WO2024004838A1

WO2024004838A1 - 膜分離装置、膜分離システム、及び膜分離装置の運転方法

Info

Publication number: WO2024004838A1
Application number: PCT/JP2023/023239
Authority: WO
Inventors: 知哉小川; 直道木村; 武史仲野
Original assignee: 日東電工株式会社
Priority date: 2022-06-28
Filing date: 2023-06-22
Publication date: 2024-01-04

Abstract

本発明は、膜分離装置の内部における望ましくない微生物の増殖を抑制することに適した膜分離装置を提供する。膜分離装置は、揮発性の有機化合物を含む発酵液を透過流体と非透過流体とに分離する浸透気化膜と、浸透気化膜によって隔てられた供給空間及び透過空間と、発酵液を供給空間に供給するための供給空間入口と、非透過流体を供給空間から排出するための供給空間出口と、を備える。供給空間入口が供給空間出口よりも下方に位置している。

Description

膜分離装置、膜分離システム、及び膜分離装置の運転方法

　本発明は、膜分離装置、膜分離システム、及び膜分離装置の運転方法に関する。

　微生物を利用してグルコースなどの炭素源を発酵させることによって、アルコールなどの揮発性の有機化合物（発酵物）を製造する方法が開発されている。炭素源の発酵は、例えば、水溶液中で行われる。この方法では、水溶液中の発酵物の含有率が上昇すると、微生物による発酵が停止する場合がある。微生物による発酵物の製造を連続して行うためには、水溶液から発酵物を分離する必要がある。

　揮発性の有機化合物を含む水溶液から当該有機化合物を分離する方法の一例として、分離膜を用いた浸透気化法（パーベーパレーション法）が挙げられる。浸透気化法は、様々な物質を含む水溶液から揮発性の有機化合物を分離することに適している。浸透気化法は、蒸留法に比べて、エネルギーの消費量や、二酸化炭素の排出量を抑制できる傾向もある。浸透気化法を行う膜分離装置と、発酵物を製造する発酵槽とを組み合わせることによって、発酵物を連続して製造することができる。例えば、特許文献１は、膜分離装置と発酵槽とを組み合わせた膜分離システムを開示している。

特開２０１０－１６１９８７号公報

　従来、上記の浸透気化法は、揮発性の有機化合物を含む発酵液を膜分離装置の供給空間に水平方向に導入することで行われる。本発明者らの検討によると、従来の膜分離装置では、膜分離装置に供給される水溶液の量の変動などにより、膜分離装置の内部に局所的な乾固領域が生じたり、発酵液が滞留したりしやすい。このような不具合は、膜分離装置の内部において、望ましくない微生物の増殖を進行させる。膜分離装置の内部で望ましくない微生物が増殖すると、分離膜の目詰まりが生じ、分離膜の分離性能が低下する。その結果、膜分離システムの運転に問題が生じ、発酵物を安定的に製造することが困難になる。

　そこで本発明は、膜分離装置の内部における望ましくない微生物の増殖を抑制することに適した膜分離装置を提供することを目的とする。

　本発明は、
　揮発性の有機化合物を含む発酵液を透過流体と非透過流体とに分離する浸透気化膜と、
　前記浸透気化膜によって隔てられた供給空間及び透過空間と、
　前記発酵液を前記供給空間に供給するための供給空間入口と、
　前記非透過流体を前記供給空間から排出するための供給空間出口と、
を備え、
　前記供給空間入口が前記供給空間出口よりも下方に位置している、膜分離装置を提供する。

　別の側面において、本発明は、
　本発明の膜分離装置を備えた、膜分離システムを提供する。

　さらに別の側面において、本発明は、
　揮発性の有機化合物を含む発酵液を透過流体と非透過流体とに分離する浸透気化膜と、
　前記浸透気化膜によって隔てられた供給空間及び透過空間と、
　前記発酵液を前記供給空間に供給するための供給空間入口と、
　前記非透過流体を前記供給空間から排出するための供給空間出口と、
を備え、
　前記供給空間入口が前記供給空間出口よりも下方に位置している、膜分離装置の運転方法であって、
　前記運転方法は、
　前記供給空間入口から前記膜分離装置に前記発酵液を供給することと、
　前記浸透気化膜によって、前記発酵液を前記透過流体と前記非透過流体とに分離することと、
を含む、膜分離装置の運転方法を提供する。

　本発明によれば、膜分離装置の内部における望ましくない微生物の増殖を抑制することに適した膜分離装置を提供できる。

本実施形態の膜分離装置の一例を示す概略断面図である。本実施形態の膜分離装置における傾き角度を説明するための図である。本実施形態の膜分離装置が備える浸透気化膜の概略断面図である。本実施形態の膜分離装置の変形例１を示す概略断面図である。本実施形態の膜分離装置の変形例１の別の一例を示す概略断面図である。本実施形態の膜分離装置の変形例１のさらに別の一例を示す概略断面図である。スパイラル型の膜エレメントを模式的に示す展開斜視図である。本実施形態の膜分離装置の変形例２を示す概略断面図である。本実施形態の膜分離装置の変形例３を示す概略断面図である。第一実施形態の膜分離システムの一例を示す概略構成図である。第一実施形態の膜分離システムの変形例１を示す概略構成図である。第一実施形態の膜分離システムの変形例１の別の一例を示す概略構成図である。第一実施形態の膜分離システムの変形例２を示す概略構成図である。第二実施形態の膜分離システムの一例を示す概略構成図である。比較例１の膜分離装置を示す概略構成図である。

　本発明の第１態様に係る膜分離装置は、
　揮発性の有機化合物を含む発酵液を透過流体と非透過流体とに分離する浸透気化膜と、
　前記浸透気化膜によって隔てられた供給空間及び透過空間と、
　前記発酵液を前記供給空間に供給するための供給空間入口と、
　前記非透過流体を前記供給空間から排出するための供給空間出口と、
を備え、
　前記供給空間入口が前記供給空間出口よりも下方に位置している。

　本発明の第２態様において、例えば、第１態様に係る膜分離装置は、
　貫通孔を有する中心管と、
　前記浸透気化膜を有し、前記中心管に巻き付けられた膜リーフと、
をさらに備える。

　本発明の第３態様において、例えば、第２態様に係る膜分離装置では、
　前記中心管は、下方から上方に向かって延びている。

　本発明の第４態様において、例えば、第１から第３態様のいずれか１つに係る膜分離装置では、
　前記供給空間入口と前記供給空間出口とを結ぶ仮想直線の水平面に対する傾き角度は、５°以上９０°以下である。

　本発明の第５態様において、例えば、第１から第４態様のいずれか１つに係る膜分離装置は、
　前記透過流体を前記透過空間から排出するための透過空間出口をさらに備え、
　前記透過空間出口が前記供給空間入口よりも上方に位置している。

　本発明の第６態様において、例えば、第１から第５態様のいずれか１つに係る膜分離装置は、
　前記供給空間に接続された流体排出口をさらに備え、
　前記流体排出口が前記供給空間出口よりも下方に位置している。

　本発明の第７態様において、例えば、第１から第６態様のいずれか１つに係る膜分離装置では、
　前記透過流体における前記有機化合物の含有率は、前記発酵液における前記有機化合物の含有率よりも高い。

　本発明の第８態様において、例えば、第１から第７態様のいずれか１つに係る膜分離装置では、
　前記供給空間を前記発酵液で満たした状態で、前記発酵液を前記透過流体と前記非透過流体とに分離する。

　本発明の第９態様に係る膜分離システムは、
　第１から第８態様のいずれか１つに係る膜分離装置を備える。

　本発明の第１０態様において、例えば、第９態様に係る膜分離システムは、
　前記膜分離装置に供給されるべき前記発酵液を貯蔵するタンクをさらに備える。

　本発明の第１１態様において、例えば、第１０態様に係る膜分離システムは、
　前記タンクと前記供給空間入口とを接続する発酵液供給経路と、
　前記供給空間出口と前記タンクとを接続する非透過流体排出経路と、
をさらに備える。

　本発明の第１２態様において、例えば、第１０又は第１１態様に係る膜分離システムでは、
　前記タンクは、前記有機化合物を生成するための発酵槽である。

　本発明の第１３態様において、例えば、第９から第１２態様のいずれか１つに係る膜分離システムでは、
　前記膜分離システムは、複数の前記膜分離装置を含み、
　前記複数の膜分離装置は、互いに直列又は並列に接続されている。

　本発明の第１４態様に係る膜分離装置の運転方法は、
　揮発性の有機化合物を含む発酵液を透過流体と非透過流体とに分離する浸透気化膜と、
　前記浸透気化膜によって隔てられた供給空間及び透過空間と、
　前記発酵液を前記供給空間に供給するための供給空間入口と、
　前記非透過流体を前記供給空間から排出するための供給空間出口と、
を備え、
　前記供給空間入口が前記供給空間出口よりも下方に位置している、膜分離装置の運転方法であって、
　前記運転方法は、
　前記供給空間入口から前記膜分離装置に前記発酵液を供給することと、
　前記浸透気化膜によって、前記発酵液を前記透過流体と前記非透過流体とに分離することと、
を含む。

　以下、本発明の詳細を説明するが、以下の説明は、本発明を特定の実施形態に制限する趣旨ではない。

＜膜分離装置の実施形態＞
　図１は、本実施形態の膜分離装置１００の一例を示す概略断面図である。図１に示すように、膜分離装置１００は、揮発性の有機化合物を含む発酵液Ｓを透過流体Ｓ１と非透過流体Ｓ２とに分離する浸透気化膜１１と、浸透気化膜１１によって隔てられた供給空間１３及び透過空間１４と、発酵液Ｓを供給空間１３に供給するための供給空間入口１３ａと、非透過流体Ｓ２を供給空間１３から排出するための供給空間出口１３ｂとを備える。供給空間入口１３ａは、供給空間出口１３ｂよりも下方に位置している。膜分離装置１００は、その運転時に、浸透気化膜１１を用いて、揮発性の有機化合物を含む発酵液Ｓについて膜分離を行う装置である。

