(57)【要約】【課題】  本発明の課題は、気液混合流体を容易に制御することができるとともに、濃度分極や温度低下などの問題を解消可能な膜分離方法、膜分離装置および膜モジュールを提供すること。【解決手段】  液体混合物１ａを液相より高い温度の気相を含む気液混合流体１ｄとし、当該気液混合流体１ｄを分離膜３１の一次側に存在させて二次側を負圧とすることにより、当該液体混合物１ａ中の夾雑成分を前記分離膜３１の二次側に透過させるようにした。【選択図】図１
2005066473.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体混合物を液相より高い温度の気相を含む気液混合流体とし、当該気液混合流体を分離膜の一次側に存在させて二次側を負圧とすることにより、当該液体混合物中の夾雑成分を前記分離膜の二次側に透過させるようにしたことを特徴とする、膜分離方法。
【請求項２】
液体混合物の一部を液相より高い温度の気相とする蒸気発生装置と、
前記気相を含む気液混合状態の液体混合物中の夾雑成分を分離する分離膜を有する膜モジュールとを備えていることを特徴とする、膜分離装置。
【請求項３】
請求項２において、前記蒸気発生装置は、前記液体混合物を加熱して蒸気とする加熱装置を備えていることを特徴とする、膜分離装置。
【請求項４】
請求項３において、前記蒸気発生装置は、さらに、前記加熱装置で発生した蒸気を過熱する蒸気過熱器を備えていることを特徴とする、膜分離装置。
【請求項５】
液体混合物の一部を沸騰させて液相より高い温度の気相を含む気液混合状態とする加熱手段と、
前記気液混合状態の液体混合物中の夾雑成分を分離する分離膜とを備えていることを特徴とする、膜モジュール。
【請求項６】
請求項５において、前記加熱手段は、前記分離膜の一次側表面近傍に配置されていることを特徴とする、膜モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体混合物から夾雑成分を分離する膜分離方法、膜分離装置および膜モジュールに関し、より詳しくは、例えば水−エタノール混合物から夾雑成分としての水を分離して取り除くことにより、エタノールの精製を行うことが可能な膜分離方法、膜分離装置および膜モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
液体混合物から夾雑成分を分離する方法として浸透気化を利用した膜分離法が知られている（例えば特許文献１参照）。この膜分離法は、従来簡便な方法では分離することが困難であった液体混合物、例えば共沸混合物、沸点が近接した比揮発度の小さい混合物、加熱によって重合や変性を起こす成分を含む混合物などの分離、または濃縮法、精製法として注目されている。
【０００３】
従来、浸透気化によって液体混合物を分離する場合、使用する分離膜の特性、特に使用する分離膜がポリイミドなどからなる高分子膜である場合には、膜モジュール内での膜接着または膜破壊を防止する観点から、混合物は液相または蒸気相（気相）のみからなる単相流によって構成されていた。特に浸透気化では膜を透過する際に液相から気相への相変化を伴うため蒸発潜熱が供給液から補給されることとなる。その結果、供給液の温度低下をもたらし、透過流束（膜分離能）の低下を生じさせていた。この温度低下に由来する透過流束の低下を回避する観点から、従来の浸透気化プロセスでは各膜モジュールの出入り口に供給液加熱用中間熱交換器が設けられ、膜性能の向上が図られていた。
【０００４】
また近年、分離膜として高分離膜のほかにゼオライト膜などからなる無機膜が実用化され、膜モジュール内における膜接着などの不具合が解消されたにもかかわらず、未だに膜への供給液には単相流が用いられており、膜の性能を充分に発揮できずにいた。
【０００５】
分離膜が高分子膜である場合には透過流束が比較的低いために膜モジュールの出入り口の供給液温度差および膜表面上の濃度分極は大きな問題となることがなかった。しかし、高分子膜に比べ１オーダー以上高い透過流束を有するゼオライト膜では、膜モジュール出入り口の供給液温度差ばかりでなく濃度分極についても配慮する必要がある。
