WO2024057885A1 - 膜分離システム及び膜分離システムの運転方法 - Google Patents

膜分離システム及び膜分離システムの運転方法 Download PDF

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WO2024057885A1
WO2024057885A1 PCT/JP2023/030826 JP2023030826W WO2024057885A1 WO 2024057885 A1 WO2024057885 A1 WO 2024057885A1 JP 2023030826 W JP2023030826 W JP 2023030826W WO 2024057885 A1 WO2024057885 A1 WO 2024057885A1
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WO
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membrane
section
membrane separation
degassing
separation system
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PCT/JP2023/030826
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English (en)
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Inventor
知哉 小川
直道 木村
武史 仲野
Original Assignee
日東電工株式会社
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D19/00—Degasification of liquids
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/36—Pervaporation; Membrane distillation; Liquid permeation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D63/00—Apparatus in general for separation processes using semi-permeable membranes
    • B01D63/10—Spiral-wound membrane modules

Definitions

  • the present invention relates to a membrane separation system and a method of operating the membrane separation system.
  • a method of obtaining non-petroleum-derived valuables through fermentation using microorganisms has been proposed.
  • methods have been developed for producing volatile organic compounds (fermented products) such as alcohol by fermenting carbon sources such as glucose using microorganisms. Fermentation of the carbon source is carried out, for example, in an aqueous solution.
  • fermentation by microorganisms may stop.
  • it is necessary to separate the fermented products from the aqueous solution at the same time as fermentation.
  • Patent Document 1 discloses a membrane separation system that combines a membrane separation device and a fermenter.
  • the permeate fluid When a pervaporation membrane is used to separate a feed liquid into a permeate fluid and a non-permeate fluid, the permeate fluid is usually obtained in a gaseous state. That is, in the pervaporation method, a gaseous permeate fluid is obtained by vaporizing the feed liquid that permeates through the pervaporation membrane. The obtained gaseous permeate fluid is liquefied by being cooled, for example, in a condensation section provided after the pervaporation membrane, and a liquid permeate fluid is obtained.
  • the present inventors have focused on the close relationship between fermentation using microorganisms and gases such as carbon dioxide.
  • gases such as carbon dioxide
  • oxygen, and hydrogen are supplied into a liquid medium containing the microorganisms.
  • gases such as carbon dioxide are generated as byproducts. Therefore, gas is dissolved in the aqueous solution containing volatile organic compounds obtained by fermentation.
  • the present inventors have found that since the pervaporation membrane also permeates gases contained in the feed liquid, gases such as carbon dioxide remain in the permeate fluid of gases separated by the pervaporation membrane. Obtained. Based on this knowledge, the present inventors discovered the problem that gases such as carbon dioxide contained in the gaseous permeate fluid reduce the condensation efficiency in the subsequent condensation section. A decrease in condensation efficiency decreases the recovery efficiency of organic compounds.
  • an object of the present invention is to provide a membrane separation system suitable for efficiently recovering organic compounds.
  • the present invention a degassing section that degasses the fermentation liquid containing volatile organic compounds; a membrane separation unit having a pervaporation membrane that separates the deaerated fermentation liquid into a permeate fluid and a non-permeate fluid; Provides a membrane separation system equipped with
  • the invention provides: A method of operating a membrane separation system comprising a deaeration section and a membrane separation section having a pervaporation membrane, the method comprising: Degassing the fermentation liquor containing volatile organic compounds by the degassing section; Separating the deaerated fermentation liquor into a permeate fluid and a non-permeate fluid by the pervaporation membrane of the membrane separation section; Provided is a method for operating a membrane separation system, including:
  • a membrane separation system suitable for efficiently recovering organic compounds can be provided.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an example of a membrane separation system of this embodiment. It is a schematic sectional view showing an example of the membrane separation part with which a membrane separation system is provided. It is a schematic sectional view of the pervaporation membrane with which a membrane separation part is provided. It is a schematic sectional view showing an example of the degassing section with which a membrane separation system is provided.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing an example of a degassing membrane included in the degassing section.
  • FIG. 7 is an exploded perspective view schematically showing another example of the membrane separation section.
  • FIG. 7 is an exploded perspective view schematically showing another example of a degassing section. It is a schematic block diagram which shows the modification 1 of a membrane separation system.
  • FIG. 12 is a schematic cross-sectional view showing an example of a membrane separation device included in a membrane separation system of Modification 5.
  • FIG. It is a schematic block diagram which shows the modification 6 of a membrane separation system.
  • the membrane separation system includes: a degassing section that degasses the fermentation liquid containing volatile organic compounds; a membrane separation unit having a pervaporation membrane that separates the deaerated fermentation liquid into a permeate fluid and a non-permeate fluid; Equipped with
  • the membrane separation section further includes a supply space and a permeation space separated by the pervaporation membrane
  • the apparatus further includes a first pressure reduction part that reduces pressure in the permeation space of the membrane separation part, and a second pressure reduction part that reduces pressure in the degassing part.
  • the pressure in the permeation space of the membrane separation section is set to a lower value than the pressure in the degassing section. The pressure is reduced.
  • the membrane separation system according to any one of the first to third aspects further includes a tank that stores the fermentation liquid to be supplied to the degassing section.
  • the membrane separation system in a fifth aspect of the present invention, includes an exhaust path for discharging the gas separated in the degassing section to the outside of the degassing section. Be prepared for more.
  • the degassing section has a degassing membrane that separates gas from the fermentation liquid.
  • the membrane separation section is a spiral membrane element
  • the membrane element includes a central tube having a through hole, and a membrane leaf having the pervaporation membrane and wrapped around the central tube.
  • the degassing section is a spiral membrane element
  • the membrane element includes a central tube having a through hole, and a membrane leaf having the degassing membrane and wound around the central tube.
  • the material constituting the degassing membrane is the same as the material constituting the pervaporation membrane.
  • the membrane separation system according to any one of the first to ninth aspects further includes a casing that houses the degassing section and the membrane separation section.
  • the membrane separation section further includes a supply space and a permeation space separated by the pervaporation membrane
  • the apparatus further includes a first pressure reduction part that reduces pressure in the permeation space of the membrane separation part, and a second pressure reduction part that reduces pressure in the degassing part.
  • the pressure in the permeation space of the membrane separation section is set to a lower value than the pressure in the degassing section. The pressure is reduced.
  • the fermentation liquid further includes a microorganism that produces the organic compound;
  • An additional separation section for separating the microorganisms from the fermentation liquid is further provided upstream of the degassing section.
  • the method for operating a membrane separation system includes: A method of operating a membrane separation system comprising a deaeration section and a membrane separation section having a pervaporation membrane, the method comprising: Degassing the fermentation liquor containing volatile organic compounds by the degassing section; Separating the deaerated fermentation liquor into a permeate fluid and a non-permeate fluid by the pervaporation membrane of the membrane separation section; including.
  • the membrane separation system 100 of this embodiment includes a degassing section 20 and a membrane separation section 10 having a pervaporation membrane.
  • a degassing section 20 is provided upstream of the membrane separation section 10.
  • the deaeration section 20 deaerates the fermented liquid S 0 containing volatile organic compounds C.
  • the pervaporation membrane of the membrane separation unit 10 separates the deaerated fermentation liquor S into a permeate fluid S 1 and a non-permeate fluid S 2 .
  • "degassing" means removing at least a portion or all of the gas contained in the liquid.
  • Fermented liquid S 0 is obtained by fermenting a carbon source such as glucose or synthetic gas using microorganisms in an aqueous solution. Therefore, the fermentation liquid S 0 contains the volatile organic compound C as well as the microorganisms that produce the organic compound C.
  • the microorganism that produces organic compound C is typically a fungus.
  • gases such as carbon dioxide are generated as byproducts. Therefore, gas exists as dissolved gas G in the fermented liquid S 0 obtained by fermentation.
  • Gas G contains carbon dioxide.
  • the fermentation liquid S 0 contains water in addition to the organic compound C, microorganisms, and gas G, for example.
  • the fermentation liquid S 0 is typically an aqueous solution containing an organic compound C, a microorganism, and a gas G.
  • the degassing section 20 separates the gas G dissolved in the fermented liquid S 0 from the fermented liquid S 0 . According to the degassing section 20, it is possible to produce the fermented liquor S with a reduced content of dissolved gas G, and therefore it is possible to suppress a decrease in condensation efficiency in the subsequent condensation section 40. As a result, the recovery efficiency of organic compound C is improved. This is considered to be due to the following reasons.
  • the pervaporation membrane of the membrane separation section 10 also permeates the gas contained in the feed liquid. Therefore, when the fermentation liquid S 0 containing the gas G is supplied as is to the membrane separation unit 10, the gas G remains in the permeate fluid S 1 separated by the pervaporation membrane.
  • the permeate fluid S 1 supplied to the condensing section 40 contains the gas G.
  • the condensation efficiency in the condensation section 40 depends on the partial pressure of the gas to be condensed. For example, in order to condense a mixed gas of ethanol and carbon dioxide, it is necessary to set the cooling temperature of the condensing section 40 lower than when condensing a gas with a 100% ethanol concentration, and more Energy is required. Further, for example, in the case of a mixed gas of ethanol and carbon dioxide, the frequency of ethanol contacting the cooling surface of the condensing section 40 is lower than that of a gas with an ethanol concentration of 100%. For these reasons, the higher the content of gas G in the permeate fluid S 1 , the lower the condensation efficiency in the condensation section 40 becomes.
  • the membrane separation unit 10 has a pervaporation membrane, and a supply space and a permeation space separated by the pervaporation membrane.
  • the membrane separation system 100 further includes a first pressure reduction section 15 that reduces the pressure inside the permeation space of the membrane separation section 10, and a second pressure reduction section 25 that reduces the pressure inside the degassing section 20.
  • the first pressure reduction section 15 and the second pressure reduction section 25 may be vacuum devices such as vacuum pumps.
  • the vacuum pump is typically a gas transport type vacuum pump, such as a reciprocating type vacuum pump or a rotary type vacuum pump.
  • reciprocating vacuum pumps include diaphragm type and swing piston type vacuum pumps.
  • rotary vacuum pumps include liquid ring pumps; oil rotary pumps (rotary pumps); mechanical booster pumps; and various dry pumps such as roots type, claw type, screw type, turbo type, and scroll type.
  • the pumps serving as the first pressure reducing section 15 and the second pressure reducing section 25 may be provided with a variable speed mechanism for changing the rotation speed and the like.
  • An example of a variable speed mechanism is an inverter that drives a pump motor.
  • the pressure P 1 (kPa) in the permeation space of the membrane separation section 10 is reduced to a value lower than the pressure P 2 (kPa) in the degassing section 20. That is, during operation, the pressure in the permeation space of the membrane separation section 10 and the pressure in the degassing section 20 are adjusted so that P 1 /P 2 ⁇ 1 is satisfied.
  • Pressure adjustment pressure reduction
  • P 1 /P 2 ⁇ 1 preferably P 1 /P 2 ⁇ 0.5, more preferably P 1 /P 2 ⁇ 0.1, even more preferably P 1 /P 2 ⁇ 0.
  • the pressure in the permeation space of the membrane separation unit 10 and the pressure in the degassing unit 20 may be adjusted so that 05 is satisfied.
  • the pressure P2 in the degassing part 20 is the liquid space and gas space which the degassing part 20 has, from fermentation liquid S0. It means the pressure within the gas space through which the separated gas G flows.
  • the pressure P 1 preferably satisfies 0 kPa ⁇ P 1 ⁇ 20 kPa, and more preferably satisfies 0 kPa ⁇ P 1 ⁇ 5 kPa.
  • the pressure P 2 preferably satisfies 2 kPa ⁇ P 2 ⁇ 90 kPa, and more preferably satisfies 10 kPa ⁇ P 2 ⁇ 90 kPa.
  • the membrane separation system 100 further includes a tank 30 along with a degassing section 20 and a membrane separation section 10.
  • the tank 30 stores fermented liquid S 0 to be supplied to the degassing section 20.
  • Tank 30 may be a fermenter for producing organic compound C by fermentation of a carbon source by microorganisms.
  • the membrane separation system 100 further includes a condensation section 40.
  • the condensing section 40 cools and condenses the gaseous permeate fluid S 1 sent from the membrane separation section 10 . According to the condensing section 40, the gaseous permeate fluid S1 is liquefied, and the liquid permeate fluid S1 is obtained.
  • the condensing section 40 is, for example, a gas-liquid heat exchanger that causes heat exchange between a cooling medium such as antifreeze and a gaseous permeate fluid S 1 .
  • the membrane separation system 100 includes a first fermented liquid supply path 91, a second fermented liquid supply path 92, a non-permeated fluid discharge path 93, a first permeated fluid discharge path 94, and a second permeated fluid discharge path 95 as fluid paths. Furthermore, it is equipped with.
  • the first fermented liquid supply path 91 is a path for supplying the fermented liquid S 0 from the tank 30 to the degassing section 20 during operation, and connects the outlet 30b of the tank 30 and the fermented liquid inlet 23a of the degassing section 20. It is connected to the.
  • the second fermented liquid supply path 92 is a path for supplying the fermented liquid S from which the gas G has been separated from the degassing unit 20 to the membrane separation unit 10 during operation, and is connected to the fermented liquid outlet 23b of the degassing unit 20. , and the supply space inlet 13a of the membrane separation section 10.
  • the non-permeable fluid discharge path 93 is a path for discharging the non-permeable fluid S 2 from the membrane separation section 10 during operation, and is connected to the supply space outlet 13b of the membrane separation section 10.
  • a pump that controls the flow rate of the non-permeable fluid S 2 may be disposed in the non-permeable fluid discharge path 93 .
  • a pump may not be disposed in the non-permeable fluid discharge path 93.
  • the non-permeable fluid discharge path 93 is connected to the inlet 30a of the tank 30 and may be configured to send non-permeable fluid S2 to the tank 30 during operation. That is, during operation, the non-permeable fluid S2 is mixed with the fermented liquid S0 in the tank 30, and is circulated through the first fermented liquid supply path 91, the second fermented liquid supply path 92, and the non-permeable fluid discharge path 93. There may be.
  • the non-permeate fluid S 2 is sent to the tank 30, the fermented liquid S 0 and the non-permeate fluid S 2 are mixed in the tank 30, and the content of organic compounds C in the fermented liquid S 0 is reduced.
  • the tank 30 is a fermenter, the content of organic compound C in the fermented liquid S 0 decreases, which prevents the fermentation by microorganisms from stopping, thereby making it possible to continuously produce fermented products. Can be done.
  • the first permeate fluid discharge path 94 is a path for discharging the gaseous permeate fluid S 1 from the membrane separation section 10 during operation, and connects the permeate space outlet 14b of the membrane separation section 10 and the permeate fluid inlet of the condensation section 40. 40a.
  • the second permeate fluid discharge path 95 is a path for discharging liquid permeate fluid S 1 from the condensing section 40 during operation, and is connected to the permeate fluid outlet 40b of the condensing section 40 .