　上述したように、膜分離装置１００において、供給空間入口１３ａは、供給空間出口１３ｂよりも下方に位置している。そのため、発酵液Ｓが、膜分離装置１００の内部を下方から上方に向かって流れるように、膜分離装置１００に発酵液Ｓを導入することができる。これにより、膜分離装置１００に供給される発酵液Ｓの量の変動などにより、膜分離装置１００の内部に局所的な乾固領域が生じたり、発酵液Ｓが滞留したりすることが回避できる傾向がある。したがって、膜分離装置１００の内部における望ましくない微生物の増殖が抑制される。

　膜分離装置１００は、ケーシング１２をさらに備える。ケーシング１２の内部に、供給空間１３及び透過空間１４が設けられている。供給空間１３は、発酵液Ｓが供給される供給空間として機能する。透過空間１４は、透過流体Ｓ１が供給される透過空間として機能する。透過流体Ｓ１は、発酵液Ｓが浸透気化膜１１を透過することによって得られる。浸透気化膜１１は、ケーシング１２の内部に配置されている。ケーシング１２の内部において、浸透気化膜１１は、供給空間１３と透過空間１４とを隔てている。浸透気化膜１１は、ケーシング１２の１対の壁面の一方から他方まで延びている。

　膜分離装置１００は、透過流体Ｓ１を透過空間１４から排出するための透過空間出口１４ｂをさらに備える。透過空間出口１４ｂは、供給空間入口１３ａよりも上方に位置していてもよい。このような構成によれば、膜分離装置１００から排出した気体の透過流体Ｓ１の回収を容易に行うことができる。透過空間出口１４ｂは、供給空間出口１３ｂと同じ高さに位置していてもよい。

　透過空間出口１４ｂは、供給空間入口１３ａと同じ高さに位置していてもよく、供給空間入口１３ａよりも下方に位置していてもよい。このような構成によれば、膜分離装置１００から排出した透過流体Ｓ１が液化した場合であっても、透過流体Ｓ１の回収を容易に行うことができる。透過空間出口１４ｂは、供給空間出口１３ｂよりも下方に位置していてもよい。

　供給空間１３は、供給空間入口１３ａ及び供給空間出口１３ｂと連通している。透過空間１４は、透過空間出口１４ｂと連通している。供給空間入口１３ａは、発酵液Ｓを膜分離装置１００に供給するための開口である。透過空間出口１４ｂは、透過流体Ｓ１を膜分離装置１００から排出するための開口である。供給空間出口１３ｂは、浸透気化膜１１を透過しなかった発酵液Ｓ（非透過流体Ｓ２）を膜分離装置１００から排出するための開口である。供給空間入口１３ａ、供給空間出口１３ｂ及び透過空間出口１４ｂのそれぞれは、例えば、ケーシング１２の壁面に形成されている。

　供給空間入口１３ａがケーシング１２の下面に形成され、かつ、供給空間出口１３ｂ及び透過空間出口１４ｂが上面に形成されていてもよい。供給空間入口１３ａは、ケーシング１２の側面に形成されていてもよい。供給空間出口１３ｂは、ケーシング１２の側面に形成されていてもよい。透過空間出口１４ｂは、ケーシング１２の側面に形成されていてもよい。

　膜分離装置１００の内部を下方から上方に向かって流れるように発酵液Ｓを導入することができる限り、ケーシング１２の形状は特に限定されない。ケーシング１２は、例えば、角柱形状を有していてもよく、円柱形状を有していてもよい。図１に示すように、ケーシング１２が長手方向を有する場合、ケーシング１２は、長手方向が下方から上方に向かって延びるように設置されてもよい。ケーシング１２は、長手方向が鉛直方向に沿うように縦置きされてもよい。

　図２は、本実施形態の膜分離装置１００における傾き角度を説明するための図である。膜分離装置１００において、供給空間入口１３ａと供給空間出口１３ｂとを結ぶ仮想直線Ｌ１の水平面Ｐに対する傾き角度をθ１と定義する。ただし、本実施形態において、θ１は、仮想直線Ｌ１と水平面Ｐとの間の０°以上９０°以下の範囲内の最も小さい角度を意味する。なお、供給空間入口１３ａ及び供給空間出口１３ｂが円形又は矩形の開口である場合、仮想直線Ｌ１は、供給空間入口１３ａの中心点と供給空間出口１３ｂの中心点とを結ぶ仮想直線として定義されうる。θ１は、例えば、５°以上９０°以下である。このような構造によれば、膜分離装置１００の内部に局所的な乾固領域が生じたり、発酵液Ｓが滞留したりすることが回避されやすい。

　θ１は、１０°以上であってもよく、１５°以上であってもよく、２５°以上であってもよく、３５°以上であってもよく、４５°以上であってもよく、５５°以上であってもよく、６５°以上であってもよい。θ１は、７５°以上９０°以下であってもよい。すなわち、θ１は、７５°≦θ１≦９０°を満たしてもよい。

　θ１は、さらに、８０°以上であってもよく、８５°以上であってもよい。θ１は、実質的に９０°であってもよい。本明細書において、「実質的に９０°」とは、９０°に対して±３°以下のずれを含む意味である。他の角度についても同様である。

　膜分離装置１００において、供給空間入口１３ａと透過空間出口１４ｂとを結ぶ仮想直線Ｌ２の水平面Ｐに対する傾き角度をθ２と定義する。ただし、本実施形態において、θ２は、仮想直線Ｌ２と水平面Ｐとの間の０°以上９０°以下の範囲内の最も小さい角度を意味する。なお、供給空間入口１３ａ及び透過空間出口１４ｂが円形又は矩形の開口である場合、仮想直線Ｌ２は、供給空間入口１３ａの中心点と透過空間出口１４ｂの中心点とを結ぶ仮想直線として定義されうる。

　θ２は、５°以上であってもよく、１５°以上であってもよく、２５°以上であってもよく、３５°以上であってもよい。θ２は、４５°以上９０°以下であってもよい。すなわち、θ２は、４５°≦θ２≦９０°を満たしてもよい。

　θ２は、さらに、５０°以上であってもよく、５５°以上であってもよく、６０°以上であってもよい。傾き角度θ２は、実質的に７５°であってもよい。

　膜分離装置１００は、供給空間１３を発酵液Ｓで満たした状態で、発酵液Ｓを透過流体Ｓ１と非透過流体Ｓ２とに分離するものであってもよい。

　膜分離装置１００は、流通式（連続式）の膜分離方法に適している。ただし、膜分離装置１００は、バッチ式の膜分離方法に用いられてもよい。

（浸透気化膜）
　図３は、膜分離装置１００が備える浸透気化膜１１の概略断面図である。図３に示すとおり、浸透気化膜１１は、例えば、分離機能層１、及び、分離機能層１を支持する多孔性支持体２を備えている。浸透気化膜１１は、分離機能層１を保護する保護層（図示せず）をさらに備えていてもよい。分離機能層１は、例えば、多孔性支持体２と直接接している。浸透気化膜１１は、例えば、分離機能層側の主面１１ａが供給空間１３に露出しており、多孔性支持体側の主面１１ｂが透過空間１４に露出している。

　本発明の好ましい一形態では、浸透気化膜１１は、発酵液Ｓに含まれる有機化合物を優先的に透過させる膜（濃縮膜）である。浸透気化膜１１が濃縮膜である場合、透過流体Ｓ１における有機化合物の含有率は、発酵液Ｓにおける有機化合物の含有率よりも高い。一方、非透過流体Ｓ２における有機化合物の含有率は、発酵液Ｓにおける有機化合物の含有率よりも低い。

（分離機能層）
　浸透気化膜１１が濃縮膜である場合、分離機能層１は、発酵液Ｓに含まれる有機化合物を優先的に透過させることができる層である。分離機能層１は、例えば、疎水性材料を含む。本明細書において、「疎水性材料」は、例えば、当該材料で構成された試験片の表面に１０μＬの水滴（温度２５℃）を滴下した場合に、水の静的接触角が９０°を上回る材料を意味する。なお、水の静的接触角は、市販の接触角計を用いて測定することができる。

　疎水性材料としては、例えば、シロキサン結合（Ｓｉ－Ｏ－Ｓｉ結合）を有する化合物、オレフィン系ポリマー、オイル、フッ素系化合物などが挙げられる。分離機能層１は、疎水性材料として、シロキサン結合を有する化合物を含むことが好ましい。シロキサン結合を有する化合物は、典型的には、シリコーン樹脂である。シリコーン樹脂は、２５℃で固体であってもよく、液体であってもよい。シリコーン樹脂の具体例としては、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）などが挙げられる。オレフィン系ポリマーの具体例としては、ポリエチレン、ポリプロピレンなどが挙げられる。オイルとしては、例えば、流動パラフィンなどの炭化水素系オイルが挙げられる。フッ素系化合物としては、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、テトラフルオロエチレン－パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）などが挙げられる。疎水性材料は、単独で又は２種以上を組み合わせて使用できる。

　分離機能層１は、シリコーン樹脂を含んでいてもよい。シリコーン樹脂を含む分離機能層１を備えた浸透気化膜１１は、発酵液Ｓに含まれる有機化合物の濃縮用途に適している。

　分離機能層１は、疎水性材料を主成分として含んでいてもよく、実質的に疎水性材料のみから構成されていてもよい。「主成分」は、分離機能層１に重量比で最も多く含まれる成分を意味する。

　分離機能層１は、疎水性材料を含むマトリクスと、マトリクスに分散したフィラーとを含んでいてもよい。フィラーは、マトリクス内に埋め込まれている。マトリクス内において、全てのフィラーが互いに離間していてもよく、部分的に凝集していてもよい。

　フィラーは、例えば、ゼオライト、シリカ、ベントナイトなどの無機材料を含む。フィラーに含まれるゼオライトは、アルミナに対するシリカの比率が高いハイシリカゼオライトであることが好ましい。ハイシリカゼオライトは、耐加水分解性に優れているため、水溶液Ｓ１を分離する用途に適している。ハイシリカゼオライトとしては、東ソー社製のＨＳＺ（登録商標）、ユニオン昭和社製のＨｉＳｉｖ（登録商標）、ユニオン昭和社製のＵＳＫＹ及び中村超硬社製のＺｅｏａｌ（登録商標）などを用いることができる。

