(57)【要約】【課題】被処理流体の圧損が小さく、しかも透過流量も多い多管式分離膜モジュールを提供する。【解決手段】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を支持する支持板５と、該支持板５と平行に配置され、管状分離膜が挿通された挿通孔７ａ，８ａを有するバッフル７，８とを有する。管状分離膜は、ボスピース３ｃとエンドピース３ｄとを有しており、ボスピース３ｃがバッフル７の挿通孔７ａに挿通され、エンドピース３ｄがバッフル８の挿通孔８ａに挿通されている。【選択図】図１
2015182070.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状のハウジングと、
該ハウジング内に該ハウジングの長手方向に配置された複数の管状分離膜と、
該ハウジング内の一端側に配置され、該管状分離膜の一端側を支持する支持板と、
該管状分離膜が挿通された挿通孔を有し、該ハウジング内において該支持板と略平行に配置されたバッフルと
を有し、
該管状分離膜の両端側にそれぞれ非透過性のピースが設けられており、
該挿通孔の内周面と管状分離膜の外周面との間に間隙が設けられており、被処理流体が該ハウジング内を一端側から他端側に流れる多管式分離膜モジュールにおいて、
前記バッフルとして、該支持板に近接して配置された第１のバッフルと、該ハウジングの他端側に配置された第２のバッフルとが設けられており、
各バッフルの挿通孔に前記ピースが挿通されており、
該支持板と第１のバッフルとの間に被処理流体を導入するように被処理流体流入口が設けられていることを特徴とする多管式分離膜モジュール。
【請求項２】
請求項１において、前記管状分離膜は、管状の多孔質支持体と、該多孔質支持体の外周面に設けられたゼオライト膜と、該多孔質支持体の一端側に連設されたボスピースと、該多孔質支持体の他端側に連設されたエンドピースとを有しており、
該ボスピースが前記第１のバッフルの挿通孔に挿通され、
該エンドピースが第２のバッフルの挿通孔に挿通されていることを特徴とする多管式分離膜モジュール。
【請求項３】
請求項２において、前記エンドピースは前記管状分離膜の他端側を封止するものであり、
前記ハウジングの他端面と前記第２のバッフルとの間に室が設けられており、
該室から非透過流体を流出させるように前記流出口が該ハウジングの側周面に設けられていることを特徴とする多管式分離膜モジュール。
【請求項４】
請求項２又は３において、前記支持板を挟んで前記第１のバッフルと反対側に流出室が設けられており、
前記ボスピースは管状であり、前記管状分離膜の内部を該流出室に連通しており、
管状分離膜内の透過流体が該流出室に流入し、モジュール外に取出口から取り出されるよう構成されていることを特徴とする多管式分離膜モジュール。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項において、前記第１のバッフルの前記挿通孔の孔長Ａと、該挿通孔の内径Ｂと管状分離膜の外径Ｃの差との比Ａ／（Ｂ−Ｃ）が０．６７〜５０であることを特徴とする多管式分離膜モジュール。
【請求項６】
請求項１ないし６のいずれか１項において、バッフルとして前記第１及び第２のバッフルのみが設けられていることを特徴とする多管式分離膜モジュール。
【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多管式分離膜モジュールに関する。
【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多管式分離膜モジュールが知られている。この多管式分離膜モジュールに用いる分離膜エレメントは、分離すべき物質の分子程度の大きさの微細孔を有するゼオライト等からなる多孔質の分離膜を管状に形成したものである。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。
【０００３】
このような、多管式分離膜モジュールにおいて、分離効率を高めるためには、分離対象となる溶液や混合気体等の流体を分離膜エレメントの全長にわたって効率よく接触させることが必要とされる。
【０００４】
特許文献１，２には、流体（液体または気体）を膜に効率よく接触させるために、多管式分離膜モジュール内にチューブ（管状分離膜）と直交状にバッフルを設けることが記載されている。
【０００５】
特許文献１，２の多管式分離膜モジュールにおいては、バッフルに設けた複数の孔にそれぞれチューブを挿通している。バッフルのチューブ（管状ゼオライト分離膜）挿通孔の口径をチューブ外径よりも大きくし、孔の内周面とチューブ外周面との間に間隙を形成している。
【０００６】
特許文献１，２にあっては、バッフルを多数枚設けた場合、圧損が大きくなり、動力コストが嵩んだり、被処理流体の流量が低下し、その結果、ゼオライトを透過する透過流量が減少することもある。
【０００７】
また、特許文献１，２では、バッフルの内周面をチューブのゼオライト膜に対峙させているため、チューブが振動したときに、バッフル内周面がゼオライト膜に接触し、ゼオライト膜が損傷するおそれがあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１３−３９５４６号公報
