(57)【要約】【課題】複数本の管状分離膜を一体化した管状分離膜ユニットをハウジング内に容易に出し入れすることができる分離膜モジュールと、この分離膜モジュールを備えた膜分離システムを提供する。【解決手段】分離膜モジュール１は、筒状のハウジング２と、ハウジング２の長手方向に配置された複数の管状分離膜３と、管状分離膜３の一端に接続されたエンド管４と、エンド管４を支持する支持板５と、管状分離膜３の上端側のバッフル８とを有する。管状分離膜３、支持板５及びバッフル８は、タイロッド１４によって連結されて一体化され、分離膜ユニット３０を構成している。分離膜ユニット３０は支持座２ｔに支持されている。支持板５の下面に設けられたアリ溝５ｈにＯリング５ｒが保持されている。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒軸心方向を上下方向とした筒状のハウジングと、
該ハウジング内に上下方向に配置された複数の管状分離膜と
を有し、
被処理流体が該ハウジング内に供給され、管状分離膜を透過した流体が取り出される分離膜モジュールにおいて、
複数の管状分離膜が一体化されて分離膜ユニットとなっており、
該ハウジングの上部に開閉可能な開閉部が設けられており、
該開閉部を介して該分離膜ユニットが出し入れ可能となっており、
該ハウジングの下部内周面に支持座が設けられており、該支持座に前記分離膜ユニットが上方から当接しており、
該分離膜ユニットの下面にアリ溝が周設され、該アリ溝に保持されたシールリングが前記支持座の上面に密着していることを特徴とする分離膜モジュール。
【請求項２】
請求項１において、前記管状分離膜の一端部にエンド管が接続され、
該エンド管は、前記ハウジングを横断するように設置された支持板に支持されており、
該管状分離膜の他端側には、前記支持板に対しロッド状連結部材を介して連結されたバッフルが配置されており、
該バッフル又は支持板に吊部材が設けられていることを特徴とする分離膜モジュール。
【請求項３】
請求項２において、前記開閉部は、該ハウジングの上部に設けられたトップカバーであることを特徴とする分離膜モジュール。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項において、前記分離膜ユニットを下方に押圧する押圧手段が設けられていることを特徴とする分離膜モジュール。
【請求項５】
請求項４において、前記押圧手段は、前記ハウジングの上面内周面に着脱自在に取り付けられたブラケットと、該ブラケットに上下方向へ螺進可能に設けられたボルトとを備えており、該ボルトの下端が前記分離膜ユニットの上面に押し付けられることを特徴とする分離膜モジュール。
【請求項６】
請求項４において、前記押圧手段は、前記開閉部と前記分離膜ユニットの上面との間に蓄力状態で介在されたバネであることを特徴とする分離膜モジュール。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の分離膜モジュールが複数個設置された膜分離システムであって、各分離膜モジュールの分離膜ユニットを吊り上げ及び吊り下げ可能なクレーン設備が設けられている膜分離システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は溶液や混合気体等の流体から一部の成分を分離するために用いられる分離膜モジュールに係り、特に複数本の管状分離膜がハウジング内に設置された分離膜モジュールに関する。また、本発明は、この分離膜モジュールを備えた膜分離システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
溶液又は混合気体中の成分を分離するための機器として分離膜モジュールが知られている。この分離膜モジュールに用いる管状分離膜は、管状の多孔質セラミック支持体と、該支持体の外周面に設けられたゼオライト等からなる多孔質の分離膜とを有する。溶液や混合気体等の流体から特定の成分を分離するためには、溶液の流体を分離膜エレメントの一方（外面）に接触させて、もう一方（内面）を減圧することにより、特定の成分を気化させ分離する方法や、溶液を気化させて気体状態で分離膜に接触させて、非接触面側を減圧して特定成分を分離する方法、加圧状態の混合気体を分離膜に接触させて特定の成分を分離する方法などが知られている（特許文献１，２）。