　フィラーは、金属有機構造体（Metal-Organic-Framework：ＭＯＦ）を含んでいてもよい。金属有機構造体は、多孔性配位高分子（Porous Coordination Polymer：ＰＣＰ）とも呼ばれている。金属有機構造体は、疎水性であることが好ましい。金属有機構造体は、例えば、金属イオン及び有機配位子を含んでいる。金属イオンとしては、Ｚｎイオンなどが挙げられる。有機配位子は、例えば、芳香環を含んでいる。有機配位子に含まれる芳香環としては、イミダゾール環などが挙げられる。有機配位子としては、２－メチルイミダゾールなどが挙げられる。金属有機構造体の具体例としては、ＺＩＦ－８などが挙げられる。

　フィラーの形状は、例えば、粒子状である。本明細書において、「粒子状」には、球状、楕円体状、鱗片状及び繊維状が含まれる。フィラーの平均粒径は、特に限定されず、例えば５０μｍ以下であり、好ましくは２０μｍ以下であり、より好ましくは１０μｍ以下である。フィラーの平均粒径の下限値は、例えば０．０１μｍである。フィラーの平均粒径は、例えば、次の方法によって特定することができる。まず、分離機能層１の断面を透過電子顕微鏡で観察する。得られた電子顕微鏡像において、特定のフィラーの面積を画像処理によって算出する。算出された面積と同じ面積を有する円の直径をその特定のフィラーの粒径（粒子の直径）とみなす。任意の個数（少なくとも５０個）のフィラーの粒径をそれぞれ算出し、算出値の平均値をフィラーの平均粒径とみなす。

　疎水性材料を含むマトリクスを含む分離機能層１におけるフィラーの含有率は、例えば１０ｗｔ％以上であり、好ましくは３０ｗｔ％以上であり、より好ましくは４０ｗｔ％以上である。分離機能層１におけるフィラーの含有率の上限値は、特に限定されず、例えば７０ｗｔ％である。分離機能層１におけるマトリクスの含有率は、特に限定されず、例えば３０ｗｔ％～９０ｗｔ％である。

　分離機能層１の厚さは、例えば２００μｍ以下であり、好ましくは１００μｍ以下であり、より好ましくは８０μｍ以下である。分離機能層１の厚さは、１．０μｍ以上であってもよく、１０μｍ以上であってもよく、３０μｍ以上であってもよい。

　分離機能層１は、平均孔径が０．０１μｍ未満の微孔構造を有していてもよいが、表面に孔を有さない緻密層であってもよい。

（多孔性支持体）
　多孔性支持体２としては、例えば、不織布；多孔質ポリテトラフルオロエチレン；芳香族ポリアミド繊維；多孔質金属；焼結金属；多孔質セラミック；多孔質ポリエステル；多孔質ナイロン；活性化炭素繊維；ラテックス；シリコーン；シリコーンゴム；ポリフッ化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、ポリウレタン、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリスルホン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリアクリロニトリル、ポリイミド及びポリフェニレンオキシドからなる群より選ばれる少なくとも１つを含む透過性（多孔質）ポリマー；連続気泡又は独立気泡を有する金属発泡体；連続気泡又は独立気泡を有するポリマー発泡体；シリカ；多孔質ガラス；メッシュスクリーンなどが挙げられる。多孔性支持体２は、これらのうちの２種以上を組み合わせたものであってもよい。

　多孔性支持体２は、例えば０．０１～０．４μｍの平均孔径を有する。多孔性支持体２の厚さは、特に限定されず、例えば１０μｍ以上であり、好ましくは５０μｍ以上であり、より好ましくは１００μｍ以上である。多孔性支持体２の厚さは、例えば３００μｍ以下であり、好ましくは２００μｍ以下である。

（保護層）
　保護層は、例えば、分離機能層１の表面を被覆している。保護層の材料としては、特に限定されず、例えばシリコーン樹脂が挙げられる。保護層の材料は、分離機能層１のマトリクスの材料と同じであってもよく、異なっていてもよい。保護層の厚さは、特に限定されず、例えば０．５μｍ以上であり、好ましくは１μｍ以上であり、より好ましくは５μｍ以上であり、さらに好ましくは１０μｍ以上である。保護層の厚さは、例えば１００μｍ以下であり、好ましくは５０μｍ以下であり、よりこのましくは３０μｍ以下である。

（浸透気化膜の作製方法）
　浸透気化膜１１は、例えば、多孔性支持体２の上に分離機能層１を形成することによって作製することができる。詳細には、まず、分離機能層１の材料を含む塗布液を調製する。塗布液は、フィラーとともにフィラーを塗布液中に分散させるための分散剤を含んでいてもよい。例えば、塗布液がシロキサン結合を有する化合物を含む場合、塗布液は、当該化合物を硬化させるための触媒をさらに含んでいてもよい。次に、塗布液を多孔性支持体２の上に塗布することによって塗布膜を得る。塗布膜を乾燥させることによって、分離機能層１が形成される。このようにして、浸透気化膜１１が得られる。

　本発明の別の好ましい一形態では、浸透気化膜１１は、発酵液Ｓに含まれる水を優先的に透過させる膜（脱水膜）である。浸透気化膜１１が脱水膜である場合、透過流体Ｓ１における有機化合物の含有率は、発酵液Ｓにおける有機化合物の含有率よりも低い。一方、非透過流体Ｓ２における有機化合物の含有率は、発酵液Ｓにおける有機化合物の含有率よりも高い。

（分離機能層）
　浸透気化膜１１が脱水膜である場合、分離機能層１は、発酵液Ｓに含まれる水を優先的に透過させることができる層である。分離機能層１は、ポリイミド及びゼオライトからなる群より選ばれる少なくとも１つを含んでいてもよい。ゼオライトは、高い親水性を有する。ポリイミドは、ゼオライトと比べて、水による膨潤を抑制できる材料である。ゼオライトの具体例としては、シリカライト－１、シリカライト－２などの結晶性シリケート、ＴＳ－１などの結晶性チタノシリケートなどが挙げられる。ポリイミド及びゼオライトからなる群より選ばれる少なくとも１つを含む分離機能層１を備えた浸透気化膜１１は、発酵液Ｓに含まれる水分の除去、すなわち脱水用途に適している。

　分離機能層１は、ポリイミドを主成分として含んでいてもよく、実質的にポリイミドのみから構成されていてもよい。分離機能層１は、ゼオライトを主成分として含んでいてもよく、実質的にゼオライトのみから構成されていてもよい。

　分離機能層１は、ポリイミド及びゼオライトからなる群より選ばれる少なくとも１つを含むマトリクスと、マトリクスに分散したフィラーとを含んでいてもよい。フィラーは、マトリクス内に埋め込まれている。マトリクス内において、全てのフィラーが互いに離間していてもよく、部分的に凝集していてもよい。フィラーとしては、浸透気化膜１１が濃縮膜である場合の分離機能層１に使用可能なフィラーとして挙げたものを用いることができる。

　ポリイミド及びゼオライトからなる群より選ばれる少なくとも１つを含むマトリクスを含む分離機能層１におけるフィラーの含有率は、例えば１０ｗｔ％以上であり、好ましくは３０ｗｔ％以上であり、より好ましくは４０ｗｔ％以上である。分離機能層１におけるフィラーの含有率の上限値は、特に限定されず、例えば７０ｗｔ％である。分離機能層１におけるマトリクスの含有率は、特に限定されず、例えば３０ｗｔ％～９０ｗｔ％である。

（多孔性支持体）
　多孔性支持体２としては、浸透気化膜１１が濃縮膜である場合の多孔性支持体２として挙げたものを用いることができる。

（保護層）
　保護層としては、浸透気化膜１１が濃縮膜である場合の保護層として挙げたものを用いることができる。

（浸透気化膜の作製方法）
　浸透気化膜１１は、浸透気化膜１１が濃縮膜である場合と同様の方法により作製することができる。

［膜分離装置の運転方法］
　膜分離装置１００の運転方法は、供給空間入口１３ａから膜分離装置１００に発酵液Ｓを供給することと、浸透気化膜１１によって、発酵液Ｓを透過流体Ｓ１と非透過流体Ｓ２とに分離することとを含む。膜分離装置１００の運転方法によれば、膜分離装置１００に供給される発酵液Ｓの量の変動などにより、膜分離装置１００の内部に局所的な乾固領域が生じたり、発酵液Ｓが滞留したりすることが回避される。したがって、膜分離装置１００の内部における望ましくない微生物の増殖が抑制される。

　具体的には、膜分離装置１００の運転方法は、例えば、次のように実施される。まず、供給空間出口１３ｂよりも下方に位置している供給空間入口１３ａを通じて、発酵液Ｓを膜分離装置１００の供給空間１３に下方から上方に向かって供給する。これにより、浸透気化膜１１の一方の面（例えば、主面１１ａ）に発酵液Ｓを接触させることができる。

　発酵液Ｓは、例えば、発酵物としての有機化合物と、水とを含む。発酵液Ｓに含まれる有機化合物は、揮発性を有する限り、特に限定されない。本明細書において、「揮発性を有する有機化合物」とは、大気圧下（１０１．３２５ｋＰａ）での沸点が２０℃～２６０℃、好ましくは５０℃～２６０℃である有機化合物を意味する。なお、有機化合物は、例えば、水溶液中での濃度が高い場合に、水を主成分として含む水相と、当該水相よりも有機化合物の含有率が高い有機相とを生じさせるものである。

　有機化合物の炭素数は、特に限定されず、例えば１０以下であり、８以下、６以下、さらには４以下であってもよい。有機化合物の炭素数の下限値は、１であってもよく、２であってもよい。有機化合物は、例えば、ヒドロキシル基、カルボニル基、エーテル基、エステル基などの酸素原子を含む官能基を有している。有機化合物において、酸素原子を含む官能基の数は、典型的には１つである。

　有機化合物としては、例えば、アルコール、ケトン、エステルなどが挙げられる。有機化合物がアルコールである場合、有機化合物は、水と相溶しやすく、系内の環境に偏りが生じにくい。アルコールは、アルキル基及びヒドロキシル基のみから構成されたアルキルアルコールであってもよく、アリール基及びヒドロキシル基を含むアリールアルコールであってもよい。アルキルアルコールは、直鎖状、分岐鎖状、環状のいずれであってもよい。有機化合物において、アルキルアルコールとしては、例えば、メタノール、エタノール、ｎ－プロパノール、イソプロパノール、ｎ－ブタノール（ＢｕＯＨ）、２－ブタノール、イソブタノール、ｔ－ブタノール、ｎ－ペンタノールなどが挙げられ、好ましくはｎ－ブタノールである。ｎ－ブタノールは、水溶液中での含有率が８ｗｔ％程度以上である場合に、水溶液から２つの相（水相及び有機相）を生じさせる化合物である。そのため、有機化合物がｎ－ブタノールである場合、例えば、透過流体における有機化合物の含有率を８ｗｔ％程度以上に調整することによって、液化後の透過流体において、水相及び有機相を生じさせることができる。この場合、水相及び有機相を分離することによって、透過流体を容易に精製することができる。アリールアルコールとしては、例えば、フェノールなどが挙げられる。