  • the membrane separation system 100 may further include a recovery section 50.
  • the recovery unit 50 can recover the liquid permeate fluid S 1 sent from the condensation unit 40 and, for example, store the liquid permeate fluid S 1 .
  • the recovery unit 50 is, for example, a tank that stores the liquid permeate S 1 .
  • the second permeate fluid discharge path 95 is connected to the inlet 50a of the recovery section 50.
  • the membrane separation system 100 further includes a first discharge path 96 and a second discharge path 97 as fluid paths.
  • the first exhaust path 96 is connected to the exhaust outlet 40c of the condensing section 40.
  • the first pressure reducing section 15 is arranged in the first discharge path 96 .
  • the first pressure reduction section 15 can reduce the pressure inside the condensation section 40 as well as the inside of the permeation space of the membrane separation section 10 .
  • the first pressure reducing section 15 is preferably a vacuum device such as a vacuum pump.
  • the second discharge path 97 is a path for discharging the gas G separated by the degassing unit 20 to the outside from the degassing unit 20 during operation, and is connected to the exhaust outlet 24b of the degassing unit 20.
  • a second pressure reducing section 25 is arranged in the second discharge path 97 .
  • the second pressure reducing section 25 can reduce the pressure inside the degassing section 20 .
  • the second pressure reducing section 25 is preferably a vacuum device such as a vacuum pump.
  • the membrane separation system 100 may further include a control unit 60 that controls each member of the membrane separation system 100.
  • the control unit 60 is, for example, a DSP (Digital Signal Processor) including an A/D conversion circuit, an input/output circuit, an arithmetic circuit, a storage device, and the like.
  • the control unit 60 stores a program for appropriately operating the membrane separation system 100.
  • the control unit 60 controls the operations of the first pressure reduction unit 15 and the second pressure reduction unit 25 to reduce the pressure in the permeation space of the membrane separation unit 10 to a value lower than the pressure in the deaeration unit 20.
  • the pressure can be reduced to
  • each path of the membrane separation system 100 is configured with, for example, metal or resin piping.
  • the membrane separation system 100 may further include an additional separation section (not shown in FIG. 1) that separates microorganisms from the fermentation liquid S 0 upstream of the degassing section 20.
  • an additional separation section (not shown in FIG. 1) that separates microorganisms from the fermentation liquid S 0 upstream of the degassing section 20.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing an example of the membrane separation section 10.
  • the membrane separation unit 10 includes a pervaporation membrane 11 and a container 12.
  • the container 12 has a first chamber 13 and a second chamber 14.
  • the first chamber 13 functions as a supply space to which the fermented liquid S is supplied.
  • the second chamber 14 functions as a permeation space to which the permeation fluid S 1 is supplied.
  • the permeate fluid S 1 is obtained by permeating the fermentation liquid S through the pervaporation membrane 11 .
  • the pervaporation membrane 11 is placed inside the container 12. Inside the container 12, the pervaporation membrane 11 separates a first chamber 13 and a second chamber 14. The pervaporation membrane 11 extends from one of the pair of walls of the container 12 to the other.
  • the first chamber 13 has a supply space inlet 13a and a supply space outlet 13b.
  • the second chamber 14 has a permeation space outlet 14b.
  • the supply space inlet 13a is an opening for supplying the fermented liquid S to the supply space (first chamber 13).
  • the permeation space outlet 14b is an opening for discharging the permeation fluid S1 from the permeation space (second chamber 14).
  • the supply space outlet 13b is an opening for discharging the fermentation liquid S (non-permeable fluid S 2 ) that has not passed through the pervaporation membrane 11 from the supply space (first chamber 13).
  • Each of the supply space inlet 13a, the supply space outlet 13b, and the permeation space outlet 14b is formed on the wall surface of the container 12, for example.
  • the membrane separation section 10 is suitable for a flow type (continuous type) membrane separation method.
  • the membrane separation unit 10 may be used in a batch-type membrane separation method.
  • the pervaporation membrane 11 is typically a membrane (separation membrane) that allows the organic compound C contained in the fermentation liquid S to permeate preferentially.
  • the pervaporation membrane 11 generates a gaseous permeate fluid S 1 containing the organic compound C by, for example, a pervaporation method.
  • the pervaporation membrane 11 includes, for example, a separation functional layer 1 and a porous support 2 that supports the separation functional layer 1.
  • the pervaporation membrane 11 may further include a protective layer (not shown) that protects the separation functional layer 1.
  • the separation functional layer 1 is in direct contact with the porous support 2, for example.
  • the pervaporation membrane 11 has a main surface 11a on the separation functional layer side exposed to the first chamber 13, and a main surface 11b on the porous support side exposed to the second chamber 14.
  • the separation functional layer 1 is typically a layer that allows the organic compound C contained in the fermentation liquid S to permeate preferentially.
  • the separation functional layer 1 includes, for example, a hydrophobic material.
  • a hydrophobic material means, for example, that when a 10 ⁇ L water droplet (temperature 25°C) is dropped on the surface of a test piece made of the material, the static contact angle of water exceeds 90°. means material. Note that the static contact angle of water can be measured using a commercially available contact angle meter.
  • hydrophobic material examples include compounds having siloxane bonds (Si-O-Si bonds), olefin polymers, oils, fluorine compounds, and the like. It is preferable that the separation functional layer 1 contains a compound having a siloxane bond as a hydrophobic material.
  • the compound having a siloxane bond is typically a silicone-based polymer.
  • the silicone polymer may be solid or liquid at 25°C.
  • Specific examples of silicone polymers include polydimethylsiloxane (PDMS).
  • olefin polymers include polyethylene and polypropylene.
  • oil examples include hydrocarbon oils such as liquid paraffin.
  • fluorine-based compound examples include polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), and tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA). Hydrophobic materials can be used alone or in combination of two or more.
  • the separation functional layer 1 may contain a hydrophobic material as a main component, or may be substantially composed only of a hydrophobic material.
  • "Main component” means the component contained in the separation functional layer 1 in the largest amount by weight.
  • the separation functional layer 1 may include a matrix containing a hydrophobic material and a filler dispersed in the matrix.
  • the filler is embedded within the matrix. Within the matrix, all fillers may be spaced apart from each other or may be partially aggregated.
  • the filler includes, for example, inorganic materials such as zeolite, silica, and bentonite.
  • the zeolite contained in the filler is preferably a high-silica zeolite with a high ratio of silica to alumina.
  • High silica zeolite has excellent hydrolysis resistance and is therefore suitable for use in separating fermentation liquid S.
  • HSZ registered trademark
  • HiSiv registered trademark
  • USKY manufactured by Union Showa Co., Ltd.
  • Zeoal registered trademark
  • the filler may include a metal-organic-framework (MOF).
  • the metal-organic framework is also called a porous coordination polymer (PCP).
  • PCP porous coordination polymer
  • the metal-organic framework is hydrophobic.
  • Metal-organic frameworks include, for example, metal ions and organic ligands. Examples of metal ions include Zn ions.
  • the organic ligand includes, for example, an aromatic ring. Examples of the aromatic ring contained in the organic ligand include an imidazole ring. Examples of the organic ligand include 2-methylimidazole. Specific examples of the metal-organic framework include ZIF-8 and the like.
  • the shape of the filler is, for example, particulate.
  • "particulate” includes spherical, ellipsoidal, scaly, and fibrous.
  • the average particle size of the filler is not particularly limited, and is, for example, 50 ⁇ m or less, preferably 20 ⁇ m or less, and more preferably 10 ⁇ m or less.
  • the lower limit of the average particle size of the filler is, for example, 0.01 ⁇ m.
  • the average particle size of the filler can be determined, for example, by the following method. First, a cross section of the separation functional layer 1 is observed using a transmission electron microscope. In the obtained electron microscope image, the area of a specific filler is calculated by image processing.
  • the diameter of a circle having the same area as the calculated area is regarded as the particle size (particle diameter) of that particular filler.
  • the particle diameters of an arbitrary number of fillers (at least 50) are calculated, and the average value of the calculated values is regarded as the average particle diameter of the fillers.
  • the filler content in the separation functional layer 1 is, for example, 10 wt% or more, preferably 30 wt% or more, and more preferably 40 wt% or more.
  • the upper limit of the filler content in the separation functional layer 1 is not particularly limited, and is, for example, 70 wt%.
  • the content of the matrix in the separation functional layer 1 is not particularly limited, and is, for example, 30 wt% to 90 wt%.
  • the thickness of the separation functional layer 1 is, for example, 200 ⁇ m or less, preferably 100 ⁇ m or less, and more preferably 80 ⁇ m or less.
  • the thickness of the separation functional layer 1 may be 1.0 ⁇ m or more, 10 ⁇ m or more, or 30 ⁇ m or more.
  • the separation functional layer 1 may have a microporous structure with an average pore diameter of less than 0.01 ⁇ m, but it may also be a dense layer with no pores on the surface.
  • porous support 2 examples include nonwoven fabric; porous polytetrafluoroethylene; aromatic polyamide fiber; porous metal; sintered metal; porous ceramic; porous polyester; porous nylon; activated carbon fiber; latex silicone; silicone rubber; permeable material containing at least one selected from the group consisting of polyvinyl fluoride, polyvinylidene fluoride, polyurethane, polypropylene, polyethylene, polystyrene, polycarbonate, polysulfone, polyetheretherketone, polyacrylonitrile, polyimide, and polyphenylene oxide. (porous) polymers; metal foams with open or closed cells; polymer foams with open or closed cells; silica; porous glass; mesh screens, and the like.
  • the porous support 2 may be a combination of two or more of these.
  • the porous support 2 has an average pore diameter of, for example, 0.01 to 0.4 ⁇ m.
  • the thickness of the porous support 2 is not particularly limited, and is, for example, 10 ⁇ m or more, preferably 50 ⁇ m or more, and more preferably 100 ⁇ m or more.
  • the thickness of the porous support 2 is, for example, 300 ⁇ m or less, preferably 200 ⁇ m or less.
  • the protective layer covers the surface of the separation functional layer 1, for example.
  • the material for the protective layer is not particularly limited, and examples thereof include silicone resin.
  • the material of the protective layer may be the same as the material of the matrix of the separation functional layer 1.
  • the thickness of the protective layer is not particularly limited, and is, for example, 0.5 ⁇ m or more, preferably 1 ⁇ m or more, more preferably 5 ⁇ m or more, and still more preferably 10 ⁇ m or more.
  • the thickness of the protective layer is, for example, 100 ⁇ m or less, preferably 50 ⁇ m or less, and more preferably 30 ⁇ m or less.
  • the pervaporation membrane 11 can be produced, for example, by forming the separation functional layer 1 on the porous support 2. Specifically, first, a coating liquid containing the material of the separation functional layer 1 is prepared. The coating liquid may contain a dispersant for dispersing the filler in the coating liquid together with the filler. When the coating liquid contains a compound having a siloxane bond, the coating liquid may further contain a catalyst for curing the compound. Next, the coating liquid is applied onto the porous support 2 to obtain a coating film. The separation functional layer 1 is formed by drying the coating film.
  • the configuration of the degassing section 20 is not particularly limited as long as the gas G dissolved in the fermented liquor S 0 can be separated from the fermented liquor S 0 .
  • the degassing section 20 may be configured to employ a pressure reduction method or may be configured to employ a heating method.
  • the degassing section 20 may be configured to use both a pressure reduction method and a heating method. Examples of the pressure reduction method include a method using a degassing membrane and a method not using a degassing membrane.
  • a method using a degassing membrane is a method in which dissolved gas in a liquid is separated by gas permeation through the degassing membrane.
  • a method that does not use a degassing membrane is a method in which dissolved gas in a liquid is separated by reducing the pressure in a space where the liquid exists.
  • the heating method is a method of separating gas by increasing the temperature of the liquid in the degassing tower and reducing the solubility of the gas dissolved in the liquid.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing an example of the degassing section 20.
  • the degassing section 20 may include a degassing membrane 21 that separates the gas G from the fermented liquid S0 . That is, the deaeration unit 20 may be configured to employ a depressurization method using a deaeration membrane.
  • the degassing section 20 shown in FIG. 4 includes a degassing membrane 21 and a container 22.
  • the container 22 has a first chamber 23 and a second chamber 24.
  • the first chamber 23 functions as a liquid space in which the fermented liquid S 0 is supplied and the fermented liquid S from which the gas G has been separated flows.
  • the second chamber 24 functions as a gas space through which the gas G separated from the fermented liquid S 0 flows.
  • the fermented liquid S is obtained by permeating the fermented liquid S 0 through the degassing membrane 21 .
  • the degassing membrane 21 is placed inside the container 22. Inside the container 22, the degassing membrane 21 separates the first chamber 23 and the second chamber 24. The degassing membrane 21 extends from one of the pair of wall surfaces of the container 22 to the other.
  • the first chamber 23 has a liquid space inlet 23a and a liquid space outlet 23b.
  • the second chamber 24 has a gas space outlet 24b.
  • the liquid space inlet 23a is an opening for supplying the fermented liquid S 0 to the liquid space (first chamber 23).
  • the gas space outlet 24b is an opening for discharging the gas G from the gas space (second chamber 24).
  • the liquid space outlet 23b is an opening for discharging the fermented liquid S from which the gas G has been separated from the liquid space (first chamber 23).
  • Each of the liquid space inlet 23a, the liquid space outlet 23b, and the gas space outlet 24b is formed on the wall surface of the container 22, for example.
  • the degassing membrane 21 is typically a membrane (separation membrane) that preferentially allows gas G dissolved in the fermentation liquid S 0 to permeate therethrough.
  • the degassing membrane 21 allows only the gas G dissolved in the fermented liquid S 0 supplied to the first chamber 23 to permeate into the second chamber 24 by, for example, reducing the pressure inside the second chamber 24 . As a result, fermented liquid S from which gas G has been separated is obtained.
  • the degassing membrane 21 includes, for example, a separation functional layer 3 and a porous support 4 that supports the separation functional layer 3.
  • the degassing membrane 21 may further include a protective layer (not shown) that protects the separation functional layer 3.
  • the separation functional layer 3 is in direct contact with the porous support 4, for example.
  • the main surface 21 a of the degassing membrane 21 on the separation functional layer side is exposed to the first chamber 23
  • the main surface 21 b on the porous support side is exposed to the second chamber 24 .
  • the separation functional layer 3 is typically a layer that can preferentially permeate the gas G contained in the fermented liquid S 0 .
  • the separation functional layer 3 includes, for example, a hydrophobic material.
  • the hydrophobic material the hydrophobic material described for the separation functional layer 1 of the pervaporation membrane 11 can be used.
  • the separation functional layer 3 may contain a hydrophobic material as a main component, or may be substantially composed only of a hydrophobic material.
  • the separation functional layer 3 may include a matrix containing a hydrophobic material and a filler dispersed in the matrix.
  • the filler the filler described for the separation functional layer 1 of the pervaporation membrane 11 can be used.