【０００３】
特許文献３には、複数本の管状分離膜を一体化した管状分離膜ユニットをハウジング内に容易に出し入れすることができる分離膜モジュールとして、筒状のハウジングと、該ハウジング内に配置された複数の管状分離膜とを有し、被処理流体が該ハウジング内に供給され、管状分離膜を透過した流体が取り出される分離膜モジュールにおいて、複数の管状分離膜が一体化されて分離膜ユニットとなっており、該ハウジングに開閉可能な開閉部が設けられており、該開閉部を介して該分離膜ユニットが出し入れ可能となっているものが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−３９５４６号公報
【特許文献２】特開２０１１−１５２５０７号公報
【特許文献３】特開２０１６−１５５０９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、複数本の管状分離膜を一体化した管状分離膜ユニットをハウジング内に極めて容易に出し入れすることができる分離膜モジュールと、この分離膜モジュールを備えた膜分離システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の要旨は次の通りである。
［１］筒軸心方向を上下方向とした筒状のハウジングと、
該ハウジング内に上下方向に配置された複数の管状分離膜と
を有し、
被処理流体が該ハウジング内に供給され、管状分離膜を透過した流体が取り出される分離膜モジュールにおいて、
複数の管状分離膜が一体化されて分離膜ユニットとなっており、
該ハウジングの上部に開閉可能な開閉部が設けられており、
該開閉部を介して該分離膜ユニットが出し入れ可能となっており、
該ハウジングの下部内周面に支持座が設けられており、該支持座に前記分離膜ユニットが上方から当接しており、
該分離膜ユニットの下面にアリ溝が周設され、該アリ溝に保持されたシールリングが前記支持座の上面に密着していることを特徴とする分離膜モジュール。
［２］  ［１］において、前記管状分離膜の一端部にエンド管が接続され、
該エンド管は、前記ハウジングを横断するように設置された支持板に支持されており、
該管状分離膜の他端側には、前記支持板に対しロッド状連結部材を介して連結されたバッフルが配置されており、
該バッフル又は支持板に吊部材が設けられていることを特徴とする分離膜モジュール。
［３］  ［２］において、前記開閉部は、該ハウジングの上部に設けられたトップカバーであることを特徴とする分離膜モジュール。
［４］  ［１］〜［３］のいずれかにおいて、前記分離膜ユニットを下方に押圧する押圧手段が設けられていることを特徴とする分離膜モジュール。
［５］  ［４］において、前記押圧手段は、前記ハウジングの上面内周面に着脱自在に取り付けられたブラケットと、該ブラケットに上下方向へ螺進可能に設けられたボルトとを備えており、該ボルトの下端が前記分離膜ユニットの上面に押し付けられることを特徴とする分離膜モジュール。
［６］  ［５］において、前記押圧手段は、前記開閉部と前記分離膜ユニットの上面との間に蓄力状態で介在されたバネであることを特徴とする分離膜モジュール。
［７］  ［１］〜［６］のいずれかに記載の分離膜モジュールが複数個設置された膜分離システムであって、各分離膜モジュールの分離膜ユニットを吊り上げ及び吊り下げ可能なクレーン設備が設けられている膜分離システム。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の分離膜モジュール及び膜分離システムにあっては、複数本の管状分離膜が一体化されて分離膜ユニットとなっているので、円筒状ハウジングを上下方向に配置し、クレーンで分離膜ユニットを吊り下げてハウジング内に挿入することにより分離膜モジュールを構成することができる。本発明によると、管状分離膜の本数が多くても、分離膜モジュールを容易かつ迅速に組み立てることができる。また、分離膜ユニットをハウジングから吊り上げて取り出すこともできるので、分離膜モジュールの補修等も容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施の形態に係る分離膜モジュールのハウジング軸心線方向に沿う断面図である。
