(57)【要約】【課題】被処理液を濃縮し、溶媒を回収するための、効率的なシステムを提供すること。【解決手段】溶質及び溶媒ｂを含有する被処理液流ａと、誘導溶液流ｄとを、正浸透膜ｏを介して向流又は並流させ、被処理液流ａに含有される溶媒ｂを正浸透膜ｏを通過させて誘導溶液流ｄに移動させ、誘導溶液流ｄが希釈された希釈誘導溶液流ｅ、及び被処理液流ａが濃縮された濃縮流ｃを得る、被処理液流濃縮工程と、誘導溶液流ｄから溶媒ｂを分離して、溶媒ｂ及び誘導溶液流ｄが濃縮された濃縮誘導溶液流ｆを得る、誘導溶液流濃縮工程と、希釈誘導溶液流ｅ及び濃縮誘導溶液流ｆを混合して、誘導溶液流ｄを得る、誘導溶液流再生工程と、を有する濃縮システムであって、被処理液流濃縮工程における、誘導溶液流ｄと被処理液流ａとの流量比が０．１〜５．０であり、かつ、誘導溶液流濃縮工程における溶媒ｂの分離が、蒸発手段によって行われる、溶媒含有物品の濃縮システム。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶質及び溶媒ｂを含有する被処理液流ａと、誘導溶液流ｄとを、正浸透膜ｏを介して向流又は並流させ、前記被処理液流ａに含有される溶媒ｂを前記正浸透膜ｏを通過させて前記誘導溶液流ｄに移動させ、前記誘導溶液流ｄが希釈された希釈誘導溶液流ｅ、及び前記被処理液流ａが濃縮された濃縮流ｃを得る、被処理液流濃縮工程と、
前記誘導溶液流ｄから溶媒ｂを分離して、溶媒ｂ及び前記誘導溶液流ｄが濃縮された濃縮誘導溶液流ｆを得る、誘導溶液流濃縮工程と、
前記希釈誘導溶液流ｅ及び前記濃縮誘導溶液流ｆを混合して、誘導溶液流ｄを得る、誘導溶液流再生工程と、
を有する濃縮システムであって、
前記被処理液流濃縮工程における、前記誘導溶液流ｄと前記被処理液流ａとの流量比（誘導溶液流ｄの流量（ｋｇ／ｈ）／被処理液流ａの流量（ｋｇ／ｈ））が０．１〜５．０であり、かつ、
前記誘導溶液流濃縮工程における前記溶媒ｂの分離が、蒸発手段によって行われる、
溶媒含有物品の濃縮システム。
【請求項２】
前記誘導溶液流ｄ及び前記被処理液流ａ誘導溶液の流量比が０．７５〜２．０である、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記溶媒ｂが水である、請求項１又は２に記載のシステム。
【請求項４】
前記蒸発手段が、蒸留プロセス又は膜蒸留プロセスである、請求項１〜３のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項５】
前記誘導溶液流濃縮工程において発生した溶媒ｂの蒸気を、機械的蒸気再圧縮手段によって断熱的に圧縮して高温の圧縮蒸気を得て、前記高温の圧縮蒸気の熱を前記誘導溶液流濃縮工程にて再利用する、請求項１〜４のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項６】
前記誘導溶液流ｄが、２価のカチオンを含む無機塩の溶液である、請求項１〜５のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項７】
前記正浸透膜ｏが、ポリエーテルスルホン、ポリスルホン、ポリフッ化ビニリデン、ポリアクリロニトリル、及びポリアミドから選ばれる少なくとも１種を主成分とする膜であって、かつ、
前記正浸透膜ｏの透過流束が、１〜１００ｋｇ／（ｍ２×ｈｒ）である、
請求項１〜６のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項８】
被処理液流ａと、溶媒ｂとを、正浸透膜ｏを介して隣接させ、前記溶媒ｂを前記正浸透膜ｏを通過させて前記被処理液流ａに移動させて行う、第一洗浄プロセス、及び
前記第一洗浄プロセス後に、前記溶媒ｂと正浸透膜ｏを介して隣接している前記被処理液流ａを溶媒ｂに置換して行う、第二洗浄プロセス
を含む洗浄工程を更に有する、請求項１〜７のいずれか一項に記載のシステムの洗浄方法。
【請求項９】
請求項１〜７のいずれか一項に記載のシステムを用いて溶媒含有物品を濃縮する、溶媒含有物品の濃縮方法。
【請求項１０】
請求項１〜７のいずれか一項に記載のシステムを用いて、溶媒含有物品から溶媒ｂを分離する、溶媒の分離方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶媒含有物品から溶媒を分離して濃縮するためのシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
溶媒含有物品を濃縮する方法として、減圧蒸留、膜蒸留等の技術が知られている。しかし、減圧蒸留及び膜蒸留は、処理液を加熱するための大きなエネルギーが必要である。
この点、特許文献１には、加熱によって発生した蒸気を塔頂ラインから機械的蒸気再圧縮（ＭＶＲ： Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｒｅｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ)によって圧縮し、得られた圧縮プロセス蒸気をリボイラーに供給し、塔底の熱源とすることにより、エネルギー効率を上げる技術が開示されている。
【０００３】
溶媒含有物品を濃縮する別の方法として、正浸透プロセスを利用する方法が知られている。正浸透による溶媒含有物品の濃縮は、被処理液と誘導溶液間の浸透圧差を駆動力とするため、理論的には送液ポンプ以外のエネルギーを要しない利点がある。しかし、被処理液から誘導溶液へと移動した溶媒を回収し再利用するためには、別途の回収手段が必要である。
この点、特許文献２では、正浸透による被処理液の濃縮と、減圧蒸留、膜蒸留、又はパーベーパレーションによる溶媒の回収とを組み合わせた技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２０１８−５１００６６号公報
【特許文献２】特表２０１１−５２５１４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献２の技術によると、正浸透による被処理液の濃縮自体に要するエネルギー消費は小さいが、誘導溶液からの溶媒の回収には大きなエネルギー消費を要する。
本発明は、被処理液を濃縮し、溶媒を回収するための、効率的なシステムの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、上記の目的を達成するため、鋭意検討を行った。その結果、正浸透プロセスを用いる濃縮及び溶媒回収システムにおいて、溶媒含有物品から成る被処理液から誘導溶液へ溶媒を移動させる際に、被処理液流と誘導溶液流の流量を制御することによって、被処理液の濃縮及び溶媒の回収がより効率的に行えることを見出し、本発明をなすにいたった。即ち、本発明は以下のとおりである。
【０００７】
《態様１》
溶質及び溶媒ｂを含有する被処理液流ａと、誘導溶液流ｄとを、正浸透膜ｏを介して向流又は並流させ、前記被処理液流ａに含有される溶媒ｂを前記正浸透膜ｏを通過させて前記誘導溶液流ｄに移動させ、前記誘導溶液流ｄが希釈された希釈誘導溶液流ｅ、及び前記被処理液流ａが濃縮された濃縮流ｃを得る、被処理液流濃縮工程と、
