(57)【要約】【課題】膜モジュールの大型化を回避すると共に、気泡率を調整し易くする。【解決手段】膜モジュール９内に設けた分離膜１０の一次側に被処理液ａを供給する一方、分離膜１０の二次側を負圧にして被処理液の一組成物ｅを分離膜１０の一次側から二次側に透過させて、被処理液ａの濃度を高めるようにした膜分離装置である。この膜モジュール９の上流側に、被処理液ａの中に不活性ガスｂを気泡状に注入して被処理液ａと気泡ｃとからなる気液２相流を形成する気泡投入装置４を設ける。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
膜モジュール内に設けた分離膜の一次側に被処理液を供給する一方、分離膜の二次側を負圧にして被処理液の一組成物を分離膜の一次側から二次側に透過させ、前記被処理液の濃度を高めるようにした膜分離装置において、前記膜モジュールの上流側に、被処理液の中に不活性ガスを気泡状に注入して被処理液と気泡とからなる気液２相流を形成する気泡投入装置を設けたことを特徴とする膜分離装置。
【請求項２】
気泡投入装置を、分離膜の一次側に連通する配管に設けた筒形の本体と、該本体内に設けた多孔質チューブとから形成してなる請求項１記載の膜分離装置。
【請求項３】
膜モジュール内に設けた分離膜の一次側に被処理液を供給する一方、分離膜の二次側を負圧にして被処理液の一組成物を分離膜の一次側から二次側に透過させ、前記被処理液の濃度を高めるようにした膜分離装置において、前記膜モジュールを縦長に設置すると共に、該膜モジュール内の分離膜を有底筒形に形成し、かつ、前記分離膜の底部に対向させて気泡投入装置を設けたことを特徴とする膜分離装置。
【請求項４】
気泡投入装置を、細管状の複数のノズルにより形成すると共に、これらのノズルをサークル状に、かつ、各ノズルがサークルに沿って斜め上方を向くように設けてなる請求項３記載の膜分離装置。
【請求項５】
気泡投入装置を、多孔質部材からなる板状のノズル部と、該のノズル部を納める有底無蓋の保持部から形成してなる請求項３記載の膜分離装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、膜分離装置、より詳しくは、被処理液中の一組成物を効率的に分離するための膜分離装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、被処理液中の一組成物を効率的に分離する際に、温度分布や膜分離に伴う濃度分布に偏りが発生するのを防ぐ方法として、プロセスの運転温度（溶剤温度）を被処理液の沸点以上にすると共にその圧力を調節することによって気液２相流を作り出したり、或いは、膜モジュール内に配置した散気管から分離膜の一次側に気体を気泡状に供給することが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−１５６１６７号公報（第３頁、図１乃至図３）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前者の場合は、気液平衡で被処理液内の気泡が制御されるため、気泡率の調整が難しい。また、被処理液の沸点以上のプロセスでなくては気泡率が調整し難いという問題がある。一方、後者の場合は、膜モジュール内に散気管を配置するために、膜モジュールが大型化するという問題がある。
【０００５】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、膜モジュールの大型化を回避すると共に、気泡率を調整し易い膜分離装置を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明の膜分離装置は、膜モジュール内に設けた分離膜の一次側に被処理液を供給する一方、分離膜の二次側を負圧にして被処理液の一組成物を分離膜の一次側から二次側に透過させ、前記被処理液の濃度を高めるようにした膜分離装置において、前記膜モジュールの上流側に、被処理液の中に不活性ガスを気泡状に注入して被処理液と気泡とからなる気液２相流を形成する気泡投入装置を設けたことを特徴とするものである。
【０００７】
また、本発明の膜分離装置は、気泡投入装置を、分離膜の一次側に連通する配管に設けた筒形の本体と、該本体内に設けた多孔質チューブとから形成させている。
【０００８】