【０００６】
特開平１１―１５６１６７号公報では、膜面上の濃度分極に対し、液体混合物を所定温度における飽和蒸気圧より僅かに低い圧力に加圧した後、所定温度に加熱することによって気相と液相を有する二相流状態である気液混合流体を生成させ、この気液混合流体の気体（気泡）による撹拌作用によって対処しているが、供給液温度低下に対しては考慮がなされていない。また、このような圧力を調整することによる気液混合流体の生成方法では、膜モジュール内のどこから二相流状態を構成するかが必ずしも明確ではなく、さらに、蒸発潜熱分の熱が奪われることによって気相が液相に凝縮して単相流に戻ってしまう虞があるなど、気液混合状態の制御が困難であり改良の余地が残されていた。
【０００７】
【特許文献１】米国特許第２９５３５０２号
【特許文献２】特開平１１−１５６１６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は上記実状に鑑みなされたものであり、その課題は、気液混合流体を容易に制御することができるとともに、濃度分極や温度低下などの問題を解消可能な膜分離方法、膜分離装置および膜モジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明の第１の態様に係る膜分離方法の発明は、液体混合物を液相より高い温度の気相を含む気液混合流体とし、当該気液混合流体を分離膜の一次側に存在させて二次側を負圧とすることにより、当該液体混合物中の夾雑成分を前記分離膜の二次側に透過させるようにしたことを特徴とする。
【００１０】
この特徴によれば、液体混合物が気液混合流体の状態で分離膜の一次側に存在するため、気体（気泡）の撹拌作用によって分離膜上の濃度分極を解消させることができる。また、気相の温度が液相の温度より高いため、夾雑成分（例えば水分）が分離膜の一次側から二次側に透過する際の蒸発潜熱を補給することができ、液体混合物の温度が低下することを回避させることができる。従って、分離膜と接触している過程において気液混合状態を維持することができると共に、温度低下に由来する分離膜の分離能低下を回避することが可能である。
【００１１】
また、本発明の第２の態様に係る膜分離装置の発明は、液体混合物の一部を液相より高い温度の気相とする蒸気発生装置と、前記気相を含む気液混合状態の液体混合物中の夾雑成分を分離する分離膜を有する膜モジュールとを備えていることを特徴とする。
【００１２】
この特徴によれば、蒸気発生装置が備えられており、この蒸気発生装置で発生した蒸気を導入することにより、液体混合物を容易に気液混合状態とすることが可能であるため、その制御が容易である。
【００１３】
また、気相を含む気液混合状態の液体混合物を膜モジュールで処理することができるので、気体（気泡）の撹拌作用によって分離膜上の濃度分極を解消させることができる。また、気相の温度が液相の温度より高いため、夾雑成分（例えば水分）を分離する際の蒸発潜熱を補給することができ、液体混合物の温度が低下することを回避することができる。従って、分離膜と接触している過程において気液混合状態を維持することができると共に、温度低下に由来する分離膜の分離能低下を回避することが可能である。
【００１４】
また、本発明の第３の態様に係る膜分離装置の発明は、前記第２の態様において、前記蒸気発生装置は、前記液体混合物を加熱して蒸気とする加熱装置を備えていることを特徴とする。この特徴によれば、簡単な構成で、確実に液体混合物の一部を蒸気（気相）状態とすることができる。
【００１５】
また、本発明の第４の態様に係る膜分離装置の発明は、前記第３の態様において、前記蒸気発生装置は、さらに、前記加熱装置で発生した蒸気を過熱する蒸気過熱器を備えていることを特徴とする。この特徴によれば、前記加熱装置で発生した蒸気（気相）の温度を確実に液相より高くすることができる。