  • the thickness of the separation functional layer 3 may be approximately the same as that of the separation functional layer 1 of the pervaporation membrane 11.
  • the separation functional layer 3 may have a microporous structure with an average pore diameter of less than 0.01 ⁇ m, but it may also be a dense layer with no pores on the surface.
  • porous support As the material for the porous support 4, the materials described for the porous support 2 of the pervaporation membrane 11 can be used.
  • the protective layer covers the surface of the separation functional layer 3, for example.
  • the materials described for the protective layer of the pervaporation membrane 11 can be used.
  • the material constituting the degassing membrane 21 may be the same as the material constituting the pervaporation membrane 11.
  • the degassing membrane 21 and the pervaporation membrane 11 may have the same structure except for the membrane area and the thickness of each layer.
  • the degassing membrane 21 can be produced, for example, by forming the separation functional layer 3 on the porous support 4.
  • the degassing membrane 21 can be manufactured by the same method as the pervaporation membrane 11 described above.
  • the operating method of the membrane separation system 100 includes degassing fermented liquid S 0 containing volatile organic compounds C and gas G by the deaeration unit 20 (step 1), and removing the pervaporation membrane of the membrane separation unit 10 . separating the degassed fermentation liquid S into a permeate fluid S 1 and a non-permeate fluid S 2 (step 2).
  • the fermentation liquid S 0 contains the volatile organic compound C and the microorganisms that produce the organic compound C.
  • the fermentation liquid S 0 contains water in addition to the organic compound C, microorganisms, and gas G, for example.
  • the fermentation liquid S 0 is typically an aqueous solution containing an organic compound C, a microorganism, and a gas G.
  • the organic compound C contained in the fermentation liquid S 0 is not particularly limited as long as it has volatility.
  • a volatile organic compound means, for example, an organic compound having a boiling point of 20° C. to 260° C. under atmospheric pressure (101.325 kPa). Note that, for example, when the organic compound C has a high concentration in an aqueous solution, it produces an aqueous phase containing water as a main component and an organic phase having a higher content of organic compound C than the aqueous phase. be.
  • the number of carbon atoms in the organic compound C is not particularly limited, and may be, for example, 10 or less, 8 or less, 6 or less, or even 4 or less.
  • the lower limit of the number of carbon atoms in the organic compound C may be 1 or 2.
  • the organic compound C has a functional group containing an oxygen atom, such as a hydroxyl group, a carbonyl group, an ether group, or an ester group. In organic compound C, the number of functional groups containing an oxygen atom is typically one.
  • Examples of the organic compound C include alcohol, ketone, ester, etc., and alcohol is preferable.
  • the organic compound C is alcohol, the organic compound C is easily compatible with water, and the environment within the system is less likely to be biased.
  • the alcohol may be an alkyl alcohol composed only of an alkyl group and a hydroxyl group, or an aryl alcohol containing an aryl group and a hydroxyl group.
  • the alkyl alcohol may be linear, branched, or cyclic.
  • alkyl alcohol examples include methanol, ethanol, n-propanol, isopropanol, n-butanol, 2-butanol, isobutanol, t-butanol, and n-pentanol, with n-butanol being preferred.
  • N-butanol is a compound that produces two phases (aqueous phase and organic phase) from an aqueous solution when its content in the aqueous solution is about 8 wt% or more.
  • the organic compound C is n-butanol
  • the aqueous phase and organic phases can be generated.
  • the permeate fluid S 1 can be easily purified by separating the aqueous and organic phases.
  • the aryl alcohol include phenol.
  • the ketone may be a dialkyl ketone composed only of an alkyl group and a carbonyl group.
  • dialkyl ketones include methyl ethyl ketone (MEK) and acetone.
  • the ester may be a fatty acid alkyl ester composed only of an alkyl group and an ester group.
  • fatty acid alkyl esters include ethyl acetate.
  • organic compound C is not limited to those mentioned above.
  • the organic compound C may be an aromatic hydrocarbon such as benzene, toluene, or xylene.
  • the fermentation liquid S 0 may contain one type of organic compound C, or may contain two or more types of organic compound C.
  • the content of organic compound C in the fermentation liquid S 0 is, for example, 50 wt% or less, and may be 30 wt% or less, 10 wt% or less, 5 wt% or less, 2 wt% or less, or even 1 wt% or less.
  • the lower limit of the content of organic compound C is not particularly limited, and is, for example, 0.01 wt%.
  • the organic compound C is a fermented product produced by fermenting a carbon source by a microorganism, and is preferably an alcohol (bioalcohol) produced by a microorganism.
  • fermentation liquid S 0 may further contain other components such as a carbon source, a nitrogen source, and inorganic ions.
  • carbon sources include polysaccharides such as starch and monosaccharides such as glucose.
  • step 1 A specific implementation method of step 1 will be explained using the degassing section 20 shown in FIG. 4 as an example.
  • step 1 first, the fermented liquid S 0 is supplied to the first chamber 23 of the degassing section 20 through the liquid space inlet 23a. Thereby, one surface (for example, main surface 21a) of the deaeration membrane 21 can be brought into contact with the fermentation liquid S 0 .
  • the pressure in the space adjacent to the other surface (for example, the main surface 21b) of the degassing membrane 21 is reduced.
  • the pressure inside the second chamber 24 is reduced through the gas space outlet 24b.
  • the pressure inside the second chamber 24 can be reduced by the second pressure reducing section 25 .
  • the pressure in the second chamber 24 is, for example, 40 kPa or less, and may be 25 kPa or less, 1 kPa or less, or 6 kPa or less.
  • pressure means absolute pressure.
  • the gas G separated from the fermentation liquid S0 can be obtained on the other side of the degassing membrane 21.
  • the gas G is supplied to the second chamber 24.
  • the gas G is discharged to the outside of the degassing section 20 through the gas space outlet 24b.
  • the gas G joins the exhaust gas from the second pressure reducing section 25 in the second exhaust path 97 .
  • the content of gas G dissolved in the fermented liquid S0 gradually decreases from the liquid space inlet 23a of the first chamber 23 toward the liquid space outlet 23b.
  • the fermented liquid S 0 (fermented liquid S) processed in the first chamber 23 is discharged to the outside of the degassing section 20 through the liquid space outlet 23b.
  • the fermented liquid S is supplied to the membrane separation section 10 through the second supply path 92 and the supply space inlet 13a.
  • step 1 gas such as carbon dioxide exists as dissolved gas G in the fermentation liquid S 0 .
  • the gas G dissolved in the fermented liquid S 0 can be separated from the fermented liquid S 0 by the degassing section 20 . Therefore, the fermented liquor S obtained by operating the degassing section 20 has a lower content of dissolved gas G than the fermented liquor S0 supplied to the degassing section 20.
  • the ratio of the gas G content (wt%) in the fermentation liquid S to the gas G content (wt%) in the fermentation liquid S 0 is not particularly limited.
  • Step 1 it is possible to produce fermented liquid S with a reduced content of dissolved gas G, so it is possible to suppress a decrease in the condensation efficiency of the condensation section 40 in Step 3, which will be described later. As a result, the recovery efficiency of organic compound C is improved.
  • step 2 A specific implementation method of step 2 will be explained using the membrane separation unit 10 shown in FIG. 2 as an example.
  • the fermentation liquid S is supplied to the first chamber 13 of the membrane separation section 10 through the supply space inlet 13a. Thereby, the fermentation liquid S can be brought into contact with one surface (for example, the main surface 11a) of the pervaporation membrane 11.
  • the pressure in the space adjacent to the other surface (for example, the main surface 11b) of the pervaporation membrane 11 is reduced.
  • the pressure inside the second chamber 14 is reduced through the permeation space outlet 14b.
  • the pressure inside the second chamber 14 can be reduced by the first pressure reducing section 15 .
  • the pressure in the second chamber 14 is, for example, 50 kPa or less, and may be 20 kPa or less, 10 kPa or less, 5 kPa or less, 3 kPa or less, or even 2 kPa or less.
  • the permeate fluid S 1 is supplied to the second chamber 14 .
  • the permeate fluid S 1 is typically a gas.
  • the permeate fluid S 1 is discharged to the outside of the membrane separation section 10 through the permeate space outlet 14b.
  • the permeate fluid S 1 is supplied to the condensing section 40 via the first permeate discharge path 94 and through the permeate inlet 40a.
  • the content of organic compounds C in the fermentation liquid S gradually decreases from the supply space inlet 13a of the first chamber 13 toward the supply space outlet 13b.
  • the fermented liquor S (non-permeate fluid S 2 ) treated in the first chamber 13 is discharged to the outside of the membrane separation section 10 through the supply space outlet 13b.
  • Non-permeable fluid S2 is typically a liquid.
  • the non-permeate fluid S 2 is supplied to the tank 30 via the non-permeate fluid discharge path 93 and through the inlet 30a.
  • step 2 the organic compound C contained in the fermentation liquid S can be preferentially permeated by the pervaporation membrane 11 of the membrane separation unit 10. Therefore, the permeate fluid S 1 obtained by the operation of the membrane separation section 10 has a higher content of organic compounds C than the fermentation liquid S supplied to the membrane separation section 10 .
  • the ratio of the content (wt%) of organic compound C in the permeate fluid S1 to the content (wt%) of organic compound C in fermentation liquid S is not particularly limited.
  • step 2 for example, permeate fluid S 1 having a high content of organic compound C can be produced.
  • the organic compound C can be obtained as the permeate fluid S 1 .
  • Steps 1 and 2 further include reducing the pressure in the permeation space of the membrane separation section 10 to a value lower than the pressure in the gas space of the degassing section 20 during operation.
  • the pressure in the permeation space of the membrane separation section 10 can be made lower than the pressure in the gas space of the degassing section 20.
  • the pressure can be reduced to a lower value.
  • the method of operating the membrane separation system 100 further includes cooling and condensing the gaseous permeate S 1 by the condensing section 40 (step 3). According to step 3, the gaseous permeate fluid S 1 can be liquefied to obtain the liquid permeate fluid S 1 .
  • the method for producing an organic compound according to the present embodiment includes deaerating a fermentation liquid S0 containing a volatile organic compound C and a gas G, and dividing the deaerated fermentation liquid S into a permeate fluid S1 and a non-permeate fluid. and recovering the permeate S 1 .
  • the method for producing an organic compound of this embodiment may be carried out using the membrane separation system 100 described above.
  • the organic compound C may be alcohol. According to the method for producing an organic compound of the present embodiment, alcohol can be efficiently separated from the fermentation liquid S 0 containing volatile alcohol.
  • the membrane separation unit 10 may be a spiral type membrane element, a hollow fiber membrane element, a disk tube type membrane element in which a plurality of pervaporation membranes are stacked, a plate and frame type membrane element, or the like.
  • FIG. 6 is an exploded perspective view schematically showing a spiral membrane element.
  • the membrane separation unit 10 may be a spiral type membrane element as shown in FIG.
  • the membrane separation unit 10 (membrane element) in FIG. 6 includes a central tube 16 and a membrane leaf 17 having a pervaporation membrane 11 and wound around the central tube 16.
  • the central tube 16 has a cylindrical shape.
  • a through hole 16h is formed on the surface of the center tube 16 for allowing the permeate fluid S 1 to flow into the center tube 16.
  • the number of through holes 16h is not particularly limited, and may be one or two or more.
  • materials for the center tube 16 include resins such as acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer resin (ABS resin), polyphenylene ether resin (PPE resin), and polysulfone resin (PSF resin); metals such as stainless steel and titanium. It will be done.
  • the inner diameter of the central tube 16 is, for example, in the range of 20 to 100 mm.
  • the membrane separation unit 10 has a plurality of membrane leaves 17.
  • Each membrane leaf 17 includes a pervaporation membrane 11 and a permeate channel material 19 .
  • membrane leaf 17 has two pervaporation membranes 11. Two pervaporation membranes 11 are stacked on top of each other and sealed on three sides to form a bag-like structure.
  • a permeate-side channel material 19 is arranged between the two pervaporation membranes 11 so as to be located inside the bag-like structure.
  • the permeation side channel material 19 secures a space (permeation space) between the two pervaporation membranes 11 as a flow path for the permeate fluid S1. In this way, the permeate side channel material 19 is used in combination with the pervaporation membrane 11.
  • the number of membrane leaves 17 is not particularly limited, and is, for example, 2 to 30.
  • the membrane separation unit 10 further includes a supply side channel material 18.
  • the supply side channel material 18 is located outside the bag-like structure described above and is laminated on the membrane leaf 17. Specifically, a plurality of supply side channel materials 18 and a plurality of membrane leaves 17 are alternately stacked.
  • the supply side channel material 18 secures a space (supply space) between the membrane leaves 17 as a channel for the fermented liquid S.
  • the supply side channel material 18 and the permeate side channel material 19 are made of resin made of polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate (PET), polyphenylene sulfide (PPS), or ethylene-chlorotrifluoroethylene copolymer (ECTFE), for example. Nets, woven or knitted fabrics can be used.
  • the outer peripheral surface of the membrane element is composed of a shell (not shown) made of a material through which fluid cannot pass.
  • the shell may be made of FRP (fiber reinforced plastic).
  • the membrane element may be housed in a casing (not shown).
  • the membrane separation section 10 (membrane element) in FIG. 6 can be operated, for example, in the following manner.
  • the space inside the central tube 16 is depressurized.
  • the pressure reduction can be performed by the first pressure reduction section 15.
  • the permeated fluid S 1 that has passed through the pervaporation membrane 11 of the membrane leaf 17 moves into the center tube 16 .
  • the permeate fluid S 1 is discharged to the outside through the central tube 16 .
  • the fermented liquid S (non-permeable fluid S 2 ) processed in the membrane separation section 10 is discharged to the outside from the other end of the wound membrane leaf 17.
  • the degassing section 20 may be a spiral membrane element, a hollow fiber membrane element, a disk tube membrane element in which a plurality of pervaporation membranes are stacked, a plate and frame membrane element, or the like.
  • the degassing section 20 may be a spiral membrane element as shown in FIG.
  • the degassing section 20 (membrane element) in FIG. 7 includes a central tube 26 and a membrane leaf 27 having a degassing membrane 21 and wound around the central tube 26.
  • the central tube 26 has a cylindrical shape.
  • a through hole 26h for allowing gas G to flow into the center tube 26 is formed on the surface of the center tube 26.
  • the degassing section 20 has a plurality of membrane leaves 27. Each membrane leaf 27 includes a degassing membrane 21 and a permeate side channel material 29.
  • the degassing section 20 further includes a supply side channel material 28.
  • the structure of the spiral-type membrane element in FIG. 7 is the same as the structure of the spiral-type membrane element in FIG. 6, so detailed explanation will be omitted.
  • the degassing section 20 and the membrane separation section 10 may be spiral-type membrane elements having the same structure except for the membrane area and the thickness of each layer.