前記誘導溶液流ｄから溶媒ｂを分離して、溶媒ｂ及び前記誘導溶液流ｄが濃縮された濃縮誘導溶液流ｆを得る、誘導溶液流濃縮工程と、
前記希釈誘導溶液流ｅ及び前記濃縮誘導溶液流ｆを混合して、誘導溶液流ｄを得る、誘導溶液流再生工程と、
を有する濃縮システムであって、
前記被処理液流濃縮工程における、前記誘導溶液流ｄと前記被処理液流ａとの流量比（誘導溶液流ｄの流量（ｋｇ／ｈ）／被処理液流ａの流量（ｋｇ／ｈ））が０．１〜５．０であり、かつ、
前記誘導溶液流濃縮工程における前記溶媒ｂの分離が、蒸発手段によって行われる、
溶媒含有物品の濃縮システム。
《態様２》
前記誘導溶液流ｄ及び前記被処理液流ａ誘導溶液の流量比が０．７５〜２．０である、態様１に記載のシステム。
《態様３》
前記溶媒ｂが水である、態様１又は２に記載のシステム。
《態様４》
前記蒸発手段が、蒸留プロセス又は膜蒸留プロセスである、態様１〜３のいずれか一項に記載のシステム。
《態様５》
前記誘導溶液流濃縮工程において発生した溶媒ｂの蒸気を、機械的蒸気再圧縮手段によって断熱的に圧縮して高温の圧縮蒸気を得て、前記高温の圧縮蒸気の熱を前記誘導溶液流濃縮工程にて再利用する、態様１〜４のいずれか一項に記載のシステム。
《態様６》
前記誘導溶液流ｄが、２価のカチオンを含む無機塩の溶液である、態様１〜５のいずれか一項に記載のシステム。
《態様７》
前記正浸透膜ｏが、ポリエーテルスルホン、ポリスルホン、ポリフッ化ビニリデン、ポリアクリロニトリル、及びポリアミドから選ばれる少なくとも１種を主成分とする膜であって、かつ、
前記正浸透膜ｏの透過流束が、１〜１００ｋｇ／（ｍ２×ｈｒ）である、
態様１〜６のいずれか一項に記載のシステム。
《態様８》
被処理液流ａと、溶媒ｂとを、正浸透膜ｏを介して隣接させ、前記溶媒ｂを前記正浸透膜ｏを通過させて前記被処理液流ａに移動させて行う、第一洗浄プロセス、及び
前記第一洗浄プロセス後に、前記溶媒ｂと正浸透膜ｏを介して隣接している前記被処理液流ａを溶媒ｂに置換して行う、第二洗浄プロセス
を含む洗浄工程を更に有する、態様１〜７のいずれか一項に記載のシステムの洗浄方法。
《態様９》
態様１〜７のいずれか一項に記載のシステムを用いて溶媒含有物品を濃縮する、溶媒含有物品の濃縮方法。
《態様１０》
態様１〜７のいずれか一項に記載のシステムを用いて、溶媒含有物品から溶媒ｂを分離する、溶媒の分離方法。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によると、被処理液を濃縮し、溶媒を回収するための、効率的なシステムが提供される。
本発明の溶媒含有物品の濃縮システムでは、被処理液の濃縮及び誘導溶液からの溶媒の回収トータルのエネルギー消費が低減されている。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明のシステムのある実施態様の概要を説明するための概念図である。
【図２】本発明のシステムの別の実施態様の概要を説明するための概念図である。
【図３】本発明のシステムの更に別の実施態様の概要を説明するための概念図である。
【図４】本発明のシステムにおいて任意的に用いられる洗浄工程のある実施態様の概要を説明するための概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
《溶媒含有物品の濃縮システム》
本発明の溶媒含有物品の濃縮システムは、
溶質及び溶媒ｂを含有する被処理液流ａと、誘導溶液流ｄとを、正浸透膜ｏを介して向流又は並流させ、前記被処理液流ａに含有される溶媒ｂを前記正浸透膜ｏを通過させて前記誘導溶液流ｄに移動させ、前記誘導溶液流ｄが希釈された希釈誘導溶液流ｅ、及び前記被処理液流ａが濃縮された濃縮流ｃを得る、被処理液流濃縮工程と、
前記誘導溶液流ｄから溶媒ｂを分離して、溶媒ｂ及び前記誘導溶液流ｄが濃縮された濃縮誘導溶液流ｆを得る、誘導溶液流濃縮工程と、
前記希釈誘導溶液流ｅ及び前記濃縮誘導溶液流ｆを混合して、誘導溶液流ｄを得る、誘導溶液流再生工程と、
を有する濃縮システムであって、
前記被処理液流濃縮工程における、前記誘導溶液流ｄと前記被処理液流ａとの流量比（誘導溶液流ｄの流量（ｋｇ／ｈ）／被処理液流ａの流量（ｋｇ／ｈ））が０．１〜５．０であり、かつ、
前記誘導溶液流濃縮工程における前記溶媒ｂの分離が、蒸発手段によって行われることを特徴とする。
【００１１】
本発明の溶媒含有物品の濃縮システムは、誘導溶液流濃縮工程において発生した溶媒ｂの蒸気を断熱的に圧縮して高温の圧縮蒸気にするための、機械的蒸気再圧縮手段（ＭＶＲ： Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｒｅｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ)を更に有していてよい。ＭＶＲにて得られた高温の圧縮蒸気の熱は、誘導溶液流濃縮工程にて再利用することができる。
本発明の溶媒含有物品の濃縮システムは、
被処理液流ａと、溶媒ｂとを、正浸透膜ｏを介して隣接させ、前記溶媒ｂを前記正浸透膜ｏを通過させて前記被処理液流ａに移動させて行う、第一洗浄プロセス、及び
前記第一洗浄プロセス後に、前記溶媒ｂと正浸透膜ｏを介して隣接している前記被処理液流ａを溶媒ｂに置換して行う、第二洗浄プロセス
を含む洗浄工程を、更に有していてよい。
以下、本発明の溶媒含有物品の濃縮システムについて、図を参照しつつ説明する。
【００１２】
《第１形態の溶媒含有物品の濃縮システム（図１）》
図１の溶媒含有物品の濃縮システムは、被処理液流濃縮工程、誘導溶液流濃縮工程、及び誘導溶液流再生工程を有する。
【００１３】
〈被処理液流濃縮工程〉
図１の溶媒含有物品の濃縮システムにおける被処理液流濃縮工程では、正浸透膜ｏを有する正浸透ユニットであるユニットＡを用いる。ユニットＡの内部空間は、正浸透膜ｏによって、被処理液側空間Ｒ及び誘導溶液流側空間Ｄの２つに分割されている。ユニットＡの被処理液側空間Ｒに、濃縮対象物である被処理液流ａを導入する。ユニットＡの誘導溶液流側空間Ｄには、誘導溶液流ｄを導入する。
被処理液流ａは、溶質及び溶媒ｂを含有する。誘導溶液流ｄは、誘導物質Ｘｍ及び溶媒ｂを含有する。
そして、被処理液流ａと、誘導溶液流ｄとを、正浸透膜ｏを介して向流又は並流させると、両溶液の浸透圧差を駆動力として、被処理液流ａ中の溶媒ｂが、正浸透膜ｏを通過して誘導溶液流ｄ側に移動する。これにより、濃縮された被処理液流である濃縮流ｃと、希釈された誘導溶液流である希釈誘導溶液流ｅとが得られる。この溶媒ｂの移動は、正浸透プロセスによるものであり、小さなエネルギーで効率的な溶媒分離が可能である。
濃縮流ｃは、本発明の溶媒含有物品の濃縮システムの製品として、適宜の利用に供されてよい。希釈誘導溶液流ｅは、誘導溶液流再生工程に送られる。
図１における被処理液流濃縮工程では、被処理液流ａと誘導溶液流ｄとを向流させているが、並流でもよい。
【００１４】
（誘導溶液流ｄと被処理液流ａとの流量比）