【図２】図１のII−II線断面図である。
【図３】図１のIII−III線断面図である。
【図４】エンド管及び支持板の拡大断面図である。
【図５】第２のバッフルの斜視図である。
【図６】ハウジング上部の斜視図である。
【図７】ハウジングの一部の拡大断面図である。
【図８】分離膜モジュールの組立方法を示す断面図である。
【図９】分離膜モジュールの上部の拡大断面図である。
【図１０】別の実施の形態に係る分離膜モジュールの上部の拡大断面図である。
【図１１】膜分離システムのフロー図である。
【図１２】膜分離システムの平面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１〜８を参照して、本発明の一実施の形態に係る分離膜モジュールについて説明する。
【００１０】
この分離膜モジュール１は、筒軸心方向を上下方向とした円筒状ハウジング２と、ハウジング２の軸心線と平行方向に配置された複数の管状分離膜３と、ハウジング２内の下部に設けられた支持板５と、ハウジング２の下端に取り付けられたボトムカバー６Ａ及び上端に取り付けられたトップカバー６Ｂと、支持板５と平行にハウジング２内の下部及び上部にそれぞれ配置された第１のバッフル（整流板）７及び第２のバッフル（整流板）８等を有する。第１のバッフル７は支持板５の上側に配置されている。また、図には示していないが、特開２０１６−１５５０９５に記載のように、バッフル８の上部に管状分離膜３の振動を防止するための機構を有していてもよい。
【００１１】
この実施の形態では、ハウジング２の下端及び上端側とボトムカバー６Ａ及びトップカバー６Ｂの外周縁にそれぞれ外向きのフランジ２ａ，２ｂ，６ｂ，６ｃが設けられ、ボルト（図示略）によってこれらが固定されている。この実施の形態では、トップカバー６Ｂが開閉部を構成している。
【００１２】
支持板５の周縁部は、ハウジング２の内周面に周設された支持座２ｔに支持されている。図７の通り、支持板５の周縁部の下面には、アリ溝（入口側の幅が奥側よりも小さい溝）５ｈが該支持板５の外周縁に沿って周回して設けられ、Ｏリング５ｒが収容されている。Ｏリング５ｒの下端部がアリ溝５ｈの入口から覗き出して支持座２ｔの上面に密着することによってシールが行われる。
【００１３】
この実施の形態では、図６の通り、ハウジング２の内周面の上端から支持板２ｔの近傍まで延在するようにガイド用凸条２ｃが設けられている。凸条２ｃは、ハウジング２の軸心と平行方向に延在している。凸条２ｃは、ハウジング２の軸心を挟んで反対位置に合計２条設けられているが、１条のみであっても、ハウジング２の周方向３等分又は４等分位置にそれぞれ合計３条又は４条設けられていてもよい。また、凸条２ｃの代りに切欠状の凹部（ガイド用凹条）をハウジング２の内周面に軸心と平行方向に延設し、支持板５及びバッフル７，８の周縁部に、該凹条に係合する凸部を設けてもよい。
【００１４】
支持板５及びバッフル７，８の周縁部には、この凸条２ｃと係合する切欠状凹部が設けられている。図５，７にバッフル８、支持板５の切欠状凹部８ｃ，５ｆが図示されている。図示は省略するが、バッフル７の切欠状凹部もこれと同形状である。
【００１５】
この実施の形態では、管状分離膜３の下端にエンド管４が連結され、管状分離膜３の上端にエンドプラグ２０が連結されている。なお、図１〜３では、管状分離膜は７本のみ示されているが、実際は図４のように多数本設けられている。また、２本以上の管状分離膜３がジョイント管（図示略）によって連結された管状分離膜連結体とされていてもよい。
【００１６】
ハウジング２の下部の外周面に被処理流体の流入口９が設けられ、上部の外周面に非透過流体の流出口１０が設けられている。流入口９は、支持板５と第１のバッフル７との間の室１１に臨むように設けられている。流出口１０は、第２のバッフル８の上側の室１２に臨むように設けられている。バッフル７，８間は膜分離を行うための主室１３となっている。図では、流入口１０が上部、流出口９が下部に配置されているが、特段限定されるものではない。また、流入口１０と流出口９の位置をを入れ替えてもよい。
【００１７】