  • the degassing section 20 (membrane element) in FIG. 7 can be operated, for example, in the following manner. First, fermentation liquid S 0 is supplied to one end of the wound membrane leaf 27 . The space inside the central tube 26 is depressurized. The pressure reduction can be performed by the second pressure reduction section 25. As a result, the gas G that has permeated through the degassing membrane 21 of the membrane leaf 27 moves into the center tube 26 . Gas G is exhausted to the outside through the central pipe 26. The fermented liquid S 0 (fermented liquid S) treated in the degassing section 20 is discharged to the outside from the other end of the wound membrane leaf 27 .
  • the membrane separation system 100 includes a degassing section 20 that deaerates a fermented liquor S0 containing a volatile organic compound C and a gas G, and a deaerated fermented liquor S into a permeated fluid S1 and a non-permeated fluid S2.
  • the structure is not limited to the above-mentioned structure as long as it includes a membrane separation section 10 having a pervaporation membrane 11 that separates into two. Modifications 1 to 5 of the membrane separation system 100 will be described below with reference to FIGS. 8 to 13. Note that the same reference numerals are used for elements common to the membrane separation system 100 of FIG. 1, and detailed description thereof will be omitted.
  • FIG. 8 is a schematic configuration diagram showing a first modification of the membrane separation system 100.
  • the degassing section 20 has a degassing membrane 21 that separates the gas G from the fermented liquid S0 .
  • the second discharge path 97 is connected to the inlet 30c of the tank 30, and is configured to send the gas G separated in the degassing section 20 to the tank 30 during operation. That is, the membrane separation system 101 has a configuration in which the gas G is mixed with the fermented liquid S 0 in the tank 30 and circulated through the first fermented liquid supply path 91 and the second discharge path 97 during operation. By sending the gas G to the tank 30, the fermented liquid S0 and the gas G are mixed in the tank 30. Fermentation of microorganisms can be promoted by supplying gas G into an aqueous solution containing microorganisms.
  • FIG. 9 is a schematic configuration diagram showing a second modification of the membrane separation system 100.
  • the degassing section 20 includes a degassing tower 201 that separates gas G dissolved in the fermented liquid S0 by a heating method.
  • the degassing tower 201 separates the gas G from the fermented liquor S 0 by increasing the temperature of the fermented liquor S 0 in the degassing tower 201 and decreasing the solubility of the gas G dissolved in the fermented liquor S 0 .
  • the first fermented liquid supply path 91 is connected to the outlet 30b of the tank 30 and the fermented liquid inlet 23a of the degassing tower 201.
  • the second fermented liquid supply path 92 is connected to the fermented liquid outlet 23b of the degassing tower 201 and the supply space inlet 13a of the membrane separation section 10.
  • the second exhaust path 97 is connected to the exhaust outlet 24b of the degassing tower 201.
  • the second exhaust path 97 is connected to the exhaust outlet 24b of the degassing tower 201.
  • a second pressure reducing section 25 that reduces the pressure inside the degassing tower 201 may be arranged in the second discharge path 97 . That is, the degassing tower 201 may be configured to use both a pressure reduction method and a heating method.
  • the membrane separation system 102 may further include an additional separation section 70 that separates microorganisms from the fermentation liquid S 0 upstream of the degassing tower 201.
  • the separation section 70 is arranged in the first fermented liquid supply path 91. According to such a configuration, for example, the fermentation liquid S 0 from which microorganisms have been separated in advance by the separation section 70 can be supplied to the deaeration tower 201, so that it is possible to suppress the microorganisms from dying due to a temperature rise in the deaeration tower 201. be able to.
  • the membrane separation system 102 may further include a discharge path 98 as a fluid path.
  • the discharge path 98 is a path for supplying the microorganisms separated by the separation section 70 to the tank 30, and connects the microorganism discharge port 70c of the separation section 70 and the inlet 30d of the tank 30. That is, the membrane separation system 102 has a configuration in which microorganisms are mixed with the fermentation liquid S 0 in the tank 30 and circulated through a part of the first fermentation liquid supply path 91 and the discharge path 98 during operation.
  • the fermented liquor S 0 and the microorganisms are mixed in the tank 30. Fermentation of microorganisms can be promoted by further supplying microorganisms to an aqueous solution containing microorganisms.
  • a heat exchanger 81 for heating the fermented liquid S0 after the microorganisms have been separated may be further disposed between the separation section 70 and the deaeration tower 201. good.
  • the gas G may be separated from the fermented liquid S 0 in the deaeration tower 201 by supplying the fermented liquid S 0 whose temperature has been increased by the heat exchanger 81 to the deaeration tower 201 .
  • a heat exchanger 82 for cooling the non-permeate fluid S2 may be further disposed between the membrane separation unit 10 and the tank 30.
  • the heat exchanger 82 can cool the non-permeate fluid S 2 whose temperature has increased due to the treatment in the degassing tower 201 . Thereby, it is possible to suppress the reduction of microorganisms in the fermentation liquid S 0 in the tank 30.
  • FIG. 10 is a schematic configuration diagram showing a third modification of the membrane separation system 100.
  • a membrane separation system 103 shown in FIG. 10 has the same configuration as the membrane separation system 102 shown in FIG. 9, except that the degassing section 20 includes a degassing membrane 21 instead of the degassing tower 201.
  • the membrane separation system 103 may further include an additional separation section 70 that separates microorganisms from the fermentation liquid S 0 upstream of the deaeration section 20 . According to such a configuration, for example, clogging of the degassing membrane 21 in the degassing section 20 can be suppressed.
  • FIG. 11 is a schematic configuration diagram showing a fourth modification of the membrane separation system 100.
  • the degassing section 20 has a degassing membrane 21 that separates the gas G from the fermented liquid S0 .
  • the membrane separation system 104 has the same configuration as the membrane separation system 100 shown in FIG. 1, except that it includes one common pressure reduction device 35 instead of the first pressure reduction section 15 and the second pressure reduction section 25. In other words, in the membrane separation system 104, the pressure reduction in the permeation space of the membrane separation section 10 and the pressure reduction in the gas space of the degassing section 20 are performed by one common pressure reduction device 35.
  • the pressure reducing device 35 is arranged in the first discharge path 96.
  • the second discharge path 97 joins the first discharge path 96 at a merge position 99 located between the condensing section 40 and the pressure reducing device 35.
  • a first pressure regulating valve 36 may be disposed between the exhaust outlet 40c of the condensing section 40 and the merging position 99.
  • a second pressure regulating valve 37 may be disposed between the gas space outlet 24b of the degassing section 20 and the merging position 99.
  • the degree of pressure reduction in the permeation space of the membrane separation unit 10 can be adjusted by the first pressure regulating valve 36 .
  • the degree of pressure reduction in the gas space of the degassing section 20 can be adjusted by the second pressure regulating valve 37 .
  • FIG. 12 is a schematic configuration diagram showing a fifth modification of the membrane separation system 100.
  • the degassing section 20 has a degassing membrane 21.
  • the membrane separation system 105 has the same configuration as the membrane separation system 100 shown in FIG. 1, except that it further includes a casing 45 that houses the degassing section 20 and the membrane separation section 10.
  • the membrane separation system 105 includes a membrane separation device 200 that includes a degassing section 20, a membrane separation section 10, and a casing 45 that accommodates the degassing section 20 and the membrane separation section 10.
  • the shape of the casing 45 is not particularly limited as long as the degassing section 20 and the membrane separation section 10 can be provided in series inside the membrane separation device 200.
  • the casing 45 may have a prismatic shape or a cylindrical shape, for example.
  • the casing 45 housing the degassing section 20 and the membrane separation section 10 may be placed horizontally or vertically. When placed vertically, the membrane separation section 10 may be located above the degassing section 20, or the membrane separation section 10 may be located below the degassing section 20.
  • FIG. 13 is a schematic cross-sectional view showing an example of a membrane separation device 200 included in the membrane separation system 105.
  • a deaeration section 20 and a membrane separation section 10 are provided in series inside a casing 45.
  • the degassing section 20 and the membrane separation section 10 are spiral membrane elements.
  • the structures of the degassing section 20 and the membrane separation section 10 are not limited to the spiral type.
  • the degassing section 20 and the membrane separation section 10 are housed in one common casing 45, thereby forming a membrane separation device 200.
  • the membrane separation device 200 is lighter and more compact than a case where the degassing section 20 and the membrane separation section 10 are housed in separate casings. Therefore, the membrane separation system 105 is suitable for systems that require weight reduction and space saving. Furthermore, the membrane separation device 200 has excellent maintainability because each member can be replaced.
  • the casing 45 has a casing body 46, a first end plate 46a, and a second end plate 46b.
  • the casing body 46 has a cylindrical shape and may be made of a material with sufficient pressure resistance.
  • the longitudinal direction of the casing body 46 corresponds to the fluid flow direction.
  • the first end plate 46a is attached to the first end 47a of the casing body 46.
  • a first end 47a of the casing body 46 is closed by the first end plate 46a.
  • the second end plate 46b is attached to the second end 47b of the casing body 46.
  • a second end 47b of the casing body 46 is closed by the second end plate 46b.
  • Casing 45 has a port 48a and a port 48b.
  • Each of the ports 48a and 48b is a port for communicating the inside and outside of the casing 45.
  • Port 48a is provided in first end plate 46a.
  • Port 48b is provided in second end plate 46b.
  • the port 48a is a port for guiding the gas G separated in the degassing section 20.
  • the port 48b is a port for guiding the permeate fluid S 1 separated by the membrane separation unit 10.
  • Casing 45 further includes a port 49a and a port 49b.
  • Each of the ports 49a and 49b is a port for communicating the inside and outside of the casing 45.
  • the port 49a is provided at the first end 47a of the casing body 46.
  • the port 49b is provided at the second end 47b of the casing body 46.
  • the port 48a is a port for guiding the fermentation liquid S 0 to the degassing section 20.
  • the port 48b is a port for introducing the non-permeable fluid S2 separated by the membrane separation unit 10. Note that the port 49a may be provided on the side of the casing body 46 on the first end 47a side.
  • the port 49b may be provided on the side of the casing body 46 on the second end 47b side.
  • Each port 48a, 48b, 49a, and 49b may be a simple opening, or may be a nozzle-shaped opening as shown in FIG.
  • a first pipe 55a, a second pipe 55b, and a third pipe 55c extending in the longitudinal direction are provided inside the casing 45.
  • One end of the first pipe 55a communicates with the central pipe 26 of the degassing section 20.
  • the other end of the first pipe 55a communicates with the port 48a.
  • One end of the second pipe 55b communicates with the central pipe 26 of the degassing section 20.
  • the other end of the second pipe 55b communicates with the central pipe 16 of the membrane separation section 10.
  • One end of the third pipe 55c communicates with the central pipe 16 of the membrane separation section 10.
  • the other end of the third pipe 55c communicates with the port 48b.
  • a plug 56 is attached to the second pipe 55b.
  • the second pipe 55b is blocked by the stopper 56.
  • the pressure in the gas space of the degassing section 20 and the pressure in the permeation space of the membrane separation section 10 can be adjusted separately. Specifically, by controlling the operations of the first pressure reducing section 15 and the second pressure reducing section 25, the pressure in the permeation space of the membrane separation section 10 is reduced to a value lower than the pressure in the gas space of the degassing section 20. The pressure can be reduced to Furthermore, during operation, the second pipe 55b is blocked by the stopper 56, thereby preventing the gas G separated in the degassing section 20 from flowing into the membrane separation section 10.
  • the membrane separation device 200 further includes a seal member 57a disposed in the space between the degassing section 20 and the casing 45, and a seal member 57b disposed in the space between the membrane separation section 10 and the casing 45. .
  • the internal space of the casing 45 is partitioned by the seal members 57a and 57b.
  • the seal members 57a and 57b have, for example, a ring shape and surround the degassing section 20 and the membrane separation section 10 in the circumferential direction.
  • the seal members 57a and 57b are arranged at one end of the degassing section 20 and at one end of the membrane separation section 10.
  • the material constituting the degassing membrane 21 of the degassing section 20 is preferably the same as the material constituting the pervaporation membrane 11 of the membrane separation section 10.
  • the membrane separation apparatus 200 can be operated as a two-stage membrane separation module, for example, by opening the plug 56 and operating it.
  • FIG. 14 is a schematic configuration diagram showing modification example 6 of the membrane separation system 100.
  • the degassing section 20 has a degassing membrane 21.
  • the material constituting the degassing membrane 21 is the same as the material constituting the pervaporation membrane 11.
  • the degassing membrane 21 may have the same structure as the pervaporation membrane 11 except for the membrane area and the thickness of each layer.
  • the degassing membrane 21 can function as a pervaporation membrane depending on the carbon dioxide concentration of the fluid.
  • the membrane separation system 106 includes a CO 2 sensor 65 provided in the first fermented liquid supply path 91 and/or the second fermented liquid supply path 92, a valve 75 provided in the second discharge path 97, and a
  • the membrane separation system 100 has the same configuration as the membrane separation system 100 shown in FIG. 1 except that it includes a switching flow path 76 that connects the permeated fluid discharge path 94 to the confluence point 94m.
  • Valve 75 is typically a three-way valve having a first inlet port 75a, a first outlet port 75b, and a second outlet port 75c.
  • the first inlet port 75a and the outlet 24b of the degassing section 20 are connected through a part of the upstream side of the second discharge path 97.
  • a portion of the downstream side of the second discharge path 97 connects the first outlet port 75b and the second pressure reducing section 25.
  • the second outlet port 75c and the confluence point 94m are connected by the switching flow path 76.
  • the CO 2 sensor 65 is at least one CO 2 selected from the first CO 2 sensor 65a provided in the first fermentation liquid supply path 91 and the second CO 2 sensor 65b provided in the second fermentation liquid supply path 92 .
  • the CO 2 sensor 65 may be at least one selected from the first CO 2 sensor 65a and the second CO 2 sensor 65b. That is, the CO 2 sensor 65 may be the first CO 2 sensor 65a, the second CO 2 sensor 65b, or both the first CO 2 sensor 65a and the second CO 2 sensor 65b.
  • the first CO 2 sensor 65a measures the carbon dioxide concentration of the fluid flowing through the first fermented liquid supply path 91.
  • the second CO 2 sensor 65b measures the carbon dioxide concentration of the fluid flowing through the second fermentation liquid supply path 92.
  • Membrane separation system 106 can be operated, for example, as follows. When the carbon dioxide concentration of the fluid measured by the CO 2 sensor 65 is greater than the first threshold, the control unit 60 opens the first inlet port 75a and the first outlet port 75b of the valve 75, and opens the second outlet port. 75c is closed, and the second pressure reducing section 25 is driven. Thereby, the degassing membrane 21 of the degassing section 20 functions as a degassing membrane (degassing mode).
  • the control unit 60 controls the pressure in the second pressure reducing unit 25. may be adjusted lower. Thereby, the deaeration performance of the deaeration section 20 can be improved (deaeration performance improvement mode).