【００１６】
また、本発明の第５の態様に係る膜モジュールの発明は、液体混合物の一部を沸騰させて液相より高い温度の気相を含む気液混合状態とする加熱手段と、前記気液混合状態の液体混合物中の夾雑成分を分離する分離膜とを備えていることを特徴とする。
【００１７】
この特徴によれば、気相を含む気液混合状態の液体混合物を分離膜上に存在させることができるので、気体（気泡）の撹拌作用によって分離膜上の濃度分極を解消させることができる。また、気相の温度が液相の温度より高いため、夾雑成分（例えば水分）を分離する際の蒸発潜熱を補給することができ、供給液の温度が低下することを回避することができる。従って、分離膜と接触している過程において気液混合状態を維持することができると共に、温度低下に由来する分離膜の分離能低下を回避することが可能である。
【００１８】
また、本発明の第６の態様に係る膜モジュールの発明は、前記第５の態様において、前記加熱手段は、前記分離膜の一次側表面近傍に配置されていることを特徴とする。この特徴によれば、蒸発潜熱が発生する近傍に熱をより直接的に供給することができるため、蒸発潜熱の補給をより効率的、かつ確実に行うことができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、液体混合物を気液混合状態として容易に制御することができるとともに、液体混合物の膜分離における濃度分極や温度低下などの問題を解消することができ、高性能な膜分離を実施できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明に係る膜分離方法は、液体混合物を液相より高い温度の気相を含む気液混合流体とし、この気液混合流体を分離膜の一次側に存在させて二次側を負圧とすることにより、当該液体混合物に含まれる夾雑成分を分離膜の二次側に透過させるようにしたことを特徴とするものである。すなわち、液体混合物が分離膜の一次側に存在する際において、当該液体混合物が液相より高い温度の気相を含む気液混合流体となっていることを特徴とするものである。
【００２１】
以下、図面に基づいて本発明に係る膜分離方法およびその方法の実施に好適な膜分離装置について説明する。
【００２２】
図１は、本発明の一実施形態に係る膜分離装置１００の概略構成図である。この膜分離装置１００は、液体混合物１ａを貯留した液体混合物タンク１０から供給された液体混合物の一部を液相より高い温度の気相状態とする蒸気発生装置１５と、この気相を含むことにより気液混合状態となった気液混合流体１ｄを処理して夾雑成分（例えば水分）を分離する膜モジュール１４を主な構成要素としている。
【００２３】
この膜分離装置１００の分離対象である液体混合物１ａとしては、例えば、水と、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロピルアルコールなどのアルコール類との液体混合物、アセトン、メチルエチルケトンなどのケトン類、四塩化炭素、トリクロロエチレンなどのハロゲン化炭化水素類などの有機液体と、メタノール、エタコール、プロパノール、イソプロピルアルコールなどのアルコール類との液体混合物、前記アルコール類と、ベンゼン、シクロヘキサンなどの芳香族類との液体混合物、さらに前記液体混合物が２種類またはそれ以上混合された混合物を挙げることができる。本発明に係る膜分離装置１００が特に優れた選択性を示す液体混合物の例としては、水−エタノール混合物、水−イソプロピルアルコール混合物などの水−アルコール混合物が挙げられる。
【００２４】
液体混合物タンク１０から送液ポンプ１１により送液された液体混合物１ａは、再生器１２で予熱された後、加熱器１３に供給されて所定の温度に加熱される。加熱された液体混合物１ａの一部１ｂは、後述する蒸気発生装置１５に導入されて液相より高い温度の気相状態１ｃとなり、この気相１ｃが液相の液体混合物１ａに導入されて気液混合流体１ｄが生成され、この気液混合流体１ｄが膜モジュール１４に供給される。