【特許文献２】特開２０１０−２４７１０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、被処理流体の圧損が小さく、しかも透過流量も多い多管式分離膜モジュールを提供することを目的とする。
また、本発明は、その一態様において、ゼオライト膜の損傷が防止され、長期にわたって安定して運転可能な多管式分離膜モジュール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】
【００１０】
本発明の多管式分離膜モジュールは、筒状のハウジングと、該ハウジング内に該ハウジングの長手方向に配置された複数の管状分離膜と、該ハウジング内の一端側に配置され、該管状分離膜の一端側を支持する支持板と、該管状分離膜が挿通された挿通孔を有し、該ハウジング内において該支持板と略平行に配置されたバッフルとを有し、該管状分離膜の両端側にそれぞれ非透過性のピースが設けられており、該挿通孔の内周面と管状分離膜の外周面との間に間隙が設けられており、被処理流体が該ハウジング内を一端側から他端側に流れる多管式分離膜モジュールにおいて、前記バッフルとして、該支持板に近接して配置された第１のバッフルと、該ハウジングの他端側に配置された第２のバッフルとが設けられており、各バッフルの挿通孔に前記ピースが挿通されており、該支持板と第１のバッフルとの間に被処理流体を導入するように被処理流体流入口が設けられていることを特徴とするものである。
【００１１】
本発明の一態様では、前記管状分離膜は、管状の多孔質支持体と、該多孔質支持体の外周面に設けられたゼオライト膜と、該多孔質支持体の一端側に連設されたボスピースと、該多孔質支持体の他端側に連設されたエンドピースとを有しており、該ボスピースが前記第１のバッフルの挿通孔に挿通され、該エンドピースが第２のバッフルの挿通孔に挿通されている。
【００１２】
この場合、前記エンドピースは前記管状分離膜の他端側を封止するものであり、
【００１３】
前記ハウジングの他端面と前記第２のバッフルとの間に室が設けられており、該室から非透過流体を流出させるように前記流出口が該ハウジングの側周面に設けられていることが好ましい。
【００１４】
また、前記支持板を挟んで前記第１のバッフルと反対側に流出室が設けられており、前記ボスピースは管状であり、前記管状分離膜の内部を該流出室に連通しており、管状分離膜内の透過流体が該流出室に流入し、モジュール外に取出口から取り出されるよう構成されていることが好ましい。
【００１５】
本発明では、前記第１のバッフルの前記挿通孔の孔長Ａと、該挿通孔の内径Ｂと管状分離膜の外径Ｃの差との比Ａ／（Ｂ−Ｃ）が０．６７〜５０であることが好ましい。
【００１６】
本発明では、バッフルとして前記第１及び第２のバッフルのみが設けられていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の多管式分離膜モジュールにあっては、ハウジング内に配置されたバッフルの挿通孔に管状分離膜が挿通されており、該挿通孔の内周面と管状分離膜の外周面との間に間隙があいている。被処理流体はバッフルの挿通孔の内周面と管状分離膜の外周面との間の間隙を通過し、ハウジング内をほぼ軸心線方向に流れる。本発明では、管状分離膜の両端に非透過性のピースが設けられ、このピースがバッフルの挿通孔に挿通されているので、ピースが挿通孔の内周面に接触しても管状分離膜の分離性能は劣化しない。
【００１８】
また、本発明では、バッフルをハウジング両端側にのみ配置することにより、圧損が小さくなる。また、ハウジング内に偏流が生じることがなく、被処理流体が管状分離膜に万遍なく接触するようになり、透過流量が多いものとなる。
【００１９】
本発明の一態様では、管状分離膜が、一端にボスピースを備え、他端にエンドピースを備え、該ボスピース及びエンドピースがそれぞれバッフルの挿通孔に挿通されている。このボスピース及びエンドピースにはゼオライト膜は設けられていないので、管状分離膜が振動してボスピース又はエンドピースがバッフル内周面に接触しても、ゼオライト膜は損傷しない。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】実施の形態に係る多管式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】図３のIV−IV線断面図である。
【図５】管状分離膜の上部の拡大断面図である。
【図６】管状分離膜の下部の拡大断面図である。
【図７】本発明の作用効果を説明する透視模式図である。
【図８】参考例の作用効果を説明する透視模式図である。
【図９】別の実施の形態を示すバッフルの挿通孔部分の断面図である。
【図１０】別の実施の形態を示すバッフルの挿通孔部分の断面図である。
【図１１】別の実施の形態を示すバッフルの挿通孔部分の断面図である。
【図１２】（ａ）は実施例１で用いた多管式分離膜モジュールの透視模式図、（ｂ）は多管式分離膜モジュール内のガス流を示す透視模式図である。