  • the control unit 60 may adjust the pressure of the second pressure reduction unit 25 to be high. Thereby, the deaeration performance of the deaeration section 20 can be reduced (power consumption reduction mode). According to the power consumption reduction mode, the power consumption by the second pressure reducing section 25 can be reduced.
  • Membrane separation system 106 can be operated, for example, as follows.
  • the control unit 60 opens the first inlet port 75a and the second outlet port 75c of the valve 75, and closes the first outlet port. 75b is closed, and the first pressure reducing section 15 is operated.
  • the degassing membrane 21 of the degassing section 20 functions as a pervaporation membrane (pervaporation mode).
  • the gaseous permeate fluid discharged from the outlet 24b of the degassing section 20 flows into the condensing section 40 via the switching channel 76 and is condensed.
  • the first threshold value can be set as appropriate depending on the configuration of the membrane separation system 106.
  • the first threshold value may be 1500 mg/L or less.
  • the lower limit of the first threshold is not particularly limited, and may be, for example, 200 mg/L or less, or 100 mg/L or less.
  • the second threshold value can be appropriately set according to the first threshold value as long as the first threshold value ⁇ the second threshold value is satisfied.
  • a separation membrane was produced by the following method. Silicone resin (YSR3022 manufactured by Momentive Performance Materials Japan) 1.650 kg (solid concentration 30 wt%), toluene 2.805 kg, high silica zeolite (HiSiv3000 manufactured by Union Showa Co., Ltd.) 0.495 kg, silicone curing catalyst A coating liquid was prepared by mixing 0.0495 kg of YC6831 (manufactured by Momentive Performance Materials Japan) and 0.0495 kg of acetylacetone as a curing retarder.
  • a coating film (thickness: 500 ⁇ m) was obtained by applying the coating solution onto a porous support (RS-50, manufactured by Nitto Denko Corporation) with a thickness of 150 ⁇ m.
  • the coating film was heated at 90° C. for 4 minutes and dried to produce a separation functional layer with a thickness of 50 ⁇ m.
  • the weight ratio of silicone resin and high silica zeolite was 50:50. Thereby, a separation membrane was obtained.
  • Example 1 A membrane separation system 100 shown in FIG. 1 was operated using the produced separation membrane. Specifically, in the membrane separation system 100, the above separation membrane was used as the pervaporation membrane 11 included in the membrane separation section 10. The above separation membrane was used as the degassing membrane 21 included in the degassing section 20.
  • the membrane separation section 10 was a spiral type membrane element as shown in FIG.
  • the degassing section 20 was a spiral membrane element as shown in FIG.
  • As a model fermentation solution a 0.8 wt % aqueous butanol solution at 30° C. and bubbled with CO 2 gas at 100 mL/min was used.
  • the circulation flow rate of the first fermented liquid supply path 91, second fermented liquid supply path 92, and non-permeable fluid discharge path 93 was set to 100 g/min.
  • the first pressure reducing section 15 reduced the pressure in the permeation space of the membrane separation section 10 to 1.5 kPa.
  • the pressure inside the degassing section 20 was reduced to 10 kPa by the second pressure reducing section 25 .
  • the condensing temperature in the condensing section 40 was set to -7° C., and the electric heating area was set to 0.049 m 2 .
  • Comparative example 1 The membrane separation system 100 shown in FIG. 1 was operated under the same conditions as in Example 1, except that the pressure inside the degassing section 20 was not reduced. That is, in Comparative Example 1, degassing by the degassing section 20 was not performed.
  • a CO 2 sensor (not shown) provided in the second fermentation liquid supply path 92 measured the carbon dioxide concentration (mg/L) of the model fermentation liquid discharged from the degassing section 20.
  • the amount of butanol (g/hr) contained in the exhaust gas from the first pressure reducing section 15 was measured.
  • the amount (%) of butanol contained in the exhaust gas was calculated by measuring the flow rate of the gas exhausted from the pressure reducing section 15 and the butanol concentration of the exhaust gas.
  • Table 1 shows the carbon dioxide concentration of the model fermentation liquid discharged from the degassing section 20 and the amount of butanol contained in the exhaust gas from the first decompression section 15 in Examples 1 and 2.
  • Example 1 As shown in Table 1, in Example 1, the amount of butanol contained in the exhaust gas was lower than in Comparative Example 1, that is, the loss of butanol was lower. This is presumed to be because in Example 1, the degassing section 20 separated CO 2 from the model fermentation liquid and lowered the carbon dioxide concentration, which suppressed the decrease in condensation efficiency in the subsequent condensation section 40. Ru. As described above, according to the membrane separation system 100 shown in FIG. 1, by reducing the content of dissolved gas G in the deaeration section 20, a decrease in condensation efficiency in the subsequent condensation section 40 is suppressed, and as a result, The recovery efficiency of organic compound C can be improved.
  • the membrane separation system of this embodiment is suitable for efficiently recovering organic compounds.

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Abstract

本発明は、有機化合物を効率的に回収することに適した膜分離システムを提供する。膜分離システム１００は、揮発性の有機化合物Ｃを含む発酵液Ｓ0を脱気する脱気部２０と、脱気された発酵液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を有する膜分離部１０と、を備える。膜分離部１０は、浸透気化膜１１によって隔てられた供給空間及び透過空間を有する。運転時に、膜分離部１０の透過空間内の圧力は、脱気部２０内の圧力よりも低い値になるように減圧される。

Description

膜分離システム及び膜分離システムの運転方法
　本発明は、膜分離システム及び膜分離システムの運転方法に関する。
　微生物による発酵によって、非石油由来の有価物を入手する方法が提案されている。中でも近年、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。その場合、微生物による発酵物の製造を連続して行うためには、発酵と同時に、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、浸透気化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、二酸化炭素などのガス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。
特許第４０４８２７９号公報
　浸透気化膜を用いて、供給液を透過流体と非透過流体とに分離する場合、透過流体は、通常、気体の状態で得られる。すなわち、浸透気化法では、浸透気化膜を透過する供給液が気化することによって、気体の透過流体が得られる。得られた気体の透過流体は、例えば、浸透気化膜の後段に設けた凝縮部で冷却されることによって液化し、液体の透過流体が得られる。
　本発明者らは、微生物を利用した発酵と二酸化炭素などのガスとには、密接な関係があることに着目した。例えば、ガス発酵培養方法では、微生物を発酵させるために、微生物を含む液体培地中に二酸化炭素、酸素、水素などのガスを供給する必要がある。また、水溶液中における炭素源の発酵の過程では、副生成物として二酸化炭素などのガスが発生する。そのため、発酵により得られた揮発性の有機化合物を含む水溶液には、ガスが溶存している。本発明者らは、浸透気化膜は供給液に含まれるガスをも透過することから、浸透気化膜によって分離された気体の透過流体には、二酸化炭素などのガスが残存しているという知見を得た。かかる知見に基づき、本発明者らは、気体の透過流体に含まれる二酸化炭素などのガスは、後段の凝縮部における凝縮効率を低下させるという問題を見出した。凝縮効率の低下は、有機化合物の回収効率を低下させる。
　そこで本発明は、有機化合物を効率的に回収することに適した膜分離システム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脱気する脱気部と、
　脱気された前記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を有する膜分離部と、
を備えた、膜分離システムを提供する。
　別の側面において、本発明は、
　脱気部と、浸透気化膜を有する膜分離部と、を備えた膜分離システムの運転方法であって、
　前記脱気部によって、揮発性の有機化合物を含む発酵液を脱気することと、
　前記膜分離部の前記浸透気化膜によって、脱気された前記発酵液を透過流体と非透過流体とに分離することと、
を含む、膜分離システムの運転方法を提供する。
　本発明によれば、有機化合物を効率的に回収することに適した膜分離システムを提供できる。
本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。 膜分離システムが備える膜分離部の一例を示す概略断面図である。 膜分離部が備える浸透気化膜の概略断面図である。 膜分離システムが備える脱気部の一例を示す概略断面図である。 脱気部が備える脱気膜の一例を示す概略断面図である。 膜分離部の別の一例を模式的に示す展開斜視図である。 脱気部の別の一例を模式的に示す展開斜視図である。 膜分離システムの変形例１を示す概略構成図である。 膜分離システムの変形例２を示す概略構成図である。 膜分離システムの変形例３を示す概略構成図である。 膜分離システムの変形例４を示す概略構成図である。 膜分離システムの変形例５を示す概略構成図である。 変形例５の膜分離システムが備える膜分離装置の一例を示す概略断面図である。 膜分離システムの変形例６を示す概略構成図である。
　本発明の第１態様にかかる膜分離システムは、
　揮発性の有機化合物を含む発酵液を脱気する脱気部と、
　脱気された前記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を有する膜分離部と、
を備える。
　本発明の第２態様において、例えば、第１態様にかかる膜分離システムでは、前記膜分離部は、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をさらに有し、
　前記膜分離部の前記透過空間内を減圧する第１減圧部と、前記脱気部内を減圧する第２減圧部と、をさらに備える。
　本発明の第３態様において、例えば、第２態様にかかる膜分離システムでは、運転時に、前記膜分離部の前記透過空間内の圧力は、前記脱気部内の圧力よりも低い値になるように減圧される。
　本発明の第４態様において、例えば、第１～第３態様のいずれか１つにかかる膜分離システムは、前記脱気部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５態様において、例えば、第１～第４態様のいずれか１つにかかる膜分離システムは、前記脱気部で分離されたガスを前記脱気部の外部へ排出する排出経路をさらに備える。