【００２５】
膜モジュール１４は、特に限定されることはないが、分離膜を備えた既知のものを使用することができ、例えば、特開平８−１３１７８１号公報に示される円筒型膜モジュール、または特開平８−１３１７８２号公報に示される片端を管板に固定された片端封止の筒状の分離膜が所定のピッチとなるように両管板から挿入した円筒型膜モジュールを使用することができる。なお、「膜モジュール」とは、装置の一部または一単位であって、分離膜を備え、物質分離機能を担う部分を意味する。
【００２６】
また、膜モジュール１４に内蔵される分離膜は特に限定されることはないが、例えば図３に示すように円筒形状の多孔質支持基体３１ｂの外側表面にゼオライト膜３１ａが形成された構成となっており、内部を真空ポンプ１８（図１参照）によって負圧状態として維持することができるようになっている。ゼオライト膜３１ａの種類は分離する夾雑成分に応じて適宜選択することができ、例えば特開平８−３１８１４１号公報に記載されているＡ型ゼオライト膜、特開平８−２５７３０２号公報に記載されているＺＳＭ−５型ゼオライト膜、特開平８−２５７３０１号公報に記載されているＹ型ゼオライト膜、特開平１０−２１２１１７号公報に記載されているＮａＸ型ゼオライト膜、特開２０００−４２３８６号公報に記載されているＴ型ゼオライト膜などを挙げることができる。特に、多孔質支持基体３１ｂ上に種結晶を坦持させてからゼオライト膜３１ａを析出させた分離膜３１が好ましい。
【００２７】
膜モジュール１４に供給された気液混合流体１ｄは分離膜３１の一次側に沿って流通する間にこの気液混合状態１ｄの液体混合物から夾雑成分２ａ（例えば水分）が分離膜３１を透過して二次側に至り、この透過した成分２ａは凝縮器１９により凝縮されて透過液２ｂとして透過液タンク２０に回収される。
【００２８】
この過程において、分離膜３１の一次側の表面に沿って流通する気液混合流体１ｄには気相が気泡となって存在するため、この気相（気泡）の流れに沿って分離膜一次側表面に撹拌作用が生じて分離膜上の濃度分極を解消させることができる。さらに、気相の温度が液相より高く設定されているため夾雑成分（例えば水分）の蒸発潜熱を補給することができ、供給液の温度が低下することを回避させることができる。従って、分離膜３１の一次側表面に沿って流通する間、液体混合物を確実に気液混合状態として維持することができると共に、温度低下に由来する分離膜の分離能低下を回避することができる。その結果、高い分離能を発現することが可能である。
【００２９】
夾雑成分が分離されて濃縮された気液混合流体１ｅは再生器１２で冷却されて濃度の高い溶液として製品タンク１７に回収される。
【００３０】
次に、本実施形態に係る蒸気発生装置１５の構成について図面に基づいて説明する。ここで、図２は本発明の膜分離装置に使用可能な蒸気発生装置１５の構成図である。
【００３１】
蒸気発生装置１５は、供給装置２１と、加熱装置２２を主な構成要素としている。  
供給装置２１は、例えば送液ポンプから構成することができ、液体混合物の一部１ｂを所定温度における飽和蒸気圧より高い圧力となるように加圧する。
【００３２】
加熱装置２２は、液体混合物１ｂに熱を供給して蒸発または沸騰させて気相（蒸気）状態１ｃとする。また、加熱装置２２には供給熱量を調整することにより発生する気相（蒸気）の量を調整する調整手段（図示せず）を設けることが好ましい。
【００３３】
また、加熱装置２２で発生した気相（蒸気）１ｃに熱を供給する蒸気過熱器（スーパーヒータ）２３を加熱装置２２と蒸気供給部２９との間に設けることが好ましい。この蒸気過熱器２３によって気相（蒸気）１ｃを過熱することにより、気相の温度を確実に液相の温度より高い温度となるように調整することができる。
【００３４】