底部の支持板５からロッド状連結部材として複数のタイロッド１４が立設され、該タイロッド１４にバッフル７，８が支持されている。タイロッド１４の下端には雄ねじが刻設されており、支持板５の上面に設けられた雌ねじ穴に螺着されている。バッフル７，８はタイロッド１４に外嵌された鞘管１４Ａ，１４Ｂ（図４）によって所定高さに支持されている。鞘管１４Ａは、支持板５とバッフル７との間に配置されている。鞘管１４Ｂは、バッフル７，８間に配置されている。バッフル８は、鞘管１４Ｂの上端面に載設され、タイロッド１４の上端に螺着されたナット１４ｎによって固定されている。バッフルの数はこの実施の形態に限定されるものではなく、３枚以上のバッフルを使用してもよい。
また、鞘管を用いず、両端に雄ねじを設けた丸棒を支持板５の雌ねじ穴に螺着して立てた後、バッフル７を丸棒の他端の段差面に配してもよい。バッフル７側に配する雄ねじの長さはバッフル７の厚さより長く、バッフル７を配したのちにはネジ部端部がバッフル７の上部に出ている。この上部に出た雄ねじ部に、端部に雌ねじ／雄ねじを有する別の丸棒をねじ込み、鞘管１４Ｂの代替として用いて使用することもできる。丸棒は強度が強く、鞘管と比較するとより強固に分離膜ユニットを組み立てることができる。丸棒には、ねじ込みを容易にし、スパナ等がかかりやすくするために、一部を軸方向に平行に削ってもよい。バッフルを固定する際には、ネット等で固定しさらにネジ部を有する丸棒を配してもよい。
【００１８】
各バッフル７，８には、管状分離膜３を挿通させるための円形の挿通孔７ａ，８ａが設けられており、管状分離膜３、エンド管４及びエンドプラグ２０の連結体が各挿通孔７ａ，８ａに挿通されている。挿通孔７ａ，８ａの口径は、管状分離膜３、エンド管４及びエンドプラグ２０の直径（外径）よりも大きく、挿通孔７ａ，８ａの内周面と、エンド管４及びエンドプラグ２０の外周面との間に全周にわたって間隙があいている。
【００１９】
図５の通り、バッフル８の上面には単数個、もしくは複数個（この実施の形態では２個）のアイボルト８ｄが設けられている。アイボルトはタイロッド１４の上部に連結していてもよい。
【００２０】
図９に示す通り、バッフル８を上側から押さえ込むためにブラケット４１がハウジング２の上部内周面にボルト４２によって着脱可能に取り付けられている。ブラケット４１は、ハウジング２の内周面に沿う立壁部４１ａと、該立壁部４１ａから水平にハウジング２の中心方向に張り出す張出部４１ｂとを有している。立壁部４１ａに設けられたボルト挿通孔（符号略）に前記ボルト４２が挿通され、ハウジング２の内周面の雌ネジ穴に螺着されている。
【００２１】
張出部４１ｂには雌ネジ孔（符号略）が上下方向に設けられており、該雌ネジ孔にボルト４３が螺着されている。ボルト４３は、その下端がバッフル８の上面に当接し、さらに前記Ｏリング５ｒが支持座２ｔの上面に強く押し付けられるまで正転され、螺進する。これにより支持座２ｔの上面と支持板５の外周部下面との間が緊密にシールされる。ボルト４３の下端とバッフル８の上面との間にゴム等の弾性体を介在させてもよい。
【００２２】
なお、ブラケット４１はハウジング２の内周を周回する環状体であることが好ましいが、複数のブラケット４１がハウジング２の内周に周方向に配列されてもよい。
【００２３】
支持板５の上面側には、管状分離膜３に連結されたエンド管４の下端が差し込まれた差込穴５ａが設けられている。差込穴５ａは、円柱形であり、支持板５の上面から厚み方向の途中まで延在している。差込穴５ａの穴底は、小孔５ｂと大孔５ｃとを介して支持板５の下側の流出室１６に臨んでいる。
【００２４】
各エンド管４の管孔４ａは、小孔５ｂ及び大孔５ｃを介して、ボトムカバー６Ａと支持板５との間の流出室１６に連通している。ボトムカバー６Ａには、分離された透過流体の取出口６ａが設けられている。
【００２５】
図示は省略するが、エンド管４の下端近傍の外周面に溝が周設され、フッ素ゴム、フッ素樹脂などよりなるＯリングが装着されている。また、エンド管４の下端面にもエンド管４の管孔４ａと同心状の溝が周設され、Ｏリングが装着されている。これらのＯリングが差込穴の内周面と差込穴５ａの穴底面に密着することによりエンド管４の外面と差込穴５ａとの間のシールが行われる。なお、エンド管４の外周面のＯリングと下端面のＯリングとは、いずれか一方のみが設けられてもよい。
【００２６】