被処理流濃縮工程において、ユニットＡに導入される誘導溶液流ｄと被処理液流ａとの流量比（誘導溶液流ｄの流量（ｋｇ／ｈ）／被処理液流ａの流量（ｋｇ／ｈ））は、０．１〜５．０の範囲である。この値は、好ましくは０．７５〜２．０である。両液の流量比をこの範囲に調節することにより、本発明の溶媒含有物品の濃縮システム全体の消費エネルギーを低減させることができる。
【００１５】
その理由は定かではないが、誘導溶液流ｄと被処理液流ａとの流量比が０．１以上であることにより、誘導溶液流ｄが正浸透膜ｏに対して有意の流速で流れることが担保され、正浸透膜ｏ中の溶媒ｂを誘導溶液ｄ中に取り込んで持ち去る効率が向上する。したがって、被処理液流ａ中の溶媒ｂが、正浸透膜ｏを通過して誘導溶液流ｄへ移動する際、正浸透膜ｏ中での溶媒ｂの滞留が抑制され、正浸透膜ｏの近傍の誘導溶液流ｄの浸透圧が高く維持されるので、被処理液流の濃縮性能を高いレベルで維持し易くなると考えられる。また、両液の流量比が５．０以下であれば、誘導溶液流の流速が過度に速くなることが回避され、熱交換器による加熱、冷却の効率が維持できるため、エネルギー効率が維持できると考えられる。
【００１６】
ユニットＡに導入される被処理液流ａの流速は、線速として、好ましくは０．０５ｃｍ／ｓｅｃ以上、より好ましくは０．１ｃｍ／ｓｅｃ以上であり、好ましくは３．０ｃｍ／ｓｅｃ以下、より好ましくは１．０ｃｍ／ｓｅｃ以下である。
ユニットＡに導入される誘導溶液流ｄの流速は、線速として、好ましくは０．０５ｃｍ／ｓｅｃ以上、より好ましくは０．１ｃｍ／ｓｅｃ以上であり、好ましくは３．０ｃｍ／ｓｅｃ以下、より好ましくは１．０ｃｍ／ｓｅｃ以下である。
【００１７】
当業者が通常予測するところでは、被処理液流ａの流量に対して、誘導溶液流ｄの流量を小さく設定する方が、誘導溶液流ｄの単位流量当たりの溶媒ｂの移動量が多くなるから、正浸透法による溶媒ｂの移動効率がより高くなる筈である。しかしながら本発明にあっては、以下の現象によって、両液の流量比に最適範囲が存在する。
第一の現象は、誘導溶液流ｄの流量割合が流量比０．１以上に増加すると、被処理液流ａ中の溶媒ｂの移動のし易さが顕著に向上して、被処理液流ａの濃縮倍率が上がり易いことである。
第二の現象は、誘導溶液流ｄの流量割合を流量比５．０以下に制限すると、熱交換器による加熱及び冷却の効率が極めて高くなるため、エネルギー効率が顕著に上げられることである。
以上の現象により、本発明の溶媒含有物品の濃縮システムでは、誘導溶液流ｄと被処理液流ａとの流量比を上記の範囲に設定することにより、効率的な濃縮が可能となり、被処理液流ａの濃縮に要する消費エネルギーを顕著に減少することができる。この本発明の効果は、後述する実施例の結果により、具体的に検証されている。
【００１８】
（誘導溶液流濃縮工程）
本発明の溶媒含有物品の濃縮システムにおける誘導溶液流濃縮工程は、蒸発手段であるユニットＢにおいて誘導溶液流ｄの濃縮をおこなう。
ユニットＢには、濃縮対象物である誘導溶液流ｄを導入する。誘導溶液流ｄは、誘導物質Ｘｍ及び溶媒ｂを含有する。ユニットＢに導入された誘導溶液流ｄ中の溶媒ｂは、蒸発させられて蒸気となって、系外に排除される。これにより、液相部は、溶媒ｂの一部が除去されて濃縮される。そして、この濃縮物は、濃縮された誘導溶液流である濃縮誘導溶液流ｆとして、誘導溶液流再生工程に送られる。
誘導溶液流濃縮工程における蒸発手段としては、例えば、蒸留プロセス、逆浸透プロセス、膜蒸留プロセス等を用いることができる。
【００１９】
図１は、蒸発手段として蒸留プロセスを備えるシステムの例である。図１のシステムにおける誘導溶液流濃縮工程では、誘導溶液流ｄを、所望により所定の温度に調整した後、蒸留塔であるユニットＢに送入し、塔頂部から溶媒ｂを得るとともに、塔底部からは、誘導溶液流ｄから溶媒ｂが除去されて濃縮された誘導溶液流である濃縮誘導溶液流ｆを得る。誘導溶液流ｄを加熱するための熱源としては、例えば熱交換器ｑ１からの熱を用いることができ、産業プロセス等からの排熱を用いることができる。熱源として排熱を利用すると、溶媒含有物品の濃縮及び溶媒の回収のために、新たに消費されるエネルギー量を削減することができるため、好ましい。
蒸発手段が蒸留プロセスである場合、蒸留塔のボトム部から誘導溶液流ｄの一部を取り出して、これを適宜の加熱装置により加熱したうえで、蒸留塔に戻してもよい。
【００２０】
逆浸透プロセスとは、半透膜である逆浸透膜に接するように配置された誘導溶液流に圧力をかけ、誘導溶液流に含有される溶媒が逆浸透膜を通過するように構成することにより、溶媒と濃縮誘導溶液流とに分離する工程である。
膜蒸留プロセスは、半透膜を用いて液相部と気相部とに分割された分離室を用いる。この分離質の液相部に誘導溶液流を導入し、気相部を減圧とすると、誘導溶液流に含有される溶媒が、半透膜を通過して、液相部から減圧の気相部に移動する。膜蒸留プロセスは、このような構成により、誘導溶液流を、溶媒と濃縮誘導溶液流とに分離する工程である。
図１の溶媒含有物品の濃縮システムの誘導溶液流濃縮工程では、蒸発手段として蒸留プロセスを備えているが、これを逆浸透プロセス又は膜蒸留プロセスに置き換えた態様も、本発明の好ましい実施形態に含まれる。
誘導溶液流濃縮工程における蒸発手段としては、被処理液流をより高濃度に濃縮でき、本発明のシステムに好ましく含まれる後述のＶＲＣコンプレッサーからの熱を有効利用できる点で、蒸留プロセス又は膜蒸留プロセスであることが好ましい。
【００２１】
〈誘導溶液流再生工程〉
図１の溶媒含有物品の濃縮システムにおける誘導溶液流濃縮工程では、被処理液流濃縮工程で得られた希釈誘導溶液流ｅと、誘導溶液流濃縮工程で得られた濃縮誘導溶液流ｆとを、それぞれ最適な流量に制御してバッファータンク内に導入して混合することにより、誘導溶液流ｄを調製（再生）する工程である。
本工程で再生された誘導溶液流ｄは、被処理液流濃縮工程及び誘導溶液流濃縮工程で再利用することができる。
本発明の溶媒含有物品の濃縮システムは、誘導溶液流再生工程によって連続的に誘導溶液流ｄを供給することができるので、被処理液流ａの濃縮能力を安定的に持続することができる。
また、本発明の溶媒含有物品の濃縮システムにおける被処理液流濃縮工程及び誘導溶液流濃縮工程は、いずれも溶質の組成が変更されない濃縮を高い処理効率で行うことができる。したがって、これら被処理液流濃縮工程及び誘導溶液流濃縮工程は、それぞれ独立した工程として分離して運転してもよい。
【００２２】
《第２形態の溶媒含有物品の濃縮システム（図２）》
図２の溶媒含有物品の濃縮システムは、図１のシステム同様に、被処理液流濃縮工程、誘導溶液流濃縮工程、及び誘導溶液流再生工程を有するが、誘導溶液流濃縮工程において、蒸発手段とともに機械的蒸気再圧縮（ＭＶＲ： Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｒｅｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ)手段を有する場合である。
図２のシステムにおける被処理液流濃縮工程及び誘導溶液流再生工程については、図１のシステムにおける被処理液流濃縮工程及び誘導溶液流再生工程の説明をそのまま適用してよい。
【００２３】