また、本発明の膜分離装置は、膜モジュール内に設けた分離膜の一次側に被処理液を供給する一方、分離膜の二次側を負圧にして被処理液の一組成物を分離膜の一次側から二次側に透過させ、前記被処理液の濃度を高めるようにした膜分離装置において、前記膜モジュールを縦長に設置すると共に、該膜モジュール内の分離膜を有底筒形に形成し、かつ、前記分離膜の底部に対向させて気泡投入装置を設けたことを特徴とするものである。
【０００９】
また、本発明の膜分離装置は、気泡投入装置を、細管状の複数のノズルにより形成すると共に、これらのノズルをサークル状に、かつ、各ノズルがサークルに沿って斜め上方を向くように設けている。
【００１０】
また、本発明の膜分離装置は、気泡投入装置を、多孔質部材からなる板状のノズル部と、該のノズル部を納める有底無蓋の保持部から形成させている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。図１は本発明に係る膜分離装置の処理系統図、図２は膜分離装置の断面図、図３は気泡投入装置の断面図である。
【００１２】
図１に示すように、例えば、低濃度のアルコール（被処理液）ａは、ポンプ１によって送出された後、予熱器２により予熱され、更に、加熱器３により加熱されて気泡投入装置４に導入されるようになっている。
【００１３】
この気泡投入装置４は、大流量用の気泡投入装置であり、図３に示すように、筒形の本体５と、この本体５内に設けた有蓋の多孔質チューブ６から形成されている。この多孔質チューブ６は、例えば、焼結金属などの多孔質材料により形成され、その下部には、例えば、窒素ガスなどの不活性ガスを供給する不活性ガス供給管７が接続されている。
【００１４】
多孔質チューブ６内に導入された不活性ガスｂは、多孔質チューブ６に設けられている無数の微細な孔（図示せず）から低濃度のアルコール（被処理液）ａの中に放出され、無数の細かい気泡ｃとなる。この気泡投入装置４は、低濃度のアルコール（被処理液）ａの圧力に対して高い圧力の不活性ガスｂを投入するようになっているが、その圧力差を調整することにより、気泡ｃの状態、例えば、気泡のサイズを調整することが可能となる。一方、気泡率の制御は、低濃度のアルコール（被処理液）ａの流量に対する不活性ガスｂの投入量で決まるため、任意の気泡率を制御することが容易になる。また、不活性ガスｂを加熱して潜熱を補給するようにしてもよい。
【００１５】
多孔質チューブ６から不活性ガスｂが投入された低濃度のアルコール（被処理液）ａは、気液２相流ｄとなって膜分離装置８に導入される。この膜分離装置８は、図２に示すように、縦長の容器（膜モジュール）９と、この容器９の中に設けられた有底筒形の分離膜１０から形成されている。この分離膜１０の開口端は、容器９の管板１１に取り付けられている。
【００１６】
分離膜１０は、多孔質材料からなる有底筒形の支持体１２と、この支持体１２の外表面に種結晶（図示せず）を利用して析出させたＡ型ゼライト膜１３により形成されている。
【００１７】
支持体としては、ムライトなどのＡｌ２  Ｏ３  −ＳｉＯ２  系セラミックスが好適である。その他、アルミナ、シリカ、ジルコニア、チッ化ケイ素、炭化ケイ素などのセラミックスや、アルミニウム、銀、ステンレスなどの金属よりなる多孔質材料も用いることができる。
【００１８】
多孔質支持体としては、その平均気孔径が０．０５〜１０μｍで、気孔率が１０〜６０％程度のもの、特に、平均気孔径が０．１〜２μｍで、気孔率が３０〜５０％程度のものが好適である。
【００１９】
膜モジュール８内にある分離膜１０の一次側に導入された気液２相流は、分離膜１０に沿って流通する間に低濃度のアルコール（被処理液）ａの中に含まれている一組成物、すなわち、水ｅが分離膜１０を透過して分離膜１０の二次側に至る。この透過した水ｅは、凝縮器１４により凝縮され、透過液として透過液タンク１５に回収される。分離膜１０の二次側は、真空ポンプ１６によって真空乃至減圧状態に保持されている。
【００２０】
分離膜１０の一次側に沿って流通する低濃度のアルコール（被処理液）ａの中には、不活性ガスｂが気泡ｃとなって存在するため、この気泡ｃの流れに伴って分離膜１０の一次側の表面に気泡ｃによる攪拌作用が生ずる。その結果、分離膜１０上の濃度分布が緩和され、分離性能が向上する。
【００２１】
このように水が除去されて濃縮されたアルコールａ’は、予熱器２で冷却され、高濃度の溶液として製品タンク１７に回収される。
【００２２】
ところで、被処理液ａの中に投入される不活性ガスｂの量が多くなると、被処理液ａが接する分離膜１０の表面積が少なくなり、不活性ガスｂの量が少なくなると、不活性ガスｂによる攪拌作用が低減する。従って、被処理液ａの中に含まれる不活性ガスｂの量は、少なくとも５ｖｏｌ  ％〜１５ｖｏｌ  ％、特に、１０ｖｏｌ  ％〜３０ｖｏｌ  ％の範囲が好ましい。