　本発明の第６態様において、例えば、第１～第５態様のいずれか１つにかかる膜分離システムでは、前記脱気部は、前記発酵液からガスを分離する脱気膜を有する。
　本発明の第７態様において、例えば、第１～第６態様のいずれか１つにかかる膜分離システムでは、前記膜分離部は、スパイラル型の膜エレメントであり、
　前記膜エレメントは、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、を含む。
　本発明の第８態様において、例えば、第６態様にかかる膜分離システムでは、前記脱気部は、スパイラル型の膜エレメントであり、
　前記膜エレメントは、貫通孔を有する中心管と、前記脱気膜を有し、前記中心管に巻き付けられた膜リーフと、を含む。
　本発明の第９態様において、例えば、第６又は第８態様にかかる膜分離システムでは、前記脱気膜を構成する材料は、前記浸透気化膜を構成する材料と同じである。
　本発明の第１０態様において、例えば、第１～第９態様のいずれか１つにかかる膜分離システムは、前記脱気部及び前記膜分離部を収容するケーシングをさらに備える。
　本発明の第１１態様において、例えば、第１０態様にかかる膜分離システムでは、前記膜分離部は、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をさらに有し、
　前記膜分離部の前記透過空間内を減圧する第１減圧部と、前記脱気部内を減圧する第２減圧部と、をさらに備える。
　本発明の第１２態様において、例えば、第１１態様にかかる膜分離システムでは、運転時に、前記膜分離部の前記透過空間内の圧力は、前記脱気部内の圧力よりも低い値になるように減圧される。
　本発明の第１３態様において、例えば、第１～第１２態様のいずれか１つにかかる膜分離システムでは、前記発酵液は、前記有機化合物を生成する微生物をさらに含み、
　前記脱気部の前段に、前記発酵液から前記微生物を分離する追加の分離部をさらに備える。
　本発明の第１４態様にかかる膜分離システムの運転方法は、
　脱気部と、浸透気化膜を有する膜分離部と、を備えた膜分離システムの運転方法であって、
　前記脱気部によって、揮発性の有機化合物を含む発酵液を脱気することと、
　前記膜分離部の前記浸透気化膜によって、脱気された前記発酵液を透過流体と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。
＜膜分離システムの実施形態＞
　図１に示すように、本実施形態の膜分離システム１００は、脱気部２０と、浸透気化膜を有する膜分離部１０とを備える。膜分離部１０の前段に、脱気部２０が設けられている。脱気部２０は、揮発性の有機化合物Ｃを含む発酵液Ｓ0を脱気する。膜分離部１０の浸透気化膜は、脱気された発酵液Ｓを透過流体Ｓ1と非透過流体Ｓ2とに分離する。なお、本実施形態において、「脱気」とは、液体に含まれるガスの少なくとも一部、又は全部を除去することを意味する。
　発酵液Ｓ0は、水溶液中で微生物を利用してグルコース、合成ガスなどの炭素源を発酵させることによって得られる。そのため、発酵液Ｓ0は、揮発性の有機化合物Ｃとともに、当該有機化合物Ｃを生成する微生物を含む。有機化合物Ｃを生成する微生物は、典型的には菌である。一般的に、水溶液中における炭素源の発酵の過程では、副生成物として二酸化炭素などのガスが発生する。そのため、発酵により得られた発酵液Ｓ0には、ガスが溶存ガスＧとして存在している。ガスＧは、二酸化炭素を含む。発酵液Ｓ0は、例えば、有機化合物Ｃ、微生物、及びガスＧ以外に水を含む。発酵液Ｓ0は、典型的には、有機化合物Ｃ、微生物、及びガスＧを含む水溶液である。
　脱気部２０は、発酵液Ｓ0から発酵液Ｓ0に溶存するガスＧを分離する。脱気部２０によれば、溶存するガスＧの含有率が低下された発酵液Ｓを製造することができるので、後段の凝縮部４０における凝縮効率の低下を抑制することができる。その結果、有機化合物Ｃの回収効率が向上する。これは、以下の理由によると考えられる。膜分離部１０の浸透気化膜は、供給液に含まれるガスをも透過する。そのため、ガスＧを含む発酵液Ｓ0がそのまま膜分離部１０に供給されると、浸透気化膜によって分離された透過流体Ｓ1にはガスＧが残存する。すなわち、凝縮部４０に供給される透過流体Ｓ1には、ガスＧが含まれることになる。凝縮部４０における凝縮効率は、凝縮対象気体の分圧に依存する。例えば、エタノールと二酸化炭素との混合気体を凝縮するためには、エタノール濃度が１００％の気体を凝縮する場合に比べて、凝縮部４０の冷却温度をより低く設定する必要があり、より多くのエネルギーが必要となる。また、例えば、エタノールと二酸化炭素との混合気体は、エタノール濃度が１００％の気体に比べて、凝縮部４０の冷却面に対するエタノールの接触頻度が低い。これらの理由から、透過流体Ｓ1中のガスＧの含有量が多ければ多いほど、凝縮部４０における凝縮効率は低下する。
　膜分離部１０は、浸透気化膜と、当該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を有する。膜分離システム１００は、膜分離部１０の透過空間内を減圧する第１減圧部１５と、脱気部２０内を減圧する第２減圧部２５とをさらに備える。
　第１減圧部１５及び第２減圧部２５は、真空ポンプなどの真空装置であってもよい。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。第１減圧部１５及び第２減圧部２５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、膜分離部１０の透過空間内の圧力及び脱気部２０内の圧力を適切に調整することができる。
　運転時に、膜分離部１０の透過空間内の圧力Ｐ1（ｋＰａ）は、脱気部２０内の圧力Ｐ2（ｋＰａ）よりも低い値になるように減圧される。すなわち、運転時に、Ｐ1／Ｐ2＜１が満たされるよう、膜分離部１０の透過空間内の圧力及び脱気部２０内の圧力を調節する。圧力の調節（減圧）は、第１減圧部１５及び第２減圧部２５によって行うことができる。運転時に、Ｐ1／Ｐ2＜１、好ましくは、Ｐ1／Ｐ2＜０．５、より好ましくは、Ｐ1／Ｐ2＜０．１、さらに好ましくは、Ｐ1／Ｐ2＜０．０５が満たされるよう、膜分離部１０の透過空間内の圧力及び脱気部２０内の圧力を調節してもよい。なお、脱気部２０が後述する脱気膜２１を備える場合、「脱気部２０内の圧力Ｐ2」とは、脱気部２０が有する液体空間及び気体空間のうち、発酵液Ｓ0から分離されたガスＧが流通する気体空間内の圧力を意味する。
　圧力Ｐ1は、０ｋＰａ＜Ｐ1≦２０ｋＰａを満たすことが好ましく、０ｋＰａ＜Ｐ1≦５ｋＰａを満たすことがより好ましい。圧力Ｐ2は、２ｋＰａ≦Ｐ2≦９０ｋＰａを満たすことが好ましく、１０ｋＰａ≦Ｐ2≦９０ｋＰａを満たすことがより好ましい。
　膜分離システム１００は、脱気部２０及び膜分離部１０とともに、タンク３０をさらに備える。タンク３０は、脱気部２０に供給されるべき発酵液Ｓ0を貯蔵している。タンク３０は、微生物による炭素源の発酵によって有機化合物Ｃを生成するための発酵槽であってもよい。
　膜分離システム１００は、凝縮部４０をさらに備える。凝縮部４０は、膜分離部１０から送られた気体の透過流体Ｓ1を冷却し、凝縮する。凝縮部４０によれば、気体の透過流体Ｓ1が液化し、液体の透過流体Ｓ1が得られる。凝縮部４０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。
　膜分離システム１００は、流体の経路として、第１発酵液供給経路９１、第２発酵液供給経路９２、非透過流体排出経路９３、第１透過流体排出経路９４、及び第２透過流体排出経路９５をさらに備える。
　第１発酵液供給経路９１は、運転時に、タンク３０から脱気部２０に発酵液Ｓ0を供給するための経路であり、タンク３０の出口３０ｂと、脱気部２０の発酵液入口２３ａとに接続されている。第２発酵液供給経路９２は、運転時に、脱気部２０から膜分離部１０にガスＧが分離された発酵液Ｓを供給するための経路であり、脱気部２０の発酵液出口２３ｂと、膜分離部１０の供給空間入口１３ａとに接続されている。
　非透過流体排出経路９３は、運転時に、膜分離部１０から非透過流体Ｓ2を排出するための経路であり、膜分離部１０の供給空間出口１３ｂに接続されている。非透過流体排出経路９３には、例えば、非透過流体Ｓ2の流量を制御するポンプが配置されていてもよい。非透過流体排出経路９３には、ポンプが配置されていなくてもよい。
　非透過流体排出経路９３は、タンク３０の入口３０ａに接続されており、運転時に、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、運転時に、非透過流体Ｓ2がタンク３０にて発酵液Ｓ0に混合され、第１発酵液供給経路９１、第２発酵液供給経路９２及び非透過流体排出経路９３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Ｓ0及び非透過流体Ｓ2が混合され、発酵液Ｓ0における有機化合物Ｃ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Ｓ0における有機化合物Ｃ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。
　第１透過流体排出経路９４は、運転時に、膜分離部１０から気体の透過流体Ｓ1を排出するための経路であり、膜分離部１０の透過空間出口１４ｂと、凝縮部４０の透過流体入口４０ａとに接続されている。第２透過流体排出経路９５は、運転時に、凝縮部４０から液体の透過流体Ｓ1を排出するための経路であり、凝縮部４０の透過流体出口４０ｂに接続されている。
　膜分離システム１００は、回収部５０をさらに備えていてもよい。回収部５０は、凝縮部４０から送られた液体の透過流体Ｓ1を回収し、例えば、液体の透過流体Ｓ1を貯蔵することができる。回収部５０は、例えば、液体の透過流体Ｓ1を貯蔵するタンクである。この場合、回収部５０の入口５０ａには、第２透過流体排出経路９５が接続されている。
　膜分離システム１００は、流体の経路として、第１排出経路９６及び第２排出経路９７をさらに備える。
　第１排出経路９６は、凝縮部４０の排気出口４０ｃに接続されている。第１排出経路９６には、第１減圧部１５が配置されている。第１減圧部１５は、膜分離部１０の透過空間内とともに、凝縮部４０内を減圧することができる。第１減圧部１５は、真空ポンプなどの真空装置であることが好ましい。
　第２排出経路９７は、運転時に、脱気部２０で分離されたガスＧを脱気部２０から外部へ放出するための経路であり、脱気部２０の排気出口２４ｂに接続されている。第２排出経路９７には、第２減圧部２５が配置されている。第２減圧部２５は、脱気部２０内を減圧することができる。第２減圧部２５は、真空ポンプなどの真空装置であることが好ましい。
　膜分離システム１００は、膜分離システム１００の各部材を制御する制御部６０をさらに備えていてもよい。制御部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。制御部６０には、膜分離システム１００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、制御部６０は、第１減圧部１５及び第２減圧部２５の動作を制御することで、膜分離部１０の透過空間内の圧力を、脱気部２０内の圧力よりも低い値になるように減圧することができる。
　膜分離システム１００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１００は、脱気部２０の前段に、発酵液Ｓ0から微生物を分離する追加の分離部（図１では図示せず）をさらに備えてもよい。このような構成によれば、例えば、脱気部２０が後述する脱気膜２１を備える場合、脱気膜２１の目詰まりを抑制することができる。
　次に、本実施形態の膜分離システム１００が備える膜分離部１０及び脱気部２０について、さらに詳説する。
［膜分離部］
　図２は、膜分離部１０の一例を示す概略断面図である。図２に示すように、膜分離部１０は、浸透気化膜１１及び容器１２を備える。容器１２は、第１室１３及び第２室１４を有する。第１室１３は、発酵液Ｓが供給される供給空間として機能する。第２室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、容器１２の内部に配置されている。容器１２の内部において、浸透気化膜１１は、第１室１３と第２室１４とを隔てている。浸透気化膜１１は、容器１２の１対の壁面の一方から他方まで延びている。
　第１室１３は、供給空間入口１３ａ及び供給空間出口１３ｂを有する。第２室１４は、透過空間出口１４ｂを有する。供給空間入口１３ａは、発酵液Ｓを供給空間（第１室１３）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を透過空間（第２室１４）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）を供給空間（第１室１３）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、容器１２の壁面に形成されている。
　膜分離部１０は、流通式（連続式）の膜分離方法に適している。ただし、膜分離部１０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）
　上述のとおり、浸透気化膜１１は、典型的には、発酵液Ｓに含まれる有機化合物Ｃを優先的に透過させる膜（分離膜）である。浸透気化膜１１は、例えば、浸透気化法によって、有機化合物Ｃを含む気体の透過流体Ｓ1を生じさせる。
　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が第１室１３に露出しており、多孔性支持体側の主面１１ｂが第２室１４に露出している。
（分離機能層）
　分離機能層１は、典型的には、発酵液Ｓに含まれる有機化合物Ｃ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、シリコーン系ポリマーである。シリコーン系ポリマーは、２５℃で固体であってもよく、液体であってもよい。シリコーン系ポリマーの具体例としては、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、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、発酵液Ｓ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。
　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、より好ましくは３０μｍ以下ある。
（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。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。
［脱気部］
　発酵液Ｓ0から発酵液Ｓ0に溶存するガスＧを分離することができる限り、脱気部２０の構成は特に限定されない。脱気部２０は、減圧法を採用する構成であってもよく、加熱法を採用する構成であってもよい。脱気部２０は、減圧法と加熱法とを併用する構成であってもよい。減圧法として、例えば、脱気膜を用いた方法、脱気膜を用いない方法が挙げられる。脱気膜を用いた方法は、脱気膜を介した気体透過によって液体中の溶存気体を分離する方法である。脱気膜を用いない方法は、液体が存在する空間内を減圧することによって液体中の溶存気体を分離する方法である。加熱法は、脱気塔内の液体の温度を上昇させ、液体中の溶存気体の溶解度を減少させることによって気体を分離する方法である。
　図４は、脱気部２０の一例を示す概略断面図である。図４に示すように、脱気部２０は、発酵液Ｓ0からガスＧを分離する脱気膜２１を有していてもよい。すなわち、脱気部２０は、脱気膜を用いた減圧法を採用する構成であってもよい。
　図４に示す脱気部２０は、脱気膜２１及び容器２２を備える。容器２２は、第１室２３及び第２室２４を有する。第１室２３は、発酵液Ｓ0が供給されるとともに、ガスＧが分離された発酵液Ｓが流通する液体空間として機能する。第２室２４は、発酵液Ｓ0から分離されたガスＧが流通する気体空間として機能する。発酵液Ｓは、発酵液Ｓ0が脱気膜２１を透過することによって得られる。
　脱気膜２１は、容器２２の内部に配置されている。容器２２の内部において、脱気膜２１は、第１室２３と第２室２４とを隔てている。脱気膜２１は、容器２２の１対の壁面の一方から他方まで延びている。
　第１室２３は、液体空間入口２３ａ及び液体空間出口２３ｂを有する。第２室２４は、気体空間出口２４ｂを有する。液体空間入口２３ａは、発酵液Ｓ0を液体空間（第１室２３）に供給するための開口である。気体空間出口２４ｂは、ガスＧを気体空間（第２室２４）から排出するための開口である。液体空間出口２３ｂは、ガスＧが分離された発酵液Ｓを液体空間（第１室２３）から排出するための開口である。液体空間入口２３ａ、液体空間出口２３ｂ及び気体空間出口２４ｂのそれぞれは、例えば、容器２２の壁面に形成されている。
（脱気膜）
　上述のとおり、脱気膜２１は、典型的には、発酵液Ｓ0に溶存するガスＧを優先的に透過させる膜（分離膜）である。脱気膜２１は、例えば、第２室２４内を減圧することによって、第１室２３に供給された発酵液Ｓ0に溶存するガスＧのみを第２室２４に透過させる。これにより、ガスＧが分離された発酵液Ｓが得られる。
　図５に示すとおり、脱気膜２１は、例えば、分離機能層３、及び、分離機能層３を支持する多孔性支持体４を備えている。脱気膜２１は、分離機能層３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３は、例えば、多孔性支持体４と直接接している。脱気膜２１は、例えば、分離機能層側の主面２１ａが第１室２３に露出しており、多孔性支持体側の主面２１ｂが第２室２４に露出している。
（分離機能層）
　分離機能層３は、典型的には、発酵液Ｓ0に含まれるガスＧ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３は、例えば、疎水性材料を含む。疎水性材料として、浸透気化膜１１の分離機能層１について説明した疎水性材料を用いることができる。
　分離機能層３は、浸透気化膜１１の分離機能層１と同様に、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。