図２における誘導溶液流濃縮工程では、蒸発手段としての蒸留プロセスにより発生した溶媒ｂの蒸気を、塔頂ラインから蒸気再圧縮（ＶＲＣ：Ｖａｐｏｒ  Ｒｅ−Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ）コンプレッサーｇによって断熱的に圧縮し、高温の圧縮蒸気状の溶媒ｂとして熱交換器ｑ３に供給される。熱交換器ｑ３において、この高温の圧縮蒸気状の溶媒ｂは、冷却されて液状の溶媒ｂとして回収され、放出された熱はユニットＢの蒸発手段の熱源として利用することができる。これにより、溶媒ｂの回収のために新たに消費されるエネルギー量を大幅に削減することができるため、好ましい。
【００２４】
《第３形態の溶媒含有物品の濃縮システム（図３）》
図３の溶媒含有物品の濃縮システムは、図２のシステム同様に、被処理液流濃縮工程、ＭＶＲ手段を含む誘導溶液流濃縮工程、及び誘導溶液流再生工程を有するが、誘導溶液流濃縮工程において、蒸発手段として、蒸留プロセスの代わりに膜蒸留プロセスを用いた場合である。
図３のシステムにおける被処理液流濃縮工程及び誘導溶液流再生工程については、図１のシステムにおける被処理液流濃縮工程及び誘導溶液流再生工程の説明をそのまま適用してよい。図３のシステムの誘導溶液流濃縮工程におけるＭＶＲ手段については、図２のシステムにおけるＭＶＲ手段の説明をそのまま適用してよい。
【００２５】
図３のシステムの誘導溶液流濃縮工程では、蒸発手段として膜蒸留プロセスであるユニットＢを用いる。このユニットＢは、半透膜ｐによって液相部Ｌと気相部Ｇとに分割されており、気相部Ｇを減圧することが可能なように設計されている。
図３のシステムにおける誘導溶液流濃縮工程では、誘導溶液流ｄを、ユニットＢの液相部Ｌへ送入し、誘導溶液流ｄに含まれる溶媒ｂを、半透膜ｐを通過させて減圧の気相部Ｇに移動させることによって、溶媒ｂと、濃縮された誘導溶液流である濃縮誘導溶液流ｆとが得られる。
【００２６】
ユニットＢの気相部Ｇは、所定の圧力まで減圧されていることが好ましい。気相部Ｇの圧力は、ユニットＢのスケール、誘導溶液流ｄの濃度、溶媒ｂの所望の生成速度等に応じて適宜に設定されてよいが、絶対圧として、例えば、０．１〜８０ｋＰａとすることが好ましく、１〜５０ｋＰａとすることがより好ましい。
ユニットＢの気相部Ｇを減圧するための減圧装置としては、例えば、ダイアフラム真空ポンプ、ドライポンプ、油回転真空ポンプ、エジェクタ、アスピレーターなどが挙げられる。
【００２７】
得られた濃縮誘導溶液流ｆは、誘導溶液流再生工程に送られる。溶媒ｂは、蒸気としてユニットＢから排出されてＶＲＣコンプレッサーｇに送られ、図２の場合と同様に処理される。
【００２８】
《洗浄工程》
本発明の溶媒含有物品の濃縮システムは、洗浄工程を更に有していてよい。
被処理液流ａに固形分が多く含まれる場合、若しくは運転を長時間継続した場合、又はこれらの双方の場合には、ユニットＡの正浸透膜ｏに、堆積物が沈着して汚れることがある。このようなときには、正浸透膜ｏを洗浄して再使用することができる。固形分が多い被処理液流として、例えば、食品、随伴水等が挙げられる。
【００２９】
本発明の溶媒含有物品の濃縮システムにおける正浸透膜の洗浄工程は、
被処理液流ａと、溶媒ｂとを、正浸透膜ｏを介して隣接させ、前記溶媒ｂを前記正浸透膜ｏを通過させて前記被処理液流ａに移動させて行う、第一洗浄プロセス、及び
前記第一洗浄プロセス後に、前記溶媒ｂと正浸透膜ｏを介して隣接している前記被処理液流ａを溶媒ｂに置換して行う、第二洗浄プロセス
を含むことが好ましい。
本発明における洗浄工程の各プロセスについて、以下に図を参照しつつ説明する。
【００３０】
図４に、本発明における洗浄工程の概略図を示した。
ユニットＡの正浸透膜が汚れた場合、溶媒含有物品の濃縮操作を中止して、正浸透膜の洗浄を行うことが好ましい。
【００３１】
〈第一洗浄プロセス〉
第一洗浄プロセスでは、被処理液流ａと溶媒ｂとを正浸透膜ｏを介して隣接させ、溶媒ｂが正浸透膜ｏを通過して被処理液流ａ側に移動させる。これによって、正浸透膜ｏに付着した堆積物を除去して洗浄する。
図４に示した洗浄工程では、先ず、バッファータンク内の誘導溶液を排出し、代わりに溶媒ｂを充填する。そして、空間Ｒには被処理液流ａを供給しつつ、空間Ｄには溶媒ｂを供給する。これにより、被処理液ａと溶媒ｂとの浸透圧差により、空間Ｄから空間Ｒの方向へ溶媒ｂが移動する。この溶媒ｂの移動に伴って、正浸透膜ｏに付着した堆積物が空間Ｒの方向に押し出される。この方法によると、膜の表面のみならず、内部に堆積した堆積物も、効率よく除去することが可能となる。
【００３２】
〈第二洗浄プロセス〉
第二洗浄プロセスでは、空間Ｒ側に、被処理液流ａの代わりに溶媒ｂを供給する。この操作により、第一洗浄プロセスにおいて膜の空間Ｒ側に押し出された堆積物が溶媒ｂの流れとともにユニットＡ外に運び去られ、正浸透膜ｏの洗浄の完全を期すことができる。
第二洗浄プロセスを行っている間は、空間Ｄへの溶媒ｂの供給を継続してよい。
【００３３】
《被処理液流濃縮システムの各要素》
以上、本発明の被処理液流濃縮システムによる被処理液流の濃縮方法の概要を説明した。引き続き、本発明の被処理液流濃縮システムにおける各要素について、以下に詳説する。
【００３４】
<被処理流ａ>
被処理流ａとは、溶質及び溶媒ｂを含有する流体である。この被処理流ａは、溶液であっても乳化物であってもよい。
被処理流ａに含まれる溶質は、無機化合物及び有機化合物から選択される物質であり、溶媒ｂに溶解又は分散し、好ましくは溶解する。
被処理液流ａの溶媒ｂは液体である。溶媒ｂは、あらゆる無機溶媒又は有機溶媒であることができる。溶媒ｂは、被処理流ａにおいて液体として存在する。この溶媒ｂは、水である場合が多い。
【００３５】
本発明に適用される原料液流ａを例示すると、例えば、食品、海水、ガス田・油田から排出される随伴水等を挙げることができる。
本実施形態のシステムによると、誘導溶液流に含まれる誘導物質が被処理流ａへ移動することなく、かつ、被処理流ａに含まれる溶質が誘導溶液流中に散逸することなく、しかも、被処理流ａの加熱を要せずに、溶媒含有物品の濃縮が可能となる。
【００３６】
したがって、本発明のシステムを食品の濃縮に適用する場合には、香味成分の劣化がなく、香気成分の損失が少ない濃縮が可能となる。
被処理物ａを構成する食品としては、例えば、コーヒー抽出液、ジュース（例えば、オレンジジュース、トマトジュース等）、乳製品（例えば、乳酸菌飲料、生乳等）、出汁（例えば、昆布出汁、鰹出汁等）、茶抽出液、香料乳化物（例えば、バニラエッセンス、ストロベリーエッセンス等の乳化物）、食品油乳化物（例えば、菜種油、ひまわり油、紅花、コーン等の乳化物）メイプルシロップ等を挙げることができる。
【００３７】
また、本発明のシステムを、ガス田・油田から排出される随伴水の濃縮に適用する場合には、随伴水に含有される無機塩、油分等の移動を実質的に伴わずに、随伴水中の溶媒ｂ（水）を誘導溶液側に移動することができる。したがって、本発明のシステムによると、随伴水中の水の有効利用を図ることができ、或いは、環境の負荷が低減された態様で、随伴水を処理することが可能になる。