図４の通り、エンド管４の上端部は小径部４ｇとなっており、管状分離膜３の下部に差し込まれている。この小径部４ｇの外周面に周設された溝にＯリングが装着されている。また、管状分離膜３の下端面とエンド管４の段差面との間にもＯリングやガスケットが介在されている。エンド管４と管状分離膜３の接続部は、上記のようなＯリング等を使用せず、熱収縮チューブを用いることでシールしてもよいし、Ｏリング等を使用した上にさらに熱収縮チューブを用いてもよい。
【００２７】
管状分離膜３の上端にエンドプラグ２０が連結されている。エンドプラグ２０は円柱状またはこれの一部を削った形状であり、管状分離膜３の上端を封止している。エンドプラグ２０の下端には、管状分離膜３内に差し込まれた小径部が設けられている。エンドプラグ２０と管状分離膜３との間はＯリングやガスケットによってシールされている。また、エンドプラグ２０と管状分離膜３は、Ｏリングを使用せず、熱収縮チューブを用いることでシールしてもよいし、Ｏリング等を使用した上にさらに熱収縮チューブを用いてもよい。
【００２８】
なお、エンドプラグ２０の重量軽減を図るために、エンドプラグ２０の上端面から凹所２０ｖが凹設されている。凹所２０ｖの底部とエンドプラグ２０の側周面とを連通するドレン抜き孔を設けてもよい。
【００２９】
この実施の形態では、管状分離膜３の上端側にエンドプラグ２０を配置しているので、管状分離膜３、エンドプラグ２０、及びエンド管４に対し、それらの端面同士が押し付けられる方向に荷重がかかっている。
【００３０】
ただし、本発明では、エンド管４及び支持板５を管状分離膜３の上端側に配置し、エンドプラグ２０を管状分離膜３の下端側に配置してもよい。この場合、エンドプラグ２０を上方に付勢するためのスプリング等の付勢部材を設けることにより、管状分離膜３、エンドプラグ２０、及びエンド管４に対し、それらの端面同士が押し付けられる方向に荷重を加えることが好ましい。また、この場合、アイボルト８ｄは支持板５の管状分離膜３と反対側の面に設けられる。
【００３１】
この実施の形態では、管状分離膜３、エンド管４及びエンドプラグ２０の連結体の該エンド管４の下端部を、支持板５に設けた差込穴５ａに差し込んで管状分離膜３、エンド管４及びエンドプラグ２０の連結体を支持板５に立設する。差込穴５ａにエンド管４の下端部を差し込むだけでエンド管４と支持板５とを気密ないし液密状に容易に連結することができる。また、差込穴５ａが円柱形であるので、支持板５に差込穴５ａを穿設する作業は容易であり、支持板５の製作も容易である。従って、分離膜モジュールの製作工期の短縮及び製作コストの低減を図ることができる。
【００３２】
この実施の形態では、管状分離膜３、エンドプラグ２０及びエンド管４の連結体と、支持板５と、バッフル７，８とがタイロッド１４によって一体化された分離膜ユニット３０（図８）がワイヤロープ３２に吊られてハウジング２に出し入れ可能となっている。
【００３３】
分離膜ユニット３０を組み立てるに際しては、支持板５上にタイロッド１４を立設する。また、管状分離膜３、エンドプラグ２０及びエンド管４の連結体を、該エンド管４の下端を支持板５の差込穴５ａに差し込んで立設する。タイロッド１４には鞘管１４Ａを嵌めておく。次いで、バッフル７を上方からタイロッド１４及び該連結体に通しながら、鞘管１４Ａの上に載置し、次いで鞘管１４Ｂをタイロッド１４に上方から嵌める。次いで、バッフル８を上方からタイロッド１４及び上記連結体に通して鞘管１４Ｂに載置させる。その後、ナット１４ｎをタイロッド１４の上端に締め込む。これにより、管状分離膜３、エンドプラグ２０及びエンド管４の連結体と、支持板５と、バッフル７，８とがタイロッド１４によって一体化された分離膜ユニット３０（図８）が構成される。
【００３４】
ブラケット４１をハウジング２から撤去した状態としておく。
【００３５】
この分離膜ユニット３０のバッフル８のアイボルト８ｄにワイヤロープ３２を懸けることにより、分離膜ユニット３０が吊り上げられる。この吊り上げた分離膜ユニット３０をハウジング２内に向って徐々に下降させ、凸条２ｃと凹部８ｃ等とを位置合わせして係合させた後、分離膜ユニット３０をさらに下降させ、支持座２ｔ上に載置する。次いで、ワイヤロープ３２を外す。次いで、ブラケット４１をボルト４２でハウジング２の上部内周面に固定し、次いでボルト４３を正転させて下方へ螺進させ、その下端をバッフル８の上面に押し付け、分離膜ユニット３０全体を下方に押圧する。これにより、支持板５と支持座２ｔとの間がシールされる。その後、トップフランジ６Ｂをハウジング２に装着することにより、分離膜モジュール１が構成される。