【図１３】参考例の多管式分離膜モジュールの透視模式図、（ｂ）は多管式分離膜モジュール内のガス流を示す透視模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１〜６を参照して、本発明の一実施の形態に係る多管式分離膜モジュール１について説明する。
【００２２】
この多管式分離膜モジュール１は、筒軸心方向を上下方向とした、天板部２ｔを有する円筒状ハウジング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６と、支持板５と平行にハウジング２内の上部及び下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等とを有する。第２のバッフル８は支持板５の上側に配置されている。
【００２３】
ハウジング２の上部の外周面に被処理流体の流入口９が設けられ下部の外周面に被処理流体の流出口１０が設けられている。流入口９は、ハウジング天板部２ｔ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、支持板５と第２のバッフル８との間の室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。
【００２４】
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。この実施形態では、ハウジング２の上部の外周面を流入口とし下部の外周面を流出口としている。  
【００２５】
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の直径（外径）よりも大きく、挿通孔７ａ，８ａの内周面と管状分離膜３の外周面との間に全周にわたって間隙Ｓがあいている。
【００２６】
支持板５には、管状分離膜３を支持するための開口５ａが設けられている。管状分離膜３は、開口５ａに差し込まれており、管状分離膜３の外周面と各開口５ａの内周面との間は気密にシールされている。
【００２７】
各管状分離膜３の下端側は、ボトムカバー６と支持板５との間の流出室１６に向って開放している。ボトムカバー６には、分離された透過流体の取出口６ａが設けられている。
【００２８】
この実施の形態では、ハウジング２の下端側とボトムカバー６の上部外周縁にそれぞれ外向きのフランジ２ａ，６ｂ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。支持板５の周縁部は、フランジ２ａ，６ｂ間にガスケット（図示略）を介して挟持されている。
【００２９】
底部の支持板５から複数のロッド１４が立設され、該ロッド１４にバッフル７，８が支持されている。ロッド１４の下端は支持板５に対しナットなどによって固着されている。バッフル７，８はロッド１４に対しピンなどの係止部材（図示略）によって所定高さに支持されている。
【００３０】
バッフル７，８の外周面とハウジング２の内周面との間には、Ｏリング、Ｖパッキンなどのシール部材が介在されている。バッフル７，８の材料としては、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６等のステンレス材が好適であるが、これに限定されない。
【００３１】
図５，６の通り、管状分離膜３は、管状の多孔質支持体３ａと、該多孔質支持板３ａの外周面に形成されたゼオライト膜３ｂと、該多孔質支持体３ａの下端に同軸状に連設されたボスピース３ｃと、多孔質支持体３ａの上端に同軸状に連設されたエンドピース３ｄとを有する。
【００３２】
ボスピース３ｃは筒状であり、管状分離膜３内を流出室１６に連通させている。エンドピース３ｄは、管状分離膜３の上端を封止している。ボスピース３ｃ及びエンドピース３ｄは熱収縮フィルム３ｅ，３ｆによってゼオライト膜付きの多孔質支持体３ａに連結されている。なお、エンドピース３ｄは、重量軽減のために、多孔質支持体３ａ側から空洞部が凹設されている。
【００３３】
管状分離膜３のうちエンドピース３ｄがバッフル７の挿通孔７ａに挿通され、ボスピース３ｃがバッフル８の挿通孔８ａ及び支持板５の開口５ａに挿通されている。熱収縮フィルム３ｅ，３ｆは主室１３内に位置する。各ピース７，８は、多孔質支持体３ａの長さに応じて長さが調節される。ピース７，８の材料としては金属、セラミックスなど、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。
【００３４】
上記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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
本発明では、図４の通り、第１のバッフル７の挿通孔７ａの孔長（この実施の形態ではバッフル７の厚さ）をＡとし、挿通孔７ａの口径をＢとし、管状分離膜３の直径（外径）をＣとした場合、Ａ／（Ｂ−Ｃ）が０．６７〜５０、０．６７〜１０が好ましく、特に１〜８であることが好ましい。
【００４２】