本発明のシステムが適用される随伴水としては、例えば、数質量％〜十数質量％の無機塩、及び数ｐｐｍ〜数十ｐｐｍの油分を含むものを挙げることができる。
【００３８】
〈誘導溶液流ｄ〉
誘導溶液流ｄは、誘導物質と、その溶媒とから成り、被処理液流ａよりも高い浸透圧を持ち、かつ、正浸透膜ｏを著しく変性させない流体である。被処理液流ａと誘導溶液流ｄとを正浸透膜ｏを介して接触させると、被処理液流ａ中の溶媒ｂが、正浸透膜ｏを透過して誘導溶液流ｄに移動する。本発明のシステムでは、このような誘導溶液流ｄを用いることにより、正浸透プロセスを稼働させ、溶媒含有物品を濃縮することができる。
誘導溶液としては、下記のような誘導物質及び溶媒を含む流体（好ましくは溶液）として調製されてよい他、例えば海水等の、自然界に存在する溶液も使用可能である。誘導溶液として自然界に存在する溶液を使用すると、誘導溶液を準備するために要するエネルギーを低減できる。
【００３９】
（誘導物質）
本実施形態における誘導物質としては、例えば無機塩、糖、アルコール、重合体等を挙げることができる。
無機塩としては、例えば、塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化マグネシウム、 塩化カルシウム、硫酸ナトリウム、硫酸マグネシウム、チオ硫酸ナトリウム、亜硫酸ナト リウム、塩化アンモニウム、硫酸アンモニウム、炭酸アンモニウム等を；
糖としては、例えば、ショ糖、果糖、ブドウ糖等の一般的な糖類、及びオリゴ糖、希少糖等の特殊な糖類等を；
アルコールとしては、例えば、メタノール、エタノール、１−プロパノール、２−プロパノール等のモノアルコール、及びエチレングルコール、プロピレングリコール等のグリコールを；
重合体としては、例えば、ポリエチレンオキシド、プロピレンオキシド等の重合体、及びこれらの共重合体等を；
それぞれ挙げることができる。
【００４０】
本実施形態における誘導物質は、多価のカチオンを含む無機塩であることが好ましい。多価のカチオンは、溶媒和イオン半径が大きいから、正浸透プロセスにおいて誘導溶液流ｄから正浸透膜ｏを通過して被処理流ａへ移動することが抑制され、溶媒含有物品の高純度の濃縮物を得ることが可能となる。
無機塩に含まれる多価のカチオンとしては、例えば、銅（ＩＩ）イオン、鉄（ＩＩ）イオン、鉄（ＩＩＩ）イオン、マグネシウムイオン、マンガンイオン、クロム（ＩＩ）イオン、クロム（ＩＩＩ）イオン、クロム（ＩＶ）イオン、カルシウムイオン等を挙げることができる。
無機塩に含まれるアニオンとしては、例えば、ハロゲン化物イオン、硫酸イオン、硝酸イオン等を挙げることができる。ハロゲン化物イオンとしては、塩化物イオン、臭化物イオン、又はヨウ化物イオンが好ましく、塩化物イオンがより好ましい。
【００４１】
多価のカチオンを含む無機塩として、具体的には例えば、塩化銅（ＩＩ）、塩化鉄（ＩＩ）、塩化鉄（ＩＩＩ）、塩化マグネシウム、塩化マンガン、塩化クロム（ＩＩ）、塩化クロム（ＩＩＩ）、塩化カルシウム、硫酸銅（ＩＩ）、硫酸鉄（ＩＩ）、硫酸鉄（ＩＩＩ）、硫酸マグネシウム、硫酸クロム（ＩＩ）、硫酸クロム（ＩＩＩ）、硫酸マンガン、硫酸カルシウム等を挙げることができる。
本実施形態における誘導物質としては、２価のカチオンを含む無機塩が好ましく、より好ましくはアルカリ土類金属のハロゲン化物である。
【００４２】
（誘導溶液流ｄの溶媒）
誘導溶液流ｄにおける溶媒は、溶媒含有物品である被処理流ａから分離すべき溶媒ｂと同種の溶媒とすることが好ましい。溶媒含有物品中の溶媒が水である場合は、誘導溶液流ｄにおける溶媒も水であることが好ましい。
【００４３】
（誘導溶液流ｄの濃度）
誘導溶液流ｄにおける誘導物質の濃度は、誘導溶液流ｄの浸透圧が被処理流ａの浸透圧より高くなるように設定される。誘導溶液流ｄの浸透圧は、被処理流ａの浸透圧より高ければ、その範囲内で変動しても構わない。二つの液体間の浸透圧差を判断するには、以下のいずれかの方法によることができる。
（１）二つの液体を混合後、二相分離する場合：二相分離後に、体積が増えた方の液体の方が浸透圧が高いと判断する、又は
（２）二つの液体を混合後、二相分離しない場合：正浸透膜ｏを介して二つの液体を接触させ、一定時間の経過後に体積が大きくなった液体の方が浸透圧が高いと判断する。このときの一定時間とは、その浸透圧差に依存するが、一般的には数分から数時間の範囲である。
典型的な例として、溶媒ｂに水を使用し、誘導物質Ｘｍに水溶性の無機塩を使用する場合、誘導溶液流ｄ中の誘導物質Ｘｍの濃度として、例えば、５質量％〜６０質量％の範囲を例示することができる。
【００４４】
〈被処理液流濃縮工程〉
被処理液流濃縮工程では、正浸透膜ｏによって内部空間が被処理液流側空間Ｒ及び誘導溶液流側空間Ｄの２つに分割されたユニットＡを用い、正浸透プロセスが行われる。
【００４５】
（ユニットＡの正浸透膜ｏ）
ユニットＡの正浸透膜ｏとは、溶媒ｂは透過させるが、溶質は透過させない機能を有する膜である。
正浸透膜ｏの形状としては、例えば、中空糸状、平膜状、スパイラル膜状などが挙げられる。
平膜状の正浸透膜ｏは、例えば、単一の層から構成されるものであってもよいし、単一の層から成る支持層と、該支持層上の分離活性層とを有するものであってもよい。支持膜は、平膜であっても中空糸膜であってもよい。
平膜を支持膜とする場合、支持膜の片面又は両面に分離活性層を有するものであってよい。
中空糸膜を支持膜とする場合、該支持層の外表面若しくは内表面、又はこれらの双方の面上に分離活性層を有するものであってよい。
【００４６】
本実施形態における支持膜とは、分離活性層を支持するための膜であり、これ自体は分離対象物に対して実質的に分離性能を示さないことが好ましい。平膜状又は中空糸状の正浸透膜ｏにおける支持膜としては、不織布から成るものを用いることができる。
不織布の素材としては、例えば、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド等が挙げられる。
【００４７】
平膜状又は中空糸状の正浸透膜ｏにおける分離活性層としては、誘導物質の阻止率が高いことから、例えば、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフッ化ビニリデン、ポリアクリロニトリル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド、酢酸セルロース等から選ばれる少なくとも１種を主成分とする層であることが好ましい。より好ましくは、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフッ化ビニリデン、ポリアクリロニトリル、及びポリアミドから選ばれる少なくとも１種を主成分とすることである。
分離活性層におけるポリアミドは、多官能性酸ハライド及び多官能性芳香族アミンの界面重合により形成されることができる。
【００４８】