【００２３】
図４は、少流量用の膜分離装置の断面図である。この膜分離装置１８は、有底筒状の分離膜１０の底部の直下に気泡投入装置１９を備えている。この気泡投入装置１９は、例えば、メッシュや焼結金属などで形成された円板形のノズル部２０と、このノズル部２０を納める有底無蓋の保持部２１から形成され、保持部２０の底部には、不活性ガス供給管７が接続されている。
【００２４】
気泡投入装置１９は、できるだけ分離膜１０に接近させて設けることが望ましい。また、気泡投入装置１９は、分離膜１０の直下だけでなく、分離膜１０に沿って多段に設けてもよい。その他の部位については、少流量用の膜分離装置の部位と同じ部位に同じ符号を付与し、詳しい説明を省略する。
【００２５】
図５は、低流量用の膜分離装置の断面図である。この膜分離装置２３は、有底筒状の分離膜１０の底部の直下に気泡投入装置２４を設けている。この気泡投入装置２４は、細管状の複数の気泡発生用ノズル２５を設けている。これらのノズル２５は、斜め上方を向くように設けられている上、図６に示すように、仮想円２６の上にサークル状に設けられている。そして、各気泡発生用ノズル２５には、不活性ガス供給管７が接続されている。
【００２６】
気泡投入装置２４は、できるだけ分離膜１０に接近させて設けることが望ましい。また、気泡投入装置２４は、分離膜１０の直下だけでなく、分離膜１０に沿って多段に設けてもよい。その他の部位については、少流量用の膜分離装置の部位と同じ部位に同じ符号を付与し、詳しい説明を省略する。
【００２７】
この膜分離装置２３は、気泡発生用ノズル２５の角度と、不活性ガスの投入速度を調整することにより、気泡率の調整だけでなく、容器（膜モジュール）９内を流れる被処理液ａの流れを変化させることが可能になる。例えば、図５に示すように、不活性ガスの気泡ｃを螺旋状に流すことにより分離膜１０の表面の被処理液ａの流速は、非螺旋状の場合よりも速くなり、結果的に、攪拌効率が良好になる。
【００２８】
【発明の効果】
上記のように、本発明は、膜モジュール内に設けた分離膜の一次側に被処理液を供給する一方、分離膜の二次側を負圧にして被処理液の一組成物を分離膜の一次側から二次側に透過させ、前記被処理液の濃度を高めるようにした膜分離装置において、前記膜モジュールの上流側に、被処理液の中に不活性ガスを気泡状に注入して被処理液と気泡とからなる気液２相流を形成する気泡投入装置を設けたので、気泡率の調整が容易になり、被処理液の流量が多い場合でも、気泡による攪拌効率を向上させることが可能になった。その結果、被処理液の流量が多い場合でも、分離膜の分離性能が向上するようになった。
【００２９】
また、本発明は、膜モジュール内に設けた分離膜の一次側に被処理液を供給する一方、分離膜の二次側を負圧にして被処理液の一組成物を分離膜の一次側から二次側に透過させ、前記被処理液の濃度を高めるようにした膜分離装置において、前記膜モジュールを縦長に設置すると共に、該膜モジュール内の分離膜を有底筒形に形成し、かつ、前記分離膜の底部に対向させて気泡投入装置を設けたので、気泡率の調整が容易になり、被処理液の流量が少量の場合や、低流量の場合でも、気泡による攪拌効率を向上させることが可能になった。その結果、被処理液の流量が少量の場合や、低流量の場合でも、分離膜の分離性能が向上するようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る膜分離装置の処理系統図である。
【図２】膜分離装置の断面図である。
【図３】気泡投入装置の断面図である。
【図４】膜分離装置の他の実施形態を示す断面図である。
【図５】膜分離装置の他の実施形態を示す断面図である。
【図６】図５のＸ−Ｘ’断面図である。
【符号の説明】
ａ  被処理液
ｂ  不活性ガス
ｃ  気泡
ｅ  被処理液の一組成物
４  気泡投入装置
９  膜モジュール
１０  分離膜
【図１】
2004148207.tif 000003
【図２】
2004148207.tif 000004
【図３】
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【図４】
2004148207.tif 000006
【図５】
2004148207.tif 000007
【図６】
2004148207.tif 000008