気相の温度は液相の温度より高ければ特に制限されることはなく、液体混合物の種類、気相の存在量、分離膜の種類、夾雑成分の性質などにより適宜設定することができ、例えば、液相より０．１〜２０℃程度高い温度であると好ましく、１〜１０℃程度高い温度であるとより好ましく、３〜５℃程度高い温度であると最も好ましい。このように気相の温度が液相の温度より高いことによって、液体混合物を気液混合状態として容易に制御することができるとともに、夾雑成分の分離に由来する蒸発潜熱を確実に補給することができる。
【００３５】
液相の温度より高い温度に調整された気相（蒸気）１ｃは、蒸気供給部２９から液相の液体混合物１ａに供給されて気液混合流体１ｄを生成させる。この蒸気供給部２９には、気液混合流体中での気相（気泡）の大きさ、存在量、分散の程度などを調整可能な調整手段（図示せず）を設けることが好ましい。この調整手段により、気液混合流体１ｄの状態を容易に制御することができる。また気相は気液混合流体中において好適な大きさおよび存在量となり、均一に分散された状態であることが好ましい。
【００３６】
気液混合流体に含まれる気相の存在量は、液体混合物の種類、気相の温度、分離膜の種類、夾雑成分の性質などにより適宜設定することができ、例えば夾雑成分の分離膜透過量に対して体積比で１〜１００倍程度、好ましくは１〜１０倍程度、最も好ましくは３倍程度である。また気液混合流体に含まれる気相の体積割合として、１〜７０体積％、好ましくは１０〜５０体積％の範囲から選択することができる。特に、気相温度が液相より４℃程度高い場合には、気相の存在量は３０体積％程度であることが好ましい。なお、気相の体積割合は、膜モジュール１４内の圧力によって変動する場合がある。
【００３７】
なお、液体混合物を供給装置によって所定の圧力に加圧した後に加熱して蒸気状態とする場合には、蒸気過熱器を省略することができる場合がある。また、蒸気過熱器を設けて蒸気を過熱する場合には、供給装置を省略することができる場合がある。
【００３８】
次に、図４は本発明の別の実施形態に係る膜分離装置１０１の概略構成図であり、図１と同じ構成については同一の符合を付して説明を省略する。この図４に示す実施形態では、外部から液体混合物１ａと反応しない気体ｇ（例えば希ガス、窒素ガスなどの不活性ガス）を、図１に示した実施形態における蒸気過熱器２３に相当する気体過熱器２３ａにおいて導入先の液相より高い温度まで過熱したのちに、液体混合物１ａに導入することにより気液混合流体１ｄを構成する。
【００３９】
気体ｇの温度は液相の温度より高ければ特に制限されることはなく、液体混合物の種類、気相の存在量、分離膜の種類、夾雑成分の性質などにより適宜設定することができ、例えば、液相より０．１〜５０℃程度高い温度であると好ましく、０．１〜３０℃程度高い温度であるとより好ましい。このように気体ｇの温度が液相の温度より高いことによって、液体混合物を気液混合状態として容易に制御することができるとともに、夾雑成分の分離に由来する蒸発潜熱を確実に補給することができる。
【００４０】
この実施形態においても、気体ｇを液体混合物１ａに供給して気液混合流体１ｄを生成させる気体供給部２９ａには、気液混合流体中での気相（気泡）の大きさ、存在量、分散の程度などを調整可能な調整手段（図示せず）を設けることが好ましい。この調整手段により、気液混合流体１ｄの状態を容易に制御することができる。また気相は気液混合流体中において好適な大きさおよび存在量となるように、均一に分散された状態であることが好ましい。
【００４１】
また、気液混合流体に含まれる気体ｇの存在量は、液体混合物の種類、気体の種類、気体の温度、分離膜の種類、夾雑成分の性質などにより適宜設定することができ、例えば夾雑成分の分離膜透過量に対して体積比で１〜１００倍程度、好ましくは１〜１０倍程度、最も好ましくは３倍程度である。また気液混合流体に含まれる気体の体積割合として、１〜８０体積％、好ましくは１０〜５０体積％の範囲から選択することができる。なお、気体の体積割合は、膜モジュール１４内の圧力によって変動する場合がある。
【００４２】
次に、液体混合物の一部を沸騰させて液相より高い温度の気相を含む気液混合状態とする加熱手段を備えた膜モジュールについて説明する。