多官能性芳香族酸ハライドとは、一分子中に２個以上の酸ハライド基を有する芳香族酸ハライド化合物である。具体的には、例えば、トリメシン酸ハライド、トリメリット酸ハライド、イソフタル酸ハライド、テレフタル酸ハライド、ピロメリット酸ハライド、ベンゾフェノンテトラカルボン酸ハライド、ビフェニルジカルボン酸ハライド、ナフタレンジカルボン酸ハライド、ピリジンジカルボン酸ハライド、ベンゼンジスルホン酸ハライド等を挙げることができ、これらを単独で、又はこれらの混合物を用いることができる。これらの芳香族酸ハライド化合物におけるハロゲン化物イオンとしては、例えば、塩化物イオン、臭化物イオン、ヨウ化物イオン等を挙げることができる。本発明においては、特にトリメシン酸クロリド単独、又はトリメシン酸クロリドとイソフタル酸クロリドとの混合物、若しくはトリメシン酸クロリドとテレフタル酸クロリドとの混合物が好ましく用いられる。
【００４９】
多官能性芳香族アミンとは、一分子中に２個以上のアミノ基を有する芳香族アミノ化合物である。具体的には、例えば、ｍ−フェニレンジアミン、ｐ−フェニレンジアミン、３，３’−ジアミノジフェニルメタン、４，４’−ジアミノジフェニルアミン、４，４’−ジアミノジフェニルエーテル、３，４’−ジアミノジフェニルエーテル、３，３’−ジアミノジフェニルアミン、３，５−ジアミノ安息香酸、４，４’−ジアミノジフェニルスルホン、３，３’−ジアミノジフェニルスルホン、３，４’−ジアミノジフェニルスルホン、１，３，５，−トリアミノベンゼン、１，５−ジアミノナフタレン等を挙げることができ、これらを単独で、又はこれらの混合物を用いることができる。本発明においては、特に、ｍ−フェニレンジアミン及びｐ−フェニレンジアミンから選ばれる１種以上が好適に用いられる。
【００５０】
多官能性酸ハライド及び多官能性芳香族アミンの界面重合は、定法にしたがって実施することができる。
【００５１】
正浸透膜ｏの、溶媒ｂについての透過流束は、１〜１００ｋｇ／（ｍ２×ｈｒ）であることが好ましい。この透過流束が１ｋｇ／（ｍ２×ｈｒ）未満であれば、溶媒ｂの分離効率が損なわれる場合があり、１００ｋｇ／（ｍ２×ｈｒ）を超えると、誘導溶液流ｄ中の誘導物質が正浸透膜ｏを通過して濃縮流ｃへ移動する量が多くなる場合がある。
本明細書における溶媒ｂについての透過流束とは、正浸透膜ｏを通過する溶媒ｂの量を、正浸透膜ｏの単位面積当たり、及び単位時間当たりに割り付けた量を意味しており、下記数式（１）により定義される。
Ｆ＝Ｌ／（Ｍ×Ｈ）      （１）
ここで、Ｆは溶媒ｂについての透過流束（ｋｇ／（ｍ２×ｈｒ））であり、Ｌは透過した溶媒ｂの量（ｋｇ）であり、Ｍは正浸透膜ｏの表面積（ｍ２）であり、Ｈは時間（ｈｒ）である。
溶媒ｂが水である場合の透過流束は、一般に「透水量」と呼ばれ、例えば、処理液として純水を用い、誘導溶液流として３．５質量％食塩水を用いて測定することができる。
【００５２】
（原料液流ａ及び誘導溶液流ｄの温度）
被処理液流濃縮工程において、ユニットＡの被処理液流側空間Ｒに導入される被処理液流ａの温度は、特に制限されず、特に制御する必要はなく、例えば室温でもよい。
ユニットＡの誘導溶液流側空間Ｄに導入される誘導溶液流ｄの温度は、特に限定されないが，好ましくは５〜６０℃であり、より好ましくは１５〜４０℃である。理由は定かではないが、誘導溶液流ｄの温度が１５℃未満又は６０℃を超える温度のときは、誘導溶液流ｄ中の誘導物質が正浸透膜ｏを通過して被処理液流ａへ移動する量が多くなる場合が見られる。
【００５３】
〈誘導溶液流濃縮工程〉
誘導溶液流濃縮工程では、誘導溶液流ｄから溶媒ｂを分離して、溶媒ｂ及び誘導溶液流ｄが濃縮された濃縮誘導溶液流ｆを得る。
誘導溶液流濃縮工程における、誘導溶液流ｄから溶媒ｂを分離する手段は蒸発手段であり、具体的には上述したとおり、例えば、蒸留プロセス、逆浸透プロセス、膜蒸留プロセス等を用いることができる。これらのうち、本発明の溶媒含有物品の濃縮システムが好ましく有する機械的蒸気再圧縮手段によって発生した熱を有効に活用し得る点で、蒸留プロセス又は膜蒸留プロセスが好ましい。
膜蒸留プロセスでは、上述したとおり、液相部に導入した誘導溶液流ｄに含有される溶媒ｂが、半透膜を介して減圧の気相部に移動するように構成することにより、誘導溶液流ｄを溶媒ｂと濃縮誘導溶液流ｆとに分離する。この膜蒸留プロセスに、例えば図３に示したように、半透膜ｐによって液相部Ｌと気相部Ｇとに分割され、気相部Ｇを減圧可能に構成されたユニットＢを用いて行ってよい。
【００５４】
（膜蒸留プロセスの半透膜ｐ）
膜蒸留プロセスに用いる半透膜ｐの形状としては、例えば、中空糸状、平膜状、スパイラル膜状等が挙げられる。
平膜状の半透膜ｐは、例えば、単一の層から構成されるものであってもよいし、支持層と、該支持層上の分離活性層とを有するものであってもよい。中空糸状の半透膜ｐは、例えば、単一の層から構成される中空糸であってもよいし、中空糸状の支持層と、該支持層の外表面若しくは内表面、又はこれらの双方の面上の分離活性層とを有するものであってもよい。
半透膜ｐにおける支持層及び分離活性層の素材は、それぞれ、第一の工程における正浸透膜ｏについて上記に例示した素材から選択される任意のものから構成されていてよい。
【００５５】
半透膜ｐの、溶媒ｂについての透過流束は、１〜２００ｋｇ／（ｍ２×ｈｒ）であることが好ましい。この透過流束が１ｋｇ／（ｍ２×ｈｒ）未満であれば、溶媒ｂの効率的な分離が損なわれる場合があり、２００ｋｇ／（ｍ２×ｈｒ）を超えると、誘導溶液流ｄから半透膜ｐを通過して溶媒ｂへ移動する誘導物質の量が多くなる場合がある。
この透過流束は、被処理液流濃縮工程における正浸透膜ｏの、溶媒ｂについての透過流束と同様に定義される。
【００５６】
（膜蒸留プロセスに導入される誘導溶液流ｄの温度）
誘導溶液流ｄは、液相部Ｌに導入される前に、２０℃〜９０℃の範囲に温度調整されていることが好ましい。この温度が２０℃未満であれば、膜蒸留による溶媒ｂの分離の効率が損なわれる場合があり、９０℃を超えると、誘導溶液流ｄに含まれる誘導物質が、半透膜ｐを通過して溶媒ｂへ移動する量が増大する場合がある。
誘導溶液流ｄを加熱するための熱源として、例えば熱交換器ｑ１を用いることができ、又は産業プロセス等の排熱を用いることができる。熱源として排熱を利用すると、溶媒ｂの分離のために新たに消費されるエネルギー量を削減することができるため、好ましい。
【００５７】
（膜蒸留プロセスにおける気相部Ｇ）
膜蒸留プロセスに用いるユニットＢの気相部Ｇは、所定の圧力まで減圧されていることが好ましい。気相部Ｇの圧力は、装置のスケール、誘導溶液流ｄの濃度、所望の溶媒ｂの生成速度等に応じて適宜に設定されてよいが、例えば、０．１〜８０ｋＰａとすることが好ましく、１〜５０ｋＰａとすることがより好ましい。
ユニットＢの気相部Ｇを減圧するための減圧装置としては、例えば、ダイアフラム真空ポンプ、ドライポンプ、油回転真空ポンプ、エジェクタ、アスピレーター等が挙げられる。
【００５８】
（誘導溶液流濃縮工程の製品）
誘導溶液流濃縮工程により、誘導溶液流ｄから溶媒ｂが分離されて、濃縮された誘導溶液流である濃縮誘導溶液流ｆとなり、ユニットＢから排出される。
この濃縮誘導溶液流ｆは、希釈誘導溶液流ｅと混合されて所定の濃度に調整されたうえで、誘導溶液流ｄとして再利用することができる。濃縮誘導溶液流ｆの再利用の際、冷却装置ｑ２を用いて濃縮誘導溶液流ｆの温度を調整してもよい。冷却装置ｑ２としては、例えば、チラー、熱交換器等を用いることができる。