　ケトンは、アルキル基及びカルボニル基のみから構成されたジアルキルケトンであってもよい。有機化合物において、ジアルキルケトンとしては、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）、アセトンなどが挙げられる。

　エステルは、アルキル基及びエステル基のみから構成された脂肪酸アルキルエステルであってもよい。脂肪酸アルキルエステルとしては、酢酸エチルなどが挙げられる。

　なお、有機化合物は、上述したものに限定されない。有機化合物は、ベンゼン、トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素であってもよい。

　発酵液Ｓは、１種類の有機化合物を含んでいてもよく、２種類以上の有機化合物を含んでいてもよい。発酵液Ｓにおける有機化合物の含有率は、例えば５０ｗｔ％以下であり、３０ｗｔ％以下、１０ｗｔ％以下、５ｗｔ％以下、２ｗｔ％以下、さらには１ｗｔ％以下であってもよい。有機化合物の含有率の下限値は、特に限定されず、例えば０．０１ｗｔ％である。

　本実施形態において、有機化合物は、微生物が炭素源を発酵させることによって生成した発酵物である。すなわち、本実施形態において、発酵液Ｓは、発酵物としての有機化合物を含む発酵液である。

　発酵液Ｓは、水及び有機化合物以外に、発酵物の生成に関与する微生物、炭素源、窒素源、無機イオンなどの他の成分をさらに含んでいてもよい。発酵物の生成に関与する微生物は、典型的には菌である。炭素源としては、デンプンなどの多糖類や、グルコースなどの単糖類が挙げられる。

　膜分離装置１００への発酵液Ｓの供給量は、特に限定されず、膜分離装置１００の処理能力に応じて定められる。供給空間１３に供給される発酵液Ｓは、予め加熱されてもよい。一例として、供給空間１３に供給される発酵液Ｓの温度は、１５℃～７５℃である。

　次に、浸透気化膜１１の一方の面に発酵液Ｓを接触させた状態で、浸透気化膜１１の他方の面（例えば、主面１１ｂ）に隣接する空間を減圧する。詳細には、透過空間出口１４ｂを通じて、透過空間１４内を減圧する。透過空間１４内の減圧は、例えば、真空ポンプなどの減圧装置によって行うことができる。透過空間１４の圧力は、例えば５０ｋＰａ以下であり、２０ｋＰａ以下、１０ｋＰａ以下、５ｋＰａ以下、３ｋＰａ以下、さらには２ｋＰａ以下であってもよい。なお、本明細書において、特に言及のない限り、「圧力」は、絶対圧を意味する。

　例えば、浸透気化膜１１が濃縮膜である場合、透過空間１４内を減圧することによって、浸透気化膜１１の他方の面側において、有機化合物の含有率が高い透過流体Ｓ１を得ることができる。言い換えると、透過流体Ｓ１が透過空間１４に供給される。透過流体Ｓ１は、透過空間出口１４ｂを通じて、膜分離装置１００の外部に排出される。気体の透過流体Ｓ１は、例えば、凝縮部などで冷却される。これにより、透過流体Ｓ１が液化し、液体の透過流体Ｓ１が得られる。

　一方、浸透気化膜１１が濃縮膜である場合、発酵液Ｓにおける有機化合物の含有率は、供給空間１３の供給空間入口１３ａから供給空間出口１３ｂに向かって徐々に低下する。供給空間１３で処理された発酵液Ｓ（非透過流体Ｓ２）は、供給空間出口１３ｂを通じて、膜分離装置１００の外部に排出される。非透過流体Ｓ２は、典型的には液体である。

　上述のとおり、浸透気化膜１１が濃縮膜である場合、膜分離装置１００の浸透気化膜１１は、発酵液Ｓに含まれる有機化合物を優先的に透過させることができる。そのため、膜分離装置１００の運転によって得られた透過流体Ｓ１は、膜分離装置１００に供給される発酵液Ｓに比べて、有機化合物の含有率が高い。

　上述した膜分離装置１００の運転方法に従い一定期間、膜分離運転を実行した後、膜分離装置１００の洗浄運転を実行してもよい。膜分離装置１００の洗浄運転は、定期的に実行してもよい。

　本実施形態の運転方法によれば、例えば、有機化合物の含有率が高い透過流体Ｓ１を製造することができる。言い換えると、本実施形態の運転方法によって、透過流体Ｓ１として、有機化合物を製造できる。

　本発明は、その別の側面から、
　揮発性の有機化合物を含む発酵液Ｓを、浸透気化膜１１を有する膜分離装置１００に供給することと、
　浸透気化膜１１によって、発酵液Ｓを透過流体Ｓ１と非透過流体Ｓ２とに分離することと、
　透過流体Ｓ１を回収することと、
を含む、有機化合物の製造方法であって、
　透過流体Ｓ１における有機化合物の含有率は、発酵液Ｓにおける有機化合物の含有率よりも高く、
　膜分離装置１００は、
　浸透気化膜１１によって隔てられた供給空間１３及び透過空間１４と、
　発酵液Ｓを供給空間１３に供給するための供給空間入口１３ａと、
　非透過流体Ｓ２を供給空間１３から排出するための供給空間出口１３ｂと、
を備え、
　供給空間入口１３ａが供給空間出口１３ｂよりも下方に位置している、有機化合物の製造方法を提供する。

＜膜分離装置の変形例＞
（変形例１）
　図４Ａは、本実施形態の膜分離装置１００の変形例１を示す概略断面図である。変形例１の膜分離装置１０１は、浸透気化膜１１を有する膜エレメント１５を備える。膜エレメント１５は、ケーシング１２の内部に配置されている。供給空間入口１３ａは、供給空間出口１３ｂよりも下方に位置している。

　膜エレメント１５は、スパイラル型の膜エレメント、中空糸型の膜エレメント、複数の浸透気化膜が積層されたディスクチューブ型の膜エレメント、プレートアンドフレーム型の膜エレメントなどであってもよい。膜エレメント１５は、典型的には、スパイラル型の膜エレメントである。図４Ａは、膜エレメント１５がスパイラル型の膜エレメントである場合の例である。

　図５は、スパイラル型の膜エレメントを模式的に示す展開斜視図である。膜エレメント１５は、図５に示すようなスパイラル型の膜エレメントであってもよい。図５のスパイラル型の膜エレメント１５は、中心管１６と、浸透気化膜１１を有し、中心管１６に巻き付けられた膜リーフ１７とを備える。中心管１６は、下方から上方に向かって延びている。中心管１６は、鉛直方向に延びていてもよい。

　中心管１６は、円筒形状を有している。中心管１６の表面には、中心管１６の内部に透過流体Ｓ１を流入させるための貫通孔１６ｈが形成されている。貫通孔１６ｈの数は特に限定されず、１つであってもよく、２つ以上であってもよい。中心管１６の材料としては、例えば、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合樹脂（ＡＢＳ樹脂）、ポリフェニレンエーテル樹脂（ＰＰＥ樹脂）、ポリサルフォン樹脂（ＰＳＦ樹脂）などの樹脂；ステンレス鋼、チタンなどの金属が挙げられる。中心管１６の内径は、例えば２０～１００ｍｍの範囲にある。

　膜エレメント１５は、複数の膜リーフ１７を有する。各膜リーフ１７は、浸透気化膜１１及び透過側流路材１９をさらに含む。例えば、膜リーフ１７は、２つの浸透気化膜１１を有する。２つの浸透気化膜１１が互いに重ね合わされ、袋状の構造を有するように３辺において封止されている。袋状の構造の内部に位置するように、２つの浸透気化膜１１の間に透過側流路材１９が配置されている。透過側流路材１９は、２つの浸透気化膜１１の間に透過流体Ｓ１の流路としての空間（透過空間）を確保している。このように、透過側流路材１９は、浸透気化膜１１に組み合わされて使用される。膜リーフ１７の数は、特に限定されず、例えば２～３０である。

　膜エレメント１５は、供給側流路材１８をさらに有する。供給側流路材１８は、上述の袋状の構造の外部に位置するとともに、膜リーフ１７に積層されている。詳細には、複数の供給側流路材１８と複数の膜リーフ１７とが交互に積層されている。供給側流路材１８は、膜リーフ１７と膜リーフ１７との間に発酵液Ｓの流路としての空間（供給空間）を確保している。

　供給側流路材１８及び透過側流路材１９としては、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）又はエチレン－クロロトリフルオロエチレン共重合体（ＥＣＴＦＥ）からなる樹脂製のネット、織物又は編物を用いることができる。

　図４Ａに示すように、ケーシング１２は、ケーシング本体１２ａ、第１端板１２ｂ及び第２端板１２ｃを有する。ケーシング本体１２ａは、円筒形状を有し、十分な耐圧性を有する材料で作られている。第１端板１２ｂは、ケーシング１２の下方側の端部２３ａに取り付けられている。第１端板１２ｂによってケーシング１２の端部２３ａが閉じられている。第２端板１２ｃは、ケーシング１２の上方側の端部２３ｂに取り付けられている。第２端板１２ｃによってケーシング１２の端部２３ｂが閉じられている。

　ケーシング１２は、ポート２１ａ、ポート２１ｂ及びポート２２ｂを有する。これらのポートは、ケーシング１２の内部と外部とを連通するためのポートである。ポート２１ａは、ケーシング１２の下方側の端部２３ａに設けられている。ポート２１ｂ及びポート２２ｂは、ケーシング１２の上方側の端部２３ｂに設けられている。

　第１端板１２ｂにポート２１ａが設けられていてもよく、第２端板１２ｃにポート２２ｂが設けられていてもよい。第２端板１２ｃにポート２１ｂ及びポート２２ｂが設けられていてもよい。