このように構成された多管式分離膜モジュール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の内周面と管状分離膜３の外周面との間の間隙Ｓ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と管状分離膜３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から多管式分離膜モジュール１外に流出する。
【００４３】
この実施の形態では、バッフルとして２枚のバッフル７，８のみが設けられており、多数枚のバッフルを設けた場合に比べて圧損が小さいので、動力コストが低い。また、バッフル７を通過した流体は主室１３内を該ハウジング２の軸心線と略平行方向に流れるため、偏流が殆どなく、効率良く膜分離が行われる。
【００４４】
また、この実施の形態では、管状分離膜３のうちエンドピース３ｄとボスピース３ｃ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管状分離膜３が挿通孔７ａ，８ａの内周面に当接してもゼオライト膜３ｂ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。
【００４５】
上記実施の形態では、挿通孔７ａはバッフル７の一方の面から他方の面にかけて等径であるが、図９のバッフル７’のように挿通孔７ａの入口側及び出口側に角度θ＝１０〜７０°程度のテーパを設け、間隙Ｓの流体通過圧損を小さくしてもよい。挿通孔８ａについても、同様のテーパを設けてもよい。
【００４６】
本発明では、図１０，１１のように、挿通孔７ａの周縁部から延出する挿通筒部７ｆをバッフル７に設けてもよい。図１０では挿通筒部７ｆはバッフル７の一方の板面にのみ立設され、図１１では双方の板面にそれぞれ挿通筒部７ｆが設けられている。図１０，１１の場合、挿通孔７ａの孔長は、バッフル７の厚みと挿通筒部７ｆの長さとの和となる。図１０，１１においても、挿通筒部７ｆの端部内周縁に図７のようなテーパ部を設けてもよい。
【００４７】
この多管式分離膜モジュール１にあっては、被処理流体は、バッフル７の上側の室１１から主室１３室へ、実質的に該間隙Ｓのみを介して流れるので、被処理流体は間隙Ｓを高流速にて通過し、各管状分離膜３に沿って高流速にて流れる。このため、各管状分離膜３の表面（外周面）に沿う被処理流体の流れの乱流化が促進され、膜分離効率が向上する。
【００４８】
この効果は、前記Ａ／（Ｂ−Ｃ）を０．６７〜５０とすることにより顕著となる。即ち、Ａが過大であったり、（Ｂ−Ｃ）が過小であったりすることによりＡ／（Ｂ−Ｃ）が１０より大きいと、間隙Ｓを通過する際の圧損が大きくなり、間隙Ｓからの被処理流体の流量が少なくなる。また、Ａが過小であったり、（Ｂ−Ｃ）が過大であったりすることによりＡ／（Ｂ−Ｃ）が０．６７より小さいと、被処理流体は間隙Ｓを通過した後に管状分離膜３から離れて流れ易くなる。図７，８はこの作用効果を説明するものである。図７のようにＡ／（Ｂ−Ｃ）が０．６７〜５０の範囲であると、挿通孔８ａを通過した被処理流体は管状分離膜３に沿って高流速にて流れる。Ａ／（Ｂ−Ｃ）が０．６７よりも小さい場合には、挿通孔８ａを通過した被処理流体が管状分離膜３から離れて流れ易くなる。
【００４９】
挿通孔７ａの孔長Ａは、モジュールの大きさにもよるが、好ましくは１ｍｍ以上、さらに好ましくは３ｍｍ以上、好ましくは２０ｍｍ以下、より好ましくは１５ｍｍ以下、さらに好ましくは１０ｍｍ以下である。孔長Ａの値が小さすぎるとバッフルの材質にもよるが、平面性が保てなくなり、大きすぎるとモジュールの重量が多くなりすぎることがある。
【００５０】
本発明では、バッフル７の上側の室１１から主室１３へ流れる被処理流体の５０％以上特に６５％以上が挿通孔７ａの間隙Ｓを通過するよう構成されていることが好ましい。この条件が満たされるならば、バッフル７に挿通孔７ａ以外の孔が設けられてもよい。
【００５１】
挿通孔７ａの内径Ｂは、管状分離膜３の外径によるが、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。
【００５２】
バッフル７，８において、挿通孔７ａ，８ａは、相互間に２ｍｍ以上の間隔を有して配置されていることが好ましい。
【００５３】
管状分離膜３の外径Ｃ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Ｃ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。
【００５４】
管状分離膜３のうちゼオライト膜３ｂで覆われた部分の長さは好ましくは２０ｃｍ以上、好ましくは１５０ｃｍ以下である。これよりも短い場合には熱収縮フィルム３ｅ，３ｆで被覆される箇所の割合が高くなるため、膜の分離に使用できる露出部の割合が低下し、これ以上長い場合には取扱いが難しくなることがある。
【００５５】
バッフル７，８はそれぞれ同じ大きさ、同じ形であってもよいが、異なる大きさ、異なる形のものを使用してもよい。特に透過量／供給量が多い場合には、供給流体量が出口に近づくにつれて減少し線速が低下するため、バッフル８の挿通孔８ａの直径をバッフル７の挿通孔７ａよりも小さくすることが有効な場合がある。
【００５６】
