的模組，係由以下方式製造：藉由將安裝有膜管5的隔壁2組裝在套管本體10，而將膜管5收容於套管本體10之後，藉由將膜管5相對地插通於成形塊6的管保持孔6h，而將成形塊6填充至套管本體10，接著，將套管本體10的端部以蓋構件11及密封構件12予以密封。亦即，本發明的模組係於套管1填充有柱狀的成形塊6，且具備將各膜管5插通於成形塊6之管保持孔6h的簡易構造，故極為容易製作，可以更低的成本來製作。

且，藉由本發明的模組的分離操作，由流體 入口1a將被處理流體供給至流體導入室3A，並將回收至流體回收室3B的被處理流體從流體出口1b排出。然後，被處理流體在由流體導入室3A通過成形塊6的管保持孔6h而流入流體回收室3B的期間，通過透過成份排出口1c來真空吸引透過成份回收室3C，藉此以膜管5進行分離操作，在透過成份回收室3C將所分離回收後的透過成份由透過成份排出口1c排出。

如上述般，本發明的模組中，係使由流體入口1a導入至套管1內之流體導入室3A的被處理流體，通過成形塊6的管保持孔6h與膜管5之間的間隙而流至流體回收室3B，並從流體出口1b排出至套管1外的構造，可提高在膜管5表面之被處理流體的流速，且提高攪拌效率，可得到流體對膜管5表面的高接觸效率，故可充分發揮膜性能。

又，本發明的模組，亦可適用於超濾膜法或逆滲透膜法，此情況時，在流體導入室3A與透過成份回收室3C之間設有壓力差，且利用壓力差使被處理流體的指定成份透過膜管5。藉此，與上述同樣地，可得到流體對膜管5表面的高接觸效率，可充分發揮膜性能。

Claims (2)

1. 一種分離膜模組，係於筒狀的套管將多數的膜管以沿著該套管的長度方向收容而成，其特徵為：於套管的一端側設有流體入口、於套管的另一端側設有流體出口、於套管的另一端側或一端側設有透過成份排出口，且，套管的內部被區分為：將由流體入口所導入之被處理流體予以暫時儲存的流體導入室；將已處理之被處理流體集中並從流體出口排出的流體回收室；及將透過膜管的成份予以集中並從透過成份排出口排出的透過成份回收室，於套管填充有嵌合於該套管之筒內的柱狀成形塊，該成形塊，係沿著該成形塊的長度方向平行且並列地設有內徑比膜管外徑還大的多數個管保持孔，各膜管係分別插通於成形塊的管保持孔，並且構成為使流體導入室的被處理流體通過成形塊的管保持孔而流入流體回收室；該成形塊係分割成複數個。
2. 如申請專利範圍第1項所述之分離膜模組，其中，成形塊的管保持孔與所插通之膜管之間的間隙係設定成10mm以下。