　供給空間入口１３ａとポート２１ａとが連通しており、ポート２１ａが発酵液Ｓの入口として使用される。中心管１６は、透過空間出口１４ｂでポート２２ｂに接続されている。すなわち、ポート２２ｂが透過流体Ｓ１の出口として使用される。供給空間出口１３ｂとポート２１ｂとが連通しており、ポート２１ｂが非透過流体Ｓ２の出口として使用される。各ポートは、単なる開口でもよく、図４に示すようなノズル状の開口であってもよい。

　膜分離装置１０１は、膜エレメント１５とケーシング１２との間の空間に配置されたシール部材２４をさらに備える。シール部材２４は、例えば、リング形状を有し、膜エレメント１５を周方向に取り囲んでいる。シール部材２４は、膜エレメント１５の下端側に配置されている。シール部材２４によってケーシング１２の内部空間が、空間２５ａと空間２５ｂとに仕切られている。空間２５ａは空間２５ｂよりも下方に位置している。

　膜エレメント１５が図５に示すようなスパイラル型の膜エレメントである場合、膜エレメント１５の中心軸Ｌ３の水平面Ｐに対する傾き角度をθ３と定義する。ただし、本実施形態において、θ３は、中心軸Ｌ３と水平面Ｐとの間の０°以上９０°以下の範囲内の最も小さい角度を意味する。なお、中心軸Ｌ３は、図４Ａに示すように、中心管１６の中心軸として定義されうる。

　θ３は、５°以上であってもよく、１５°以上であってもよく、２５°以上であってもよく、３５°以上であってもよい。θ３は、４５°以上９０°以下であってもよい。すなわち、θ３は、４５°≦θ３≦９０°を満たしてもよい。このような構造によれば、膜分離装置１００の内部に局所的な乾固領域が生じたり、発酵液Ｓが滞留したりすることが回避されやすい。

　θ３は、さらに、５０°以上であってもよく、５５°以上であってもよく、６０°以上であってもよく、６５°以上であってもよく、７０°以上であってもよい。

　図４Ａに示す膜分離装置１０１において、θ１は、３５°以上９０°以下である。図４Ａに示すように、θ１は、３５°≦θ１≦９０°を満たしてもよい。

　図４Ａに示す膜分離装置１０１において、θ２は、５５°以上９０°以下である。図４Ａに示すように、θ２は、５５°≦θ２≦９０°を満たしてもよい。

　図４Ａに示す膜分離装置１０１において、θ３は、実質的に９０°である。図４Ａに示すように、θ３は、実質的に９０°であってもよい。

　膜分離装置１０１において、θ１が、３５°≦θ１≦９０°を満たし、かつ、θ３が実質的に９０°であってもよい。

　図示は省略するが、膜分離装置１０１において、膜エレメント１５の軸方向の一端又は両端に、端部部材が取り付けられていてもよい。端部部材は、テレスコープ防止部材、アンチテレスコープ材などとも呼ばれる。この場合、シール部２４は、膜エレメント１５の上流側の端部に配置された端部部材を介して、配置される。

　膜分離装置１０１において、膜エレメント１５の直径は、８インチ（約２０１ｍｍ）以下であってもよい。このような大きさの膜エレメント１５を備えた膜分離装置１０１は、持ち運び性に優れる。

　膜エレメント１５が、図５に示すようなスパイラル型の膜エレメントである場合、膜分離装置１０１の運転方法は、例えば、次のように実施される。まず、ポート２１ａ（供給空間入口１３ａ）から、発酵液Ｓを供給し、中心管１６の内部の空間を減圧する。これにより、膜リーフ１７の浸透気化膜１１を透過した透過流体Ｓ１が中心管１６の内部に移動する。透過流体Ｓ１は、中心管１６を通じてポート２２ｂ（透過空間出口１４ｂ）から、外部に排出される。膜エレメント１５で処理された発酵液Ｓ（非透過流体Ｓ２）は、ポート２１ｂ（供給空間出口１３ｂ）から、外部に排出される。

　図４Ｂは、変形例１の別の一例を示す概略断面図である。図４Ｂに示す膜分離装置１１１は、傾き角度（θ１、θ２、θ３）が異なることを除き、図４Ａに示す膜分離装置１０１と同じ構成を有する。したがって、膜分離装置１０１と膜分離装置１１１とで共通する要素には同じ参照符号を付し、それらの説明を省略する。

　図４Ｂに示す膜分離装置１１１において、供給空間入口１３ａと供給空間出口１３ｂとを結ぶ仮想直線Ｌ１の水平面Ｐに対する傾き角度θ１は、０°超９０°未満である。図４Ｂに示すように、θ１は、０°＜θ１＜９０°を満たしてもよい。このような構造によれば、膜分離装置１１１の内部に局所的な乾固領域が生じたり、発酵液Ｓが滞留したりすることがより回避されやすい。

　図４Ｂに示す膜分離装置１１１において、供給空間入口１３ａと透過空間出口１４ｂとを結ぶ仮想直線Ｌ２の水平面Ｐに対する傾き角度θ２は、０°超９０°未満である。図４Ｂに示すように、θ２は、０°＜θ２＜９０°を満たしてもよい。

　図４Ｂに示す膜分離装置１１１において、θ１及びθ２は、θ１＞θ２を満たしてもよい。θ１＞θ２を満たす場合、供給空間出口１３ｂが透過空間出口１４ｂよりも上方に位置する。このような構造によれば、膜分離装置１００の内部に局所的な乾固領域が生じたり、発酵液Ｓが滞留したりすることが回避されやすい。

　図４Ｂに示す膜分離装置１１１において、膜エレメント１５の中心軸Ｌ３の水平面Ｐに対する傾き角度θ３は、０°超９０°未満である。図４Ｂに示すように、θ３は、０°＜θ３＜９０°を満たしてもよい。

　図４Ｃは、変形例１のさらに別の一例を示す概略断面図である。図４Ｃに示す膜分離装置１２１は、傾き角度（θ１、θ２、θ３）が異なることを除き、図４Ａに示す膜分離装置１０１と同じ構成を有する。したがって、膜分離装置１０１と膜分離装置１２１とで共通する要素には同じ参照符号を付し、それらの説明を省略する。

　図４Ｃに示す膜分離装置１２１において、供給空間入口１３ａと供給空間出口１３ｂとを結ぶ仮想直線Ｌ１の水平面Ｐに対する傾き角度θ１は、０°超５５°以下である。図４Ｃに示すように、θ１は、０°＜θ１≦５５°を満たしてもよい。このような構造によっても、膜分離装置１２１の内部に局所的な乾固領域が生じたり、発酵液Ｓが滞留したりすることがある程度回避される。

　図４Ｃに示す膜分離装置１２１において、供給空間入口１３ａと透過空間出口１４ｂとを結ぶ仮想直線Ｌ２の水平面Ｐに対する傾き角度θ２は、０°以上３５°以下である。図４Ｃに示すように、θ２は、０°≦θ２≦３５°を満たしてもよい。

　図４Ｃに示す膜分離装置１２１において、膜エレメント１５の中心軸Ｌ３の水平面Ｐに対する傾き角度θ３は、実質的に０°である。図４Ｃに示すように、θ３は、実質的に０°であってもよい。

　上述した本実施形態の膜分離装置は、複数を直列に接続して使用してもよい。複数の膜分離装置を直列に接続して使用する場合、図４Ｂに示す膜分離装置１１１及び図４Ｃに示す膜分離装置１２１は、図４Ａに示す膜分離装置１０１に比べて、接続及び設置が容易である点で実用性が高い。図４Ｃに示す膜分離装置１２１は、図４Ｂに示す膜分離装置１１１に比べて、接続及び設置がより容易である。一方、図４Ａに示す膜分離装置１０１及び図４Ｂに示す膜分離装置１１１は、図４Ｃに示す膜分離装置１２１に比べて、膜エレメントの内部に多くの液体を充填することができ、膜分離装置の内部における局所的な乾固領域の増加をより抑制することができる。図４Ａに示す膜分離装置１０１は、図４Ｂに示す膜分離装置１１１に比べて、膜エレメントの内部により多くの液体を充填することができる。すなわち、図４Ａに示す膜分離装置１０１は、膜分離装置の内部における局所的な乾固領域の増加の抑制効果に優れている。図４Ｃに示す膜分離装置１２１は、実用性に優れている。図４Ｂに示す膜分離装置１１１は、実用性と膜分離装置の内部における局所的な乾固領域の増加の抑制効果とのバランスに優れている。

　上述した本実施形態の膜分離装置は、相互に組み合わせて、直列に接続して使用することもできる。

（変形例２）
　図６は、本実施形態の膜分離装置１００の変形例２を示す概略断面図である。変形例２の膜分離装置１０２は、供給空間１３に接続された流体排出口２６をさらに備え、流体排出口２６が供給空間出口１３ｂよりも下方に位置していることを除き、変形例１の膜分離装置１０１と同じ構造を有する。したがって、上述の膜分離装置１０１と変形例２の膜分離装置１０２とで共通する要素には同じ参照符号を付し、それらの説明を省略することがある。

　ケーシング１２の内部空間（特に空間２５ａ）には、流体Ｓ４が流入して滞留することがある。流体Ｓ４は、例えば、膜分離装置１０２を洗浄した際の洗浄液である。膜分離装置１０２によれば、流体排出口２６からこのような流体Ｓ４を排出することができる。運転時に、ケーシング１２の内部空間に滞留した発酵液Ｓなども、必要に応じて排出口２６から排出することができる。

　膜分離装置１０２が備える膜エレメント１５が、図５に示すようなスパイラル型の膜エレメントである場合、流体排出口２６は、中心管１６の軸方向において、供給空間入口１３ａと同じ側に位置していてもよい。図６に示すように、流体排出口２６と供給空間入口１３ａとが、共に第１端板１２ｂに設けられていてもよい。

　ケーシング１２は、ポート２７をさらに有する。ポート２７は、ケーシング１２の内部と外部とを連通するためのポートである。ポート２７は、ケーシング１２の下方側の端部２３ａに設けられている。第２端板１２ｂにポート２７が設けられていてもよい。

　流体排出口２６とポート２７とが連通しており、ポート２７が流体Ｓ４の出口として使用される。ポート２７は、単なる開口でもよく、図６に示すようなノズル状の開口であってもよい。