【００４３】
ここで、図５は、加熱手段を備えた膜モジュール１４１の概略断面図である。  
この膜モジュール１４１は、図５に示す如く、分離膜３１と、流路４０と、ケーシング４８と、減圧部３４と、加熱手段としての熱供給部５０を主な要素として構成されており、分離膜３１（図３参照）を用い、例えば水−エタノール混合物から水分を分離する場合に好適に使用することができるものである。
【００４４】
減圧部用シェルカバー３５で覆われた減圧部３４およびこの減圧部３４に連通する分離膜３１の内部（二次側）は、真空ポンプにより減圧状態に保たれており、物質分離を可能としている。また、熱供給部５０によって液体混合物の一部を沸騰させ、さらに沸騰により生じた気相に熱を供給することにより、液相より高い温度の気相を含む気液混合流体を生成させるように構成されており、この気液混合流体が流路４０を通過する際に分離膜３１の一次側と接触することで、水分などの夾雑成分のみが選択的に分離膜３１を通過して二次側に移動し、気体の状態で減圧部３４に送られることにより液体混合物に含まれる夾雑成分が取り除かれる。
【００４５】
この過程において、気液混合流体に含まれる気相が気泡となって存在するため、この気相（気泡）の流れに沿って分離膜３１の一次側表面に撹拌作用が生じて分離膜３１上の濃度分極を解消させることができる。さらに、気相の温度が液相より高く設定されているため夾雑成分（例えば水分）の蒸発潜熱を補給することができ、供給液の温度が低下することを回避させることができる。従って、温度低下に由来する分離膜の分離能低下を回避することができ、高い分離能を発現することができる。
【００４６】
なお、流路４０は、導入部４１から排出部４２に向けて液体混合物が分離膜３１の表面に接触しつつ通過する構成となっている。また、分離膜３１は、分離膜用円管板３３に留め具３２で装着されている。
【００４７】
熱供給部５０は分離膜３１の一次側表面近傍に配置されている。そして、熱媒体が外管を覆うように充填されていて、流路４０を通過する液体混合物に熱を供給し、その一部を沸騰させることによって液相より高い温度の蒸気（気相）を含む気液混合状態を生成できるように構成されている。なお、熱供給部５０は、沸騰により生成した蒸気（気相）と直接接触することによって、気相に熱を供給できる構成であることが好ましい。熱媒体は、媒体導入部５２から媒体排出部５３に向けて流れるように構成されており、熱供給量を的確に調整できるようになっている。この熱媒体は特に限定されないが、スチーム、熱媒体オイル等を挙げることができる。
【００４８】
次に、加熱手段を備えた膜モジュールについて、図５とは別の膜モジュール１４２の構成について図６を参照しつつ説明する。ここで、図６は加熱手段を備えた膜モジュール１４２の概略断面図であり、図５と同じ構成については同一の符合を付して説明を省略する。
【００４９】
図６に示す膜モジュール１４２では、加熱手段としての熱供給部５０は、ケーシング４８を取り巻くように配設されており、ケーシング４８の周囲から液体混合物に熱を供給することにより、その一部を沸騰させて気液混合状態を生成するように構成されている。
【００５０】
また、流路４０には液体混合物が効率よく分離膜３１に接触するように乱流促進効果を備える乱流促進体４５を設けることもできる。なお、熱供給部は、ケーシング４８の内部に構成することも可能である。この場合には、例えば熱供給部をケーシング４８の内周面に沿って配設したり、分離膜３１を取り巻くように配設したりすることができる。
【００５１】
また、図示を省略するが、外部から液体混合物と反応しない気体（例えば希ガス、窒素ガスなどの不活性ガス）を気体過熱器において液相より高い温度まで過熱したのちに膜モジュール内の液体混合物に導入することにより、気液混合流体を生成してもよい。この場合には、少なくとも分離膜の一次側に存在する液体混合物を気液混合流体とすることが可能であり、上述した効果が同様に得られる。具体的には、例えば膜モジュール内に散気管などを設けて分離膜の一次側に温度調整された気体が気泡となって供給されるように構成することができる。