　分離機能層３は、浸透気化膜１１の分離機能層１と同様に、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。フィラーとして、浸透気化膜１１の分離機能層１について説明したフィラーを用いることができる。
　分離機能層３の厚さは、浸透気化膜１１の分離機能層１と同程度であってもよい。
　分離機能層３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４の材料として、浸透気化膜１１の多孔性支持体２について説明した材料を用いることができる。
（保護層）
　保護層は、例えば、分離機能層３の表面を被覆している。保護層の材料として、浸透気化膜１１の保護層について説明した材料を用いることができる。
　脱気膜２１を構成する材料は、浸透気化膜１１を構成する材料と同じであってもよい。脱気膜２１と浸透気化膜１１とは、膜面積及び各層の厚さを除き、構造が互いに同じであってもよい。
（脱気膜の作製方法）
　脱気膜２１は、例えば、多孔性支持体４の上に分離機能層３を形成することによって作製することができる。脱気膜２１は、上述した浸透気化膜１１の作製方法と同じ方法によって作製することができる。
＜膜分離システムの運転方法の実施形態＞
　膜分離システム１００の運転方法は、脱気部２０によって、揮発性の有機化合物ＣとガスＧとを含む発酵液Ｓ0を脱気すること（ステップ１）と、膜分離部１０の浸透気化膜によって、脱気された発酵液Ｓを透過流体Ｓ1と非透過流体Ｓ2とに分離すること（ステップ２）とを含む。
　上述のとおり、発酵液Ｓ0は、揮発性の有機化合物Ｃととともに、当該有機化合物Ｃを生成する微生物を含む。発酵液Ｓ0は、例えば、有機化合物Ｃ、微生物、及びガスＧ以外に水を含む。発酵液Ｓ0は、典型的には、有機化合物Ｃ、微生物、及びガスＧを含む水溶液である。
　発酵液Ｓ0に含まれる有機化合物Ｃ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、例えば、大気圧下（１０１．３２５ｋＰａ）での沸点が２０℃～２６０℃である有機化合物を意味する。なお、有機化合物Ｃ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Ｃ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Ｃ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Ｃ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Ｃ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Ｃ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Ｃ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、アルコールであることが好ましい。有機化合物Ｃがアルコールである場合、有機化合物Ｃ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。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、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Ｃがｎ－ブタノールである場合、例えば、透過流体Ｓ1における有機化合物Ｃ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Ｓ1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Ｓ1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。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Ｃは、上述したものに限定されない。有機化合物Ｃ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Ｓ0は、１種類の有機化合物Ｃを含んでいてもよく、２種類以上の有機化合物Ｃを含んでいてもよい。発酵液Ｓ0における有機化合物Ｃ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Ｃの含有率の下限値は、特に限定されず、例えば０．０１ｗｔ％である。
　有機化合物Ｃ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り、好ましくは、微生物が生成したアルコール（バイオアルコール）である。
　発酵液Ｓ0は、水、有機化合物Ｃ、微生物、及びガスＧ以外に、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。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。
　ステップ１の具体的な実施方法について、図４に示す脱気部２０を例にして説明する。ステップ１では、まず、液体空間入口２３ａを通じて、発酵液Ｓ0を脱気部２０の第１室２３に供給する。これにより、脱気膜２１の一方の面（例えば、主面２１ａ）に発酵液Ｓ0を接触させることができる。
　次に、脱気膜２１の一方の面に発酵液Ｓ0を接触させた状態で、脱気膜２１の他方の面（例えば、主面２１ｂ）に隣接する空間を減圧する。詳細には、気体空間出口２４ｂを通じて、第２室２４内を減圧する。第２室２４内の減圧は、第２減圧部２５によって行うことができる。第２室２４の圧力は、例えば４０ｋＰａ以下であり、２５ｋＰａ以下、１ｋＰａ以下、６ｋＰａ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。
　第２室２４内を減圧することによって、脱気膜２１の他方の面側において、発酵液Ｓ0から分離されたガスＧを得ることができる。言い換えると、ガスＧが第２室２４に供給される。ガスＧは、気体空間出口２４ｂを通じて、脱気部２０の外部に排出される。ガスＧは、第２排出経路９７において第２減圧部２５の排気と合流する。
　一方、発酵液Ｓ0に溶存するガスＧの含有率は、第１室２３の液体空間入口２３ａから液体空間出口２３ｂに向かって徐々に低下する。第１室２３で処理された発酵液Ｓ0（発酵液Ｓ）は、液体空間出口２３ｂを通じて、脱気部２０の外部に排出される。発酵液Ｓは、第２供給経路９２を経て、供給空間入口１３ａを通じて、膜分離部１０に供給される。
　上述のとおり、発酵液Ｓ0には、二酸化炭素などのガスが溶存ガスＧとして存在している。ステップ１では、脱気部２０によって、発酵液Ｓ0から発酵液Ｓ0に溶存するガスＧを分離することができる。そのため、脱気部２０の運転によって得られた発酵液Ｓは、脱気部２０に供給された発酵液Ｓ0に比べて、溶存するガスＧの含有率が低い。発酵液Ｓ0におけるガスＧの含有率（ｗｔ％）に対する、発酵液ＳにおけるガスＧの含有率（ｗｔ％）の比は、特に限定されない。
　ステップ１によれば、溶存するガスＧの含有率が低下された発酵液Ｓを製造することができるので、後述するステップ３における凝縮部４０の凝縮効率の低下を抑制することができる。その結果、有機化合物Ｃの回収効率が向上する。
　ステップ２の具体的な実施方法について、図２に示す膜分離部１０を例にして説明する。ステップ２では、まず、供給空間入口１３ａを通じて、発酵液Ｓを膜分離部１０の第１室１３に供給する。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。
　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、第２室１４内を減圧する。第２室１４内の減圧は、第１減圧部１５によって行うことができる。第２室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。
　第２室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Ｃ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が第２室１４に供給される。第２室１４内において、透過流体Ｓ1は、典型的には気体である。透過流体Ｓ1は、透過空間出口１４ｂを通じて、膜分離部１０の外部に排出される。透過流体Ｓ1は、第１透過流体排出経路９４を経て、透過流体入口４０ａを通じて、凝縮部４０に供給される。
　一方、発酵液Ｓにおける有機化合物Ｃの含有率は、第１室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。第１室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、膜分離部１０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。非透過流体Ｓ2は、非透過流体排出経路９３を経て、入口３０ａを通じて、タンク３０に供給される。
　ステップ２では、膜分離部１０の浸透気化膜１１によって、発酵液Ｓに含まれる有機化合物Ｃを優先的に透過させることができる。そのため、膜分離部１０の運転によって得られた透過流体Ｓ1は、膜分離部１０に供給された発酵液Ｓに比べて、有機化合物Ｃの含有率が高い。発酵液Ｓにおける有機化合物Ｃの含有率（ｗｔ％）に対する、透過流体Ｓ1における有機化合物Ｃの含有率（ｗｔ％）の比は、特に限定されない。
　ステップ２によれば、例えば、有機化合物Ｃ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、ステップ２によって、透過流体Ｓ1として、有機化合物Ｃを得ることができる。
　ステップ１及び２は、運転時に、膜分離部１０の透過空間内の圧力を、脱気部２０の気体空間内の圧力よりも低い値になるように減圧することをさらに含む。例えば、制御部６０によって、第１減圧部１５及び第２減圧部２５の動作を制御することで、膜分離部１０の透過空間内の圧力を、脱気部２０の気体空間内の圧力よりも低い値になるように減圧することができる。
　膜分離システム１００の運転方法は、凝縮部４０によって、気体の透過流体Ｓ1を冷却し、凝縮すること（ステップ３）をさらに含む。ステップ３によれば、気体の透過流体Ｓ1を液化させ、液体の透過流体Ｓ1を得ることができる。
＜有機化合物の製造方法の実施形態＞
　本実施形態の有機化合物の製造方法は、揮発性の有機化合物ＣとガスＧとを含む発酵液Ｓ0を脱気することと、脱気された発酵液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。本実施形態の有機化合物の製造方法は、上述した膜分離システム１００を用いて実施されてもよい。
　本実施形態の有機化合物の製造方法において、有機化合物Ｃは、アルコールであってもよい。本実施形態の有機化合物の製造方法によれば、揮発性のアルコールを含む発酵液Ｓ0から当該アルコールを効率的に分離することができる。
［膜分離部の変形例］
　膜分離部１０は、スパイラル型の膜エレメント、中空糸膜エレメント、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。図６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。膜分離部１０は、図６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６の膜分離部１０（膜エレメント）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、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。
　膜分離部１０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。
　膜分離部１０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。
　膜エレメントの外周面は、流体が通過できない材料によって作製されたシェル（不図示）で構成されている。シェルは、ＦＲＰ（fiber reinforced plastic）によって作られていてもよい。膜エレメントは、ケーシング（図示せず）に収容されていてもよい。
　図６の膜分離部１０（膜エレメント）は、例えば、次の方法で運転できる。まず、巻回された膜リーフ１７の一端に発酵液Ｓを供給する。中心管１６の内部の空間を減圧する。減圧は、第１減圧部１５によって行うことができる。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を通じて外部に排出される。膜分離部１０で処理された発酵液Ｓ（非透過流体Ｓ2）は、巻回された膜リーフ１７の他端から外部に排出される。
［脱気部の変形例］
　脱気部２０は、スパイラル型の膜エレメント、中空糸膜エレメント、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。脱気部２０は、図７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７の脱気部２０（膜エレメント）は、中心管２６と、脱気膜２１を有し、中心管２６に巻き付けられた膜リーフ２７とを備える。
　中心管２６は、円筒形状を有している。中心管２６の表面には、中心管２６の内部にガスＧを流入させるための貫通孔２６ｈが形成されている。脱気部２０は、複数の膜リーフ２７を有する。各膜リーフ２７は、脱気膜２１及び透過側流路材２９を含む。脱気部２０は、供給側流路材２８をさらに有する。図７のスパイラル型の膜エレメントの構造は、図６のスパイラル型の膜エレメントの構造と同じであるため、詳細な説明を省略する。
　脱気部２０と膜分離部１０とは、膜面積及び各層の厚さを除き、構造が互いに同じスパイラル型の膜エレメントであってもよい。
　図７の脱気部２０（膜エレメント）は、例えば、次の方法で運転できる。まず、巻回された膜リーフ２７の一端に発酵液Ｓ0を供給する。中心管２６の内部の空間を減圧する。減圧は、第２減圧部２５によって行うことができる。これにより、膜リーフ２７の脱気膜２１を透過したガスＧが中心管２６の内部に移動する。ガスＧは、中心管２６を通じて外部に排出される。脱気部２０で処理された発酵液Ｓ0（発酵液Ｓ）は、巻回された膜リーフ２７の他端から外部に排出される。
＜膜分離システムの変形例＞
　膜分離システム１００は、揮発性の有機化合物ＣとガスＧとを含む発酵液Ｓ0を脱気する脱気部２０と、脱気された発酵液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を有する膜分離部１０とを備える限り、上述した構成に限定されない。以下、膜分離システム１００の変形例１～５について、図８～１３を参照して説明する。なお、図１の膜分離システム１００と共通する要素については、同じ符号を用いて、詳細な説明を省略する。
［膜分離システムの変形例１］
　図８は、膜分離システム１００の変形例１を示す概略構成図である。図８に示す膜分離システム１０１では、脱気部２０は、発酵液Ｓ0からガスＧを分離する脱気膜２１を有する。
　膜分離システム１０１では、第２排出経路９７が、タンク３０の入口３０ｃに接続されており、運転時に、脱気部２０で分離されたガスＧをタンク３０に送るように構成されている。すなわち、膜分離システム１０１は、運転時に、ガスＧがタンク３０にて発酵液Ｓ0に混合され、第１発酵液供給経路９１及び第２排出経路９７を循環する構成を有している。ガスＧをタンク３０に送ることによって、タンク３０内では、発酵液Ｓ0及びガスＧが混合される。微生物を含む水溶液中にガスＧを供給することにより、微生物の発酵を促進することができる。
［膜分離システムの変形例２］
　図９は、膜分離システム１００の変形例２を示す概略構成図である。図９に示す膜分離システム１０２では、脱気部２０は、加熱法により発酵液Ｓ0に溶存するガスＧを分離する脱気塔２０１を有する。脱気塔２０１は、脱気塔２０１内の発酵液Ｓ0の温度を上昇させ、発酵液Ｓ0に溶存するガスＧの溶解度を減少させることによって、発酵液Ｓ0からガスＧを分離する。
　膜分離システム１０２では、第１発酵液供給経路９１は、タンク３０の出口３０ｂと、脱気塔２０１の発酵液入口２３ａとに接続されている。第２発酵液供給経路９２は、脱気塔２０１の発酵液出口２３ｂと、膜分離部１０の供給空間入口１３ａとに接続されている。第２排出経路９７は、脱気塔２０１の排気出口２４ｂに接続されている。第２排出経路９７は、脱気塔２０１の排気出口２４ｂに接続されている。第２排出経路９７には、脱気塔２０１内を減圧する第２減圧部２５が配置されていてもよい。すなわち、脱気塔２０１は、減圧法と加熱法とを併用する構成であってもよい。
　膜分離システム１０２は、脱気塔２０１の前段に、発酵液Ｓ0から微生物を分離する追加の分離部７０をさらに備えてもよい。この場合、分離部７０は、第１発酵液供給経路９１に配置されている。このような構成によれば、例えば、分離部７０によって予め微生物を分離した発酵液Ｓ0を脱気塔２０１に供給できるので、脱気塔２０１内の温度上昇により微生物が死滅することを抑制することができる。
　膜分離システム１０２は、流体経路として、排出経路９８をさらに備えていてもよい。排出経路９８は、分離部７０で分離された微生物をタンク３０へ供給するための経路であり、分離部７０の微生物排出口７０ｃとタンク３０の入口３０ｄとを接続している。すなわち、膜分離システム１０２は、運転時に、微生物がタンク３０にて発酵液Ｓ0に混合され、第１発酵液供給経路９１の一部及び排出経路９８を循環する構成を有している。微生物をタンク３０に送ることによって、タンク３０内では、発酵液Ｓ0及び微生物が混合される。微生物を含む水溶液中にさらに微生物を供給することにより、微生物の発酵を促進することができる。
　第１発酵液供給経路９１において、分離部７０と脱気塔２０１との間には、微生物が分離された後の発酵液Ｓ0を加熱するための熱交換器８１がさらに配置されていてもよい。熱交換器８１によって温度を上昇させた発酵液Ｓ0を脱気塔２０１に供給することで、脱気塔２０１内において発酵液Ｓ0からガスＧを分離してもよい。
　非透過流体排出経路９３において、膜分離部１０とタンク３０との間には、非透過流体Ｓ2を冷却するための熱交換器８２がさらに配置されていてもよい。熱交換器８２によって、脱気塔２０１の処理により温度が上昇した非透過流体Ｓ2を冷却することができる。これにより、タンク３０内の発酵液Ｓ0中の微生物の減少を抑制することができる。