誘導溶液流濃縮工程によって誘導溶液流ｄから分離された溶媒ｂは、必要に応じて再利用してよい。
【００５９】
〈誘導溶液流再生工程〉
誘導溶液流再生工程では、希釈誘導溶液流ｅ及び濃縮誘導溶液流ｆを混合して、誘導溶液流ｄを得る。
図２及び図３のシステムでは、被処理液流濃縮工程と誘導溶液流濃縮工程とがバッファータンクを介して連結されている。このバッファータンクは、被処理液流濃縮工程で得られた希釈誘導溶液流ｅと、誘導溶液流濃縮工程で得られた濃縮誘導溶液流ｆとを、最適の配合量で混合して誘導溶液流ｄを調製する機能を有する。
バッファータンクで調製（再生）された誘導溶液流ｄは、被処理液流濃縮工程へは送液ポンプｒ１により、誘導溶液流濃縮工程へは送液ポンプｒ２により、それぞれ送られて各工程で使用することができる。
【００６０】
本発明の原料液流濃縮システムは、このような構成であることにより、被処理液流濃縮工程のユニットＡ及び誘導溶液流濃縮工程のユニットＢに、それぞれ、誘導溶液流ｄを連続的に供給することができるから、正浸透膜を利用した被処理液流の濃縮を長時間連続的に実施することが可能となる。
【００６１】
添付の図１〜図４におけるｒ１〜ｒ４は、それぞれ、送液ポンプである。ｑ１、ｑ３、及びｑ４は、それぞれ、熱交換機である。ｑ２は冷却装置である。
【００６２】
《被処理液流の濃縮方法》
本発明の別の観点によると、上記に説明した本発明の溶媒含有物品の濃縮システムを用いて溶媒含有物品を濃縮する、溶媒含有物品の濃縮方法が提供される。
本発明の溶媒含有物品の濃縮方法によると、誘導物質の混合のない、高純度の濃縮流ｃを高い効率で得ることができる。
【００６３】
《溶媒の分離方法》
本発明の更に別の観点によると、上記に説明した本発明の溶媒含有物品の濃縮システムを用いて溶媒含有物品から溶媒ｂを分離する、溶媒の分離方法が提供される。
本発明の溶媒の分離方法によると、高純度の溶媒ｂを高い効率で分離及び回収することができる。
【００６４】
《溶媒含有物品の濃縮システムの洗浄方法》
本発明の更に別の観点によると、上記に説明した本発明の溶媒含有物品の濃縮システムにおけるユニットＡの正浸透膜ｏを洗浄する、溶媒含有物品の濃縮システムの洗浄方法が提供される。
本発明の洗浄方法は、
被処理液流ａと、溶媒ｂとを、正浸透膜ｏを介して隣接させ、溶媒ｂを正浸透膜ｏを通過させて被処理液流ａに移動させて行う、第一洗浄プロセス、及び
第一洗浄プロセス後に、溶媒ｂと正浸透膜ｏを介して隣接している被処理液流ａを溶媒ｂに置換して行う、第二洗浄プロセス
を含む。
【実施例】
【００６５】
以下、実施例に基づいて本発明を具体的に説明する。しかし、本発明は実施例によって限定されるものではない。
【００６６】
《溶媒含有物品濃縮システムの作製》
〈正浸透膜ｏを有するユニットＡの作製〉
（中空糸支持膜モジュールの作製）
ポリエーテルスルホン（ＢＡＳＦ社製、商品名「Ｕｌｔｒａｓｏｎ」）をＮ−メチル−２−ピロリドン（和光純薬（株）製）に溶解して２０質量％の中空糸紡糸原液を調製した。
二重紡口を装備した湿式中空糸紡糸機に上記の原液を充填し、水を満たした凝固槽中に押し出し、相分離によって中空糸を形成した。得られた中空糸は巻き取り機に巻き取った。得られた中空糸の外径は１．０ｍｍ、内径は０．７ｍｍ、内表面の微細孔の径は０．０５μｍであった。
この中空糸を支持膜として用いた。
上記中空糸支持膜９，０００本を、１３ｃｍ径、７５ｃｍ長の円筒状プラスチックハウジング内に充填し、両端部を接着剤で固定することにより、有効膜内表面積１５ｍ２の中空糸支持膜モジュールを作製した。
【００６７】
〈正浸透膜モジュールであるユニットＡの作製〉
３０Ｌ容器に、ｍ−フェニレンジアミン４００ｇ及びラウリル硫酸ナトリウム３０ｇを入れ、更に純水１９，５７０ｇを加えて溶解し、界面重合に用いる第１溶液を２０ｋｇ調製した。
別の３０Ｌ容器に、トリメシン酸クロリド２６０ｇを入れ、ｎ−ヘキサン１２，７４０ｇを加えて溶解し、界面重合に用いる第２溶液１３ｋｇを調製した。
上記「中空糸支持膜モジュールの作製」で製造した中空糸支持膜モジュールのコア側（中空糸の内側）に第１溶液を充填し、３０分静置した後に液を抜いて、中空糸の内側に第１溶液の薄い液膜を形成した。
この状態で、第２溶液をコア側に３分送液し、界面重合を行った。重合温度は２５℃とした。
【００６８】
次いで、中空糸支持膜モジュールのコア側に、５０℃の窒素を３０分間流してｎ−ヘキサンを蒸散除去した。更に、シェル側及びコア側の双方を純水にて洗浄することにより、中空糸支持膜の内面にポリアミドから成る分離活性層を有する中空糸状の正浸透膜ｏのモジュールである、ユニットＡを作製した。
【００６９】
このユニットＡの透水量は、処理液として純水を用い、誘導溶液として３．５質量％食塩水を用いた場合、１０．１２ｋｇ／（ｍ２×ｈｒ）であった。
【００７０】
〈半透膜ｐを有する膜蒸留ユニットであるユニットＢの作製〉
平均一次粒径０．０１６μｍ、比表面積１１０ｍ２／ｇの疎水性シリカ（日本アエロジル社製、ＡＥＲＯＳＩＬ−Ｒ９７２）２３質量部とフタル酸時オクチル（ＤＯＰ）３１質量部とフタル酸時ブチル（ＤＢＰ）６質量部とをヘンシェルミキサーで混合し、これに重量平均分子量が３１０，０００のポリフッ化ビニリデン（ＳＯＬＶＡＹ社製、Ｓｏｌｅｆ（登録商標）６０１０）４０質量部を添加し、再度ヘンシェルミキサーで混合した。この混合物を２軸混練押し出し機で混合し、ペレット化した。
得られたペレットを、２軸混練押し出し機により２４０℃にて溶融混練し、中空糸状に押出して中空繊維を得た。このとき、押し出し機先端のヘッド内の押し出し口に、中空糸成形用紡口を装着し、その押し出し面にある溶融物押し出し用円環穴から上記溶融物を押し出し、同時に、溶融物押し出し用円環穴の内側にある中空部形成流体吐出用の円形穴から窒素ガスを吐出させ、中空糸状押し出し物の中空部内に流通させることにより、中空糸形状を形成した。中空糸状押し出し物は、空走距離２０ｃｍにて水浴（４０℃）中に導入し、２０ｍ／分の速度で巻き取った。
【００７１】
得られた中空糸状物を、連続的に一対の第一の無限軌道式ベルト引き取り機で２０ｍ／分の速度で引き取り、空間温度４０℃に制御した第一の加熱槽（０．８ｍ長）を経由させた。その後、第一の無限軌道式ベルト引き取り機と同様な第二の無限軌道式ベルト引き取り機で４０ｍ／分の速度で引き取り、２．０倍に延伸した。次いで、空間温度８０℃に制御した第二の加熱槽（０．８ｍ長）を経由させた後に、２０℃の冷却水槽の水面にて、周期的に曲げつつ冷却した。その後、第三の無限軌道式ベルト引き取り機で３０ｍ／分の速度で引き取り、１．５倍まで延伸糸を収縮させた後、周長約３ｍのカセで巻き取った。冷却水槽の水面における周期的な折り曲げは、一対の、周長が約０．２０ｍであり、かつ４山の凹凸ロールを用い、１７０ｒｐｍの回転速度で中空糸を連続的に挟むことにより行った。
【００７２】