【００３６】
このように構成された分離膜モジュール１において、被処理流体は流入口９からハウジング２の室１１内に導入され、バッフル７の挿通孔７ａの内周面とエンド管４の外周面との間の間隙を通って主室１３に流入し、主室１３を通った後、バッフル８の挿通孔８ａとエンドプラグ２０との間隙を通って室１２に流出する。主室１３を流れる間に被処理流体の一部の成分が管状分離膜３を透過して管状分離膜３内から流出室１６及び取出口６ａを介して取り出される。透過しなかった流体は、流出口１０から分離膜モジュール１外に流出する。
【００３７】
なお、分離膜モジュール１の運転開始時には、被処理流体の分離膜モジュール１内への供給圧力を徐々に高くするように、被処理流体の供給弁の開度を徐々に増大させることが好ましい。
【００３８】
主室１３内の流れと管状分離膜３内の流れは並流であっても、向流であっても差し支えなく、被処理流体の流入口９と流出口１０とは入れ替えても差し支えない。
【００３９】
この実施の形態では、管状分離膜３を平行に多数本配列設置しており、膜面積が大きいので、効率良く膜分離が行われる。
【００４０】
この実施の形態では、管状分離膜３の上下両端に連結されたエンド管４とエンドプラグ２０がそれぞれバッフル７，８の挿通孔７ａ，８ａに差し込まれている。そのため、管状分離膜３が振動ないし揺動してエンド管４及びエンドプラグ２０が挿通孔７ａ，８ａの内周面に当接してもゼオライト膜が損傷することがなく、長期にわたって安定して運転を行うことができる。
【００４１】
この分離膜モジュール１において、１本又は少数本の管状分離膜３に損傷が生じた場合、被処理流体が当該管状分離膜３内に流入して透過流体に混入することになる。このような管状分離膜の損傷が生じた場合、ハウジング２内への被処理流体の流入を停止させた後、トップカバー６Ｂをハウジング２から取り外した後、ブラケット４１を取り外し、ワイヤロープ３２をアイボルト８ｄに懸け、分離膜ユニット３０を吊り上げてハウジング２から取り出し、補修することができる。なお、新しい管状分離膜ユニットと交換してもよい。
【００４２】
上記実施の形態ではブラケット４１及びボルト４３によって分離膜ユニット３０を下方に押圧するようにしているが、図１０のように、トップカバー６Ｂとバッフル８との間にバネ５０を蓄力状態で介在させることにより分離膜ユニット３０を下方に押圧するようにしてもよい。図１０では、トップカバー６Ｂの下面から下方にガイドロッド５１が垂設されており、該ガイドロッド５１にコイルバネ５０が巻き付けられている。コイルバネ５０の下端はガイドロッド５１よりも下方に延出しており、該コイルバネ５０の下端がバッフル８の上面に当接している。
【００４３】
図１０ではガイドロッド５１をトップカバー６Ｂから垂設しているが、バッフル８から上方に立設してもよい。
【００４４】
この分離膜モジュール１は、複数個並列設置したり、分離膜モジュール１の直列接続体を複数列並設した膜分離システムに適用するのに好適である。
【００４５】
図１１は、分離膜モジュール１の直列接続体を複数列並設した膜分離システムの一例を示すフロー図である。図１１では、分離膜モジュール１の直列接続体１００，２００，３００が設けられている。各直列接続体１００〜３００は、それぞれ４個の分離膜モジュール１０１〜１０４、２０１〜２０４、３０１〜３０４を直列に接続したものである。これらの分離膜モジュール１０１〜３０４は、いずれも上記分離膜モジュール１と同一構成を有する。
【００４６】
直列接続体１００にあっては、被処理流体は、第１段目の分離膜モジュール１０１に供給され、その非透過流体が第２段目の分離膜モジュール１０２に導入され、その非透過流体が第３段目の分離膜モジュール１０３に導入され、その非透過流体が第４段目の分離膜モジュール１０４に導入され、その非透過流体が配管４００を介して流出する。各分離膜モジュール１０１〜１０４の透過流体は配管４１０を介して取り出される。各直列接続体２００，３００においても同様の処理が可能である。