［膜分離システムの変形例３］
　図１０は、膜分離システム１００の変形例３を示す概略構成図である。図１０に示す膜分離システム１０３では、脱気部２０が、脱気塔２０１に代えて、脱気膜２１を有することを除き、図９に示す膜分離システム１０２と同じ構成を有する。
　膜分離システム１０３は、脱気部２０の前段に、発酵液Ｓ0から微生物を分離する追加の分離部７０をさらに備えてもよい。このような構成によれば、例えば、脱気部２０において脱気膜２１の目詰まりを抑制することができる。
［膜分離システムの変形例４］
　図１１は、膜分離システム１００の変形例４を示す概略構成図である。図１１に示す膜分離システム１０４では、脱気部２０は、発酵液Ｓ0からガスＧを分離する脱気膜２１を有する。
　膜分離システム１０４は、第１減圧部１５及び第２減圧部２５に代えて、共通する１つの減圧装置３５を備えることを除き、図１に示す膜分離システム１００と同じ構成を有する。言い換えると、膜分離システム１０４では、膜分離部１０の透過空間内の減圧と、脱気部２０の気体空間内の減圧とが、１つの共通する減圧装置３５により行われる。
　減圧装置３５は、第１排出経路９６に配置されている。第２排出経路９７は、凝縮部４０と減圧装置３５との間に位置する合流位置９９において、第１排出経路９６に合流している。
　第１排出経路９６において、凝縮部４０の排気出口４０ｃと合流位置９９との間には、第１圧力調整弁３６が配置されていてもよい。第２排出経路９７において、脱気部２０の気体空間出口２４ｂと合流位置９９との間には、第２圧力調整弁３７が配置されていてもよい。第１圧力調整弁３６によって、膜分離部１０の透過空間内の減圧度を調節することができる。第２圧力調整弁３７によって、脱気部２０の気体空間内の減圧度を調節することができる。
［膜分離システムの変形例５］
　図１２は、膜分離システム１００の変形例５を示す概略構成図である。図１２に示す膜分離システム１０５では、脱気部２０は脱気膜２１を有する。
　膜分離システム１０５は、脱気部２０及び膜分離部１０を収容するケーシング４５をさらに備えることを除き、図１に示す膜分離システム１００と同じ構成を有する。言い換えると、膜分離システム１０５は、脱気部２０と、膜分離部１０と、脱気部２０及び膜分離部１０を収容するケーシング４５とを備えた膜分離装置２００を備える。
　膜分離装置２００の内部に、脱気部２０及び膜分離部１０を直列に設けることができる限り、ケーシング４５の形状は特に限定されない。ケーシング４５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。
　脱気部２０及び膜分離部１０を収容したケーシング４５は、横置きされてもよく、縦置きされてもよい。縦置きされる場合、脱気部２０に対して膜分離部１０が上側に位置していてもよく、脱気部２０に対して膜分離部１０が下側に位置していてもよい。
　図１３は、膜分離システム１０５が備える膜分離装置２００の一例を示す概略断面図である。膜分離装置２００では、ケーシング４５の内部に、脱気部２０及び膜分離部１０が直列に設けられている。図１３に示す例において、脱気部２０及び膜分離部１０はスパイラル型の膜エレメントである。ただし、脱気部２０及び膜分離部１０の構造はスパイラル型に限定されない。
　膜分離システム１０５によれば、脱気部２０及び膜分離部１０が１つの共通するケーシング４５に収容されることによって、膜分離装置２００が構成されている。脱気部２０及び膜分離部１０が別々のケーシングに収容されている場合と比較して、膜分離装置２００は、軽量かつコンパクトである。したがって、膜分離システム１０５は、軽量化及び省スペースが求められるシステムに適している。また、膜分離装置２００は、各部材ごとの交換も可能であるため、メンテナンス性にも優れている。
　ケーシング４５は、ケーシング本体４６、第１端板４６ａ、及び第２端板４６ｂを有する。ケーシング本体４６は、円筒状の形状を有し、十分な耐圧性を有する材料で作られていてもよい。ケーシング本体４６の長手方向は、流体の流れ方向に一致している。第１端板４６ａは、ケーシング本体４６の第１端部４７ａに取り付けられている。第１端板４６ａによってケーシング本体４６の第１端部４７ａが閉じられている。第２端板４６ｂは、ケーシング本体４６の第２端部４７ｂに取り付けられている。第２端板４６ｂによってケーシング本体４６の第２端部４７ｂが閉じられている。
　ケーシング４５は、ポート４８ａ及びポート４８ｂを有する。ポート４８ａ及びポート４８ｂのそれぞれは、ケーシング４５の内部と外部とを連通するためのポートである。ポート４８ａは、第１端板４６ａに設けられている。ポート４８ｂは、第２端板４６ｂに設けられている。ポート４８ａは、脱気部２０で分離されたガスＧを導くためのポートである。ポート４８ｂは、膜分離部１０で分離された透過流体Ｓ1を導くためのポートである。
　ケーシング４５は、ポート４９ａ及びポート４９ｂをさらに有する。ポート４９ａ及びポート４９ｂのそれぞれは、ケーシング４５の内部と外部とを連通するためのポートである。ポート４９ａは、ケーシング本体４６の第１端部４７ａに設けられている。ポート４９ｂは、ケーシング本体４６の第２端部４７ｂに設けられている。ポート４８ａは、脱気部２０に発酵液Ｓ0を導くためのポートである。ポート４８ｂは、膜分離部１０で分離された非透過流体Ｓ2を導くためのポートである。なお、ポート４９ａは、ケーシング本体４６の第１端部４７ａ側の側部に設けられていてもよい。ポート４９ｂは、ケーシング本体４６の第２端部４７ｂ側の側部に設けられていてもよい。
　各ポート４８ａ、４８ｂ、４９ａ、及び４９ｂは、単なる開口部でもよく、図１３に示すようなノズル状の開口部であってもよい。
　ケーシング４５の内部には、長手方向に延びる第１管５５ａ、第２管５５ｂ、及び第３管５５ｃが設けられている。第１管５５ａの一端は、脱気部２０の中心管２６に連通している。第１管５５ａの他端は、ポート４８ａに連通している。第２管５５ｂの一端は、脱気部２０の中心管２６に連通している。第２管５５ｂの他端は、膜分離部１０の中心管１６に連通している。第３管５５ｃの一端は、膜分離部１０の中心管１６に連通している。第３管５５ｃの他端は、ポート４８ｂに連通している。
　第２管５５ｂには、栓５６が取り付けられている。運転時、第２管５５ｂは、栓５６によって遮断されている。これにより、脱気部２０の気体空間内の圧力と膜分離部１０の透過空間内の圧力とを、別々に調節することができる。具体的には、第１減圧部１５及び第２減圧部２５の動作を制御することで、膜分離部１０の透過空間内の圧力を、脱気部２０の気体空間内の圧力よりも低い値になるように減圧することができる。また、運転時、第２管５５ｂが栓５６によって遮断されていることにより、脱気部２０で分離されたガスＧが、膜分離部１０に流入することが回避される。
　膜分離装置２００は、脱気部２０とケーシング４５との間の空間に配置されたシール部材５７ａ、及び、膜分離部１０とケーシング４５との間の空間に配置されたシール部材５７ｂをさらに備える。シール部材５７ａ及び５７ｂによって、ケーシング４５の内部空間が仕切られている。シール部材５７ａ及び５７ｂは、例えば、リング形状を有し、脱気部２０及び膜分離部１０を周方向に取り囲んでいる。シール部材５７ａ及び５７ｂは、脱気部２０の一端側及び膜分離部１０の一端側に配置されている。
　脱気部２０の脱気膜２１を構成する材料は、膜分離部１０の浸透気化膜１１を構成する材料と同じであることが好ましい。この場合、膜分離装置２００は、例えば、栓５６を開栓して運転することにより、２段の膜分離モジュールとして機能させることができる。
［膜分離システムの変形例６］
　図１４は、膜分離システム１００の変形例６を示す概略構成図である。図１４に示す膜分離システム１０６では、脱気部２０は、脱気膜２１を有する。脱気膜２１を構成する材料は、浸透気化膜１１を構成する材料と同じである。脱気膜２１は、膜面積及び各層の厚さを除き、浸透気化膜１１と同じ構造を有していてもよい。膜分離システム１０６では、流体の二酸化炭素濃度に応じて、脱気膜２１が浸透気化膜として機能しうる。
　膜分離システム１０６は、第１発酵液供給経路９１及び／又は２発酵液供給経路９２に設けられたＣＯ2センサ６５、第２排出経路９７に設けられたバルブ７５、及び、バルブ７５と第１透過流体排出経路９４の合流点９４ｍとを接続する切替流路７６を備えることを除き、図１に示す膜分離システム１００と同じ構成を有する。
　バルブ７５は、典型的には、第１入口ポート７５ａ、第１出口ポート７５ｂ、及び第２出口ポート７５ｃを有する三方弁である。第２排出経路９７の上流側の一部によって、第１入口ポート７５ａと脱気部２０の出口２４ｂとが接続されている。第２排出経路９７の下流側の一部によって、第１出口ポート７５ｂと第２減圧部２５とが接続されている。切替流路７６によって、第２出口ポート７５ｃと合流点９４ｍとが接続されている。
　ＣＯ2センサ６５は、第１発酵液供給経路９１に設けられた第１ＣＯ2センサ６５ａ及び第２発酵液供給経路９２に設けられた第２ＣＯ2センサ６５ｂのうちから選択される少なくとも１つのＣＯ2センサを含む。ＣＯ2センサ６５は、第１ＣＯ2センサ６５ａ及び第２ＣＯ2センサ６５ｂのうちから選択される少なくとも１つであってもよい。すなわち、ＣＯ2センサ６５は、第１ＣＯ2センサ６５ａであってもよく、第２ＣＯ2センサ６５ｂであってもよく、第１ＣＯ2センサ６５ａ及び第２ＣＯ2センサ６５ｂの両方であってもよい。
　第１ＣＯ2センサ６５ａは、第１発酵液供給経路９１を流通する流体の二酸化炭素濃度を測定する。第２ＣＯ2センサ６５ｂは、第２発酵液供給経路９２を流通する流体の二酸化炭素濃度を測定する。
＜変形例６の膜分離システムの運転方法＞
　以下に、変形例６の膜分離システムの運転方法の一例について説明する。
（脱気モード）
　膜分離システム１０６は、例えば、以下のように運転することができる。ＣＯ2センサ６５により測定された流体の二酸化炭素濃度が第１閾値よりも大きいとき、制御部６０によって、バルブ７５の第１入口ポート７５ａ及び第１出口ポート７５ｂを開栓し、第２出口ポート７５ｃを閉栓するとともに、第２減圧部２５を駆動する。これにより、脱気部２０の脱気膜２１は、脱気膜として機能する（脱気モード）。
　脱気モードにおいて、ＣＯ2センサ６５により測定された流体の二酸化炭素濃度が第２閾値（ただし、第１閾値≦第２閾値）よりも大きいとき、制御部６０によって、第２減圧部２５の圧力を低く調整してもよい。これにより、脱気部２０の脱気性能を向上させることができる（脱気性能向上モード）。
　脱気モードにおいて、ＣＯ2センサ６５により測定された流体の二酸化炭素濃度が第２閾値以下であるとき、制御部６０によって、第２減圧部２５の圧力を高く調整してもよい。これにより、脱気部２０の脱気性能を低下させることができる（消費電力削減モード）。消費電力削減モードによれば、第２減圧部２５による消費電力を削減することができる。
（浸透気化モード）
　膜分離システム１０６は、例えば、以下のように運転することができる。ＣＯ2センサ６５により測定された流体の二酸化炭素濃度が第１閾値以下であるとき、制御部６０によって、バルブ７５の第１入口ポート７５ａ及び第２出口ポート７５ｃを開栓し、第１出口ポート７５ｂを閉栓するとともに、第１減圧部１５にて運転する。これにより、脱気部２０の脱気膜２１は、浸透気化膜として機能する（浸透気化モード）。脱気部２０の出口２４ｂから排出された気体の透過流体は、切替流路７６を経て凝縮部４０に流入し、凝縮される。
　第１閾値は、膜分離システム１０６の構成によって適宜設定することができる。一例として、第１閾値は、１５００ｍｇ／Ｌ以下であってもよい。第１閾値の下限は特に限定されず、例えば、２００ｍｇ／Ｌ以下であってもよく、１００ｍｇ／Ｌ以下であってもよい。
　第２閾値は、第１閾値≦第２閾値を満たす限り、第１閾値に応じて適宜設定することができる。
　上述した各実施形態に関する説明は、技術的に矛盾しない限り、相互に適用される。上記の各実施形態及び各変形例は、技術的に矛盾しない限り、相互に組み合わされてもよい。例えば、上記で説明した変形例３の膜分離システム１０３（図１０）、変形例４の膜分離システム１０４（図１１）、及び変形例５の膜分離システム１０５（図１２）を組み合わせて１つのシステムを構成してもよい。例えば、変形例６の膜分離システム１０６（図１４）のＣＯ2センサ６５、バルブ７５、及び切替流路７６を、変形例１の膜分離システム１０１（図８）、変形例３の膜分離システム１０３（図１０）、変形例５の膜分離システム１０５（図１２）にそれぞれ組み合わせてもよい。
　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。
［分離膜の作製］
　まず、次の方法によって分離膜を作製した。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、分離膜を得た。
（実施例１）
　作製した分離膜を用いて、図１に示す膜分離システム１００を運転した。詳細には、膜分離システム１００において、膜分離部１０が備える浸透気化膜１１として、上記の分離膜を用いた。脱気部２０が備える脱気膜２１として、上記の分離膜を用いた。膜分離部１０は、図６に示すようなスパイラル型の膜エレメントであった。脱気部２０は、図７に示すようなスパイラル型の膜エレメントであった。モデル発酵液として、３０℃、０．８ｗｔ％のブタノール水溶液に、１００ｍＬ／分でＣＯ2ガスをバブリングしたものを用いた。第１発酵液供給経路９１、第２発酵液供給経路９２及び非透過流体排出経路９３の循環流量は、１００ｇ／分に設定した。第１減圧部１５によって、膜分離部１０の透過空間内の圧力を１．５ｋＰａに減圧した。第２減圧部２５によって、脱気部２０内の圧力を１０ｋＰａに減圧した。凝縮部４０における凝縮温度を－７℃、電熱面積を０．０４９ｍ2に設定した。
（比較例１）
　脱気部２０内の減圧を行わなかったことを除いて、実施例１と同じ条件で、図１に示す膜分離システム１００を運転した。すなわち、比較例１では、脱気部２０による脱気は行わなかった。
　第２発酵液供給経路９２に設けたＣＯ2センサ（図示省略）によって、脱気部２０から排出されるモデル発酵液の二酸化炭素濃度（ｍｇ／Ｌ）を測定した。第１減圧部１５の排気から、排気に含まれるブタノール量（ｇ／ｈｒ）を測定した。排気に含まれるブタノール量（％）は、減圧部１５から排気されるガス流量と排気ガスのブタノール濃度とを測定し、算出した。実施例１及び実施例２の脱気部２０から排出されるモデル発酵液の二酸化炭素濃度及び第１減圧部１５の排気に含まれるブタノール量を表１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１に示されるように、実施例１は、比較例１に比べて、排気に含まれるブタノール量が低く、すなわち、ブタノールのロスが低かった。これは、実施例１では、脱気部２０によってモデル発酵液からＣＯ2を分離し、二酸化炭素濃度を低下させたことにより、後段の凝縮部４０における凝縮効率の低下が抑制されたためと推測される。このように、図１に示す膜分離システム１００によれば、脱気部２０によって溶存するガスＧの含有を低下することにより、後段の凝縮部４０における凝縮効率の低下が抑制され、その結果、有機化合物Ｃの回収効率を向上することができる。
　本実施形態の膜分離システムは、有機化合物を効率的に回収することに適している。
 

Claims (14)

  1. 　揮発性の有機化合物を含む発酵液を脱気する脱気部と、
    　脱気された前記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を有する膜分離部と、
    を備えた、膜分離システム。
  2. 　前記膜分離部は、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をさらに有し、
    　前記膜分離部の前記透過空間内を減圧する第１減圧部と、前記脱気部内を減圧する第２減圧部と、をさらに備えた、請求項１に記載の膜分離システム。
  3. 　運転時に、前記膜分離部の前記透過空間内の圧力は、前記脱気部内の圧力よりも低い値になるように減圧される、請求項２に記載の膜分離システム。
  4. 　前記脱気部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１に記載の膜分離システム。
  5. 　前記脱気部で分離されたガスを前記脱気部の外部へ排出する排出経路をさらに備えた、請求項１に記載の膜分離システム。
  6. 　前記脱気部は、前記発酵液からガスを分離する脱気膜を有する、請求項１に記載の膜分離システム。
  7. 　前記膜分離部は、スパイラル型の膜エレメントであり、
    　前記膜エレメントは、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、を含む、請求項１に記載の膜分離システム。
  8. 　前記脱気部は、スパイラル型の膜エレメントであり、
    　前記膜エレメントは、貫通孔を有する中心管と、前記脱気膜を有し、前記中心管に巻き付けられた膜リーフと、を含む、請求項６に記載の膜分離システム。
  9. 　前記脱気膜を構成する材料は、前記浸透気化膜を構成する材料と同じである、請求項６に記載の膜分離システム。
  10. 　前記脱気部及び前記膜分離部を収容するケーシングをさらに備えた、請求項１に記載の膜分離システム。
  11. 　前記膜分離部は、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をさらに有し、
    　前記膜分離部の前記透過空間内を減圧する第１減圧部と、前記脱気部内を減圧する第２減圧部と、をさらに備えた、請求項１０に記載の膜分離システム。
  12. 　運転時に、前記膜分離部の前記透過空間内の圧力は、前記脱気部内の圧力よりも低い値になるように減圧される、請求項１１に記載の膜分離システム。
  13. 　前記発酵液は、前記有機化合物を生成する微生物をさらに含み、
    　前記脱気部の前段に、前記発酵液から前記微生物を分離する追加の分離部をさらに備えた、請求項１に記載の膜分離システム。
  14. 　脱気部と、浸透気化膜を有する膜分離部と、を備えた膜分離システムの運転方法であって、
    　前記脱気部によって、揮発性の有機化合物を含む発酵液を脱気することと、
    　前記膜分離部の前記浸透気化膜によって、脱気された前記発酵液を透過流体と非透過流体とに分離することと、
    を含む、膜分離システムの運転方法。
     
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