【実施例】
【００５２】
以下、実施例および比較例を挙げて本発明についてより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００５３】
実施例１および比較例１〜２  
水を５ｗｔ％含む、水−イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）混合物を被処理液とし、供給液流量を１０Ｌ／ｈ、分離膜としてＮａＡ型ゼオライト膜を使用した場合において、液相より５℃高い温度の蒸気（気相）を吹き込むことにより気液混合状態とした被処理液を分離膜表面に供給した本発明に係る実施例１と、減圧下に気液混合状態とした被処理液を分離膜表面に供給した比較例１と、加圧下に液体状態で被処理液を分離膜表面に供給した比較例２について膜分離を行った。実施条件および結果を表１に示した。
【００５４】
【表１】
2005066473.tif 000003
【００５５】
表１より、膜分離性能を示す透過液流量については、本発明に係る実施例１が７０ｇ／ｈであるのに対し、比較例１では６０ｇ／ｈ、比較例２では３２ｇ／ｈであり、本発明の膜分離方法においては分離効果が顕著であることがわかる。また、供給液の供給状態が同じ気液混合状態である比較例１に比しても透過液流量が向上している。これは、比較例１においては飽和蒸気圧より僅かに低い状態で液体混合物中に５０vol％以下の気体を含有させて気液混合状態とする際に、膜供給入口から気液混合状態を構成することができなかったために気体による撹拌作用が不十分であったためであると推測される。なお、比較例１では、膜供給入口から気液混合状態が構成されていないものと推測される。
【００５６】
実施例２〜４および比較例３〜４  
次に、供給液流量を８０Ｌ／ｈとし、液相より５℃高い温度の蒸気（気相）を吹き込むことにより気液混合状態とした被処理液を分離膜表面に供給する際に供給液に含まれる蒸気量（蒸気用供給液流量）を０．５Ｌ／ｈ、１Ｌ／ｈ、２Ｌ／ｈと段階的に変化させた場合（実施例２〜４）と、減圧下に気液混合状態とした被処理液を分離膜表面に供給した場合（比較例３）と、加圧下に液体状態で被処理液を分離膜表面に供給した場合（比較例４）について膜分離を行った。実施条件および結果を表２に示した。
【００５７】
【表２】
2005066473.tif 000004
【００５８】
表２より、蒸気用供給液流量が０．５Ｌ／ｈである実施例２では透過液流量が７６０ｇ／ｈであり、比較例３の８１６ｇ／ｈと比し、膜性能の僅かな低下を確認できるが、比較例４より優れている。これは、実施例２では水が膜を透過する際に要する蒸発潜熱の補給が不十分であったとともに、濃度分極を充分に解消するに至っていなかったためであると推測される。
【００５９】
より具体的には、比較例３は膜モジュールの出口を減圧状態として沸騰操作（減圧沸騰）させたもので、膜モジュール入口部では気泡発生が少なく、膜モジュール出口方向に流れるに従い激しく沸騰して気泡を生じ、流れは気液混合状態となる。その結果、入口近傍部での濃度分極はあまり解消されず、出口に向かうに従って沸騰により濃度分極がある程度解消されたものと推測される。このように、比較例３では膜モジュールのどこから気液混合状態を構成するかが明確ではなく、制御が困難である。なお、比較例３における運転温度は膜モジュール入口の液温度であり、運転圧力は膜モジュール出口の温度が運転温度より数度（例えば、約５度）低下する程度に設定した場合の膜モジュール出口の圧力である。
【００６０】
これに対し、実施例２では、膜モジュール入口部から気液混合状態を構成しているものの、気相量が少ないという実施条件であるため、比較例３と比し相対的に濃度分極を解消するに至っていないものと推測される。
【００６１】