　図６は、透過空間出口１３ａとは別に流体排出口２５を設けた場合の例である。しかし、透過空間出口１３ａが流体排出口２５を兼ねていてもよい。すなわち、透過空間出口１３ａから流体Ｓ４を排出することが可能であるように構成されていてもよい。

（変形例３）
　図７は、本実施形態の膜分離装置１００の変形例３を示す概略断面図である。変形例３の膜分離装置１０３は、ケーシング１２の第１端板１２ｂがケーシング１２の外部に向かって突出する円錐状又は円錐台状を有することを除き、変形例２の膜分離装置１０２と同じ構造を有する。したがって、上述の膜分離装置１０２と変形例３の膜分離装置１０３とで共通する要素には同じ参照符号を付し、それらの説明を省略することがある。

　膜分離装置１０３によれば、流体排出口２６から流体Ｓ４を排出しやすい。

＜膜分離システムの第一実施形態＞
　図８は、第一実施形態の膜分離システム１０００の一例を示す概略構成図である。図８に示すように、本実施形態の膜分離システム１０００は、膜分離装置として、上述の膜分離装置１００、１０１、１１１、１２１、１０２、又は１０３を備える。以下及び図８では、便宜上、膜分離装置１００、１０１、１１１、１２１、１０２、又は１０３をまとめて膜分離装置１００と記載する。膜分離システム１０００は、膜分離装置１００に対して、上述した運転方法を行うことができる。

　膜分離システム１０００において、浸透気化膜１１は、発酵液Ｓに含まれる有機化合物を優先的に透過させる膜（濃縮膜）である。

　膜分離システム１０００は、膜分離装置１００とともに、タンク３０をさらに備える。タンク３０は、膜分離装置１００に供給されるべき発酵液Ｓを貯蔵している。タンク３０は、典型的には、微生物による炭素源の発酵によって有機化合物を生成するための発酵槽である。

　膜分離システム１０００は、減圧装置４０をさらに備えていてもよい。減圧装置４０は、膜分離装置１００の透過空間１４内を減圧することができる。減圧装置４０は、真空ポンプなどの真空装置であることが好ましい。真空ポンプは、典型的には気体輸送式の真空ポンプであり、往復運動式の真空ポンプや回転式の真空ポンプなどが挙げられる。往復運動式の真空ポンプとしては、ダイヤフラム型や揺動ピストン型の真空ポンプが挙げられる。回転式の真空ポンプとしては、液封ポンプ；油回転ポンプ（ロータリポンプ）；メカニカルブースターポンプ；ルーツ型、クロー型、スクリュー型、ターボ型、スクロール型などの各種ドライポンプなどが挙げられる。減圧装置４０としてのポンプは、回転数などを変化させるための可変速機構を備えていてもよい。可変速機構の例は、ポンプのモータを駆動するインバータである。可変速機構でポンプの回転数などを制御することによって、膜分離装置１００の供給空間１３の圧力を適切に調整することができる。

　膜分離システム１０００は、透過流体Ｓ１を回収するための回収部５０をさらに備えていてもよい。回収部５０は、膜分離装置１００から送られた透過流体Ｓ１を回収し、例えば、透過流体Ｓ１を貯蔵することができる。回収部５０は、例えば、透過流体Ｓ１を貯蔵するタンクである。

　膜分離システム１０００は、発酵液供給経路７１、透過流体排出経路７２、及び非透過流体排出経路７３をさらに備える。

　発酵液供給経路７１は、タンク３０の発酵液出口（出口３１）及び膜分離装置１００の発酵液入口（入口１３ａ）に接続されており、タンク３０から膜分離装置１００に発酵液Ｓを供給するための経路である。発酵液供給経路７１には、発酵液Ｓの流量を制御するポンプが配置されていてもよく、発酵液Ｓにおける有機化合物の含有率を測定するためのセンサが配置されていてもよい。

　透過流体排出経路７２は、膜分離装置１００の透過流体出口（出口１４ｂ）及び回収部５０の透過流体入口（入口５１）に接続されており、膜分離装置１００から回収部５０に透過流体Ｓ１を送るための経路である。透過流体排出経路７２には、透過流体Ｓ１における有機化合物の含有率を測定するためのセンサが配置されていてもよい。

　非透過流体排出経路７３は、膜分離装置１００の非透過流体出口（出口１３ｂ）に接続されており、膜分離装置１００から非透過流体Ｓ２を排出するための経路である。非透過流体排出経路７３には、非透過流体Ｓ２における有機化合物の含有率を測定するためのセンサが配置されていてもよい。

　非透過流体排出経路７３は、タンク３０の非透過流体入口（入口３２）に接続されており、非透過流体Ｓ２をタンク３０に送るように構成されていてもよい。すなわち、膜分離システム１０００において、非透過流体Ｓ２がタンク３０にて発酵液Ｓに混合され、発酵液供給経路７１及び非透過流体排出経路７３を循環する構成であってもよい。非透過流体Ｓ２をタンク３０に送る場合、タンク３０内では、発酵液Ｓ及び非透過流体Ｓ２が混合され、発酵液Ｓにおける有機化合物の含有率が低下する。タンク３０が発酵槽である場合、発酵液Ｓにおける有機化合物の含有率が低下することによって、微生物による発酵が停止することを抑制でき、これにより、発酵物の製造を連続して行うことができる。

　透過流体排出経路７２には、透過流体Ｓ１を凝縮するための凝縮部がさらに配置されていてもよい。凝縮部は、例えば、透過流体Ｓ１を冷却するための熱交換器である。熱交換器によれば、気体の透過流体Ｓ１を冷却して凝縮させることができる。熱交換器は、例えば、不凍液などの冷却媒体と気体の透過流体Ｓ１との間で熱交換を生じさせる気－液熱交換器である。凝縮部は、膜分離装置１００と減圧装置４０との間（減圧装置４０よりも上流側）に位置していてもよく、減圧装置４０と回収部５０との間（減圧装置４０よりも下流側）に位置していてもよい。

　膜分離システム１０００は、膜分離システム１０００の各部材を制御する制御器６０をさらに備えていてもよい。制御器６０は、例えば、Ａ／Ｄ変換回路、入出力回路、演算回路、記憶装置などを含むＤＳＰ（Digital Signal Processor）である。制御器６０には、膜分離システム１０００を適切に運転するためのプログラムが格納されている。例えば、制御器６０は、減圧装置４０などの動作を制御して、膜分離運転と洗浄運転とを切り替えることができる。

　膜分離システム１０００の経路のそれぞれは、特に言及がない限り、例えば、金属製又は樹脂製の配管で構成されている。

　膜分離システム１０００に用いられる膜分離装置１００において、浸透気化膜１１はシリコーン樹脂を含むことが好ましい。シリコーン樹脂を含む浸透気化膜１１は、発酵液Ｓに含まれる有機化合物の濃縮、すなわち濃縮用途に適している。

＜膜分離システムが備える膜分離装置の変形例＞
　本実施形態の膜分離システム１０００は、複数の膜分離装置１００を含んでいてもよく、複数の膜分離装置１００は、互いに直列又は並列に接続されていてもよい。本明細書において、「複数の膜分離装置１００が互いに直列に接続されている」とは、前段の膜分離装置１００の供給空間１３から排出された発酵液Ｓ（非透過流体Ｓ２）が後段の膜分離装置１００の供給空間１３に供給されるように、複数の膜分離装置１００が互いに接続されている構成を意味する。「複数の膜分離装置１００が互いに並列に接続されている」とは、タンク３０から送られた発酵液Ｓが複数の膜分離装置１００のそれぞれの供給空間に供給されるように、複数の膜分離装置１００が互いに接続されている構成を意味する。膜分離システム１０００における膜分離装置１００の数は、特に限定されず、例えば２～５である。以下、膜分離システム１０００の変形例について、図９Ａ、図９Ｂ、及び図１０を参照して詳説する。

（変形例１）
　図９Ａは、本実施形態の膜分離システム１０００の変形例１を示す概略構成図である。変形例１の膜分離システム１００１は、互いに直列に接続されている２つの膜分離装置１００Ａ及び１００Ｂを備える。膜分離装置１００Ａ及び１００Ｂは、配管により接続される。膜分離システム１００１は、２つの膜分離装置１００Ａ及び１００Ｂを備えていることなどを除き、膜分離システム１０００と同じ構成を有する。したがって、上述の膜分離システム１０００と変形例１の膜分離システム１００１とで共通する要素には同じ参照符号を付し、それらの説明を省略することがある。すなわち、各実施形態に関する説明は、技術的に矛盾しない限り、相互に適用されうる。さらに、技術的に矛盾しない限り、各実施形態は、相互に組み合わされてもよい。

　上述のとおり、膜分離システム１００１において、膜分離装置１００Ａ及び１００Ｂは、互いに直列に接続されている。詳細には、膜分離システム１００１は、膜分離装置１００Ａ及び１００Ｂを互いに接続する接続経路７４をさらに備える。接続経路７４は、膜分離装置１００Ａの供給空間出口１３ｂと、膜分離装置１００Ｂの供給空間入口１３ａとに接続されている。なお、膜分離装置１００Ａの供給空間入口１３ａには、発酵液供給経路７１が接続されており、膜分離装置１００Ｂの供給空間出口１３ｂには、非透過流体排出経路７３が接続されている。

　透過流体排出経路７２は、第１部分７２Ａ及び第２部分７２Ｂを有する。第１部分７２Ａが膜分離装置１００Ａの透過空間出口１４ｂに接続されており、第２部分７２Ｂが膜分離装置１００Ｂの透過空間出口１４ｂに接続されている。合流位置７５において、第１部分７２Ａと第２部分７２Ｂとが合流している。

　透過流体排出経路７２には、例えば、２つの減圧装置４０Ａ及び４０Ｂが配置されている。減圧装置４０Ａは、膜分離装置１００Ａと合流位置７０との間に位置し、膜分離装置１００Ａの透過空間１４内を減圧することができる。減圧装置４０Ｂは、膜分離装置１００Ｂと合流位置７０との間に位置し、膜分離装置１００Ｂの透過空間１４内を減圧することができる。ただし、透過流体排出経路７２には、１つの減圧装置が配置されており、当該減圧装置が合流位置７０と回収部５０との間に位置していてもよい。すなわち、１つの減圧装置が膜分離装置１００Ａ及び１００Ｂに共用されていてもよい。