バッフルの材質は、通常、ステンレスであるが、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、用途によっては他の材質に変更可能である。
【００５７】
本発明の多管式分離膜モジュールにおいて、バッフル７，８間の距離は通常４０ｃｍ〜２ｍ程度である。また、管状分離膜は通常２〜８５０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。
【００５８】
本発明の多管式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。
【００５９】
分離または濃縮の対象となる混合物が、例えば、有機化合物と水との混合物（以下これを、「含水有機化合物」と略称することがある。）の場合、ゼオライト膜に対する水の透過性が高い。従って、混合物から水を分離し、有機化合物を元の混合物中で濃縮する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。
【００６０】
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、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、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。
【００６１】
本発明の多管式分離膜モジュールは、流体量、あるいは目的の分離度、濃縮度によって連結して使用することができる。流体量が多い場合または目的の分離度・濃縮度が高く１つのモジュールでは処理が十分できない場合には出口から出た流体をさらにもう一つのモジュールの入口に入るように配管を接続して使用することが好ましい。また分離度、濃縮度に応じてさらに連結して目的の分離度・濃縮度とすることができる。
【００６２】
本発明の多管式分離膜モジュールを並列に設置して流体を分岐してガスを供給してもよい。この時さらに並列したそれぞれのモジュールに直列でモジュールを設置することもできる。並列としたモジュールを直列とする場合、供給ガス量が直列方向に低下し線速が低下するので、適宜線速を保つように並列の設置数を減少させることが好ましい。
【００６３】
モジュールを直列に配置する場合の透過した成分はモジュール毎に排出しても良いし、モジュール間を連結して集合して排出しても良い。モジュール間を連結させる場合には下流側のモジュールの透過成分を上流側のモジュールの透過成分に流す方が好ましい。このような流れを作ることによって供給ガスと透過ガスは交流接触となり性能が優れた分離・濃縮ができる。
【実施例】
【００６４】
本発明を実施例によって更に具体的に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例の記載に限定されるものではない。
【００６５】
［実施例１］
本発明の分離モジュールについてガス分離シミュレーションを行った。
【００６６】
シミュレーションに用いた多管式分離膜モジュールは、図１〜６に示したモジュールを簡略化したものであり、流出室１６は設けられていない。
【００６７】
主な条件は次の通りである。
ハウジング内径：５００ｍｍ
第１のバッフル７の厚さ：１０ｍｍ
第２のバッフル８の厚さ：１０ｍｍ
バッフル７，８間の距離：１３００ｍｍ
バッフル７，８の挿通孔７ａ，８ａの直径：３０ｍｍ
バッフル７，８の挿通孔７ａ，８ａの数：６９孔
バッフル７，８の挿通孔７ａ，８ａの形状：円筒形
バッフル７からハウジング２の上端までの距離：１００ｍｍ
バッフル８からハウジング２の下端までの距離：１００ｍｍ
ガス供給量：１１０６７Ｎｍ３／ｈｒ
ガスの種類：メタン／二酸化炭素
温度：常温
【００６８】
シミュレーションはＣＯＭＳＯＬ社の汎用工学シミュレーションソフトウェアＣＯＭＳＯＬ  Ｍｕｌｔｉｐｈｙｓｉｃｓを使用した。シミュレーションで得られたハウジング２内のガスの流れ状況を図１２（ｂ）に示す。図１２（ｂ）の通り、主室１３内のガス流れは、乱流の状態であり、偏流は殆どないことが認められた。
【００６９】
［比較例１］
バッフル７，８を設けないこと以外は実施例１と同様のモジュールで、実施例１と同様のシミュレーションを実施した。シミュレーションで得られたハウジング２内のガスの流れ状態を図１３（ｂ）に示す。図１３（ｂ）の通り、この比較例１では主室１３内に著しい偏流が生じている。
【符号の説明】
【００７０】
１  多管式分離膜モジュール
２  ハウジング
３  管状分離膜
３ａ  多孔質支持体
３ｂ  ゼオライト膜
３ｃ  ボスピース
３ｄ  エンドピース
３ｅ，３ｆ  熱収縮フィルム
５  支持板
６  ボトムカバー
６ａ  取出口
７，８  バッフル
７ａ，８ａ  挿通孔
９  流入口
１０  流出口
１１，１２  室
１３  主室
１４  ロッド
１６  流出室
【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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【図１３】
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