【００４７】
この実施の形態では、一部の直列接続体、例えば直列接続体３００を予備ラインとし、他の直列接続体１００，２００で処理を行い、例えば、直列接続体１００において管状分離膜３に損傷が生じた場合には、直列接続体１００への被処理流体の供給を停止し、代りに被処理流体を直列接続体３００に供給し処理を行い、その間に直列接続体１００のうち損傷が生じた分離膜モジュールの補修を行う。このようにすれば、一部の分離膜モジュールに損傷が生じても、膜分離システム全体の稼働を安定して継続することができる。
【００４８】
なお、図１１では、３系列の直列接続体１００，２００，３００が示されているが、２又は４系列以上であってもよい。また、１つの直列接続体を構成する分離膜モジュールの数は図示以外であってもよい。直列接続体の代りに１個の分離膜モジュールを設置してもよい。また、図１１の各モジュールにおいて、被処理流体はモジュール下部より導入され、上部より排出されるようになっているが、モジュールに導入される被処理流体は上下のどちらでもよく、工場のレイアウトにより自由に設計可能である。たとえば、モジュールを複数連結して使用する場合、モジュールに導入される被処理流体を上・下・上などの順番にしてもよい。
【００４９】
図１２は、図１１の膜分離システムにおいて、分離膜ユニット３０の出し入れを１基のクレーン設備５００で行うことができるようにした膜分離システムの平面図である。
【００５０】
工場スペース上に上記各分離膜モジュール直列接続体１００，２００，３００が整列配置されている。図１２のＹ方向にレール５０１，５０２が設けられ、橋脚５０３，５０４が該レール５０１，５０２上をＹ方向に自走可能となっている。橋脚５０３，５０４の上端間に１対のレールよりなるブーム５０５が架設され、ブーム５０５上をトロリ５０６がＸ方向に自走可能となっている。トロリ５０６にワイヤ巻上機（図示略）が設置されている。任意の分離膜モジュール１０１〜３０４の上方にトロリ５０６を位置させ、分離膜ユニット３０を吊り上げ、吊り下げ可能となっている。
【００５１】
以下、本発明の分離膜モジュールを構成する各部材の好適な材料等について説明する。
【００５２】
エンド管４及びエンドプラグ２０の材料としては金属、セラミックス、樹脂など、流体を透過させないものが例示されるが、これに限定されない。バッフル７，８及びジョイント管の材質は、通常、ステンレスなどの金属材料であるが、分離条件における耐熱性と供給、透過成分に対する耐性があれば特に限定されず、用途によっては、樹脂材料など他の材質に変更可能である。
【００５３】
管状分離膜３は、好ましくは、管状の多孔質支持体と、該多孔質支持体の外周面に形成された無機分離膜としてのゼオライト膜とを有する。この管状の多孔質支持体の材質としては、シリカ、α−アルミナ、γ−アルミナ、ムライト、ジルコニア、チタニア、イットリア、窒化珪素、炭化珪素などを含むセラミックス焼結体や金属焼結体の無機多孔質支持体が挙げられる。その中でもアルミナ、シリカ、ムライトのうち少なくとも１種を含む無機多孔質支持体が好ましい。多孔質支持体表面が有する平均細孔径は特に制限されるものではないが、細孔径が制御されているものが好ましく、通常０．０２μｍ以上、好ましくは０．０５μｍ以上、さらに好ましくは０．１μｍ以上であり、通常２０μｍ以下、好ましくは１０μｍ以下、さらに好ましくは５μｍ以下の範囲が好ましい。
【００５４】
多孔質支持体の表面においてゼオライトを結晶化させゼオライト膜を形成させる。
ゼオライト膜を構成する主たるゼオライトは、通常、酸素６−１０員環構造を有するゼオライトを含み、好ましくは酸素６−８員環構造を有するゼオライトを含む。
【００５５】
ここでいう酸素ｎ員環を有するゼオライトのｎの値は、ゼオライト骨格を形成する酸素とＴ元素で構成される細孔の中で最も酸素の数が大きいものを示す。例えば、ＭＯＲ型ゼオライトのように酸素１２員環と８員環の細孔が存在する場合は、酸素１２員環のゼオライトとみなす。
【００５６】