　なお、膜分離システム１００１において、膜分離装置１００Ａの浸透気化膜１１Ａは、膜面積を除き、膜分離装置１００Ｂの浸透気化膜１１Ｂと同じであってもよく、異なっていてもよい。浸透気化膜１１Ａの膜面積と浸透気化膜１１Ｂの膜面積との合計値（ｍ²）に対する、浸透気化膜１１Ａの膜面積（ｍ²）の比率は、特に限定されない。

　一例として、膜分離システム１００１は、次の方法によって運転することができる。まず、ポンプ（不図示）を稼働させて、タンク３０から膜分離装置１００Ａに発酵液Ｓを供給し、さらに、膜分離装置１００Ａから膜分離装置１００Ｂに発酵液Ｓを供給する。これにより、膜分離装置１００Ａの浸透気化膜１１Ａ及び膜分離装置１００Ｂの浸透気化膜１１Ｂのそれぞれに発酵液Ｓを接触させることができる。

　次に、透過空間出口１４ｂを通じて、膜分離装置１００Ａの透過空間１４を減圧し、透過空間出口１４ｂを通じて、膜分離装置１００Ｂの透過空間１４を減圧する。これにより、膜分離装置１００Ａ及び１００Ｂの両方で膜分離運転を実行し、膜分離装置１００Ａ及び１００Ｂのそれぞれから透過流体Ｓ１を得ることができる。なお、膜分離装置１００Ａで処理された発酵液Ｓ（非透過流体Ｓ２）は、接続経路７４を通じて膜分離装置１００Ｂに送られ、膜分離装置１００Ｂでさらに処理される。

　次に、膜分離装置１００Ａ及び１００Ｂの少なくとも一方について、透過空間１４の圧力を上昇させ、膜分離運転を終了する。

　膜分離システム１００１では、図９Ａに示すように、複数の膜分離装置１００がそれぞれ水平方向に設置され、かつ、直列に接続されていてもよい。このような構成によれば、各膜分離装置１００の安定性を十分に確保することができる。

　膜分離システム１００１では、図９Ｂに示すように、複数の膜分離装置１００が鉛直方向に重ねて設置され、かつ、直列に接続されてもよい。このような構成によれば、接続に使用する配管の量を減少させることができる。

（変形例２）
　図１０は、本実施形態の膜分離システム１０００の変形例２を示す概略構成図である。変形例２の膜分離システム１００２は、互いに並列に接続されている２つの膜分離装置１００Ａ及び１００Ｂを備える。膜分離装置１００Ａ及び１００Ｂは、配管により接続される。膜分離システム１００２は、２つの膜分離装置１００Ａ及び１００Ｂを備えていることなどを除き、膜分離システム１００と同じ構成を有する。

　上述のとおり、膜分離システム１００２において、膜分離装置１００Ａ及び１００Ｂは、互いに並列に接続されている。詳細には、発酵液供給経路７１は、第１部分７１Ａ及び第２部分７１Ｂを有する。発酵液供給経路７１の第１部分７１Ａが膜分離装置１００Ａの供給空間入口１３ａに接続されており、第２部分７１Ｂが膜分離装置１００Ｂの供給空間入口１３ａに接続されている。第２部分７１Ｂは、分岐位置７６において、第１部分７１Ａから分岐している。分岐位置７６は、タンク３０と膜分離装置１００Ａとの間に位置する。

　さらに、非透過流体排出経路７３は、第１部分７３Ａ及び第２部分７３Ｂを有する。非透過流体排出経路７３の第１部分７３Ａが膜分離装置１００Ａの供給空間出口１３ｂに接続されており、第２部分７３Ｂが膜分離装置１００Ｂの供給空間出口１３ｂに接続されている。合流位置７７において、第１部分７３Ａと第２部分７３Ｂとが合流している。合流位置７７は、例えば、タンク３０と膜分離装置１００Ａとの間に位置する。

　変形例１の膜分離システム１００１と同様に、透過流体排出経路７２は、第１部分７２Ａ及び第２部分７２Ｂを有する。第１部分７２Ａが膜分離装置１００Ａの透過空間出口１４ｂに接続されており、第２部分７２Ｂが膜分離装置１００Ｂの透過空間出口１４ｂに接続されている。合流位置７５において、第１部分７２Ａと第２部分７２Ｂとが合流している。

　透過流体排出経路７２には、例えば、２つの減圧装置４０Ａ及び４０Ｂが配置されている。減圧装置４０Ａは、膜分離装置１００Ａと合流位置７５との間に位置し、膜分離装置１００Ａの透過空間１４内を減圧することができる。減圧装置４０Ｂは、膜分離装置１００Ｂと合流位置７５との間に位置し、膜分離装置１００Ｂの透過空間１４内を減圧することができる。ただし、透過流体排出経路７２には、１つの減圧装置が配置されており、当該減圧装置が合流位置７５と回収部５０との間に位置していてもよい。すなわち、１つの減圧装置が膜分離装置１００Ａ及び１００Ｂに共用されていてもよい。

　なお、膜分離システム１００２において、膜分離装置１００Ａの浸透気化膜１１Ａは、膜分離装置１００Ｂの浸透気化膜１１Ｂと同じであってもよく、異なっていてもよい。浸透気化膜１１Ａの膜面積と浸透気化膜１１Ｂの膜面積との合計値（ｍ²）に対する、浸透気化膜１１Ａの膜面積（ｍ²）の比率は、特に限定されない。

　一例として、膜分離システム１００２は、次の方法によって運転することができる。まず、ポンプ（不図示）を稼働させて、タンク３０から膜分離装置１００Ａ及び１００Ｂのそれぞれに発酵液Ｓを供給する。これにより、膜分離装置１００Ａの浸透気化膜１１Ａ及び膜分離装置１００Ｂの浸透気化膜１１Ｂのそれぞれに発酵液Ｓを接触させることができる。

　次に、透過空間出口１４ｂを通じて、膜分離装置１００Ａの透過空間１４を減圧し、透過空間出口１４ｂを通じて、膜分離装置１００Ｂの透過空間１４を減圧する。これにより、膜分離装置１００Ａ及び１００Ｂの両方で膜分離運転を実行し、膜分離装置１００Ａ及び１００Ｂのそれぞれから透過流体Ｓ１を得ることができる。

＜膜分離システムの第二実施形態＞
　図１１は、第二実施形態の膜分離システム２０００の一例を示す概略構成図である。図１１に示すように、本実施形態の膜分離システム２０００は、膜分離装置として、上述の膜分離装置１００、１０１、１１１、１２１、１０２、又は１０３を備える。以下及び図１１では、便宜上、膜分離装置１００、１０１、１１１、１２１、１０２、又は１０３をまとめて膜分離装置１００と記載する。なお、上述の第二実施形態の膜分離システム１０００と第二実施形態の膜分離システム２０００とで共通する要素には同じ参照符号を付し、それらの説明を省略することがある。

　膜分離システム２０００において、浸透気化膜１１は、発酵液Ｓに含まれる水を優先的に透過させる膜（脱水膜）である。

　膜分離システム２０００は、透過流体Ｓ１を回収するための回収部８０をさらに備えていてもよい。回収部８０は、膜分離装置１００から送られた透過流体Ｓ１を回収し、例えば、透過流体Ｓ１を貯蔵することができる。回収部８０は、例えば、透過流体Ｓ１を貯蔵するタンクである。

　膜分離システム２０００は、発酵液供給経路７１、第１透過流体排出経路７２ａ、及び非透過流体排出経路７３をさらに備える。

　発酵液供給経路７１は、タンク３０の発酵液出口（出口３１）及び膜分離装置１００の発酵液入口（入口１３ａ）に接続されており、タンク３０から膜分離装置１００に発酵液Ｓを供給するための経路である。発酵液供給経路７１には、発酵液Ｓの流量を制御するポンプが配置されていてもよく、発酵液Ｓにおける有機化合物の含有率を測定するためのセンサが配置されていてもよい。発酵液供給経路７１には、発酵液Ｓに含まれる、発酵物の生成に関与する微生物を除去するためのフィルターが配置されていてもよい。

　第１透過流体排出経路７２ａは、膜分離装置１００の透過流体出口（出口１４ｂ）及び回収部８０の透過流体入口（入口８１）に接続されており、膜分離装置１００から回収部８０に透過流体Ｓ１を送るための経路である。第１透過流体排出経路７２ａには、減圧装置４０が配置されていてもよく、透過流体Ｓ１における有機化合物の含有率を測定するためのセンサが配置されていてもよい。

　第１透過流体排出経路７２ａには、透過流体Ｓ１を凝縮するための凝縮部がさらに配置されていてもよい。凝縮部は、例えば、透過流体Ｓ１を冷却するための熱交換器である。熱交換器によれば、気体の透過流体Ｓ１を冷却して凝縮させることができる。熱交換器は、例えば、不凍液などの冷却媒体と気体の透過流体Ｓ１との間で熱交換を生じさせる気－液熱交換器である。凝縮部は、膜分離装置１００と減圧装置４０との間（減圧装置４０よりも上流側）に位置していてもよく、減圧装置４０と回収部８０との間（減圧装置４０よりも下流側）に位置していてもよい。

　膜分離システム２０００は、第２透過流体排出経路７２ｂをさらに備えていてもよい。第２透過流体排出経路７２ｂは、回収部８０の透過流体出口（出口８２）及びタンク３０の透過流体入口（入口３３）に接続されており、透過流体Ｓ１をタンク３０に送るように構成されていてもよい。すなわち、膜分離システム２０００において、透過流体Ｓ１がタンク３０にて発酵液Ｓに混合され、発酵液供給経路７１、第１透過流体排出経路７２ａ、及び第２透過流体排出経路７２ｂを循環する構成であってもよい。透過流体Ｓ１をタンク３０に送る場合、タンク３０内では、発酵液Ｓ及び透過流体Ｓ１が混合され、発酵液Ｓにおける有機化合物の含有率が低下する。タンク３０が発酵槽である場合、発酵液Ｓにおける有機化合物の含有率が低下することによって、微生物による発酵が停止することを抑制でき、これにより、発酵物の製造を連続して行うことができる。