蒸気量を１Ｌ／ｈ以上とした実施例３および４については、充分な撹拌効果が得られており、比較例３はそれらの中間状態の撹拌効果を有しているものと推測できる。その結果、実施例２に係る実施条件と比べ、比較例３の方が膜性能が向上したものと考察される。
【００６２】
また、蒸気用供給液流量が１Ｌ／ｈである実施例３では透過液流量が９５０ｇ／ｈとなり、比較例３と比し２０％程度膜性能が向上している。このことから、本実施条件では蒸気用供給液流量を１Ｌ／ｈ以上とすることによって膜透過物（水）の蒸発潜熱を充分に補給することができるとともに、濃度分極を解消させることができるものと推測される。さらに、蒸気用供給液流量を２Ｌ／ｈとした実施例４においても実施例３と同程度の透過液流量が得られた。このように、本実施条件では蒸気用供給液流量を１Ｌ／ｈ以上とすることで蒸発潜熱を充分に補給することができるとともに、濃度分極を解消させることができることがわかる。なお、比較例３では膜供給入口から気液混合状態が構成されていないものと推測される。
【００６３】
実施例５および比較例５  
次に、供給液流量を１０Ｌ／ｈとし、分離膜としてＴ型ゼオライト膜を使用した場合において、液相より２〜５℃高い温度の蒸気（気相）を吹き込むことにより気液混合状態とした被処理液を分離膜表面に供給した場合（実施例５）と、加圧下に液体状態で被処理液を分離膜表面に供給した場合（比較例５）について膜分離を行った。分離条件および結果を表３に示した。
【００６４】
【表３】
2005066473.tif 000005
【００６５】
表３より、分離膜がＮａＡ型である場合での飽和蒸気吹き込み（表１の比較例１参照）に比し、実施例５では約１．５倍の透過液流量（透過流束）が得られた。すなわち、液相より高い温度の蒸気を吹き込むことにより、気体の撹拌作用によって膜表面に形成された濃度分極が解消されると共に、膜透過物（水）の蒸発潜熱を充分に補給することができたことによるものと推測される。また、比較例５に比しても高い透過液流量が得られることから、分離膜がＴ型ゼオライト膜であっても本発明の膜分離方法によって高い膜性能を発揮させることができることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明は、例えば水−エタノール混合物など分離が困難である液体混合物からの夾雑成分の分離、または夾雑成分を分離して取り除くことによる濃縮、精製などに利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の一実施形態に係る膜分離装置の説明に供する図面。
【図２】蒸気発生装置の説明に供する図面。
【図３】分離膜の説明に供する図面。
【図４】本発明の別の実施形態に係る膜分離装置の説明に供する図面。
【図５】本発明の一実施形態に係る膜モジュールを示す図面。
【図６】本発明の別の実施形態に係る膜モジュールを示す図面。
【符号の説明】
【００６８】
１０  液体混合物タンク
１１  送液ポンプ
１２  再生器
１３  加熱器
１４、１４１、１４２  膜モジュール
１５  蒸気発生装置
１７  製品タンク
１８  真空ポンプ
１９  凝縮器
２０  透過液タンク
２１  供給装置
２２  加熱装置
２３  蒸気過熱器（スーパーヒータ）
２３ａ  気体過熱器
２９  蒸気供給部
２９ａ  気体供給部
３１  分離膜
３１ａ  ゼオライト膜
３１ｂ  多孔質支持基体
３２  留め具
３３  分離膜用円管板
３４  減圧部
３５  減圧部用シェルカバー
４０  流路
４５  乱流促進体
４８  ケーシング
５０  熱供給部
１００、１０１  膜分離装置
【図１】
2005066473.tif 000006
【図２】
2005066473.tif 000007
【図３】
2005066473.tif 000008
【図４】
2005066473.tif 000009
【図５】
2005066473.tif 000010
【図６】
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