酸素６−１０員環構造を有するゼオライトの一例を挙げれば、ＡＥＩ、ＡＥＬ、ＡＦＧ、ＡＮＡ、ＢＲＥ、ＣＡＳ、ＣＤＯ、ＣＨＡ、ＤＡＣ、ＤＤＲ、ＤＯＨ、ＥＡＢ、ＥＰＩ、ＥＳＶ、ＥＵＯ、ＦＡＲ、ＦＲＡ、ＦＥＲ、ＧＩＳ、ＧＩＵ、ＧＯＯ、ＨＥＵ、ＩＭＦ、ＩＴＥ、ＩＴＨ、ＫＦＩ、ＬＥＶ、ＬＩＯ、ＬＯＳ、ＬＴＮ、ＭＡＲ、ＭＥＰ、ＭＥＲ、ＭＥＬ、ＭＦＩ、ＭＦＳ、ＭＯＮ、ＭＳＯ、ＭＴＦ、ＭＴＮ、ＭＴＴ、ＭＷＷ、ＮＡＴ、ＮＥＳ、ＮＯＮ、ＰＡＵ、ＰＨＩ、ＲＨＯ、ＲＲＯ、ＲＴＥ、ＲＴＨ、ＲＵＴ、ＳＧＴ、ＳＯＤ、ＳＴＦ、ＳＴＩ、ＳＴＴ、ＴＥＲ、ＴＯＬ、ＴＯＮ、ＴＳＣ、ＴＵＮ、ＵＦＩ、ＶＮＩ、ＶＳＶ、ＷＥＩ、ＹＵＧ等がある。
【００５７】
ゼオライト膜は、ゼオライトが単独で膜となったものでも、前記ゼオライトの粉末をポリマーなどのバインダー中に分散させて膜の形状にしたものでも、各種支持体上にゼオライトを膜状に固着させたゼオライト膜複合体でもよい。ゼオライト膜は、一部アモルファス成分などが含有されていてもよい。
【００５８】
ゼオライト膜の厚さとしては、特に制限されるものではないが、通常、０．１μｍ以上であり、好ましくは０．６μｍ以上、さらに好ましくは１．０μｍ以上である。また通常１００μｍ以下であり、好ましくは６０μｍ以下、さらに好ましくは２０μｍ以下の範囲である。
【００５９】
ただし、本発明はゼオライト膜以外の分離膜を有した管状分離膜を用いてもよい。
【００６０】
管状分離膜３の外径は、好ましくは３ｍｍ以上、より好ましくは６ｍｍ以上、さらに好ましくは１０ｍｍ以上、好ましくは２０ｍｍ以下、より好ましくは１８ｍｍ以下、さらに好ましくは１６ｍｍ以下である。外径が小さすぎると管状分離膜の強度が十分でなく壊れやすくなることがあり、大きすぎるとモジュール当りの膜面積が低下する。
【００６１】
管状分離膜３のうちゼオライト膜で覆われた部分の長さは好ましくは２０ｃｍ以上、好ましくは２００ｃｍ以下である。
【００６２】
本発明の分離膜モジュールにおいて、管状分離膜は、単管式でも多管式でもよく、通常１〜３０００本、特に５０〜１２００本配置され、管状分離膜同士の最短距離は、２ｍｍ〜１０ｍｍとなるように配置されることが好ましい。ハウジングの大きさ、管状分離膜の本数は処理する流体量によって適宜変更されるものである。
【００６３】
本発明の分離膜モジュールにおいて、分離または濃縮の対象となる被処理流体としては、分離膜によって分離または濃縮が可能な複数の成分からなる気体または液体の混合物であれば特に制限はなく、如何なる混合物であってもよいが、気体の混合物に使用することが好ましい。
【００６４】
分離または濃縮にはパーベーパレーション法（浸透気化法）、ベーパーパーミエーション法（蒸気透過法）と呼ばれる分離または濃縮方法を用いることができる。パーベーパレーション法は、液体の混合物をそのまま分離膜に導入する分離または濃縮方法であるため、分離または濃縮を含むプロセスを簡便なものにすることができる。
【００６５】
本発明において、分離または濃縮の対象となる混合物が、複数の成分からなる気体の混合物である場合、気体の混合物としては、例えば、二酸化炭素、酸素、窒素、水素、メタン、エタン、エチレン、プロパン、プロピレン、ノルマルブタン、イソブタン、１−ブテン、２-ブテン、イソブテン、トルエンなどの芳香族系化合物、六フッ化硫黄、ヘリウム、一酸化炭素、一酸化窒素、水などから選ばれる少なくとも１種の成分を含むものが挙げられる。これらの気体成分からなる混合物のうち、パーミエンスの高い気体成分は、分離膜を透過し分離され、パーミエンスの低い気体成分は供給ガス側に濃縮される。
【符号の説明】
【００６６】
１  分離膜モジュール
２  ハウジング
２ｃ  ガイド用凸条
３  管状分離膜
４  エンド管
５  支持板
５ｈ  アリ溝
５ｒ  Ｏリング
５ｆ，８ｃ  切欠状凹部
６Ａ  ボトムカバー
６Ｂ  トップカバー
６ａ  取出口
７，８  バッフル
８ｄ  アイボルト
９  流入口
１０  流出口
１１，１２  室
１３  主室
１４  タイロッド（ロッド状連結部材）
１６  流出室
２０  エンドプラグ
３０  分離膜ユニット
３２  ワイヤロープ
４１  ブラケット
４２，４３  ボルト
５０  コイルバネ
５１  ガイドロッド
１００，２００，３００  分離膜モジュールの直列接続体
５００  クレーン設備
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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