　膜分離システム２０００は、非透過流体Ｓ２を回収するための回収部９０をさらに備えていてもよい。非透過流体排出経路７３は、回収部９０の非透過流体入口（入口９１）に接続されていてもよい。回収部９０は、膜分離装置１００から送られた非透過流体Ｓ２を回収し、例えば、非透過流体Ｓ２を貯蔵することができる。回収部９０は、例えば、非透過流体Ｓ２を貯蔵するタンクである。非透過流体排出経路７３には、非透過流体Ｓ２に含まれる、発酵物の生成に関与する微生物を除去するためのフィルターが配置されていてもよい。

　膜分離システム２０００に用いられる膜分離装置１００において、浸透気化膜１１はポリイミド及びゼオライトからなる群より選ばれる少なくとも１つを含むことが好ましい。ポリイミド及びゼオライトからなる群より選ばれる少なくとも１つを含む浸透気化膜１１は、発酵液Ｓに含まれる水分の除去、すなわち脱水用途に適している。

＜膜分離システムが備える膜分離装置の変形例＞
　本実施形態の膜分離システム２０００は、第一実施形態の膜分離システム１０００と同様に、複数の膜分離装置１００を含んでいてもよく、複数の膜分離装置１００は、互いに直列又は並列に接続されていてもよい。

　以下に、実施例及び比較例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

（実施例１）
　実施例１の膜分離装置として、図４Ａに示す膜分離装置１０１と同様の構成を有するスパイラル型の膜分離装置を使用した。実施例１の膜分離装置において、傾き角度θ１は、７８°に設定した。傾き角度θ３は、９０°に設定した。

（実施例２）
　実施例２の膜分離装置として、図４Ｂに示す膜分離装置１１１と同様の構成を有するスパイラル型の膜分離装置を使用した。実施例２の膜分離装置において、傾き角度θ１は、３２°に設定した。傾き角度θ３は、２０°に設定した。

（実施例３）
　実施例３の膜分離装置として、図４Ｂに示す膜分離装置１１１と同様の構成を有するスパイラル型の膜分離装置を使用した。実施例３の膜分離装置において、傾き角度θ１は、２７°に設定した。傾き角度θ３は、１５°に設定した。

（実施例４）
　実施例４の膜分離装置として、図４Ｂに示す膜分離装置１１１と同様の構成を有するスパイラル型の膜分離装置を使用した。実施例４の膜分離装置において、傾き角度θ１は、２２°に設定した。傾き角度θ３は、１０°に設定した。

（実施例５）
　実施例５の膜分離装置として、図４Ｂに示す膜分離装置１１１と同様の構成を有するスパイラル型の膜分離装置を使用した。実施例５の膜分離装置において、傾き角度θ１は、１７°に設定した。傾き角度θ３は、５°に設定した。

（実施例６）
　実施例６の膜分離装置として、図４Ｃに示す膜分離装置１２１と同様の構成を有するスパイラル型の膜分離装置を使用した。実施例６の膜分離装置において、傾き角度θ１は、１２°に設定した。傾き角度θ３は、０°に設定した。

（比較例１）
　比較例１の膜分離装置として、図１２に示す膜分離装置３００を使用した。膜分離装置３００は、供給空間入口１３ａが供給空間出口１３ｂよりも上方に位置していることを除き、図４Ｃに示す膜分離装置１２１と同じ構成を有していた。便宜上、膜分離装置３００と図４Ａに示す膜分離装置１０１とで共通する要素には同じ参照符号を付している。比較例１の膜分離装置において、傾き角度θ１は、１２°に設定した。傾き角度θ３は、０°に設定した。

［浸透気化膜の作製］
　まず、次の方法によって浸透気化膜を作製した。シリコーン樹脂（モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン社製のＹＳＲ３０２２）１．６５０ｋｇ（固形分濃度３０ｗｔ％）、トルエン２．８０５ｋｇ、ハイシリカゼオライト（ユニオン昭和社製のＨｉＳｉｖ３０００）０．４９５ｋｇ、シリコーン硬化触媒（モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン社製のＹＣ６８３１）０．０４９５ｋｇ及び硬化遅延剤としてのアセチルアセトン０．０４９５ｋｇを混合して塗布液を調製した。次に、塗布液を厚さ１５０μｍの多孔性支持体（日東電工社製のＲＳ－５０）の上に塗布することによって塗布膜（厚さ５００μｍ）を得た。塗布膜を９０℃で４分間加熱し、乾燥させることによって、厚さ５０μｍの分離機能層を作製した。分離機能層において、シリコーン樹脂とハイシリカゼオライトとの重量比は、５０：５０であった。これにより、浸透気化膜を得た。

［膜分離装置の作製］
　作製した浸透気化膜を用いて、図５に示すようなスパイラル型の膜エレメントを作製した。膜エレメントの外径は５５ｍｍであり、長さは３００ｍｍであった。作製した膜エレメントをケーシングの内部に配置して、膜分離装置を作製した。ケーシングの内径は６２ｍｍであった。

［排出液量の評価］
　実施例及び比較例の各膜分離装置について、下記の方法によって、排出液量を評価した。膜分離装置に循環させる液体として水を使用した。循環流量は、１００ｇ／分とした。上記条件で膜分離装置に液体を循環し、膜エレメントに液体を十分に充填させた。その後、循環を停止し、膜エレメントの内部の液を排出させた。排出された液体の重量を排出液量とみなした。結果を表１に示す。

　表１に示されるように、実施例１～６の膜分離装置を使用した場合、比較例１の膜分離装置を使用した場合に比べて、排出液量が多かった。すなわち、実施例１～６の膜分離装置を使用した場合、比較例１の膜分離装置を使用した場合に比べて、膜エレメントの内部により多くの液体が充填された。この結果から、供給空間入口１３ａが供給空間出口１３ｂよりも下方に位置している膜分離装置を使用することにより、膜分離装置の内部における局所的な乾固領域の増加が抑制されたことがわかる。したがって、供給空間入口１３ａが供給空間出口１３ｂよりも下方に位置している膜分離装置を使用することにより、膜分離装置の内部における望ましくない微生物の増殖を抑制できることが推測される。

　実施例１の膜分離装置は、実施例２～６の膜分離装置に比べて、排出液量が最も多かった。この結果から、図４Ａに示す膜分離装置１０１と同様の構成を有するスパイラル型の膜分離装置を使用することにより、膜分離装置の内部における局所的な乾固領域の増加の優れた抑制効果が得られることがわかる。実施例６の膜分離装置は、比較例１の膜分離装置よりも排出液量が多く、かつ、実施例１～５の膜分離装置に比べて、接続及び設置が容易であった。この結果から、図４Ｃに示す膜分離装置１２１と同様の構成を有するスパイラル型の膜分離装置を使用することにより、膜分離装置の内部における局所的な乾固領域の増加の抑制効果を発揮しつつ、実用性を向上できることがわかる。実施例２～５の膜分離装置は、排出液量が４８１ｇ～５１９ｇと比較的高く、かつ、実施例１の膜分離装置に比べて、接続及び設置が容易であった。この結果から、図４Ｂに示す膜分離装置１１１と同様の構成を有するスパイラル型の膜分離装置を使用することにより、実用性と分離装置の内部における局所的な乾固領域の増加の抑制効果との優れたバランスを達成できることがわかる。

　本実施形態の膜分離システムは、揮発性の有機化合物を含む発酵液から当該有機化合物を効率的に分離することに適している。

Claims

　揮発性の有機化合物を含む発酵液を透過流体と非透過流体とに分離する浸透気化膜と、
　前記浸透気化膜によって隔てられた供給空間及び透過空間と、
　前記発酵液を前記供給空間に供給するための供給空間入口と、
　前記非透過流体を前記供給空間から排出するための供給空間出口と、
を備え、
　前記供給空間入口が前記供給空間出口よりも下方に位置している、膜分離装置。
　貫通孔を有する中心管と、
　前記浸透気化膜を有し、前記中心管に巻き付けられた膜リーフと、
をさらに備える、請求項１に記載の膜分離装置。
　前記中心管は、下方から上方に向かって延びている、請求項２に記載の膜分離装置。
　前記供給空間入口と前記供給空間出口とを結ぶ仮想直線の水平面に対する傾き角度は、５°以上９０°以下である、請求項１に記載の膜分離装置。
　前記透過流体を前記透過空間から排出するための透過空間出口をさらに備え、
　前記透過空間出口が前記供給空間入口よりも上方に位置している、請求項１に記載の膜分離装置。
　前記供給空間に接続された流体排出口をさらに備え、
　前記流体排出口が前記供給空間出口よりも下方に位置している、請求項１に記載の膜分離装置。
　前記透過流体における前記有機化合物の含有率は、前記発酵液における前記有機化合物の含有率よりも高い、請求項１に記載の膜分離装置。
　前記供給空間を前記発酵液で満たした状態で、前記発酵液を前記透過流体と前記非透過流体とに分離する、請求項１に記載の膜分離装置。
　請求項１～８のいずれか１項に記載の膜分離装置を備えた、膜分離システム。
　前記膜分離装置に供給されるべき前記発酵液を貯蔵するタンクをさらに備えた、請求項９に記載の膜分離システム。
　前記タンクと前記供給空間入口とを接続する発酵液供給経路と、
　前記供給空間出口と前記タンクとを接続する非透過流体排出経路と、
をさらに備えた、請求項１０に記載の膜分離システム。
　前記タンクは、前記有機化合物を生成するための発酵槽である、請求項１０に記載の膜分離システム。
　前記膜分離システムは、複数の前記膜分離装置を含み、
　前記複数の膜分離装置は、互いに直列又は並列に接続されている、請求項９に記載の膜分離システム。
　揮発性の有機化合物を含む発酵液を透過流体と非透過流体とに分離する浸透気化膜と、
　前記浸透気化膜によって隔てられた供給空間及び透過空間と、
　前記発酵液を前記供給空間に供給するための供給空間入口と、
　前記非透過流体を前記供給空間から排出するための供給空間出口と、
を備え、
　前記供給空間入口が前記供給空間出口よりも下方に位置している、膜分離装置の運転方法であって、
　前記運転方法は、
　前記供給空間入口から前記膜分離装置に前記発酵液を供給することと、
　前記浸透気化膜によって、前記発酵液を前記透過流体と前記非透過流体とに分離することと、
を含む、膜分離装置の運転方法。