巻き取った中空糸状物を塩化メチレン中に浸漬して、中空糸状物中のＤＯＰ及びＤＢＰを抽出除去した後、乾燥させた。次いで、５０質量％エチルアルコール水溶液中に浸漬した後、５質量％水酸化ナトリウム水溶液中に４０℃にて１時間浸漬して、中空糸状物中のシリカを抽出除去した。その後、水洗し、乾燥して中空糸膜を得た。得られた中空糸の外径は１．２５ｍｍ、内径は０．６８ｍｍ、内表面の微細孔の径は０．１μｍであった。この中空糸を半透膜として用いた。上記中空糸から成る半透膜４，７００本を、１３ｃｍ径、７５ｃｍ長の円筒状プラスチックハウジングに充填し、両端部を接着剤で固定することにより、有効膜内表面積７．５ｍ２の膜蒸留ユニットであるユニットＢを作製した。
【００７３】
このユニットＢの透水量は、処理液として３．５質量％食塩水を用いた場合、２０．０２ｋｇ／（ｍ２×ｈｒ）であった。
【００７４】
《実施例１〜８、並びに比較例１及び２》
実施例１〜８、並びに比較例１及び２は、図１に示したシステムを使用して実施した。
【００７５】
〈実施例１〉
溶媒ｂとしては水を使用した。
誘導溶液流ｄとしては、誘導物質として塩化マグネシウム水溶液を使用し、誘導溶液流ｄ中の塩化マグネシウム濃度は２５質量％とした。
被処理溶液流濃縮工程におけるユニットＡとしては、上記で作製した中空糸状の正浸透膜ｏのモジュールである正浸透ユニットを使用した。誘導溶液流濃縮工程におけるユニットＢとしては、蒸留塔を使用した。
被処理液流ａとしては茶抽出液を用い、その供給速度は１，２５０ｋｇ/ｈとした。ユニットＡにおける誘導溶液流ｄの流速は６２５ｋｇ/ｈとした。このユニットＡにおける被処理液流ａの濃縮倍率が１０倍となり、ユニットＢにおける蒸留塔の入口温度が１１２℃になるようにユニットＡとユニットＢとを連結して運転を行った。
【００７６】
〈実施例２〜７、並びに比較例１及び２〉
被処理液流ａと誘導溶液ｄとの流量比が、表１に示した値となるように、誘導溶液流ｄの流量を変更したほかは、実施例１と同じ手順に従って実施した。
【００７７】
〈実施例８〉
実施例８では、２４時間に１回ポンプを停止してユニットＡの正浸透膜ｏの洗浄を行う方式を採用した。洗浄は、図４に示したシステムを利用して行った。すなわち、ポンプｒ１を止めた後、誘導溶液流ｄを溶媒ｂ（水）の流れに変更し、ポンプｒ１を３０分間運転した。その後、ポンプｒ１による水の供給を継続しつつ、被処理液流ａを溶媒ｂ（水）の流れに変更して、更に６０分間運転することにより、正浸透膜ｏを洗浄した。
洗浄後、被処理流液ａ及び誘導溶液流ｄを、洗浄前の条件に戻して、運転を継続した。
運転条件は、誘導溶液流ｄの流速を１，２５０ｋｇ/ｈとした以外は、実施例１と同じ条件とした。
【００７８】
〈実施例９〉
実施例９は、図２に示したシステムを使用して実施した。本実施例で使用したシステムは、図１のシステムにおいて、ユニットＢにＶＲＣコンプレッサーｇを付加した態様である。
本実施例では、ＶＲＣコンプレッサーのリボイラー循環の流速を１１，４２６ｋｇ/ｈとし、誘導溶液流ｄの流速を１，２５０ｋｇ/ｈとした以外は、実施例１と同じ条件にて運転を行った。
【００７９】
〈実施例１０〉
実施例１０は、図３に示したシステムを使用して実施した。本実施例で使用したシステムは、ＶＲＣコンプレッサーｇを有する図２のシステムにおいて、ユニットＢとして上記で作製した膜蒸留ユニットを用いに態様である。
本実施例では、ユニットＢにおいて、膜蒸留ユニットの入口温度を６５℃とし、気相部Ｇの圧力を１０ｋＰａとした他は、実施例９と同じ条件にて運転を行った。
【００８０】
〈実施例１１、並びに比較例３及び４〉
実施例１１、並びに比較例３及び４では、被処理液流ａとして、随伴水の模擬液を採用した。
随伴水模擬液としては、油分３５ｍｇ／Ｌ（３５ｐｐｍ）、及びＮａＣｌ  ４０，０００ｍｇ／Ｌを含み、ＣＯＤ−Ｃｒ（２クロム酸カリウム法による酸素要求量）が１，５００ｍｇ／Ｌである水溶液を用い、被処理液流ａと誘導溶液ｄとの流量比が、表２に示した値となるように、誘導溶液流ｄの流量を変更したほかは、実施例１と同じ手順に従って実施した。
【００８１】
《評価》
上記で行った各システムの運転において、透過流速、長期運転性能、及び消費エネルギーを、それぞれ以下の手法によって評価した結果を、実施例１〜１０並びに比較例１及び２については表１に、実施例１１並びに比較例３及び４については表２に、それぞれ示した。表１及び表２において、「ＭＶＲ手段」及び「洗浄工程」欄の「−」は、当該手段又は工程を使用しなかったことを示す。
【００８２】
〈透過流束〉
ユニットＡの正浸透膜モジュールの透水量を測定し、透過流速を以下の手法によって評価した。
透水量は、正浸透膜を挟んで被処理液と誘導溶液とを配置したときに、両液の浸透圧差によって被処理液から誘導溶液に移動する水の量を、正浸透膜の単位面積当たり、及び単位時間当たりに割り付けた量を意味しており、下記数式（１）：
Ｆ＝Ｌ／（Ｍ×Ｈ）      （１）
｛ここで、Ｆは透水量（ｋｇ／（ｍ２×ｈｒ））であり、Ｌは透過した水の量（ｋｇ）であり、Ｍは正浸透膜の表面積（ｍ２）であり、Ｈは時間（ｈｒ）である。｝により定義される。得られた透水量Ｆの値から、以下の基準で透過流束性能を評価した。
ＡＡ：初期の透水量が１０ｋｇ／（ｍ２×ｈｒ）以上であった場合
Ａ：初期の透水量が５ｋｇ／（ｍ２×ｈｒ）以上１０ｋｇ／（ｍ２×ｈｒ）未満であった場合
Ｃ：初期の透水量が５ｋｇ／（ｍ２×ｈｒ）未満であった場合
【００８３】
〈長期運転〉
３日間（７２時間）の運転後に、上記と同じ方法によってユニットＡの正浸透膜モジュールの透水量を測定し、以下の基準で長期運転性能を評価した。
ＡＡ：３日後の透水量が、初期透水量の１/１０以上であった場合。
Ａ：３日後の透水量が、初期透水量の１/１０未満であった場合
【００８４】
＜消費エネルギーの評価＞
各実施例及び比較例のシステムを使用して被処理液流の濃縮を行ったときの、被処理液供給単位量当たりのシステムの消費エネルギーを、コンピュータシミュレーションにより計算し、以下の基準により評価した。
ＡＡ：被処理液流１ｔ当たりの消費エネルギーが、７５０ｋｗｈ／ｔ以下であった場合
Ａ：被処理液流１ｔ当たりの消費エネルギーが、７５０ｋｗｈ／ｔ超、８００ｋｗｈ／ｔ以下であった場合
Ｃ：被処理液流１ｔ当たりの消費エネルギーが８００ｋｗｈ／ｔ超であった場合
【００８５】
【表１】
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【００８６】
【表２】
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【符号の説明】
【００８７】
ａ    被処理液流
ｂ    溶媒
ｃ    濃縮流
ｄ    誘導溶液流
ｅ    希釈誘導溶液流
ｆ    濃縮誘導溶液流
ｇ    ＶＲＣコンプレッサー
ｏ    正浸透膜
ｐ    半透膜
ｑ１、ｑ３、ｑ４    熱交換器
ｑ２    冷却装置
ｒ１、ｒ２、ｒ３、ｒ４    送液ポンプ
Ｄ    誘導溶液流側空間
Ｇ    気相部
Ｌ    液相部
Ｒ    被処理液側空間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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